3. CHAPITRE III. AGRESSIVITE DE SOL ET COTATION DE CORROSIVITE
3.3. Proposition d‟une nouvelle cotation de corrosivité
Ayant analysé les évolutions des vitesses de corrosion en fonction de ces 4 paramètres, une nouvelle cotation de corrosivité des sols est proposée sur le modèle des nomes DIN 50929 : 1985 et A05-250, à la différence que
cette classification est évidemment fondée d‟une part sur la prise en compte d‟un nombre restreint de facteurs, exclusivement « locaux » et d‟autre part sur des résultats de vitesse de corrosion généralisée de court-moyen terme sur des échantillons de petites dimensions.
La démarche a été la suivante : à partir des 9 sols, 3 classes de corrosivité ont été définies selon le tableau III-9, à partir des vitesses moyennes de corrosion mesurée à 70-75 jours d‟exposition.
Classe de
corrosivité
Vitesses de
corrosion
associées Sols considérés
Sol très agressif > 150 µm.an-1 La-84 et La-circulation
Sol agressif entre 50 et 150 µm.an-1 Br-20, Br-100, Br-130, (Br-690) et La-253
Sol peu ou pas agressif < 50 µm.an-1 La-1240 (La-170)
Tableau III-9 : Classes de corrosivité et vitesses de corrosion associées
Ensuite, chaque valeur de paramètre a été affectée d‟un coefficient de pondération en fonction de son classement dans l‟une des 3 classes de corrosivité. Par exemple, les résistivités de sols inférieures à 100 Ω.m sont affectées du facteur 6, car dans cette classe, les 2 sols les plus corrosifs, La-84 et La-circulation présentent des vitesses supérieures à 150 µm.an-1. Les sols de résistivité comprise entre 100 et 1000 Ω.m recevront la note de 3 et les sols de résistivité supérieure à 1000 Ω.m la note de 2. Certes, les sols Br-20 et Br-100 recevront la note de 6 alors qu‟ils sont considérés comme « Sols agressifs » mais ne seront pas considérés, au final, comme « Sols très agressifs » car certains de leurs autres paramètres ne recevront pas la note maximale de corrosivité. Le tableau III-10 présente les notes affectées au paramètre « Résistivité ».
Paramètre Gamme Note
< 100 6
Entre 100 et 1000 4
> 1000 2
ρ
(Ω.m)
Tableau III-10 : Cotations du paramètre « Résistivité »
Le paramètre « Résistivité » a reçu les notes de 6, 4 et 2 car c‟est un paramètre qui englobe plusieurs autres paramètres, comme la teneur en eau (Fig. III-7) mais aussi la concentration ionique des solutions interstitielles, comme discuté par Durr [DUR-1998] (cf. § C_1_b) du chapitre I). Le graphique III-7 qui présente l‟évolution de la résistivité en fonction de la teneur en eau nous conforte dans l‟idée de prendre en compte cette minéralité dans la cotation par l‟attribution de notes élevées à la résistivité.
Les paramètres « Potentiel redox » et « Potentiel d‟abandon » présentent des évolutions inverses en fonction des sols : par exemple la vitesse de corrosion augmente lorsque le potentiel redox augmente en sol des Landes, alors que l‟effet inverse est observé pour les sols de Bretagne (Fig. III-6). Il a donc été décidé d‟affecter des notes différentes à ces 2 paramètres et cela en fonction de la texture du sol. Les notes affectées sont rassemblées dans le tableau III-11.
Paramètre Gamme
Note sol
"argilo-sableux"
Gamme Note sol
"sable"
< -0,65 1 < -0,50 3 De -0,65 à -0,45 2 De -0,50 à -0,45 2 > -0,45 3 > -0,45 1 < 0,2 3 < 0,2 1 De 0,2 à 0,3 2 De 0,2 à 0,30 2 > 0,3 1 > 0,30 3E
ab (V/Cu/CuSO4)E
redox (V/Cu/CuSO4)Tableau III-11 : Cotations des paramètres « Potentiel d’abandon» et « Potentiel redox » en fonction de la texture de sol
Ainsi pour un sol argilo-sableux, comme le sol de Bretagne, les notes maximales de corrosivité ont été affectées aux valeurs de potentiels d‟abandon supérieures à –0,45 V/Cu/CuSO4 tandis que pour un sol de type « sable », comme celui des Landes, le coefficient maximum est affecté aux potentiels d‟abandon inférieurs à -0,50 V/Cu/CuSO4.
La démarche est identique pour le potentiel redox : chaque texture de sol présente des comportements inverses à l‟autre. Pour un sol de type « argilo-sableux », la note maximale de corrosivité est donnée pour un potentiel redox inférieur à 0,2 V/Cu/CuSO4 tandis que pour un sable, cette même valeur de potentiel recevra la note minimale de 1.
Ensuite, l‟ensemble des sols a été classé selon cette cotation. Le tableau de l‟annexe VI détaille le calcul de la note finale. Le classement est présenté dans le tableau III-12.
La-circulation
11 1
La-8410 2
Br-208 3
Br-6908 3
La-1708 3
Br-1308 5
La-2537 5
Br-1006 4
La-12404 6
Classement du plus au moins agressif Note finaleSols
Tableau III-12 : Classement des sols avec la nouvelle cotation
Les sols La-84 et La-circulation sont considérés comme les sols les plus agressifs, ce qui correspond bien aux vitesses de corrosion déterminées dans ces 2 sols qui sont les vitesses maximales.
Les sols Br-20 et Br-130, ainsi que les exceptions Br-690 et La-170 sont considérés comme ayant une corrosivité similaire. En effet, les sols Br-20 et Br-130 conduisent à des vitesses de corrosion similaires: respectivement 105 et 132 µm.an-1. Le sol Br-690 a une note de corrosivité similaire à ces 2 sols, qui correspond bien à une vitesse de corrosion de 93 µm.an-1.
En revanche, le sol La-253 obtient une note de corrosivité plus faible que celle attendue au regard de sa vitesse de corrosion : 145 µm.an-1. Cette faible note est due à un Eab faible et une résistivité supérieure à 100 Ω.m. Ce sol a été humidifié avec une solution de Na2SO4, ce qui a modifié chimiquement sa résistivité par ajout d‟ions. Le sol La-253 est physiquement identique au sol La-1240 : ils ont des teneurs en eau et des potentiels redox équivalents. Mais pour un même état physique de sol, les résistivités sont différentes. Elle est quasiment 5 fois plus faible en La-253, ce qui explique la vitesse de corrosion plus élevée dans ce sol qu‟en La-1240. La corrosivité du sol La-253 a donc été artificiellement augmentée par l‟ajout de Na2SO4. Il est donc normal que ce sol ne soit pas tout à fait bien pris en compte dans le classement de corrosivité. On retrouve ici l‟importance de la mesure de la concentration ionique des ions présents dans la solution interstitielle pour une évaluation encore plus juste de la corrosivité des sols en fonction de paramètres environnementaux.
En bas de l‟échelle, se trouve le sol La-1240, comme attendu par sa valeur de vitesse : 46 µm.an-1. Enfin, notons que le sol La-170 est coté comme plutôt agressif. Or ce sol se caractérise par des vitesses de corrosion très faibles probablement liées à un phénomène de pseudo-passivation. Ce phénomène se produit au-delà d‟un certain seuil d‟oxygénation, à l‟instar de la passivation qui se produit au-delà d‟un certain seuil de potentiel et de densité de courant. Un tel phénomène est donc difficile à intégrer dans une cotation. En effet, la vitesse de corrosion d‟un sol augmente avec le taux d‟oxygénation, puis chute brutalement lorsque le seuil permettant la pseudo-passivation est atteint. Pour certains sols il sera donc difficile de savoir si l‟acier sera situé en deçà du seuil (corrosion active) ou au-delà du seuil (corrosion ralentie par le phénomène de pseudo-passivation).
En conclusion, plutôt que de se focaliser sur la valeur exacte de la note finale, il faut se limiter à la classe de corrosivité, qui doit être, en vertu de nos résultats, définie de la manière suivante (Tab. III-13) :
Note totale Agressivité
≥ 10 Sol très agressif
5 < X ≤ 9 Sol agressif
≤ 5 Sol peu agressif
Tableau III-13 : attribution de la classe de corrosivité de sol en fonction de la note totale
La figure III-11 présente l‟attribution des classes d‟agressivité sur les 9 sols de l‟étude, classés par vitesse moyenne de corrosion libre croissante. Cette figure est à comparer avec le classement fait avec la norme DIN 50929 : 1985 de la figure III-2.
0 50 100 150 200 250
La-170 La-1240 Br-690 Br-20 Br-100 Br-130 La-253 La-84
La-circulation Vco rr p ar p e rt e d e m as se M o ye n n e s u r 4 c o u p o n s (µ m .a n -1) 70/75 jours de CL
Agressivité de sol selon la nouvelle cotation Sol peu agressif
Sol agressif
Sol très agressif
Figure III-11 : Classement des sols en fonction de leur vitesse de corrosion libre après 70/75 jours d’essai et définition de leur agressivité de sol par la nouvelle cotation.
Avec la nouvelle cotation, les sols dont les vitesses sont supérieures à 150 µm.an-1 sont bien considérés comme des sols très agressifs, comme le sol La-84 et La-circulation, en rouge. Les sols en jaunes sur le graphique (Fig. III-11) sont considérés comme des sols agressifs par la nouvelle cotation, et non plus comme des sols « faiblement agressifs » par la norme DIN : leurs vitesses de corrosion sont comprises entre 50 et 150 µm.an-1, ce qui représente des vitesses de corrosion non négligeables, tout en relativisant bien entendu cette valeur, dans la mesure où il s‟agit de vitesses de corrosion obtenues sur des essais de corrosion de court moyen-terme, qui ne sont pas représentatives des vitesses effectives de corrosion libre sur des échéances de plus long terme. Ces dernières sont inférieures aux vitesses obtenues dans ces essais. Et pour finir, les sols dont les vitesses sont inférieures à 50 µm.an-1 sont considérés comme faiblement agressifs, comme le sol La-1240, en vert sur le graphique (Fig. III-11). On retrouve l‟exception du sol La-170, qui considéré comme un sol agressif, présente la vitesse de corrosion la plus faible pour les raisons déjà expliquées plus haut.
Il est important de rappeler que cette proposition de cotation ne s‟applique qu‟à des sols « sains » c‟est-à-dire homogènes, sans bactérie, sans pollution chimique, dans des gammes de pH comprises entre 5 et 9 et où l‟influence des cycles humide/sec n‟est pas trop marquée, puisque non prise en compte dans cette étude. Elle peut cependant constituer une première approche permettant de prédire une corrosivité de sol de manière rapide et immédiate sur le terrain, avec un nombre limité de paramètres. Le paragraphe suivant propose des méthodes pouvant être appliquées sur le terrain pour mesurer ces paramètres.