LERM INFOS n° 19 : "Le soufre"
LERM INFOS - Lettre d'information technique et scientifique sur les matériaux - Parution trimestrielle gratuite

INTRODUCTION : Le cycle
du Soufre.

Dossier technique n°1
Le Soufre :
1. Soufre, histoire de sa connaissance
1.1. Soufre et compagnie
1.2 Les eaux séléniteuses
1.3 Le Gypse

Dossier technique n°2
Le bon Gypse :
2. Le plâtre
2.1 Les chapes fluides
2.2 Le gypse retardateur de prise
2.3 Le ciment sursulfaté
2.4 L'activation sulfatique des laitiers

Dossier technique n°3
Sulfates et Sulfures...
3. Les pierres et les sulfates
3.1 Les sulfates et les mortiers
3.3 Le soufre, et les remblais
3.4 Le soufre et les pathologies des réseaux d'assainissement

Entretiens d'experts :
1 La réaction sulfatique interne aux bétons (Entretient avec Loïc Divet)
2. Le soufre et la corrosion des métaux (Entretien avec JB.Mémet)

Autres Gypses :
Le gypse artificiel

PORTRAIT :
Murielle Bertello

RECUEIL DE NORMES
Les normes liées au soufre

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Editorial

« Ma maison est dans la ville, mais je n’oublie pas qu’elle est construite sous les étoiles »

Cette remarque du poète portugais Fernando Pessoa, riche de sens, provoque la réflexion d’un laboratoire comme le Lerm. Du point de vue du matériau, en effet, la maison du poète, mais aussi bien tout ouvrage de génie civil, est construite en milieu urbain, pour un usage humain déterminé. Mais la maison du poète, comme tout édifice bâti, est aussi construite sous les étoiles, c'est-à-dire,
au-delà de l’urbanisme : dans la nature, au coeur de ses grands cycles bio-géochimiques, au sein desquels toute la matière se transforme sans cesse. Si l’on considère maintenant que les phénomènes urbains et industriels impactent ces cycles… On comprend mieux que le Lerm s’intéresse à la poésie !

« Dans la ville », nous travaillons à une échelle de durée de vie prévue des ouvrages ; mais, dans bien des cas, nous nous situons en dehors de ce cadre prévisionnel qui donne une échéance précise à notre souci de durabilité : parce que les durées de vie d’un château, d’une cathédrale, d’une statue, ou d’un pont n’ont même pas été prévues par leur concepteurs… ou parce que le stockage de produits radioactifs exige une durabilité hors norme, nous entrons dans des échelles de temps de durabilité qui sont presque sans borne, nous travaillons alors « sous les étoiles »...

Comme une lettre précédente s’était intéressée au CO₂, la lettre que nous vous proposons aujourd’hui s’intéresse au S, au soufre dans les rapports multiformes qu’il entretient avec les matériaux minéraux. Matériau lui-même ou composant de matériau sous la forme de sulfate de calcium, il peut également en être un ennemi redoutable, sous la forme de sulfates, de sulfures, de dioxyde de soufre ou d’hydrogène sulfuré. Ami ou ennemi de nos matériaux minéraux, déchet ou ressource, le soufre, qu’il soit en solution, solide ou gazeux concerne donc le Lerm, qui après une introduction sur le soufre et l’histoire de sa connaissance vous propose d’explorer les rapports quotidiens que nous entretenons avec cet élément… sulfureux.

Bonne lecture ! Et bonnes fêtes à toutes et tous …

Bernard QUENEE - Gilles MARTINET - Directeurs Généraux du LERM.

// Le cycle du soufre : un cycle global

Le soufre parcourt la lithosphère, l’hydrosphère, la biosphère et l’atmosphère,  il a donc une importance considérable pour l’équilibre général de la planète d’autant qu’il intervient, du fait de son accumulation d’origine anthropique, dans les mécanismes du changement climatique et de la pollution atmosphérique...

Du soufre des continents… au soufre des océans
Dans les sols, mises à part les formations évaporitiques fossiles ou encore les dépôts fumerolliens, le soufre est  généralement un élément rare qui provient de l’altération de la roche-mère, qui contient, elle,  des minéraux soufrés.
L’altération et l’érosion des sulfures métalliques continentaux, ainsi que le transport de sulfates (gypse et anhydrite) transfèrent du soufre aux océans. Les gaz d’origine biologique des sols anaérobies et des marécages contiennent aussi de l’hydrogène sulfuré (H₂S), ainsi que du DMS (diméthylsulfure) et du COS (sulfure de carbonyle), qui sont libérés dans l’atmosphère.

Le soufre organique
Le soufre organique, absorbé par les plantes sous formes de sulfates solubles, est restitué au sol, à l’eau ou à l’atmosphère par les sulfobactéries qui  le transforment en hydrogène sulfuré (H₂S).

Du soufre des océans… au soufre atmosphérique
Au niveau des océans, le DMS (diméthylsulfure) est un produit issu de la décomposition du phytoplancton (soufre organique). Le DMS passe dans l’atmosphère et forme moins de 1% de la totalité des gaz atmosphériques. Il a néanmoins une influence sur les climats : en effet,  il est oxydé en dioxyde (SO₂ ), puis en sulfate (SO₄) qui condense en minuscules particules d’aérosols. Ces particules se constituent en noyaux autour desquels se forment les gouttes de pluie et les nuages. Cet ensemble réfléchit  une partie du rayonnement solaire et tempère donc le réchauffement de la Terre… mais, d’un autre côté, la teneur en soufre des nuages va contribuer à des précipitations acides du fait de l‘interaction des aérosols, de la vapeur d’eau et des radiations solaires.

Encore le soufre organique…
Le COS (sulfure de carbonyle) est produit à partir des sulfures organiques dissous dans les océans et provenant également, pour partie, de l’érosion continentale. Lui aussi passe dans l’atmosphère. Il s’oxyde en sulfates dans la stratosphère où il forme une couche de sulfates en aérosols qui réfléchit une partie du rayonnement solaire.

Le volcanisme, émetteur de soufre
Les volcans sont de grands pourvoyeurs de sulfates (SO₄) en aérosols dans l’atmosphère. Couplées aux émissions de cendres créant un effet de voile, ces émissions de sulfates peuvent entrainer des refroidissements à très court terme. En raison de l’effet combiné des cendres et du soufre associé (17 millions de tonnes de dioxyde de soufre) l’éruption du Pinatubo aux Philippines en 1991 a abaissé durant une année, selon les estimations, la température moyenne du globe de 1 °C.

Emission atmosphérique de soufre d’origine anthropique
Les composés sulfurés de l’atmosphère proviennent principalement de la combustion des pétroles et des charbons qui, tous, peu ou prou, contiennent du soufre. Cette combustion émet des sulfates (SO₄) mais surtout du dioxyde de soufre (SO₂). Sous l’effet des radiations solaires, le dioxyde de soufre se combine avec la vapeur d’eau et les radicaux OH pour former des gouttes d’acide sulfurique (H₂SO₄), qui acidifient l’eau de pluie.Aujourd’hui, le flux principal d’échange de soufre entre la surface de la planète et l’atmosphère est le flux d’origine anthropique causé par la combustion des énergies fossiles.

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//DOSSIER TECHNIQUE n° 1: "Le soufre".

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// 1. Soufre, histoire de sa connaissance.

Le soufre et certaines de ses propriétés sont connues depuis la plus haute antiquité : blanchissement de la laine, protection des vergers, propriétés thérapeutiques et fongicides, feu d’artifices et feux grégeois, le soufre, s’il a longtemps été une matière à tout faire, a pourtant longtemps été une matière bien plus rêvée que connue. Le soufre, c’est d’abord dangereux : trouvé au voisinage des volcans, c’est-à-dire, selon de nombreuses traditions, aux portes de l’enfer, sa compagnie est… sulfureuse !
D’ailleurs, dès la Genèse, le soufre est un instrument de la colère de dieu : « Alors l'Éternel fit tomber sur Sodome et sur Gomorrhe une pluie de soufre et de feu… ».  
Sa connaissance elle-même est risquée : Pline l’Ancien, le grand naturaliste et encyclopédiste romain, mourut sans doute empoisonné par l’hydrogène sulfureux libéré par l’éruption du Vésuve qui détruisit Pompéi. Peut-être au Ve siècle avant J. C., Empédocle fut-il lui-même victime du soufre, mais cette fois, dans le cratère de l’Etna. La pensée alchimique selon laquelle les métaux se forment sous la terre sous l'influence des planètes à partir du soufre et du mercure, n’aidera pas à mieux connaître cet élément…Elément, le mot est lâché…

Ce sont Lavoisier et Gay-Lussac, qui à la fin du XVIIIe siècle, à partir de la réaction du soufre et du fer donnant du sulfure de fer, montreront que le soufre est un corps pur simple. Dans la Méthode de nomenclature chimique de 1787, c’est à partir de l’élément soufre que sera déployée la proposition des suffixes en -ique, -eux, -ate,-ite : " Cela posé, prenons pour exemple le soufre […] les produits très nombreux de ses combinaisons, connus depuis longtemps, nous mettront à même de développer les règles que nous nous sommes formées & d'en suivre l'application de la manière la plus avantageuse , pour faire connoître la progression des compositions & le système général du tableau. (Pages 39 et 40) ".

Lavoisier et sa femme, par David.

Source :
Guyton de Morveau, Louis-Bernard et Lavoisier, Antoine-Laurent de et Berthollet, Claude-Louis et Fourcroy, Antoine-François (1787) Méthode de nomenclature chimique. chez Cuchet. En ligne : http://books.google.fr/books?id=0MMPAAAAQAAJ&pg=PA39&ots=3T7iL-bFbg&dq=soufre+lavoisier&output=text#c_top

// 1.1. Soufre et compagnie.

Soufre :
Le soufre est un élément chimique de symbole S. Le soufre est bien connu sous la forme de cristaux jaunes et se trouve dans beaucoup de minéraux (sulfures et sulfates) et même sous forme native, particulièrement dans les régions volcaniques. L'essentiel du soufre exploité est cependant d'origine sédimentaire.

Sulfure :
Un sulfure est la combinaison de soufre avec un degré d'oxydation de -2, avec un autre élément chimique ou un de ses radicaux. Nous intéresserons ici particulièrement au sulfure d’hydrogène (H₂S) et au sulfure de fer ou pyrite (FeS₂).

Sulfate :
Le sulfate est un anion de formule SO₄²-. L’agressivité du sulfate est fonction du cation associé à l’anion sulfate SO₄²-. (Sulfate de calcium, sulfate, de sodium, sulfate de magnésium…).

Acide sulfurique :
L’acide sulfurique (anciennement appelé huile de vitriol ou vitriol) est un acide minéral fortement dissocié de formule H₂SO₄.

Hydrogène sulfuré :
Le sulfure d'hydrogène (H₂S) ou hydrogène sulfuré est un composé chimique de soufre et d'hydrogène.  C'est un gaz acide et dangereux. Il peut s'accumuler dans les réseaux d'assainissement et corroder les tuyaux qu'ils soient en béton ou en métal.
Le sulfure d'hydrogène est naturellement présent dans le pétrole, le gaz naturel, le charbon, les gaz volcaniques et les sources chaudes. Il peut résulter de décomposition bactérienne de la matière organique dans des environnements anaérobies (pauvres en oxygène). Il est également produit par la décomposition des déchets humains et animaux.
Le sulfure d'hydrogène provient également des activités industrielles, telles que la transformation des produits alimentaires, du traitement des eaux usées, des hauts-fourneaux, des papeteries, des tanneries et des raffineries de pétrole.

Dioxyde de soufre :
Le dioxyde de soufre (ou anhydride sulfureux) est un composé chimique constitué de deux atomes d'oxygène et d'un atome de soufre.
Sa formule brute est SO₂. Le SO₂ est un gaz dense, incolore et toxique, son inhalation est fortement irritante.

La pyrite :
La pyrite est un sulfure de fer à éclat métallique du système cubique, et de formule FeS₂.

// 1.2 Les eaux séléniteuses

Le soufre se trouve dans les eaux souterraines sous forme d’anion sulfate, SO₄²- . En présence de conditions réductrices (bactéries anaérobies), comme dans les tourbières, les sédiments organiques, les aquifères des champs pétrolifères ou les régions à volcanisme actif, l’eau souterraine peut aussi contenir des concentrations appréciables en sulfure (HS- ou H₂S).
Les sources usuelles du soufre sont les particules atmosphériques de SO₂⁴- et H₂SO₄, sèches et dissoutes, le mélange avec le sulfate de l’eau de mer, l’oxydation de la pyrite et des autres minéraux sulfurés, la dissolution du gypse, de l’anhydrite et d’autres sels sulfatés des évaporites continentales ou marines, l’apport de soufre à partir de pétrole et de charbon et enfin l’infiltration de sulfate depuis les eaux de surface. Sélénite synonyme de gypse… pierre de lune (du latin selenitis) :

A gauche : Dictionnaire de l’Académie française, 1802.

// 1.3. Le Gypse.

Le gypse est une espèce minérale composé de sulfate dihydraté de calcium  (CaSO₄ ,2H₂O).
Le gypse peut perdre ses molécules d'eau pour donner naissance à l'anhydrite, une variété cristalline non hydratée du sulfate de calcium (CaSO₄). Dans le domaine des matériaux, le gypse est une espèce ambivalente : à la fois matière première du plâtre, des chapes fluides, retardateur de prise du ciment, composant du ciment sursulfaté mais aussi sel destructeur des matériaux carbonatés que sont les pierres calcaires, les mortiers de chaux et les bétons : les hydrates sont dissous par l’acide, et les sels formés par l’association des ions calcium solubilisés à l’anion sulfate SO₄ précipitent sous forme de sels expansifs (gypse, ettringite).
Le gypse enfin peut être produit artificiellement ; il est alors un sous produit des processus de désulfuration des fumées ou de production de l’acide phosphorique. Des voies de valorisation appropriées permettent de faire passer ce gypse du statut de déchet à celui de ressource.

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// 2. Le plâtre

On désigne par plâtre à la fois le matériau solide et la poudre qui permet de l’obtenir. Cette poudre (sulfate de calcium hémihydraté,
(CaSO₄. ½H₂O) s’obtient en déshydratant du gypse (sulfate de calcium dihydraté, CaSO₄ ,2H₂O). C’est la réhydratation de l’hémihydrate en gypse qui permet la solidification du matériau. Le gypse se trouve dans la nature sous la forme d’une roche compacte. C’est une roche sédimentaire qui provient de l'évaporation, en milieu lagunaire, d'une eau riche en sulfate de calcium. Formé principalement à l'ère tertiaire, le gypse est extrait dans des carrières à ciel ouvert ou souterraines. En France, c'est dans le bassin parisien que sont exploités les meilleurs gypses.

Les produits de déshydratation du gypse :
Le gypse naturel, après broyage et cuisson à 110-140 °C, donne une poudre d’hémihydrate dont la formule est (CaSO₄. ½H2O).
Ce matériau possède une structure cristalline très proche de celle du gypse, formé d’empilements de feuillets de (Ca₂+/ SO₄2-) et de molécules d’eau dans les proportions suivantes : 94% de sulfate de calcium et 6% d’eau.

Deux types d’hémihydrate peuvent être obtenus :
L'hémihydrate α, obtenu par autoclavage à 120 °C  nécessite un taux de gâchage faible et fournit des plâtres « durs » aux très bonnes résistances mécaniques (jusqu’à 35 MPa). L’hémihydrate β, obtenu par cuisson en four à 150 °C, nécessite un taux de gâchage important. Sa fabrication, moins coûteuse, en fait le composé principal des plâtres courants, de faible résistance mécanique et utilisés dans la construction.

Il convient de noter que les plâtres utilisés pour la confection des enduits proviennent d’un mélange d’hémihydrate β (1/3) et d’anhydrite II (CaSO₄) (2/3). L’hydratation de l’anhydrite étant plus lente que celle de l’hémihydrate, la prise est plus longue ce qui est un avantage sur le chantier.

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// 2.1 Les chapes fluides

Les chapes d’anhydrite
Le gypse est une espèce minérale composé de sulfate dihydraté de calcium (CaSO₄ ,2H₂O). Le gypse peut perdre ses molécules d'eau pour donner naissance à l'anhydrite, une variété cristalline non hydratée du sulfate de calcium (CaSO₄). Les chapes fluides sont une technique qui ne cesse de progresser grâce à leur facilité de mise en œuvre et par leurs bonnes performances acoustiques et thermiques. L’une des technologies de ces chapes est à base d’anhydrite. Comme son nom l’indique un peu, l’anhydrite est un sulfate de calcium anhydre, un gypse sans eau. L’anhydrite entre dans la composition d’un mortier de chape autoplaçant. Compte tenu de leur sensibilité à l’eau les chapes d’anhydrites ne peuvent être utilisées qu’à l’intérieur des bâtiments et dans des locaux dont le classement UPEC ne dépasse pas UPEC2.

Normes et recommandations :
NF EN 13813 de Juin 2003, Matériaux de chape et chapes - Matériaux de chapes - Propriétés et exigences.

NF EN 13454-1 de Février 2005,  Liants, liants composites et mélanges fabriqués en usine à base de sulfate de calcium pour chapes - Partie 1 : définitions et spécifications.

NF EN 13454-2 de Septembre 2007, Liants, liants composites et mélanges fabriqués en usine à base de sulfate de calcium pour chapes de sol - Partie 2 : méthodes d'essai.

Les chapes à base de sulfate de calcium bénéficient en outre du Cahier des prescriptions techniques d’exécution n° 3578 du CSTB : Conditions générales d’emploi et de mise en œuvre.

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// 2.2 Le gypse retardateur de prise

L’hydratation du ciment peut être définie comme un double processus : dissolution du ciment anhydre et précipitation des hydrates.
En l’absence de gypse, la dissolution des aluminates de calcium est immédiate et il en va de même de la précipitation des aluminates de calcium hydratés. Ceux-ci, enrobant les grains de silicate de calcium, empêchent alors leur dissolution. C’est le phénomène dit de la prise flash. Pour l’éviter, on ajoute du gypse qui joue le rôle d’un régulateur de prise qui retarde la formation d’aluminate de calcium hydraté en donnant d’abord du trisulfoaluminate de calcium hydraté (ettringite) : Ca₃+AL₂O₆+3 (CaSO₄.2H₂O) +26H₂O à Ca₆AL₂O₆.3SO₄.32H₂O.

Cette ettringite, dite primaire, ne provoque pas de gonflement car elle cristallise avant le durcissement du béton, dans les espaces libres du matériau. Ces cristaux d’ettringite ont même un caractère bénéfique, puisqu’ils contribuent à la cohésion de la pâte de ciment au jeune âge : leur formation diminue sa porosité et contribue à l’augmentation de sa résistance mécanique.

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// 2.3 Le ciment sursulfaté

Particularité du ciment sursulfaté, emploi et approche normative.
Le ciment sursulfaté, auparavant appelé également ciment métallique, est un liant hydraulique dont le processus d’hydratation est ralenti du fait de la réactivité particulière de ses constituants. L’hydratation du laitier, plus lente que celle du clinker Portland, produit un développement de la résistance à la compression moins rapide qu’avec des ciments traditionnels et s’accompagne d’une cinétique d’exothermie également étalée dans le temps. Autre propriété, la composition de ce ciment rend le béton, dont il forme le liant, résistant à de nombreux agents agressifs, notamment les sulfates.

Les propriétés du ciment sursulfaté ont conduit à l’utiliser dans les bétons destinés aux fondations et aux structures massives. Il a donc été normalisé dans plusieurs pays européens, dont le France en 1958 (NF P15-313). Le passage à la fabrication de bétons à décoffrage rapide a fait tomber quelque peu le ciment sursulfaté et ses normes en désuétude (sa norme a d’ailleurs été annulée en France en 1983).
Néanmoins, le besoin de bétons dont les risques de fissurations d’origine thermique sont minimisés d’une part, et résistants aux environnements agressifs d’autre part, a fait reprendre la production de ce ciment.

Une norme française le concernant (NF P 15-313) a été homologuée en mai 2005, elle a été remplacée, en avril 2010, par une norme européenne (NF EN 15743). Aujourd’hui le ciment sursulfaté répond aussi aux spécifications des normes NF P 15-317 “Ciments pour travaux à la mer et NF P 15-319 “Ciments pour travaux en eaux à haute teneur en sulfates”.


Composition
Le ciment sursulfaté est constitué principalement de laitier granulé de haut-fourneau et de sulfate de calcium. Le laitier granulé de haut fourneau doit être composé d’au moins 2/3, en masse, d’oxyde de calcium (CaO), de dioxyde de silicium (SiO₂) et d’oxyde de magnésium (MgO).  
Le reste contient de l’oxyde d’aluminium (Al₂O₃) et de petites quantités d’autres composants.
Le rapport, en masse, de (CaO+mgO)/(SiO₂) ne doit pas être supérieur à 1. Le sulfate de calcium peut être du gypse (CaSO₄.H₂O), de l’hémihydrate (CaSO₄.1/2H₂O) ou de l’anhydrite (sulfate de calcium anhydre, CaSO₄).Le clinker Portland est présent jusqu’à 5% de la masse du mélange ; il est nécessaire au déclenchement de la réaction d’hydratation.

Hydratation
Le principal produit d’hydratation est le C-S-H. C’est lui qui est principalement responsable du développement de la résistance. Le second produit d’hydratation est l’ettringite qui contribue, pour sa part à la résistance au jeune âge. L’ettringite est entièrement formée, en une période de 2 à 7 jours, qui correspond au temps de réaction de l’ensemble du sulfate de calcium présent dans ce ciment. Contrairement à ce qui se passe dans les autres systèmes cimentaires, ici l’ettringite, stabilisée, ne s’associe à aucun phénomène d’expansion. La consommation totale de la portlandite au cours de l’hydratation rend le ciment sursulfaté particulièrement résistant aux agents agressifs.

Chaleur d’hydratation
Selon la norme européenne (NF EN 15743, avril 2010), la chaleur d’hydratation du ciment sursulfaté ne doit pas excéder la valeur de 220 J/g. Cette valeur est déterminée selon la norme 196-8 à 7 jours ou selon la norme EN 196-9 à 41 heures. Ce ciment est donc classé comme un ciment à très faible chaleur d’hydratation (lien notre article sur ce sujet). Pour mémoire, la norme française de 2005 donnait pour la chaleur d’hydratation du ciment sursulfaté, une valeur de 270J/g, qui est celle de la norme NF EN 197-1 sur les ciments courants à faible chaleur d’hydratation...Les particularités du ciment sursulfaté ont conduit à la rédaction d’une annexe (A) à la norme NF EN 15743, détaillant les précautions à prendre pour son utilisation, en ce qui concerne le mélange avec d’autres liants, les effets des conditions météorologiques, du décoffrage, de la cure et le traitement thermique.

Références bibliographiques
- Norme NF EN 15743.Avril 2010. Ciment sursulfaté. Composition, spécifications, et critères de conformité
- O. Odler. Special inorganic cements. E & F. N. Spon, 2000.
- M. Moranville-Regourd. Cement made from Blastfurnace slag, in Lea’s Chemistry of cement and concrete (11. 8, Supersulfated cement). Arnold, 1998.

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// 2.4 L'activation sulfatique des laitiers

Les laitiers de hauts fourneaux, riches en silice et oxyde de calcium, sont des résidus de l’industrie sidérurgique. Ils sont recueillis lors de la fusion du minerai de fer à une température comprise entre 1425 et 1500 °C. Le laitier vitrifié possède des propriétés hydrauliques et pouzzolaniques mais nécessite une activation par ajout de chaux, soude ou gypse.

Dans l’activation sulfatique, le sulfate de calcium agit comme un véritable réactif puisqu’il se combine avec les éléments du laitier solubilisé par l’eau et donne naissance au trisulfoaluminate de calcium. L’ettringite ne mobilise qu’une partie seulement de l’alumine : il se forme également de l’hydroxyde d’aluminium et du silicate de calcium hydraté.

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// 3.1 Les pierres et les sulfates :

Les sulfates sont des sels de l’acide sulfurique (H₂SO₄),ils sont le produit de la réaction d’un acide sur une base. Le sulfate de sodium (mirabilite, Na₂SO₄ .10H₂O, sulfate de calcium (gypse, CaSO₄.2H₂O et anhydrite, CaSO₄ et thénardite, Na₂SO₄), sulfate de magnésium (kisérite, MgSO₄.H₂O et epsomite, MgSO₄.7H₂O) sont des sels véhiculés par l’eau  fréquemment identifiés dans les édifices : eau d’infiltration (pluies, brouillards), remontées capillaires (eau du sol), eau des mortiers.... Avec de nombreux autres systèmes salins, les sulfates sont responsables des principales formes d’altération des pierres de construction : efflorescences, alvéolisation, desquamations…

Transportés par l’eau, les sels pénètrent dans le réseau poreux. Les principaux paramètres physiques qui influencent ce processus de détérioration concernent  la roche (résistance en compression, flexion, traction, cohésion entre les grains), le réseau capillaire (tortuosité, constrictivité, rayon de pore moyen), les sels eux-mêmes (localisation de la cristallisation, forme et taille des cristaux, potentiel de gonflement) et les conditions climatiques, notamment la fréquence des alternances d’humidité et de sècheresse : l’humidité, en effet, conduisant les sels solubles et l’évaporation provoque leur précipitation et leur cristallisation.

Les sels, quand ils cristallisent sous la surface, peuvent soumettre la pierre à d’importantes pressions de cristallisation qui génèrent des fissures ou des plaques allant jusqu’au détachement de celles-ci par desquamation. Dans tous les cas la cristallisation des sels altèrent la surface de la pierre et en augmentent la porosité, c'est-à-dire, au final, sa vulnérabilité aux transports de sels solubles.

Pierres et dioxyde de soufre
Les croûtes noires, constituées de salissures agglomérées en surface des pierres, résultent d’un mécanisme de transformation minéralogique : le soufre de l’atmosphère (SO₂) se transforme en acide sulfurique (H₂SO₄) qui réagit avec la calcite de la pierre (CaCO₃)
et forme, en présence d’eau et de bactéries sulfooxydantes,  du gypse (CaSO₄.2H₂O) tout en relâchant du dioxyde de carbone dans l’atmosphère :
- Oxydation du soufre : 2 SO₂ + O₂ = 2 SO₃
- Formation d’acide sulfurique:  SO₃ + H₂O = H₂SO₄
- Formation de gypse : H₂SO₄ + CaCO₃ + H₂O = CaSO₄.2H₂O + CO₂.

L’épaisseur de la croûte de gypse peut atteindre dans certaines conditions jusqu’à 3 cm. Sa couleur brune ou noire est due à l’agglomération de particules apportées par la pollution atmosphérique (suies, cendres volantes), car le gypse est normalement translucide. La croûte de gypse crée une interface à la surface de la pierre qui la fragilise en détruisant notamment son calcin protecteur.

La formation de gypse peut aussi provenir de la mobilisation de sulfates présents dans les mortiers à partir de l’eau de gâchage, notamment.

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// 3.2 Les sulfates et les mortiers :

Le dépôt sec ou humide de SO₄, lié à la pollution atmosphérique urbaine, est extrêmement agressif à l’égard des liants hydrauliques en général. Le principal effet de ce transport de sels est la précipitation de gypse(CaSO₄.2H₂O) à la surface de la maçonnerie. L’apparition de ce gypse peut entrainer des réactions expansives liées à la formation d’ettringite et de thaumasite.

La détérioration des mortiers et des bétons par attaque sulfatique résulte de l’interaction des sulfates (ici le sulfate de sodium) avec l’hydroxyde de calcium (portlandite) libre (1) et l’aluminate de calcium hydraté (2) :

1. Ca(OH)₂ + NaSO₄ + 2H₂O = CaSO₄.2H₂O + 2NaOH (gypse secondaire)

2. C₃A + 3(CaSO₄.2H₂O) + 26H₂O = C₃A.CaSO₄. 32H₂O (ettringite ou trisulfatealuminate tricalcique hydrate ou encore sel de Candlot).

La cristallisation de ces deux composés s’accompagne d’une augmentation de volume de la phase solide qui exerce dans les mortiers de violentes pressions qui conduisent à sa destruction. Il est à noter qu’en plus de l’expansion, la lixiviation des ions calcium de la portlandite et des C-S-H accroit la porosité du mortier qui permet alors une accélération du transfert des ions agressifs au sein du matériau.
Les sulfates sont plus ou moins agressifs en fonction du cation qui est associé à l’ion SO₄^2- .
Le tableau suivant les recense et mentionne leur agressivité :

Voir aussi notre article sur l’ettringite

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// 3.3 Le souffre et les remblais

La pyrite est une espèce minérale composée de sulfure de fer (FeS₂). Il s’agit d’un constituant de nombreuses roches : roches sédimentaires, roches volcaniques, schistes, charbons, gîtes hydrothermaux.
Son nom vient du grec pyros (feu) du fait que, sous un choc, la pyrite produit des étincelles.
Il existe deux formes de pyrite : la pyrite cubique et la pyrite framboïdale. La première est stable, la seconde, associée aux roches argileuses, est généralement instable. En présence d’humidité, elle s’oxyde et réagit avec les carbonates pour former du gypse. La formation de gypse, plus volumineux que la pyrite entraîne le gonflement des remblais. La réaction d’oxydation du sulfure de fer donne du sulfate et de l’acide sulfurique :
2 FeS₂ + 7O₂ + 2 H₂O à 2 FeSO₄ + 2H₂SO₄.

ci-dessus : Gonflement d’ettringite dans
un remblai sous un parking.

Cette réaction d’oxydation produit un milieu acide, qui permet la mise en solution de la calcite avec production de sulfate de calcium (gypse) et dégagement de dioxyde de carbone : H₂SO₄ + CaCO₃ + 2H₂O à CaSO₄.2H₂O + CO₂.

Réaction sulfatique des sols traités :
Les sols traités ne font pas exception aux perturbations induites par la réaction sulfatique au sein des matériaux cimentaires.
Des minéraux expansifs (ettringite et thaumasite) se développent à partir des aluminates du ciment et des argiles ainsi qu’à partir des sources de soufre présents dans les sols (gypse, eau séléniteuse, pyrite). La réaction sulfatique des sols ou des remblais est une hypothèse à toujours envisager sérieusement car des gonflements importants apparaissent avec des teneurs inférieures à 1 % de sulfates. La migration des sulfates en solution dans les sols et les remblais vers les bétons des structures, suivie d’une réaction sulfatique est une éventualité à prendre en compte.

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Entretien avec L. Divet : Sulfates et béton : la réaction sulfatique interne

Loïc Divet est  adjoint au chef du département Matériaux et chef du groupe Comportement Physico-chimique et Durabilité des Matériaux au LCPC.

LERM : Les bétons n’aiment pas les sulfates, dites-vous, pouvez-vous nous raconter un peu l’histoire de la prise de conscience de cette incompatibilité ?
Loïc Divet : " L’action des sulfates de chaux sur les mortiers avait déjà été signalée par Candlot… en 1887, lorsqu’il constata l’action des eaux séléniteuses sur les mortiers des fortifications parisiennes. Il s’agit ici d’une attaque sulfatique d’origine externe. Mais, la prise de conscience, en France, des risques que font courir au béton les réactions pathologiques d’origine interne remonte à la fin des années 70.

De nombreuses expertises d’ouvrages dégradés montrent la coexistence de l’alcali réaction et d’une réaction sulfatique. Jusqu’alors la recherche avait été centrée sur l’alcali-réaction ; mais, compte tenu de l’impact délétère de l’activité  sulfatique sur les bétons, on décide à partir des années 1990 de s’atteler à l’approfondissement de la connaissance de ses mécanismes. Si l’origine de la réaction alcali-silice est bien identifiée dans l’interaction entre les minéraux potentiellement réactifs et la matrice cimentaire, il en va autrement des réactions sulfatiques endogènes. La source sulfatique peut se trouver dans les constituants même du béton : soit des granulats riches en pyrites dont l’altération libère de l’acide sulfurique, soit une remobilisation des ions sulfates initialement présents dans la matrice.

A cette époque, la norme NF P 18-543 de 1994 indiquait une teneur en soufre total qui ne devait pas dépasser 1%, il s’agissait d’ailleurs d’un seuil relevé par rapport à la norme précédente. Les premiers travaux ont donc porté sur les granulats et l’oxydation de la pyrite notamment. Mais comme ce mécanisme n’explique pas tous les cas observés, à partir de 1999, le LCPC a lancé une première étude sur la réaction sulfatique interne, qui a fait l’objet entre autres de ma thèse. Puis, un important programme de recherche a été initié à partir de 2005 dans le cadre d’une opération pluriannuelle impliquant plusieurs laboratoires régionaux des ponts et chaussées ainsi que des partenaires extérieurs...
Cette opération visait deux objectifs majeurs : proposer des recommandations préventives et, en cas de pathologie déclarée, des recommandations de traitement et de réparation associées à une stratégie de maintenance".

Pouvez-vous nous dire comment ce programme, à la première partie duquel le Lerm a été associé, a abouti ?
"Oui, nous le terminons : le guide technique Recommandations pour la prévention des désordres dus à la réaction sulfatique interne est paru en 2007 et les recommandations pour le traitement vont sortir dans les jours qui viennent, accompagnées d’une journée technique, le 21 décembre, sur le thème « Prévention, modélisation et réparation des ouvrages atteints de réaction sulfatique interne » ".

Si l’on met de côté l’agression sulfatique externe ou l’oxydation des pyrites, quelle est la cause d’une réaction sulfatique interne ?
"Le paramètre essentiel est la température pendant la phase de prise de la pâte de ciment. Les bétons concernés par cette température mal maîtrisée peuvent être les bétons préfabriqués en usine qui subissent un traitement thermique visant à accélérer le décoffrage et les bétons coulés en place en grande masse. La température, en effet dans ces derniers bétons, peut monter jusqu’à 90 °C puis rester au-dessus de 70 °C pendant plus de 10 jours. Si, lors de l’hydratation du ciment, on chauffe le gypse, qui est un sulfate de calcium présent dans les ciments comme retardateur de prise, au-delà de 65 °C, une partie des ions sulfates va échapper à la formation de l’ettringite primaire et restera en solution ou s’adsorbera sur les silicates de calcium hydratés. Du fait de la température se constitue donc une réserve de sulfates libres qui seront susceptibles d’être remobilisés après le durcissement du béton".

Quel est l’élément déclencheur de cette remobilisation ?
"Le déclenchement de cette remobilisation des sulfates et de l’expansion consécutive est lié à un mouvement d’eau. Un béton tenu au sec peut rester indemne d’expansion. Comme l’adsorption des ions sulfates que je viens d’évoquer est réversible, une exposition aux intempéries, une immersion, un défaut de drainage mobilisent ces ions pour former une ettringite différée qui est susceptible de générer des gonflements du matériau".

Pouvez vous bien nous préciser la différence qu’il y a entre ettringite primaire et secondaire ?
"Il n’y pas de différence de nature entre ces deux ettringites, mais une différence de « calendrier ». Il y a toujours de l’ettringite dans le béton, liée, nous l’avons vu, à la présence du gypse lors de l’hydratation. L’ettringite primaire contribue d’ailleurs au durcissement au très jeune âge mais, dans l’ambiance plastique du béton jeune, sa cristallisation n’est pas délétère. Il en va différemment de la cristallisation de l’ettringite différée, dont la formation a donc été retardée : elle a lieu dans le milieu solide qu’est devenu le béton durci  et sa cristallisation génère une expansion volumique qui est supérieure à la résistance en traction de la pâte ; cette pression interne se traduit en surface par un maillage, un faïençage, une fissuration semblable à ce que produit l’alcali-réaction".

ci-dessus : Vue du parement fissuré d’un
élément en béton massif atteint d’une RSI.

Cela ne facilite pas le diagnostic…
"Le diagnostic, en effet n’est pas si simple : les symptômes de l’alcali-réaction et de la réaction sulfatique interne sont voisins ; les deux réactions, de plus, peuvent être associées. Le diagnostic est aussi rendu délicat du fait que l’ettringite est un minéral qui se rencontre également toujours dans les bétons sains. Enfin, dans les bétons de masse, les carottages trop superficiels, ne permettent pas d’atteindre les zones internes du béton où la température d’hydratation a réellement été critique.
Dans ces conditions, la démarche du diagnostic s’appuie sur une approche qui prend également en compte la microstructure du matériau et la structure de l’ouvrage située, qui plus est, dans son environnement et son usage.Le diagnostic sur l’origine de la pathologie et le pronostic sur son évolution sont importants. La réaction sulfatique n’étant pas une pathologie virulente, elle laisse au gestionnaire de l’ouvrage atteint le temps de définir sa stratégie et ses priorités de maintenance en fonction des conclusions du diagnostic et du pronostic : sécurisation immédiate, ralentissement du phénomène, réparations… Le guide à paraître dont je viens de vous parler sera un outil utile de cette gestion".

Quel recul a-t-on pu prendre depuis la parution des recommandations de 2007 ?
"Pour ce qui concerne la préfabrication, de nombreux travaux ont été menés au niveau international qui permettent de valider et de confirmer les critères retenus dans nos recommandations. Par contre, peu d’équipes ont travaillé sur des cycles thermiques simulant l’échauffement de bétons de pièces massives coulés en place. Ceci est vraisemblablement dû à la longueur des cycles thermiques qui mobilisent pendant plusieurs jours des enceintes climatiques. Nous avançons alors progressivement dans la connaissance de ce phénomène pour ce type d’échauffement et nos derniers résultats nous amènent à considérer qu’il faut être beaucoup plus sévère sur le choix des matériaux lorsque l’on est susceptible de dépasser une température de 65°C. Le groupe d’expert qui a été chargé de rédiger ces recommandations devrait se réunir à nouveau en 2011 pour les réactualiser.
Les recommandations et l’expérience doivent sans doute transformer une mauvaise habitude française qui consiste à employer des ciments trop nerveux pour réaliser des parties massives d’ouvrages et à vouloir construire trop rapidement peut être au détriment de la pérennité des structures.  On parle aujourd’hui des conséquences d’une élévation de température trop élevée vis-à-vis du risque de réaction sulfatique interne. Mais il ne faut pas oublier qu’un échauffement important a aussi des conséquences sur les résistances mécaniques à long terme du béton et sur le risque de fissuration dû à la différence de température entre le cœur et la surface du béton…"

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Entretien avec Jean-Bernard MEMET : Le soufre et la corrosion des métaux

A-Corros est bureau d'études techniques spécialisé dans le diagnostic corrosion et protection d'ouvrages d'art, monuments historiques métalliques et de collections archéologiques. Nous avons rencontré Jean-Bernard Mémet, son fondateur, pour poursuivre, un peu à côté des matériaux minéraux, notre enquête sur le soufre.

Jean-Bernard Mémet est docteur en corrosion et directeur de la société "A-CORROS EXPERTISE".

LERM : Jean-Bernard, le soufre dont nous traitons dans cette Lettre d’information a-t-il une action sur les métaux dont tu t’occupes ?
Jean-Bernard Memet : "Le soufre intervient dans la corrosion des métaux suivant deux processus selon que nous sommes à l’air libre, dans le cadre d’une corrosion atmosphérique, ou en milieu immergé où nous rejoignons alors les conditions anaérobies".

On commence par la pollution atmosphérique ?
"Allons-y !... La corrosion atmosphérique des métaux dépend des éléments présents dans l'air ambiant et du degré d'humidité de cet air. Les chlorures en ambiance maritime et le SO₂, issu de la combustion des énergies fossiles, sont les espèces les plus importantes du point de vue de la corrosion métallique. Le SO₂ est responsable des pluies acides : en réagissant avec l'eau, il donne de l'acide sulfureux
H₂SO₃ ou, avec l'eau et l'oxygène, l'acide sulfurique H₂SO₄, éminemment corrosif. La vitesse de corrosion des métaux augmente considérablement avec l'humidité relative de l’air. De plus, du fait de la présence du SO₂, les produits de corrosion à base soufre se forment et peuvent nuire d’un point de vue esthétique à l’ouvrage, je pense en particulier aux dômes métalliques en cuivres (corrosion bleutée à noire)".

Et que se passe t-il en milieu immergé ?
"L’évènement fondateur de la réflexion sur les différentes formes de corrosion des métaux en milieu immergé date de l’écroulement d’un quai de palplanches au port de Boulogne-sur-Mer en 1995. On a fait de nombreuses hypothèses d’explication de cet accident et on a finalement mis en évidence, entre autres, l’activité sulfatoréductrice de bactéries. De nombreux laboratoires, partout dans le monde, ont alors travaillé sur ce processus qui est aujourd’hui bien connu et qui, s’il est important du point de vue de la corrosion mérite néanmoins d’être relativisé : la corrosion bactérienne est un accélérateur d’un processus de corrosion qui est avant tout lié aux paramètres physicochimiques de l’eau de mer – dioxygène dissout, salinité, chlorinité, pH, tempértaure et pression".

Tu peux nous décrire ce processus ?
"A l’interface entre l’eau et les sédiments ou les vases, là donc où la teneur en O₂ dissout est faible et la teneur en matière organique est élevée, les bactéries sulfatoréductrices et thiosulfatoréductrices vont pouvoir développer leur activité. Ces bactéries oxydent les sulfates présents dans l’eau de mer et produisent des métabolites qui sont en fait des composés corrosifs pour les métaux. Thiobacillus thiooxidans, par exemple, produit de l’acide sulfurique à partir des sulfures, acide qui entraîne une dégradation rapide des matériaux métalliques. J’insiste sur le fait que ce n’est pas parce qu’il y a des bactéries (il y en a partout) que la corrosion leur est imputable.
Il faut en outre que le milieu soit favorable à leur activité. Il convient donc de corréler leur présence avec d’autres éléments, avec la recherche notamment de mélantérite (FeSO₄ 7H₂O) ; il s’agit d’un sulfate de fer qui est un des produits de corrosion formés par la réaction de l’acide sulfurique sur l’acier, et signe, en quelque sorte, l’activité bactérienne. Enfin l’état de surface caractéristique du métal attaqué par corrosion bactérienne vient confirmer l’hypothèse. On peut alors lancer une étude biologique de dénombrement et d’activité bactérienne".

Quels sont les remèdes à ce type de corrosion ?
"Les remèdes sont un nettoyage du métal et une protection cathodique de la surface, qui freine le phénomène sans entièrement le stopper".

On connait ta passion pour les objets archéologiques immergés… Ils connaissent eux aussi une problématique soufre ?
"Oui, comme tous les métaux immergés, selon le mécanisme que je viens de décrire. Le problème archéologique majeur qui les concerne est que les transformations chimiques résultant de leur excavation s’accompagnent de modification volumiques qui entrainent la perte de surface d’origine de l’objet et, avec elle, la destruction de précieuses informations historiques et épistémologiques. Ils doivent être traités en priorité, immédiatement après leur sortie de fouille".

Pour en savoir plus sur la corrosion des métaux : A-CORROS - cliquez ici

// Le soufre et les pathologies des réseaux d'assainissement

L'enquête menée par le CSTB et l'AGHTM (aujourd'hui ASTEE) en France, en 1989 auprès de 1106 gestionnaires pour un linéaire test de 49281 km recensait les dégradations dont étaient victimes les réseaux :

Ces dégradations peuvent entraîner des disfonctionnements du réseau : débordement, fuites, pollutions, moindre rendement des stations d'épuration en aval. Elles peuvent résulter de diverses causes :

Les dégradations liées au matériau (corrosion+abrasion+fissuration) représentent à peu près ¼ des défauts recensés.

La durabilité des bétons en réseau d'assainissement.
Le respect des normes concernant le béton, notamment au regard des classes d'exposition (NF EN 206-1) et concernant les éléments préfabriqués en béton est un élément essentiel de garantie de qualité et de durabilité. C'est la raison pour laquelle, nous avons rassemblé et commenté ces normes sur une page particulière. La durabilité du béton dans les réseaux d'assainissement est principalement affectée par les effluents riches en composés soufrés qui déclenchent une attaque acide sur les liants hydrauliques.

Le béton en milieu riche en hydrogène sulfuré: Mécanismes de dégradation.
Le dégagement d'hydrogène sulfuré peut se produire dans des ouvrages tels que les fosses septiques, les stations d'épuration ou les réseaux d'assainissement. Ce dégagement a pour origine la décomposition en milieu anaérobie des composés du soufre contenus dans les effluents brassés ou circulant dans les ouvrages. Les composés souffrés proviennent des sulfates et des produits organiques de type protéines végétales et animales ou de type sulfonates contenus dans les produits détergents. La réduction des ces composés est due à l'action de bactéries anaérobies sulfato-réductrices et nécessite un milieu pauvre en oxygène (O₂<0.1 mg/l)

Par consommation de l'hydrogène sulfuré au cours de leur métabolisme, les sulfato-bactéries rejetent de l'acide sulfurique H₂SO₄.
Tous les matériaux à base de liants hydrauliques calciques sont très sensibles au contacts de ces acides (formation d'un bio-film : dépôt gélatineux superficiel permettant à l'activité bactérienne de se poursuivre directement au contact du béton). Les acides secrétés peuvent correspondre à des solutions dont le pH peut être proche de zéro. L'action de H₂S se résume principalement à une attaque par H₂SO₄ qui se décompose elle-même en :

un phénomène d'attaque acide qui induit la dégradation du béton par dissolution des composés calciques et silico-calciques de la pâte ciment
et une réaction sulfatique avec néoformation de minéraux à caractère expansif : gypse, ettringite…

Il est important de noter que ces réactions n'ont lieu que dans les parties émergées ou situées en zone de marnage de l'ouvrage et qu'elles sont d'autant plus fortes que l'humidité de l'air ambiant et la température sont élevées et que l'environnement est peu ventilé.

Corrosion sulfo-bactérienne d'une canalisation en béton, d'après Dugnolle

Conclusion
Ce type de milieu contenant de l'H₂ peut être considéré comme fortement à très fortement agressif (milieux A3 et A4, selon P 12-011). Ces milieux impliquent donc de se conformer aux recommandations synthétisées dans les tableaux du fascicule de recommandations P 18-011. En raison du type de mécanisme mis en jeu, il apparaît que les bétons à base de ciment riche en C3A et/ou dont la pâte de ciment hydratée est riche en portlandite Ca(OH)₂. Sont sensibles aux agressions impliquant l'hydrogène sulfuré. Il y a donc lieu de s'orienter vers des ciments qui libèrent peu de Ca(OH)₂ : ciments avec ajouts (cendres volantes réactives, laitier…) et dont la teneur en C3A est réduite.

En ce qui concerne la formulation du béton, le dosage en ciment doit être augmenté et le rapport Eau/Ciment doit être diminué. La mise en œuvre doit être effectuée de manière à obtenir une bonne compacité du matériau. L'hydratation du ciment doit être assurée avant la mise en contact du béton avec le milieu agressif. Dans le cas de milieux très fortement agressifs, une protection supplémentaire de surface devra être appliquée.

Bibliographie

C. Cochet, D. Derangere
La dégradation du béton dans les ouvrages d'assainissement en présence d'hydrogène sulfuré
Cahiers du CSTB, cahier 2382, 1990

M. Polder, M. Van Mechelen
Assessment of biogenic sulfuric acid agressivity of sewer environment
Symposium : Corrosion, Deterioration of buildings, CSTP-CEFRACOR, 13-16 novembre 1990

M. Dumas
Sewerage : Aluminous binders agains corrosion
Symposium : Corrosion, Deterioration of buildings, CSTP-CEFRACOR, 13-16 novembre 1990

Mathieu
Durabilité des ouvrages hydrauliques en béton, retours d'expérience
Durabilité des ouvrages en béton, ENPC-ACI, 19-20 septembre 1990

E. Dugnolle
Corrosion biologique des bétons au contact avec les eaux résiduaires
Revue du CSTC, n° 4.

T. Cerulli, C. Pistolesi, C. Malteses, D. Salvioni, G. Facchetti
Durability of cement mortars to suphuric acid attack
Fifth CANMET/ACI International Conference on Durability, Barcelone, 2000 - Supplementary Papers.

François Martin: Une étude du génie civil des ouvrages d'une station de dépollution. Travaux, n° 835, 2006/
Trinel, Benjamin : Les pathologies des ouvrages de traitement des effluents. Environnement et technique n° 299 (septembre 2010). - pp. 31-33

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// Un autre Gypse : le gypse artificiel

Le gypse synthétique sous-produit de traitements industriels
Avec plus  200 millions de tonnes, la production annuelle mondiale de gypse synthétique est supérieur à l’extraction du gypse naturel.

Gypse de désulfuration
Les traitements chimiques de désulfuration des gaz de combustion, à l'aide d'hydroxyde de calcium (lait de chaux) (2 SO₂ + 2 Ca(OH)₂ + O₂ + 2 H₂O = 2 CaSO₄,2H₂O), donnent un gypse indeme de pollution qui est donc directement utilisable comme matière première du plâtre.

Le phosphogypse                                   
L'industrie des engrais produit du gypse lors de la fabrication de l'acide phosphorique à partir de phosphate. C’est ce gypse qu’on appelle le phosphogypse ; il représente à lui seul plus de la moitié du gypse synthétique produit annuellement dans le monde. La valorisation en plâtre de ce phosphogypse, essentielle pour la préservation de l’environnement, a fonctionné, en France notamment, mais s’est arrêtée du fait d’un manque de rentabilité. Le Japon qui ne possède pas de gypse a maintenu cette filière de valorisation.

Pour ce qui concerne le domaine des matériaux, le phosphogypse peut être valorisé dans l’industrie plâtrière, dans l’industrie cimentaire comme retardateur de prise et en technique routière. Chaque phosphogypse étant un cas particulier, il convient de mener, en amont de la valorisation, des études appropriées de faisabilité.

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PORTRAIT : Murielle Bertello,
Assistante production au LERM

PORTRAIT : Ce trimestre, nous vous proposons de découvrir qui est Murielle Bertello, assistante de production au LERM.

LERM : Murielle, tu peux nous raconter un peu ta trajectoire au Lerm ?
Murielle Berthelot : "Volontiers… Mais il faut faire un effort d’imagination ! Le Lerm, à mes débuts, était alors une équipe d’une douzaine de personnes. Nous étions dans la région parisienne. Il fallait faire la queue pour se servir d’un ordinateur et, pour illustrer les rapports d’études, il fallait faire développer les photos, les découper, les coller à la main…".

Il y a des moyens de dater cette préhistoire ?
"Je suis entrée au Lerm en juillet 1995 (si personne n’était au courant, maintenant c’est dit !), comme secrétaire polyvalente ; je touchais à tout sauf à la comptabilité : accueil, téléphone, courriers, rapports d’études, devis, factures, commandes… Dans un petit effectif, tu découvres vite toutes les facettes de la réalité de l’entreprise. Je précise que  j’étais alors à temps partiel, en contrat de qualification, ce qui signifie que j’étudiais et travaillais en alternance".

C’était donc ton premier poste ?
"A l’exception de quelques petits boulots, oui… Si j’arrivais avec une belle motivation, j’avais encore beaucoup à apprendre. Dans l’équipe, nombreuses ont été les personnes qui ont pris tout le temps nécessaire pour me mettre au courant et me rendre réellement opérationnelle.
Je les remercie encore pour leur patience ! C’est donc au Lerm que j’ai validé mes compétences professionnelles, que j’ai découvert le monde de l’entreprise, la réalité d’un labo spécifique comme celui-ci, et que j’ai acquis la méthodologie de travail dont j’avais besoin.
Je te confie une anecdote, lors de mon entretien d’embauche, l’un des directeurs d’alors me demande si j’étais prête à suivre le labo lors d’un éventuel déménagement… Le labo était en effet à l’étroit et dispersé sur plusieurs sites ;  une relocalisation s’imposait donc. J’ai dit oui, sans songer un seul instant que ce déménagement allait effectivement avoir lieu".

Et il a eu lieu…?
"Il a eu lieu, en effet ! Tu ne peux imaginer ce que c’est qu’une entreprise qui déménage avec son personnel (et les familles), ses archives, son matériel de laboratoire, les travaux en Arles… Le tout sans fermer un jour ! C’était génial. Ce moment a vraiment soudé les gens qui l’ont vécu ensemble. Soudés nous l’étions, non seulement parce que nous vivions le même moment de l’entreprise, mais aussi parce que nous vivions les mêmes réalités quotidiennes : nous arrivions dans une ville inconnue, il fallait se loger, inscrire les enfants à l’école, etc… Nos enfants se sont retrouvés dans la même école, et pour certains, dans la même classe".

C’est en y arrivant que tu découvres Arles ?
"Oui, Arles, la vie de province… et le mistral ! Arles était alors une ville où l’on se couchait de bonne heure, ça change de Paris qui vit aussi  la nuit. Mais les choses ont un peu changé depuis sur Arles…".

L’effectif du Lerm est aujourd’hui de plus de 70 personnes, à Arles, mais réparties dans des agences également. Comment sens-tu cette évolution ?
"D’un côté, c’est un motif de satisfaction, car cette croissance est le signe et le moyen du succès du labo. On rencontre de nouvelles personnes, d’autres liens se créent, certains s’éloignent, et d’autres se bonifient, mais c’est normal, Ca fait partie des relations humaines. Ceci dit, les valeurs de la période pionnière sont, je le crois, toujours vivantes. C’est d’ailleurs notre responsabilité de leur garder un sens et une efficacité. L’évolution doit maintenir ce qui est bon. La transmission au sein de l’entreprise devient, avec sa croissance,  un moment à part entière de notre travail. Si le fait d’être nombreux modifie forcément les modes d’organisation, cela ne change pas la nécessité où nous sommes de coopérer ensemble, de communiquer, de travailler solidairement".

Comment vois-tu ton avenir au Lerm ?
J’ai toujours pu évoluer dans l’entreprise, et rebondir sur des perspectives qui m’intéressent. Cela va continuer. Je continuerai de gérer l’équipe des assistantes, mais la croissance du Lerm me mobilisera sans doute de plus en plus sur des activités d’organisation interne en collaboration plus étroite avec mon responsable de marché, d’orientation du travail, de suivi et de transfert des compétences. Si cela est une nécessité organisationnelle, c’est aussi un souhait personnel : je n’oublie pas tout ce que j’ai appris en débarquant dans ce labo, ni la façon dont je l’ai appris et je suis aujourd’hui en position de renvoyer la balle…".

Tu sais que la Lettre d’information où se trouvera cet entretien traitera du soufre. Cela t’inspire-t-il une réflexion personnelle ?
(Silence méditatif : NDLR)… Plutôt qu’une réflexion, je te propose un souvenir, celui de terres jaunes- orangées qui contrastent si fort avec ce paysage rocheux et verdoyant  recouvert de brumes. Cela, c’est sur la partie de Basse Terre, où se trouve ma chère Soufrière….

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1. BETONS :
La norme NF EN 206-1 : spécifie dans le tableau relatif aux classes d’exposition la question de l’attaque chimique. Les valeurs limites de teneurs en sulfates permettant de définit ces classes (XA1, XA2, XA13) sont précisées en ce qui concerne les eaux de surfaces, les eaux souterraines et les sols. Pour la méthode d’essai, elle renvoie à la norme NF EN 196-2.

2. BETONS et ADDITIONS :
NF EN 15167-1 (P 18-512-1), Septembre 2006, LAITIER GRANULE DE HAUT FOURNEAU MOULU POUR UTILISATION DANS LE BETON, MORTIER ET COULIS. Partie1 : Définitions, exigences et critères de conformité 5. 2 Tableau 1 : teneurs en sulfure et en sulfate.
NF EN P 18-513 (P 18-513), Mars 2010. METAKAOLIN, ADDITION POUZZOLANIQUE POUR BETON. Définitions, spécifications et critères de conformité
5.2.3 Teneur en sulfate.

3. GRANULATS : XP P 18-545 (P 18-545), Mars 2008. Granulats. Eléments de définition, conformité, et codification
Spécifie les teneurs en soufre total, en sulfates solubles dans l’acide  de l’ensemble des catégories de granulats, ainsi que la teneur sulfates solubles dans l’eau des matériaux recyclés provenant de la démolition des bâtiments.
La détermination de la teneur en sulfate solubles dans l’eau et de la teneur en sulfates solubles dans l’acide sont faites conformément à la norme NF EN 1744-1
La résistance au sulfate de magnésium des enrochements  est déterminée conformément à la norme  NF EN 1367-2.
NF EN 1744-1 (P 18-660-1). Oct. 10. Essais visant à déterminer les propriétés chimiques des granulats. Partie 1 : Analyse chimique
10. Détermination de la teneur en sulfates solubles dans l’eau
10.1 Détermination de la teneur en sulfates solubles dans l’eau dans les granulats naturels et manufacturés
10.2 Détermination de la teneur en sulfates solubles dans l’eau dans les granulats recyclés
11. Détermination de la teneur en soufre total
12. Détermination des sulfates solubles dans l’acide
13. Détermination des sulfures solubles dans l’acide
14. Détermination des composants affectant l’état de surface des bétons
14.1. Examen de la présence de particules réactives de sulfure de fer

XP P 18 – 581 (P 18-581), Oct. 97. Granulats - Dosage rapide des sulfates solubles dans l'eau. Méthode par spectrophotométrie
Cette norme définit une méthode simple de détermination de la teneur en sulfate des granulats issus de produits de démolition.

4. CIMENTS :
NF EN 197-1 (P 15-101-1), Février 2001. Ciment. Part. 1 : Composition, spécifications et critères de conformité de Ciments courants.


NF EN 196-2 (P 15-471-2), Avril 2006. Méthode d’essais des ciments. Partie 2 : Analyse chimique des Ciments
8. Dosage du sulfate
11. Dosage du sulfure
ASTM C 542-06 : Standard test method for potential expansion of Portland cement mortars exposed to sulfate

5. CIMENTS SPECIAUX NORMALISES :
NF EN 15743 (P 15-313), Avril 2010 -Liants hydrauliques-Ciment sursulfaté. Composition, spécifications et critères de conformité
Notre article : http://www.lerm.fr/lerm/Newsletter/Newsletter17/lerm_Newsletter17_ciments_online.htm#DOSSIER_9

6. EAUX de GÂCHAGE :
NF EN 1008 (P 18-211), Juillet03. EAU GACHAGE POUR BÉTONS - Spécifications d’échantillonnage, d’essais et d’évaluation de l’aptitude à l’emploi, y compris les eaux des processus de l’industrie du béton, telle que l’eau de gâchage pour béton.
4.3.2 : Sulfates = la teneur en sulfates de l'eau, mesurée selon 6.1.3 et exprimée en SO₄^2- , ne doit pas dépasser 2000 mg/l.
Annexe A, p.14 :

Fait appel à NF EN 196-2 pour l’essai chimique

6. Produits spéciaux :
EXP P 18-837, Avril 1993. PRODUITS SPECIAUX DESTINES AUX CONSTRUCTIONS EN BETON HYDRAULIQUE. Produits de calage et/ou scellement à base de liants hydrauliques - Essai de tenue à l'eau de mer et/ou à l'eau en haute teneur en sulfates

7. GYPSE :
Depuis l’annulation sans remplacement, en octobre 2009, de la norme ISO 1587 de 1975 (Pierre à plâtre pour la fabrication des liants – Spécifications), il n’existe pas de spécifications concernant le gypse dont est fait le plâtre.
Les normes ASTM C11 (Terminology)  et ASTM C 22/C 22M 2000 (Standard Specification for Gypsum) fournissent des spécifications concernant le gypse.

8. PLÂTRE :
La norme NF EN 132791-1 (P 72-400-1), novembre 2008. Liants-plâtres et enduits à base de plâtre pour le bâtiment. Définit les différents liants plâtres, leurs compositions et les exigences dont ils font l’objet.

9. DECHETS :
NF EN 12506 (X 30-430), février 2004, Caractérisation des déchets - Analyse des éluats -  Détermination du pH et dosage des As, Ba, Cd, Cl-, Co, Cr, Cr VI, Cu, Mo, Ni, NO2-, Pb, S total, SO₄^2-, V et Zn.
Fait appel à la norme suivante pour la conduite de l’essai concernantSO₄^2-:
NF EN ISO 10304-1 (T 90-042-1), Juillet 09. Qualité de l’eau - Dosage des anions dissous par chromatographie des ions en phase liquide. Partie 1 : Dosage du bromure, chlorure, fluorure, nitrate, nitrite, phosphate et sulfate.

10. EAU :
NF T90-040, Septembre 1986. Essais des eaux - Dosage des ions sulfates - Méthode néphélométrique.
ISO 10530:1992 Septembre 1992. Qualité de l'eau. Dosage des sulfures dissous. Méthode photométrique au bleu de méthylène.
Directive 98/83/CE du Conseil, du 3 novembre 1998, relative à la qualité des eaux destinées à la consommation humaine.
Cette directive s'applique à toutes les eaux destinées à la consommation humaine, à l'exception des eaux minérales naturelles
et des eaux médicinales.
Les États membres veillent à ce que l'eau potable ne contienne pas une concentration de micro-organismes, de parasites ou de toute autre substance constituant un danger potentiel pour la santé des personnes et soit conforme aux exigences minimales (paramètres microbiologiques, chimiques et relatifs à la radioactivité) établies par la directive.

10. SOLS, REMBLAIS, TECHNIQUES ROUTIERES :
La norme P 94-100 d’août 1999. (Sols : reconnaissance et essais - Matériaux traités à la chaux et/ou aux liants hydrauliques. Essai d’évaluation de l’aptitude d’un sol au traitement) traite du comportement volumique d’échantillons de sols après traitement et compactage. Il permet d’évaluer les perturbations (expansion) liées à la présence de soufre.

Nous tenons à remercier les personnes suivantes pour leur participation à la construction de cette LERM INFOS n°19 :

- Nourredine RAFAÏ, Ingénieur Expert au LERM.
- Benjamin TRINEL, ingénieur Environnement et Matériaux au LERM
- Abdelkrim AMMOUCHE, directeur de la recherche et de l'Innovation et Responsable du pôle MATERIAUX au LERM.
- Loïc DIVET, chef du groupe Comportement Physico-chimique et Durabilité des Matériaux au LCPC.
- Jean-bernard MEMET, directeur de la société A-Corros.

La prochaine LERM INFOS paraîtra au printemps 2011. Merci de votre fidélité.

A LIRE et ACTUS

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// Le LERM et le groupe Setec se rapprochent :

Initié par les satisfactions répétées de nos clients, issues des collaborations techniques de ces dernières années entre le LERM et la SETEC, le souhait d’un rapprochement entre nos entités s’est confirmé le lundi 15 Novembre dernier dans les locaux du LERM à Arles, en présence des équipes du LERM et de la direction générale du groupe SETEC, sous le regard bienveillant de Monsieur Schiavetti, Maire d’Arles.

"Nous partageons des valeurs identiques sur notre métier : excellence et indépendance. Gardant notre autonomie de management et d’identité, ce rapprochement est une continuité évidente dans nos stratégies communes de développement"commentaient le 15 Novembre dernier, les directeurs généraux du LERM.

« L’entrée du LERM dans le giron des sociétés du Groupe SETEC est la démonstration concrète de l’ambition de la SETEC d’être l’un des acteurs majeurs de la démarche de la construction durable développée autour du cycle de vie des ouvrages » précisait Gérard Massin, Président du Groupe SETEC.

cliquez sur le lien ci-dessous pour en savoir-plus.

Lire le communiqué officiel
Visiter le site du groupe setec: http://www.setec.fr

//"Le Moniteur.fr", rubrique "Technique."

Dans la continuité de nos lettres d'informations techniques et scientifiques "LERM INFOS", vous trouverez sur la rubrique "Technique" de notre partenaire "lemoniteur.fr" une galerie d'actualités, de dossiers techniques et de reportages complets en libre consultation sur l'acte de bâtir.

Point central incontournable de l'actualité du BTP et du Génie civil, nous vous proposons de découvrir "la chronique du LERM" chaque dernier mercredi du mois. Dernièrement, vous pouviez consulter notre article sur "Les auscultations non-destructives des ouvrages".

Le site du Moniteur Technique: www.lemoniteur.fr/technique
La dernière "chronique du LERM": Auscultations non-destructives: le rôle clé du diagnostic.

//Le LERM s'équipe d'une arbalète.

Après la venue du nouveau FERROSCAN en Septembre dernier,
le laboratoire d'essais sur site du LERM s'est récemment équipé d'une arbalète, afin de contrôler la tension résiduelle des câbles de précontraintes dans les poutres béton présentes dans un grand nombre d'ouvrages d'arts et de structures en service. Ce nouvel équipement rejoindra l'ensemble de nos outils de mesure et d'analyse radar portatifs développés en interne, et utilisés lors d'investigations non-destructives sur site.

Bernard Tonnoir, le concepteur de l'essai, a choisi de rejoindre le LERM, comme les 3 nouveaux ingénieurs et techniciens fraîchement entré(e)s en cette fin d'année riche en actualités.


Pour en savoir plus sur les moyens d'investigation sur site du LERM, cliquez ici

//A lire dans Envrionnement & Technique .

En complément de nos articles techniques sur le soufre, nous vous recommandons le dernier numéro du mensuel "Environnement & Technique", paru en décembre.

A la une du numéro 302 d'Environnement et Technique :
- Déchets / emballages : le bras de fer jusqu'à la fin ?
- Air / Dioxines / furanes : l'importance du filtre dans les prélèvements sur quatre semaines.
- Stratégie et Management / Logiciel d'ACV : Innovation dans le couple "ACV & Eco-conception".
- Problématique du soufre dans la valorisation des déchets du BTP

Cliquez ici pour voir le numéro 302

//"Bétons[s] le Magazine n°32 janvier/février 2011"

Béton[s] le Magazine n° 32, consacre sa une aux ouvrages d’art à travers leurs architectures.

Le barrage du Mont-Saint-Michel, le nouveau Pont de Terenez, en Bretagne, la Passerelle du Pont du Diable, dans l’Hérault, constituent quelques-unes des réalisations présentées par leurs architectes.
Toujours dans l’Hérault, le chantier des Archives Départementales bât son plein, l’occasion d’un focus sur ses bétons coulés en place et préfabriqués. Le Zoom sur le matériel fait le point sur les plates-formes de travail en encorbellement utilisées en bâtiment.
Autre innovation, le système “Toupie Clean” qui permet le nettoyage simple et en toute sécurité de l’intérieur des cuves des toupies.

Consulter le site: N°32 Béton[s] le Magazine

AGENDA

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// Retour sur le Salon du Patrimoine Culturel 2010.

Du 4 au 7 Novembre dernier, le LERM était présent au Salon International du Patrimoine Culturel situé toujours au Carrousel du Louvre, à Paris.

La soirée de vernissage fut ponctuée par la venue de Monsieur Novelli, Secrétaire d'Etat au Commerce, à l'Artisanat et aux Petites et Moyennes Entreprises, précédant la visite de Monsieur Frédéric Mitterrand, Ministre de la Culture et de la Communication.

Vous êtiez nombreux pour assister à l'auscultation au radar géophysique que nos ingénieurs et techniciens ont réalisé le Vendredi 5 en fin de matinée. Installés sur le stand commun du Pôle Industrie Culturelle et Patrimoine, l'ensemble des acteurs auront constaté une légère baisse de fréquentation par rapport à l'année dernière, sur toute la durée de l'événement.

Pour l'ensemble des membres du Pôle, ces accalmies ont permis de recréer des synergies et renforcer une alliance de talents variés soutenus par la Région PACA pour valoriser le patrimoine bâti local.

Nous tenons à remercier les fidèles et les nouvelles connaissances qui nous ont rendu visite, et vous donnons rendez-vous du 3 au 6 Novembre 2011 pour un salon sous le thème du "Patrimoine dans la Ville".
© Pascal Bois / panovues.com

Visiter le site internet du "Salon International du Patrimoine culturel 2010"

// Retour sur le colloque "Le Pont 2010…

Le colloque "Le Pont", marronier incontournable du Génie Civil a célèbré sa quinzième édition les 19 et 20 Octobre derniers, à Toulouse.

Furent évoqués, entre autres, les méthodes d'analyse de risques, appliquées aux murs, buses et poutres précontraintes, les méthodes d'auscultations, les principes de réparation et de renforcement des ouvrages métalliques anciens, ainsi que la vulnérabilité des ouvrages aux séismes.


Avec une fréquentation toujours en hausse, c'était aussi l'occasion d'officialiser la venue de Bernard Tonnoir concepteur de l'essai à l'arbalète sur câbles de précontrainte, au sein du LERM.

Parmi les nombreuses conférences proposées, Jean-Luc Garciaz, Ingénieur Expert au LERM présentait un retour d'expérience dans le cadre du projet APPLET sur le " Diagnostic de la corrosion des armatures par méthodes électrochimiques".

Nous remercions celles et ceux qui sont passés sur notre stand et c'est avec plaisir que nous
vous disons donc... à l'année prochaine.

Consultez le site du "Colloque le Pont" 2010

// TECHA 2010 - le film de l'événément : retour sur un événement qui replacait l 'Innovation au service du patrimoine :

Organisé dans le cadre du projet CHORD par le Pôle Industries Culturelles & Patrimoines en partenariat avec Med2Europe et en collaboration avec les organisateurs italiens de techa 2008, CNR et ENEA, le Forum International techa 2010, l'innovation au service du Patrimoine, a réuni à Arles, du 20 au 23 septembre 2010, plus de 160 professionnels des filières culturelles et patrimoniales.

Alliant cycle de conférences, rendez-vous d'affaires, salon de l'innovation et découverte de sites patrimoniaux emblématiques, il s'est imposé comme un outil majeur de valorisation du territoire et des savoir-faire auprès de spécialistes de dix nationalités différentes.

Nous vous invitons à consulter le film de l'événement qui retrace en quelques minutes, les temps forts de TECHA 2010, confirmation d'un succès qui verra naître un 3ème opus ?

Cliquez ici : Voir le film sur TECHA 2010 à Arles

// 1960 - 2010 : le CEFRACOR fait son jubilé..

Le 19 Novembre dernier , le CEFRACOR (Centre français de l'anticorrosion) a fêté ses 50 ans
à la maison de la Chimie (Paris 7è) en présence de nombreux experts.

Dès 14h30, Bernard Bigot président de la Fondation de la Maison de la Chimie ouvrait un après-midi d'exposés :

- Historique du CEFRACOR, par Jacques Galland (vice-président du CEFRACOR).
- Le CEFRACOR, vecteur de transfert des compétences et connaissances de l'Ecole française de corrosion et d'anticorrosion, par Gérard BERANGER (Université de Technologie de Compiègne, Académie des Technologies).
- Evolution des méthodes et outils de recherche sur la corrosion, par Philippe MARCUS (Président du Comité Scientifique et Technique du CEFRACOR).
- La lutte contre la corrosion à travers le monde : nécessités, priorités, éducation et gestion, par Antoine POURBAIX (Président du CEBELCOR Centre Belge de la Corrosion).

Ces exposés débouchaient vers un cocktail convivial, où était présent notre ingénieur expert Nourredine RAFAÏ.

Cliquez ici pour lire les résumés des conférences du 19 Novembre dernier
Visiter le site du CEFRACOR

NOS METIERS

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Connaissez-vous les métiers du LERM ? Cliquez sur votre secteur d'activité / une prestation afin d'en savoir plus.

BTP / GENIE CIVIL	ENVIRONNEMENT	PATRIMOINE BÂTI
Contrôle & caractérisation	Contrôle & caractérisation	Contrôle
Etudes & diagnostics	Etudes & diagnostics	Etudes & diagnostics
Recherche & Innovation	Recherche & Innovation	Recherche & Innovation

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Merci de votre attention. La prochaine Lettre d'information technique et scientifique "LERM INFOS n°20" paraîtra au Printemps.

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