Diagnostic de désordre de façades avant travaux de réhabilitation d'un bâtiment d'habitation collectif

Avant réparation ou réhabilitation d'un bâtiment, le diagnostic d'un laboratoire permet de caractériser les pathologies en présence et de définir les meilleures techniques de traitement .

Le LERM a réalisé une étude diagnostic concernant l'état d'altération des façades de bâtiments d'habitation collectifs afin de préconiser les solutions de traitement adaptées aux désordres en présence.

Le recours à un laboratoire spécialisé lors de l'étude d'un programme de travaux s'inscrit dans une démarche de calcul de coût global, qui, dans le temps, s'avère être un investissement pour le maître d'ouvrage. Les dépenses liées aux phases d'études ne représentent en effet qu'une faible part du budget de travaux et permettent au maître d'ouvrage de s'assurer de l'efficience de la réhabilitation. La récurrence des désordres s'en trouve fortement réduite.

Sommaire
	Objet de l'étude
	Programme de l'étude
			Investigations sur site
			Analyses en laboratoire
	Réalisation de l'étude
		Investigations sur site
			Repérage des armatures et mesure de l'enrobage
			Mesure de corrosion des armatures
		Analyses en laboratoire
	Conclusions et recommandations

Les immeubles étudiés, localisés en banlieue Nord de la ville de Marseille, dataient d'une trentaine d'années. Les façades présentaient des désordres récurrents principalement localisés sur la façade Ouest. Les désordres observés sur les balcons en béton correspondaient à des fissures, des épaufrures et des zones d'éclatement accompagnées de la mise à nu des fers. Ces désordres affectaient l'apparence et la durabilité de la construction mais également la sécurité des habitants.
Tous les balcons présentaient une structure identique : garde-corps pouvant être ajouré, dalle et refend séparateur.
Il est important de noter que la plupart des désordres repérés avaient fait l'objet d'une campagne de réparation : purge du béton et application d'un produit passivant de couleur jaune sur les armatures dégagées.

Programme de l'étude

Investigations sur site

Les objectifs de ces investigations sur site étaient :

	détecter les armatures et en mesurer l'enrobage par pachométrie
	mesurer la corrosion des armatures du béton par la méthode du potentiel d'électrode pour ce qui concerne les garde-corps et les dalles

Analyses en laboratoire

Les études qui ont porté sur les éléments de façades (garde-corps, dalles de balcon, refends) ont été les suivantes :

	examens macroscopiques des échantillons afin de décrire de façon succincte le béton, en évaluant notamment la profondeur de carbonatation par test à la phénophtaléine, l'aspect de la pâte de ciment ainsi que la répartition et la distribution des granulats.
	détermination du dosage en ciment des bétons à l'aide des essais suivants :
		mesure des masses volumiques et de la porosité accessible à l'eau selon le mode opératoire recommandé par l'AFPC-AFREM
		examen au microscope optique en lumière réfléchie d'une section polie dans le but de déterminer la nature du liant
		dosage de la silice soluble après attaque acide ménagée HNO3 1/50ème
	mise en évidence d'un éventuel gradient de concentration en chlorures et en sulfates en fonction de la profondeur (profil 3 points) et de l'exposition après attaque acide ménagée
	examen au microscope électronique à balayage couplé à l'analyse qualitative élémentaire par spectrométrie X à dispersion d'énergie de fractures fraîches afin de caractériser la microstructure des bétons, les faciès des hydrates, la carbonatation et de rechercher d'éventuels signes d'altération d'origine physico-chimique

Réalisation de l'étude

Investigations sur site

Repérage des armatures et mesure de l'enrobage

Le repérage des armatures et la mesure de leur enrobage ont été réalisés par pachométrie et contrôles destructifs, effectués pour les besoins des mesures de corrosion des armatures.

Mesure de corrosion des armatures

Principe de la méthode

La corrosion par enrouillement des aciers dans un béton provoque des phénomènes électrochimiques analogues à ceux des batteries, mais le courant électrique engendré présente une très faible intensité.
Par conséquent, la mesure du champ de potentiel donne une probabilité de corrosion qui est évaluée d'après les valeurs globales suivantes :

	U (tension électrique) > -100 mV : faible probabilité de corrosion active
	100 mV > U > -250 mV : amorce de corrosion possible
	250 mV > U : forte probabilité d'existence de corrosion active.

Les variations rapides du champ de potentiel (gradient élevé), constituent également un critère d'évaluation important, pouvant notamment traduire la présence d'une fissuration du béton provoquée par l'enrouillement des aciers.

Ces investigations sur site ont été complétées par prélèvements d'échantillons de béton par carottages sous eau, échantillons qui ont été analysés en laboratoire…

Mise en œuvre

Le champ de potentiel est mesuré entre le réseau d'armatures lui-même et une électrode spéciale de référence (électrode impolarisable en cuivre - sulfate de cuivre), appliquée à la surface du béton. Un millivoltmètre sensible à grande impédance d'entrée est utilisé pour obtenir des mesures fiables et stables.
Les surfaces sont auscultées selon un maillage de points de mesures régulièrement espacés (30 à 40 cm dans le cas présent).
Le système utilisé permet la mesure du champ de potentiel à la surface du béton sur des zones de plusieurs mètres carrés. Les valeurs de potentiel sont mises en mémoire sur le site et traitées ensuite au laboratoire.
La cartographie du champ de potentiel sur les zones auscultées est faite par traitement informatique des mesures.

Les potentiels mesurés sur l'ensemble des zones montrent les points suivants :

	les mesures effectuées font apparaître des variations de potentiels notables et significatives d'une activité de corrosion active probable.
	les dalles des balcons ajourés ou les parties basses des éléments pleins sont marquées par des potentiels, élevés en valeur absolue, indicatifs d'une activité probable de corrosion active

Analyses en laboratoire

Résulats

Caractérisation des bétons de garde-corps

	Les mesures de carbonatation de la matrice cimentaire montrent que le front de pénétration est de l'ordre de 10 mm (côté appartement) et varie de 10 à 20 mm (côté extérieur),
	Les bétons étudiés sont formulés avec un ciment de type CEM II au laitier dosé en moyenne à 470 kg par m3 de béton. Ces bétons sont également caractérisés par une compacité correcte traduite par une porosité de l'ordre de 15 %. Le dosage en ciment est relativement élevé et supérieur aux recommandations de la norme NF EN 206-1 concernant le béton prêt à l'emploi (dosage minimal de 280 kg pour un béton armé),
	Les dosages chimiques ont montré la présence dans les bétons, d'une part de sulfates dont la concentration est de l'ordre des normes en vigueur, et d'autre part de chlorures. Ces chlorures sont présents dans des proportions relativement élevées et supérieures au seuil maximal dans le cas de béton armé (moyenne de 0,5 à 0,9 % pour une limite de 0,4 % de chlorures par rapport au poids de ciment - limite fixée par la norme NF EN 206-1),
	Les observations microscopiques ont montré que ces bétons des garde-corps sont composés par une matrice cimentaire englobant les hydrates traditionnels d'un béton : silicates de calcium hydratés C-S-H et portlandite Ca(OH)2. Ces hydrates forment un assemblage plutôt compact et le contact pâte-granulat y est étroit. Les granulats sont principalement de nature siliceuse et silicatée. Ces bétons sont marqués par la présence d'une carbonatation au niveau des franges superficielles (côtés extérieur et intérieur) ainsi que par la présence d'un signal récurrent en soufre.

Caractérisation des bétons des dalles de balcon (nez de dalles)

	Les profondeurs de carbonatation varient de 10 à 20 mm. Le front de carbonatation " horizontal " (c'est-à-dire depuis les faces extérieures et intérieures - zone de contact avec le plancher) est inférieur à l'épaisseur d'enrobage des fers. Néanmoins, l'enrobage inférieur des fers est estimé à 10 mm environ ce qui placent ces dernières au niveau du front de carbonatation et donc dans une zone dépassivante. Ce constat est vérifié par les armatures recoupées lors des carottages présentant des traces de corrosion notables.
	Le béton de ces éléments est formulé, comme les garde-corps, avec un ciment de type CEM II au laitier dont le dosage moyen est de 470 kg. La porosité moyenne des échantillons testés est d'environ 16 %. %. Le dosage en ciment est relativement élevé et supérieur aux recommandations de la norme NF EN 206-1 concernant le béton prêt à l'emploi (dosage minimal de 280 kg pour un béton armé).
	Comme dans le cas des garde-corps, les éléments chimiques susceptibles d'être agressifs (chlorures et sulfates) sont présents dans des proportions similaires selon l'origine des échantillons. Les bétons issus de certains bâtiments présentent des teneurs en chlorures ponctuellement élevées et supérieures aux seuils en vigueur. Dans le cas des sulfates, les teneurs mesurées sont homogènes et de l'ordre des préconisations en vigueur.
	L'examen de la microstructure des bétons a révélé que la pâte de ciment est composée de C-S-H pouvant former des assemblages denses, de portlandite et d'ettringite. Cette dernière, relativement abondante, se présente sous la forme de fines aiguilles mais également sous une forme massive à caractère expansif.

Conclusions et recommandations

Au vu des observations et analyses réalisées, il est apparu que les bétons constitutifs des façades des immeubles de la résidence objet de l'étude présentaient un état de conservation globalement correct. Il était néanmoins important de souligner que, localement, des désordres liés à un phénomène de corrosion des armatures étaient observés, particulièrement en sous face des dalles où les épaisseurs d'enrobage des armatures sont les plus faibles.
La corrosion, à l'origine de ces désordres qui affectaient particulièrement les balcons des façades Ouest, était en relation avec un phénomène de carbonatation de la matrice cimentaire et/ou la présence de chlorures en quantité relativement élevée.

La carbonatation de la matrice cimentaire était liée à la pénétration d'humidité et de CO2 depuis le milieu extérieur. Les chlorures avaient également pour origine le milieu environnant (humidité locale, embruns marins…). Le développement de la carbonatation et la pénétration de chlorures étaient directement favorisés par les qualités intrinsèques des matériaux et particulièrement par leur compacité (la porosité favorisant la pénétration d'éléments exogènes).

Le phénomène de corrosion des armatures métalliques se traduisait par la création d'une couche d'oxydes en surface des fers ce qui tend, par augmentation du volume local de l'armature, à créer des contraintes mécaniques suffisamment élevées pour favoriser la création d'un réseau de microfissuration dans le béton.
Il est par ailleurs important de souligner que la majorité des désordres repérés affectaient les éléments préfabriqués des balcons : garde-corps et nez de dalle de plancher. La répartition de ces désordres est liée à la présence d'armatures dans les éléments considérés ainsi qu'à l'orientation des balcons (Ouest).
En effet, les auscultations réalisées sur les refends ont révélé l'absence de ferraillage dans les zones d'analyses. D'autre part, les dalles de la façade Est ne présentent pas de désordres majeurs et sont caractérisées par des teneurs en éléments exogènes (chlorures particulièrement) relativement faibles.

Dans ces conditions, les réparations pourront s'articuler autour d'un traitement curatif des zones actuellement dégradées, et éventuellement d'un traitement préventif des zones dans lesquelles aucun désordre n'est actuellement observé, mais où des teneurs notables en chlorures et/ou des profondeurs de carbonatation de l'ordre de l'épaisseur d'enrobage des armatures ont été mises en évidence.