Techniques non destructives

Au cours des dernières années, certaines techniques non destructives (des techniques externes et des capteurs intégrés dans le béton) ont été développées pour mesurer la teneur en chlorures dans les structures. Les sous-sections suivantes décrivent les caractéristiques principales de quelques-unes classées sous les classes : électriques et électrochimiques, et autres techniques (Figure 1.8). Le Tableau 1.2dresse un aperçu référencé de ces techniques non destructives, en les comparant selon les paramètres qu'ils mesurent (coecient de diusion, Cl− _{libres, Cl}−

totaux).

1.5.2.1 Mesures potentiométriques

Parmi les méthodes électrochimiques pouvant être appliquées à la détection du risque de cor- rosion des armatures dans le béton, les mesures de potentiel sont les plus utilisées et les plus connues, du fait de leur simplicité et de leur caractère non destructif. Cette méthode permet une évaluation des risques de dépassivation des armatures. Au moyen de mesures potentielles, la position des armatures, présentant un risque de corrosion dans le béton, peut généralement être déceler ; Ahmad (2003). Il existe un certain nombre de normes nationales et interna- tionales diérentes pour la cartographie potentielle sur les structures en béton, comme par exemple ASTM International (2015) C876 "standard test method for corrosion potentials of uncoated reinforcing steel in concrete". Lors de la détermination potentiométrique de la teneur en chlorures dans la solution interstitielle, le potentiel électrochimique de l'électrode sélective d'ions est mesuré par rapport à une électrode de référence et converti en activité du chlorures au moyen de courbes d'étalonnage ou de données théoriques. Cependant, les mesures poten- tiométriques sont très sensibles aux variations de potentiel ; Angst and Vennesland (2009). Un facteur majeur déterminant les coûts de l'application de la cartographie potentielle dans la pratique est l'accessibilité limitée aux structures qui exige un équipement coûteux et des

Table 1.2: Comparaison de diérentes techniques non destructives pour mesurer les ions chlorure dans le béton selon les paramètres qu'ils mesurent.

Technique Paramètres mesurés Références

Mesures potentiométriques Cl−_{libres Muralidharan et al.(2007)}

Junsomboon and Jakmunee(2008)

Angst and Vennesland(2009)

Brenna et al.(2015)

Mesures chronopotentiometrique Cl−_{libres Abbas et al.(2013)}

Mesures de résistivité électrique Coecient de diusion de Cl− _{Basheer et al.(2002)}

Sengul(2014) Résonance magnétique nucléaire (RMN) Coecient de diusion,

et Cl−_{libres Yun et al.(2004)}

Van Der Heijden et al.(2007)

Fluorescence des rayons X (XRF) Cl−_{totaux Proverbio and Carassiti(1997)}

Sudbrink et al.(2012)

Spectroscopie par laser Cl−_{totaux Gondal et al.(2009)}

’avija et al.(2014) Spec. par rayonnement électromagnétique Coecient de diusion,

Cl−_{libres et totaux Kohri et al.(2010)}

Tripathi et al.(2013)

Capteurs à bres optiques Cl−_{libres Fuhr(1998)}

Li et al.(2004)

Tang and Wang(2007)

procédures laborieuses pour eectuer des mesures. On s'attend à ce que de nouvelles approches utilisant des drones et des robots, comme celles par A. Leibbrandt et al. (2012), résolvent ce problème au cours des prochaines années et réduisent ainsi considérablement le coût de la cartographie potentielle et d'autres méthodes d'évaluation non destructives, favorisant ainsi leur application.

1.5.2.2 Mesures chronopotentiometrique

Une alternative à la potentiométrie classique est la chronopotentiométrie ; une méthode élec- trochimique dynamique où la réponse du système est mesurée à un stimulus appliqué. Abbas et al. (2013) ont rapporté cette approche pour contrer les problèmes de dérive dans la ré- ponse potentiométrique. Dans cette technique, la diérence de potentiel est mesurée entre deux électrodes Ag/AgCl, l'une en tant qu'élément actif et l'autre en tant qu'électrode de référence.

1.5.2.3 Mesures de résistivité électrique

La résistivité électrique est associée à la présence d'ions chlorure ; Sengul (2014). Cette tech- nique est liée à l'entrée de chlorures dans le béton, car la présence de ces ions peut augmenter

le courant électrique et réduire la résistivité du béton ; Basheer et al. (2002). Par conséquent, cette technique peut être utilisée pour estimer les prols de chlorures en déterminant son coecient de diusion. Cette méthode applique une tension, mesure le ux du courant, puis calcule la résistance électrique proportionnelle à la résistivité électrique par le simple principe de la loi d'Ohm (Figure 1.9).

Figure 1.9: Schéma de la conguration de test de résistivité pour le béton.

1.5.2.4 Résonance Magnétique Nucléaire (RMN)

La résonance magnétique nucléaire (RMN) est utilisée pour l'analyse détaillée d'échantillons de béton à l'échelle atomique. La technique de RMN permet de déterminer la présence et la concentration de diérents ions en raison du comportement magnétique des atomes. Dans cette méthode, le matériau est placé dans un champ magnétique uniforme relativement grand B0(Figure 1.10), appelée fréquence de Larmor ;Yun et al.(2004). Un autre champ magnétique

pulsé radiofréquence, B1, perpendiculaire au champ statique B0 (Figure 1.10) est également

utilisé pour générer une petite excitation dans l'échantillon et recevoir également le signal de RMN de retour de l'échantillon. Ce principe de la méthode RMN est schématisé par la

Figure 1.10: Schéma de principe de la technique RMN ;Van Der Heijden et al.(2007).

oiseaux sert à la fois à appliquer les impulsions et à recevoir le signal de RMN. Une lampe halogène est utilisée pour chauer l'échantillon, qui est isolé thermiquement et placé dans la bobine de la cage à oiseaux ;Van Der Heijden et al.(2007). La capacité de détecter le chlorures avec la RMN, en plus de la capacité de mesurer presque simultanément avec l'humidité et le sodium, fait de la RMN une méthode appropriée pour obtenir des prols de chlorures en fonction du temps et de la position ; Yun et al.(2004).

1.5.2.5 Fluorescence X

L'analyse par uorescence des rayons X (XRF) est une méthode couramment utilisée pour analyser la composition chimique des matériaux inorganiques. Le faisceau de rayons X excite les diérents atomes du matériau cible, les atomes excités transitoires se désintègrent en un état énergétique inférieur en émettant un rayon X caractéristique, détecté par un détecteur de uorescence X ; Proverbio and Carassiti (1997). L'analyse des résultats détermine la pro- portion de chaque élément dans le matériau.Sudbrink et al. (2012) ont présenté une méthode

Figure 1.11: Image par uorescence X (XRF) d'un échantillon de pâte de ciment où le rouge, le vert et le bleu représentent les concentrations de chlorures les plus élevées, les plus modérées et les plus basses ; Sudbrink et al.(2012).

expérimentale basée sur le micro X-ray Fluorescence. Elle a été utilisée pour visualiser les gradients de concentration de chlorures dans le béton (Figure 1.11).

1.5.2.6 Spectroscopie par laser

Cette méthode est capable de détecter la teneur totale en chlorures dans un échantillon de béton ; Gondal et al.(2009). La spectroscopie par répartition induite par laser ou bien laser- induced breakdown spectroscopy (LIBS) permet la mesure d'éléments à la surface de solides, de liquides et de gaz. Dans cette technique, une impulsion laser évapore d'abord une petite quantité d'éléments du panache plasmatique formant une surface. Ce rayonnement plasmatique

est ensuite analysé par une technique spectroscopique an de détecter sa composition ;’avija et al. (2014).

1.5.2.7 Spectroscopie par rayonnement électromagnétique

Les ondes électromagnétiques situées au-dessous de la plage de fréquences THz (intermédiaire entre les fréquences micro-ondes et les fréquences correspondant à l'infrarouge) sont connues pour avoir une migration et une résolution spatiale supérieure dans le béton ; Kohri et al.

(2010). Ces ondes peuvent être utilisées pour mesurer la teneur en chlorures dans un échantillon de béton de manière non destructive. Le principe des ondes millimétriques (millimeter waves) (MMW) est similaire à la spectroscopie infrarouge et micro-onde. Dans cette approche, un MMW est focalisé sur un échantillon à travers un prisme. L'onde rééchie est ensuite collectée. Ceci forme un système de mesure de réexion totale atténuée Attenuated Total Reection (ATR) pour mesurer les ions chlorure dans le béton ; Tripathi et al.(2013).

1.5.2.8 Capteurs à bres optiques

Les produits de corrosion peuvent provoquer une modication de la réexion de la surface de la barre d'acier sur la surface, une modication de la composition chimique de la solution de pore, et une variation de la valeur du pH pendant le processus de corrosion. Lorsque l'épaisseur du matériau corrosif diminue, cela provoque un changement de contrainte. Sur la base de ces principes, diérents éléments de détection à bres optiques ont été conçus. De nombreux capteurs ont été développés au cours de dernières années pour mesurer les paramètres pertinents pour la durabilité, spéciquement la détection de la corrosion dans les structures. Ils surveillent les comportements mécaniques globaux et locaux des ponts ainsi que des paramètres environnementaux. Cela inclut des capteurs pour les concentrations de chlorures ; Farhad Pargar et al. (2017) ; Angst and Vennesland (2009) ; Abbas et al. (2013), les valeurs de pH de la solution de pore du béton ; Seguí Femenias et al. (2017); Nguyen et al. (2014), et capteurs pour des mesures de contraintes Li et al. (2004). L'utilisation de capteurs à bres optiques pour l'auscultation des structures s'est étendue de la spéculation, aux études en laboratoire, et puis aux applications in situ dans des projets réels (bâtiments, des barrages, tabliers de ponts). Le pont de Waterbury des États-Unis est l'un des exemples pertinents pour la surveillance par ce type de capteurs incorporés dans une structure ;Fuhr and Spammer (1998). Un système d'inspection de la corrosion par ions chlorure à bres optiques a été installé sur le pont (36 capteurs). Ce capteur a été fabriqué par Fuhr (1998), dont le principe peut être décrit par Figure 1.12. La tête du capteur représente une chambre dans laquelle une solution excessive d'AgNO3 est en contact avec un tube poreux. Les Cl− migrent

à travers cette membrane vers la solution (Ag+ _{+ Cl}− _{−→ AgCl). La présence de corrosion}

est déterminée par la modulation spectroscopique de la couleur de la solution, qui permet de connaître l'excès de Cl−_{. D'autres techniques de détection par bres optiques comme la Long-}

Figure 1.12: Schématisation du capteur de corrosion à bres optiques développé par Fuhr

(1998).

and Wang (2007) ont utilisé cette approche pour mesurer la concentration en ions chlorure dans le béton.