Titre Evaluation non destructive de l'état d'endommagement des ouvrages ne béton armé, par mesures de résisitivité électrique (Thèse de doctorat)
Auteur Jean-François LATASTE
Université Université Bordeaux I

Partenaires LERM
Date de soutenance 13 décembre 2002
Mots-clés Contrôle Non Destructif, béton armé, résistivité électrique, altération, géophysique, fissuration, carbonatation, diagnostic
Résumé Dans les pays industrialisés, les parcs d'ouvrages en béton armé étant de plus en plus vieux, les politiques de gestion du patrimoine sont engagées. L'évaluation de l'état d'endommagement de ces structures est une donnée essentielle à la planification des travaux, et le Contrôle Non Destructif (CND) apparaît comme étant un outil adapté au contexte et aux besoins des maîtres d'ouvrages.

Parmi les méthodes existant, la mesure des résistivités électriques est actuellement utilisée essentiellement pour la caractérisation de la corrosion des armatures. Elle présente toutefois une sensibilité à la porosité du matériau, et à la circulation des charges électrolytiques dans la matrice, qui semble pouvoir être exploitée pour l'étude des altérations du béton.
Les travaux effectués au cours de la thèse ont pour objectif d'étudier et de développer la technique de la mesure des résistivités électriques, par quadripôle carré, sur les ouvrages en béton armé, pour la caractérisation de leur état d'endommagement.

Dans un premier temps, le travail s'oriente sur la définition d'une procédure de mesure in situ qui prend en compte les différentes grandeurs d'influence de la mesure (paramètres extérieurs, structuraux, ou liés à la mesure) ; cela afin d'en minimiser les effets ou d'acquérir l'information nécessaire à leur correction en phase de dépouillement.
Dans un second temps, différentes altérations physico-chimiques, ou de type fissuration, sont étudiées. Des mesures sur corps d'épreuve altérés par carbonatation, lixiviation, ou gel-dégel, permettent de montrer la capacité de la technique à suivre l'évolution dans le temps de ces altérations. Elles indiquent aussi une sensibilité de la mesure à l'épaisseur altérée du matériau.
Des travaux expérimentaux (sur corps d'épreuve mais aussi in situ), et de modélisation numérique montrent l'influence de la profondeur et de l'ouverture des fissures sur les variations des résistivités apparentes. L'évaluation de l'anisotropie électrique du matériau à l'aplomb des désordres permet d'envisager une caractérisation fine de ce type d'endommagement.
Des études spécifiques complémentaires finissent d'élargir le champ des possibilités d'utilisation de la technique en génie civil, avec notamment l'étude des bétons de fibres, ou la hiérarchisation de l'endommagement entre ouvrages.

  
Abstract In industrialised countries, numbers of reinforced concrete buildings are older and older, so management policies are engaged. Assessment of damage level of structures is an essential data to the planning of works and Non Destructive Testing (NDT) appears as an adapted tool for this aim, fulfilling the needs of owners.

Up to now, among existing methods, electrical resistivity measurement is used essentially to characterise corrosion of rebar in concrete. However the technique presents sensitivity to the material porosity, and to the ability for electrolytic charges to flow through matrix. This dependence can be exploited to study concrete alteration.
Works leaded during the PhD aim to the study and to develop the electrical resistivity technique, with four probes square device, on reinforced concrete structures, to characterise damaging.

In a first step, on site measurement process is studied, then defined, to take into account the various parameters influencing apparent resistivity (external, structural, or directly linked to the measurement). Works finally allow to minimise their effects, or to obtain information for correcting them during exploitation of results.
In a second step, various physical or chemical alterations, as well as cracks, are studied with electrical way. Measurements on samples having undergone carbonation, or leaching, or freeze - thawing cycling, allow to quantify the changes in electrical resistivity compared to material alteration level. The sensitivity of apparent resistivity to the damaged thickness of concrete is also shown. Experimental works (on sample and on sit too), and numerical modelling proves the influence of cracks depth and widening, on electrical resistivity variation. Assessment of the material electrical anisotropy right to this type of disorders, allows to view an accurate characterisation of such damages.

Specific studies complete the range of possible way of use of the method, in the field of Non Destructive evaluation of concrete properties: particularly, the ability of method to describe arrangement of metallic fibers within reinforced fiber concrete, the capacity of the method to rank identical structures according to their damage level.

Key words: Non Destructive Testing, Reinforced concrete, electrical resistivity, damage, geophysics, cracks, carbonation, diagnosis.