Suivi quantitatif de la biodétérioration dans le temps

IV.3.4.1. Observations des fronts de détérioration

Un échantillon de chaque formulation est enrobé, scié en coupe transversal, puis scanné (Tableau IV.49). Chaque échantillon est scié deux fois, à 0,5 cm de la surface libre puis à 1 cm de la surface libre. Pour tous les échantillons, un front de détérioration apparaît sur le pourtour des échantillons. De plus, la profondeur de détérioration ne semble pas être conservée lorsque les deux tranches sont comparées. Cette observation traduit le fait que la biodétérioration n’est pas homogène sur toute la

153 surface de l’échantillon, ce qui est en accord avec l’aspect visuel des échantillons (Tableau IV.45, Tableau IV.46, et Tableau IV.47). Les premières observations montrent que l’échantillon incorporant du latex CM-230 ER est celui qui présente la détérioration la plus importante.

Tableau IV.49 – Profil des échantillons après 4mois d’exposition à l’H2S, en présence de boues activées

Formulation ^{Profils des échantillons à 0,5 cm} de la surface libre

Profils des échantillons à 1 cm de la surface libre Référence n°5 CM-230 ER n°5 CM-330 n°3

L’exploitation de ces photos avec un logiciel de traitement d’image permet de quantifier la détérioration des échantillons. Pour ce faire, deux paramètres sont évalués : la profondeur de détérioration et le ratio entre la surface détériorée et la surface totale. Ces grandeurs sont mesurées sur les deux profils obtenus pour chaque échantillon.

Les profondeurs de détérioration mesurées sont déterminées pour chaque échantillon sur les deux coupes transversales en prenant à chaque fois dix points de mesure. En tenant compte des écarts-types, les résultats montrent que le composite mortier-polymère CM-230 ER est globalement le plus détérioré (Figure IV.158). De plus, dans le cas des mortiers de référence (non modifié) et CM-230 ER, la détérioration est plus importante sur la première tranche analysée (sciage à 0,5 cm de la surface libre) que sur la seconde tranche (sciage à 1 cm de la surface libre). Or, pour les mortiers CM-330, cette tendance est inversée.

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Figure IV.158 – Profondeurs de détérioration selon les formulations

Les ratios entre la surface détériorée et la surface totale permettent d’appuyer les observations faites précédemment (Figure IV.159). En effet, le composite mortier-polymère CM-230 ER est bien le plus dégradé après 4 mois d’exposition à l’H2S et aux boues activées. De plus, il apparaît que le composite mortier-polymère CM-330 présente un ratio plus faible que le mortier de référence, ce qui traduirait une meilleure résistance du CM-330 à la biodétérioration. Toutefois, il convient de préciser que si ce paramètre permet de comparer les mortiers de cette étude, il est dépendant de la géométrie des échantillons, et ne permet donc pas de comparer ces échantillons avec d’autres échantillons de dimensions différentes.

Figure IV.159 – Ratios surface détériorée/surface totale selon les formulations

IV.3.4.2. Observation au MEB et cartographies chimiques

Les échantillons scannés précédemment sont polis et métallisés afin d’être observés au microscope électronique à balayage (MEB), couplé à une sonde d’analyse dispersive permettant la réalisation de cartographies chimiques. L’analyse semi-quantitative se concentre alors sur la répartition du silicium, du calcium et du soufre.

Les mortiers de chaque formulation sont reconstitués au MEB (Tableau IV.50). Il est possible de distinguer la détérioration de la matrice cimentaire sur le pourtour des échantillons. Dans le cas du composite mortier-polymère CM-230 ER, la détérioration apparaît plus étendue que dans le cas des

155 deux autres mortiers. De plus, lors de ces observations, des microfissures ont pu être distinguées sur le mortier de référence.

Tableau IV.50 – Reconstitution des profils de mortiers au MEB

Référence CM-230 ER CM-330

Des cartographies ont été réalisées pour chaque mortier observé (Tableau IV.51). Dans le cas du mortier de référence, les microfissures précédemment évoquées peuvent être mieux distinguées à cette échelle. De plus, les cartographies montrent une accumulation de soufre à la surface du mortier non modifié utilisé comme référence. Il semble enfin que la quantité de calcium est plus faible dans les zones d’accumulation de soufre.

Tableau IV.51 – Cartographies de l’échantillon de référence

Zone cartographiée Silicium Calcium Soufre

Réfé re n ce CM -2 3 0 E R CM -3 3 0

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Dans le cas du composite mortier-polymère CM-230 ER, la pâte de ciment est fortement dégradée. Concernant les cartographies, une accumulation de soufre est également visible, et apparaît plus étendue que dans le cas du mortier de référence. Cette observation va donc dans le sens des profondeurs de détériorations déterminées précédemment. Enfin, le composite mortier-polymère CM-330 présente lui aussi une accumulation de soufre en surface. Dans ce dernier cas, la décalcification peut également être observées dans les zones où du soufre est identifié.

IV.3.4.3. Masse des mortiers

Évolution de la masse des échantillons au cours de l’essai

Au cours de l’essai de biodétérioration, la masse des mortiers évolue. Cette évolution est déterminée à différentes étapes de l’essai (Figure IV.160).

Une première prise de masse de l’ordre de 0,5 g par rapport à la masse initiale a lieu après deux semaines de prétraitement à l’H2S. Cette prise de masse peut être due à l’humidification des mortiers (conservation à une humidité relative de 100 %). Une seconde prise de masse, d’environ 0,1 g est notée après inoculation. Elle est due à l’étalement des boues activées à la surface des échantillons. Ces deux prises de masse sont du même ordre de grandeur indépendamment de la formulation considérée.

Après 4 mois de conservation en enceinte, une troisième prise de masse est observée. Elle est d’environ 1 g pour tous les mortiers, quelle que soit la formulation considérée. Cette prise de masse peut résulter non seulement du développement du biofilm microbien, mais aussi de la formation de produits de détérioration à la surface des mortiers. En effet, le produit de détérioration principalement formé est le gypse [GRAN17], dont la masse molaire est de 172,17 g/mol. Or, la portlandite qui est le principal hydrate formé a une masse molaire bien inférieure (74,09 g/mol). Ainsi, cette prise de masse peut être attribuée à la formation de gypse à la surface des échantillons.

Figure IV.160 – Évolution de la masse des mortiers au cours de leur biodétérioration

Perte de masse globale après traitement aux ultrasons

La perte de masse après traitement aux ultrasons est déterminée sur trois des cinq échantillons exposés 4 mois à l’H2S et en présence de boues activées. Ces échantillons sont les échantillons de référence n°2, 3 et 4, les échantillons contenant du CM-230 ER n°2, 3 et 4, ainsi que les échantillons contenant du CM-330 n°2, 4 et 5. La perte de masse moyenne des trois échantillons est présentée

157 dans les paragraphes qui suivent, ainsi que l’écart-type.

La comparaison des échantillons de mortier avant et après traitement aux ultrasons permet de distinguer l’arrachement de la couche non cohésive formée suite à la biodétérioration des échantillons (Tableau IV.52). Toutefois, il semble que la totalité de cette n’a pas été arrachée à l’issue du traitement. Il est également intéressant de noter que les coulures noires apparues suite à l’exposition à l’H2S prennent une couleur rouille après le traitement aux ultrasons.

Tableau IV.52 – Échantillons avant et après traitement aux ultrasons

Formulation Référence CM-230 ER CM-330 Échantillon avant traitement aux ultrasons Échantillon après traitement aux ultrasons

Les pertes de masses globales obtenues après traitement aux ultrasons sont présentées sur la Figure IV.161. La première observation qui peut être faite concerne les écarts-types, qui sont très élevés. Ainsi, cette méthode ne permet pas d’obtenir des résultats homogènes pour une formulation donnée. Plus précisément, les résultats montrent une perte de masse globale plus faible pour le composite mortier-polymère CM-230 ER, mais compte tenu des écarts-types, il apparaît que cette méthode ne permet pas, en réalité, de discriminer les formulations entre elles. De tels résultats peuvent provenir du fait que toute l’épaisseur dégradée n’a pas été enlevée à l’issue du traitement aux ultrasons.

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IV.3.5. Discussion sur l’influence des polymères sur la bidoétérioration