Essais d’adhérence

Ces essais sont construits sur trois modes de rupture fondamentaux¹²⁵ : mode I (clivage), mode II (cisaillement longitudinal) et mode III (cisaillement transversal) (Figure 30).

Figure 30 : Schéma des sollicitations et de propagation de fissure pour les trois modes de rupture fondamentaux. Coutelier, 2006¹⁴⁶

Plus de 300 essais d'adhérence différents sont dénombrés¹⁴⁷. Ces essais sont généralement effectués dans le but d'évaluer une adhérence importante. Par exemple, parmi les essais utilisés dans le domaine du Génie Civil, l'essai d'arrachement, connu aussi sous le nom de pull off test, permet d'évaluer le comportement de barres d'armature coulées dans le béton. Le transfert des efforts de la barre vers le béton avoisinant est étudié suivant différents paramètres tels que le diamètre de barre,

la résistance en compression du béton, le confinement latéral ou encore le type d’ancrage¹⁴⁸. Dans le cadre de ce projet, l'adhérence entre le coffrage et le béton doit être minimale pour obtenir une bonne qualité de parement. Il est essentiel, avant de proposer une nouvelle procédure permettant d’évaluer une « faible » adhérence, d’aborder les essais classiques qui sont mis en œuvre.

4.4.1 Rupture d’un assemblage

Dans le cas des assemblages collés, la norme NF EN ISO 10365¹⁴⁹ définit deux types de ruptures : rupture de cohésion et rupture d'adhésion. Selon la norme citée, la rupture de cohésion (Figure 31 a) est la rupture d'un assemblage collé qui, à l'œil nu, se situe dans l'adhésif ou le support. La rupture d'adhésion (Figure 31 b) est la rupture d'un assemblage qui, à l'œil nu, semble être l'interface adhésif/support.

Figure 31 : Schéma des ruptures des assemblages collés : a) Exemple de rupture cohésive, b) Exemple de rupture adhésive

4.4.2 Evaluation de l’adhérence : différentes configurations

L'évaluation de l'adhérence est fonction de la configuration de l'essai mis en place¹³⁰ : cisaillement, flexion trois points ou pelage par exemple.

Parmi les essais d'adhérence appliqués au matériau béton, se trouvent les essais de traction directe (Figure 32), appelés également « Pull off test ». Ils peuvent être mis en œuvre pour l'évaluation de couches minces ou de système multicouche constituant un revêtement sur le matériau béton par exemple. Ces essais sont normalisés (NF EN ISO 4624¹⁵⁰, NF EN 1542¹⁵¹, NF P 98 282¹⁵², ASTM D 4541¹⁵³) et peuvent également être réalisés pour solliciter l'interface entre béton et réparation^154,155.

Figure 32 : Schéma de l’essai de traction directe. Norme NF EN ISO 4624

Les essais d’arrachement appelés également « Pull off test » sont, avec l’essai dit « push in », réalisés dans l'étude des problématiques d'interface entre les armatures métalliques (ou connexions) et le béton^{123,156–158}.

Le principe de l'essai d'arrachement consiste à extraire une armature d'acier coulée dans une éprouvette de béton qui est maintenue en position statique durant l'essai. L'essai push-in reprend les mêmes éléments : armature d'acier coulée dans un bloc de béton, mais pour cet essai, c'est l'éprouvette en béton qui est mobile et repoussée.

La résistance d'un collage ou d'une réparation peut être évaluée par un essai de clivage. Cet essai permet de mesurer l'énergie de fracture, caractéristique physique d'un assemblage⁸. L'énergie de fracture peut aussi être mesurée par des essais de pelage mis en œuvre pour l'évaluation d'un système adhésif entre deux films minces ou un film mince et un substrat rigide. Plusieurs normes, NF EN ISO 8510-2¹⁵⁹ et NF EN 1464¹⁶⁰ par exemple, détaillent les configurations d'un essai de pelage et vont être adaptées au système étudié. Les essais en flexion : trois points ou quatre points permettent également d'évaluer l'énergie de fracture d'un assemblage ou du matériau béton. Ces essais sont régulièrement mis en œuvre dans les études d'adhérence des matériaux bétons^161,162. L'adhérence des films minces peut aussi être appréciée grâce au test de cloquage/gonflement ou blister-test¹⁶³. Cet essai consiste à coller en partie un film mince sur un substrat percé, ouverture au niveau de laquelle le film n'est pas collé et qui sert à introduire un gaz ou un liquide sous pression. Sous l'effet de cette pression, le film gonfle et forme une cloque jusqu'à une pression critique qui initie son décollement.

La force maximale atteinte peut être retenue comme le paramètre indicateur de la rupture de l’assemblage, et cela dans le cas d’essais différents^164,165. Par exemple, dans le domaine odontologique, deux types de courbe peuvent être obtenues selon les matériaux testés suivant un essai de type pelage¹⁶⁴. La force maximale atteinte durant l’essai est retenue comme force de rupture et signe la fin de l’essai, dissociation du système adhésif et du substrat.

4.4.3 Procédé de décoffrage et essais d’adhérence

Lors de la phase de décoffrage, une adhésion minimale avec le béton est recherchée. Plusieurs auteurs ont étudié le procédé de coffrage en s'intéressant à l'effet des huiles de décoffrage3 sur la facilité à décoffrer, aux frottement du béton contre les parois coffrantes²⁴, à un système de décoffrage par polarisation du béton²⁶, sans évaluer spécifiquement l’adhérence coffrage/béton. Spitz et al.³⁵ ont analysé l'adhérence entre différentes surfaces de coffrage et du béton et proposé une configuration d'essai dédiée à l'évaluation des efforts de décoffrage. Ils ont utilisé un dispositif d'essai basé sur la configuration du pull-off test (Figure 33).

Dans cet essai, un cylindre de béton a été coulé contre une surface de coffrage et l'intégralité des deux aires béton/acier étaient en contact. Un effort de traction centré a été appliqué pour désolidariser le béton du coffrage. L’essai était réalisé après 24 heures de cure. L’adhérence a été déterminée comme le rapport entre la force maximale mesurée durant l’essai et l’aire de contact coffrage/béton. Des mesures de rugosité et d’angle de contact, préalablement réalisées, ont caractérisé les surfaces de coffrage. Après essai, la surface de coffrage couverte par du béton restant a été évaluée par analyse d’images.

L’adhésion entre coffrage et béton se manifeste à différentes échelles : macro, micro et submicrométrique. L’objectif de ce travail est d’analyser les caractéristiques des surfaces en contact et d’évaluer leur influence, en fonction de l’échelle considérée, sur leur adhésion.

La connaissance de la structure de la pâte cimentaire à l'échelle nanoscopique est présente dès les années 1990. Certaines techniques de caractérisation sont, par exemple, employées pour étudier la microstructure des pâtes cimentaires et en particulier celle des CSH, principaux hydrates de la pâte ainsi que la cinétique d'hydratation^92,166. L'avancée des connaissances est rendue possible par l'émergence de technologies, plus ou moins récentes aujourd'hui, telles que le microscope électronique à balayage avec sonde EDS, la nanoindentation^167–170 ou la microscopie à force atomique^{86,119,171–175}, entre autres. L'association de ces techniques peut permettre d'obtenir les caractéristiques physico-chimiques d'un état particulier des surfaces cimentaires à des échelles micrométriques et submicrométriques.