Chapitre III. Développement de la méthodologie
III.4. Présentation du dispositif de mesure
III.4.2. Méthode de mesure
III.4.2.a. Préparation préliminaire
Afin de réaliser les mesures sur les dalles, deux paramètres géométriques sont à déterminer : le pas de mesure et la distance entre les électrodes. Ces paramètres ont été choisis égaux à la taille approximative des zones de corrosion que l'on souhaite détecter, soit 10cm. De plus, le matériel utilisé peut difficilement avoir une distance inter-électrode plus faible à cause de l’encombrement des roues. Avant de réaliser des mesures à la surface de la dalle, il est nécessaire de mesurer la différence de potentiel entre les électrodes à roues noté Vtare. Cette mesure peut se faire dans un bac d’eau par exemple, ce qui permet de réaliser une tare de la différence de potentiel entre ces deux roues. La valeur absolue de cette mesure est théoriquement nulle mais expérimentalement cette valeur doit être inférieure à 10mV. Dans le cas contraire cela voudrait dire que l’état de surface de l’électrode de cuivre ou que la solution à son contact seraient altéré, il faudrait alors en changer. Lors de cette mesure, il faut veiller à ce que le cylindre métallique de l'axe de rotation de la roue ne soit pas en contact avec l’eau.
III.4.2.b. Cartographie de gradient de potentiel
Des profils de mesures sont réalisés à l’aide du dispositif à deux roues. La Figure III-21 montre les mesures de gradients de potentiels identifiés en bleu qui sont répétés à plusieurs reprises pour chaque profil. Ces valeurs de gradient de potentiel données en V/m sont effectuées tous les 10cm. Après chaque profil, le dispositif est déplacé de 10cm perpendiculairement à l’axe de mesure jusqu’à avoir balayé la totalité de la surface de la dalle.
Figure III-21 : Schéma du maillage des mesures pour l’obtention d’une cartographie de
149 Il est nécessaire de corriger chaque valeur de gradient mesurée en y soustrayant la valeur de la tare déterminée au préalable.
Cette méthode permet d’afficher les différents gradients de potentiel, mais seulement pour chaque colonne indépendamment les unes des autres. Les données permettent de tracer une cartographie de gradient de potentiel mettant en avant la présence de gradients de potentiel et donc la possible présence de corrosion. Toutefois, les données de chaque colonne ne sont pas associées et ne peuvent être exploitées que colonne par colonne selon l'axe des roues.
La Figure III-22 montre un schéma d’un profil de potentiel déterminé à la surface d’une éprouvette de béton armé en présence d’un spot de corrosion. Nous pouvons constater que plus le dispositif se rapproche d’une zone corrodée, plus les potentiels sont négatifs et par conséquent les gradients de potentiel mesurés eux aussi négatifs. Une fois le centre de la zone corrodée franchie, les potentiels sont encore négatifs mais les gradients changent alors brusquement de signe. Le dispositif s’éloignant de la zone corrodée, les gradients de potentiel sont de moins en moins positifs.
Figure III-22 : Schéma d’un profil de potentiel en présence de corrosion.
La Figure III-23 montre un exemple de cartographie de gradient de potentiel où deux zones peuvent être suspectées de comporter de la corrosion. Aux coordonnées (40,200) ainsi que (130,70), de forts gradients négatifs suivis par de forts gradients positifs sont observés sur ces deux zones avec des gradients de potentiel dépassant les 100mV/dm.
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Figure III-23 : Exemple d’une cartographie de gradient de potentiel horizontal comportant
des spots de corrosion.
Il semble donc que la cartographie de gradient de potentiel puisse être un moyen de révéler la présence de corrosion dans une dalle en béton armé bien que cette méthode soit plus complexe à appréhender que la cartographie de potentiel classique.
III.4.2.c. Cartographie de potentiel équivalent
Un second outil d’exploitation des données, est également proposé : reconstruire, grâce à ces mesures réalisées sans connexion à l’armature, une cartographie similaire à la cartographie de potentiel classique. Afin d’obtenir cette cartographie de potentiel équivalente tout en utilisant le dispositif à deux électrodes, il est nécessaire d’effectuer un profil de mesure supplémentaire. Ces mesures sont données en vertes dans la Figure III-24.
Figure III-24 : Schéma du maillage des mesures pour l’obtention d’une cartographie de
151 Pour ce profil, les deux électrodes se situent dans le même axe que celui de la mesure. Une fois la première mesure (V0-1) du profil effectué, le dispositif est alors déplacé de 10cm dans l’axe de mesure. Le dispositif a alors sa première électrode sur l’emplacement précédent de la seconde électrode, et la seconde électrode se situe 10cm plus loin. Ainsi de suite pour les mesures suivantes. Ce profil permet de relier entre eux les différentes colonnes de la cartographie qui étaient alors totalement indépendantes dans le cas de la cartographie de gradient de potentiel.
Cette méthode de mesure ne permet donc pas de créer une cartographie de potentiel classique par rapport à une électrode de référence (calomel saturé ou au sulfate de cuivre). Néanmoins, il est possible de construire une cartographie équivalente en prenant arbitrairement pour référence un point de mesure de la cartographie et de lui donner une valeur. Dans ce cas-ci, le potentiel aux coordonnées (0,0) est choisi arbitrairement égal à 0V. Tous les autres points de la cartographie seront construits et obtenus par rapport à ce potentiel. Ces valeurs seront donc données en Volt par rapport au point de référence choisie précédemment.
Afin de comprendre les calculs à effectuer, la Figure III-25 montre un maillage des mesures de gradient et des potentiels (V(n,m)) ainsi que les valeurs de potentiels (E(n,m)) à déterminer par calcul.
Figure III-25 : Schéma du maillage des mesures pour l’obtention d’une cartographie de
potentiel équivalente.
Les équations à utiliser pour la construction de la cartographie sont présentées ci-dessous. Pour le cas où n = 0 et m > 0 les valeurs de potentiels sont :
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Lorsque n > 0 :
𝐸(𝑛,𝑚) = 𝐸(𝑛−1,𝑚) + [𝑉(𝑛,𝑚)− 𝑉𝑡𝑎𝑟𝑒] Eq III-12
Avec :
𝐸(0,0) : potentiel de référence étant égal à 0V/E(0,0), 𝑉𝑡𝑎𝑟𝑒 : tension de tare entre les deux électrodes, n : numéro de la ligne,
m : numéro de la colonne,
𝐸(𝑛,𝑚) : potentiel équivalent par rapport à E(0,0) pour le point situé en (n,m),
𝑉(𝑛,𝑚) : tension entre les électrodes de références situées entre les points (n-1,m) et (n,m). Théoriquement, cette méthode utilisant deux électrodes à roues rend alors possible la création d’une cartographie de potentiel équivalente aux cartographies de potentiel classiques, et ce sans avoir à réaliser de connexion électrique avec le réseau d’armatures.
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III.5. Conclusion
Ce chapitre a mis en avant le développement et la mise en place d’un chantier expérimental à taille structurelle, qui s’est déroulé en plusieurs temps. Tout d’abord l’élaboration du cahier des charges en ce qui concerne les caractéristiques du béton et le coulage des dalles de béton armé. Ce cahier des charges était nécessaire afin de rester conforme à la norme en vigueur pour un béton de classe XC1 notamment avec un rapport eau sur ciment inférieur à 0,65. Cette formulation a été analysée en laboratoire à la fois pour ses propriétés mécaniques et physico- chimiques montrant alors le respect du cahier des charges et une durabilité assez mauvaise. Dans un second temps, le protocole de corrosion accéléré par migration de chlorures a été développé prouvant son bon fonctionnement sur des dallettes armées d’environ 25cm de côté pour une durée légèrement inférieure à 6 jours.
Pour finir, c’est la méthode de mesure utilisant deux électrodes de référence montées sur roue ainsi que l’exploitation des données brutes qui ont été présentées. On montre donc qu’il est théoriquement possible d’extraire des informations avec un dispositif sans connexion à l’armature.
Cette partie a constitué un travail préparatoire important avant de pouvoir utiliser le dispositif à deux électrodes montées sur roue. Le chapitre suivant va donc présenter l’utilisation du protocole de migration des chlorures sur les dalles de grande dimension et ensuite démontrer l’efficacité et la faisabilité de la détection de la corrosion grâce au dispositif de mesure par gradient de potentiel.