Problèmes posés par les ouvrages atteints de RSI

Bilan des ouvrages touchés par la RSI

Le premier cas reconnu où la formation différée d’ettringite est considérée comme l’origine principale des détériorations correspond à des traverses de chemin de fer préfabriquées en béton ayant subi un traitement thermique, dans les années 1980 (Heinz et al. 1989). Cette pathologie d’abord détectée dans les traverses de chemin de fer en Allemagne dans le début des années quatre-vingt, s’est avérée présente aussi dans d’autres ouvrages dans le monde comme en Finlande (Tepponen et al. 1987), au Canada (Inderwick 1972), aux USA (Mielenz R. 1995), en Suède (Berntsson et al. 1988), en Australie (Shayan et al. 1992)… Les premiers désordres sont apparus après plusieurs années d’utilisation, généralement en moins de dix ans, et il s’agit toujours de traverses de chemins de fer exposées à l’humidité. En effet les mêmes traverses mises en place dans les tunnels ne présentent pas à la même période de signes d’altération. Dans certains cas, la RSI est associée à d’autres mécanismes de dégradation du béton tels que le gel-dégel ou la réaction alcali-silice. La RSI a aussi été identifiée dans des pièces massives en béton coulées en place. Cela concerne notamment des fondations de pylônes de ligne électrique au Etats-Unis (Lawrence 1999 et Hime 1996) et en Italie (Collepardi 1999). Ces désordres sont apparus entre trois et huit ans après le coulage du béton. Une importante expertise d’ouvrages d’art a été réalisée en Grande-Bretagne, qui a révélé vingt-trois cas de parties de ponts touchées par la RSI : fondations, culées, chevêtres, murs en aile (Hobbs 2001). Ces bétons ont été coulés le plus souvent durant les périodes d’été et comportent un fort dosage en ciment (entre 420 et 550 kg / m3 ) ainsi que des teneurs élevées en alcalins (supérieures à 4 kg/m3 ). Il s’agit généralement de pièces de grande épaisseur (au moins 60 cm). La température maximale atteinte dans les pièces en béton a été estimée proche de 80°C. En France, la découverte de la RSI et de ses manifestations délétères est récente, avec les premiers cas identifiés vers 1995 (pont d’Ondes). Ce phénomène a été principalement observé dans les pièces massives de ponts en béton coulées en place et lors de fortes chaleurs d’été (Divet 2001 et Divet 1998). Les ponts malades, pour ceux dont la RSI est la pathologie de gonflement avérée unique, répertoriés en France par le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, sont pour l’instant peu nombreux de l’ordre de quelques dizaines. Ils présentent cependant pour plusieurs d’entre eux une importance significative au sein du réseau routier. Par ailleurs RSI et RAG sont concomitantes pour un nombre significatif de petits ouvrages et quelques barrages. D’une manière générale, la manifestation de désordres peut être visible sur Problèmes posés par les ouvrages atteints de RSI 34 un ouvrage situé en France métropolitaine entre cinq et dix ans après la construction. Ces désordres n’affectent jamais la totalité de l’ouvrage mais essentiellement (au moins au stade où ces pathologie deviennent détectables et prises en charge) les parties massives exposées à l’humidité ou à des venues d’eau. Un échauffement important des bétons a toujours été estimé dans les cas étudiés, résultant de la géométrie de la pièce, de la période de coulage (en été) et d’un fort dosage en ciment, les températures maximales atteintes dépassant souvent 70°C.

Gestion des ouvrages atteints

 Les études déjà réalisées sur la RSI laissent penser qu’un nombre d’ouvrages non négligeable sont susceptibles d’être atteints dans les années futures. Devant la multitude des ouvrages et l’importance des dégâts causés par le phénomène, il convient pour un gestionnaire d’ouvrages d’être capable d’identifier cette pathologie (Godart et al.1999), d’évaluer l’aptitude au service et la capacité portante résiduelle de la structure à un instant donné (LCPC 2003), de prévoir son évolution au cours du temps, d’envisager des solutions de réparations et/ou de reconstruction et de minimiser les risques de RSI dans des ouvrages neufs (LCPC 2007). La réponse à ces objectifs nécessite de comprendre de manière fine la pathologie mais également d’évaluer les effets mécaniques de celle-ci sur le comportement des structures atteintes. Des études préexistantes ont permis de mettre en évidence certaines propriétés de la RSI, principalement à l’échelle microscopique (Brunetaud 2005, Divet 2001, Pavoine 2003) mais également à l’échelle macroscopique (Famy 1999, Petrov 2003, Zhang et al. 2002). Dans le cas des ouvrages existants, les outils de recalcul disponibles consistent à effectuer des calculs de résistances des matériaux en faisant une analogie entre la déformation chimique et déformation thermique, ou utilisé la méthode des éléments finie en appliquant une déformation de type RAS. Ces outils ont montré leurs limites dans cas de la RSI, soit parce qu’ils sont utilisables uniquement dans le cas unidimensionnel et pas plus, soit parce qu’ils n’appréhendent pas d’une façon correcte la variation du potentiel de gonflement dans la structure. Ainsi, ces outils rendent encore difficile la prévision de l’évolution du comportement des ouvrages. De multiples questions restent en suspens, en particulier : • Pour un ouvrage donné quelle sont les zones susceptibles de développer une expansion ? • Quel sera le niveau et la durée de l’expansion ? • Quel est le niveau de contraintes dans l’ouvrage et sur ses appuis ? Pour les gestionnaires d’ouvrages, une méthodologie permettant la réévaluation des marges de sécurité résiduelle et l’orientation des stratégies de maintenance et réparation serait d’une grande aide. La gestion des ouvrages en béton atteints de RSI ne peut en effet se faire de façon optimisée que si l’on connaît de façon réaliste les effets structuraux (déplacements, endommagements, contraintes induites dans les armatures, capacité portante résiduelle). Ces effets structuraux dépendent d’une part de l’amplitude de la réaction et d’autre part des contraintes mécaniques et environnementales appliquées sur l’ouvrage (température, humidité, état de contrainte). L’appréhension des effets structuraux par un modèle numérique est alors un moyen prometteur pour comprendre le fonctionnement de l’ouvrage. La modélisation des effets mécaniques de cette pathologie sur des structures du Génie Civil à partir de la connaissance des phénomènes à l’échelle microscopique est rendue difficile par la complexité des mécanismes sous-jacents à la formation différée d’ettringite. Ainsi, les modèles dits macroscopiques semblent plus adaptés à ce type de phénomènes. Afin de développer ou de valider ce type d’outils numériques, il est nécessaire de comprendre précisément les effets mécaniques de cette pathologie (et des gonflements qu’elle induit), d’identifier et de quantifier les couplages pouvant exister entre les gonflements de RSI et différents facteurs et enfin d’identifier et évaluer les paramètres pouvant être utilisés comme données d’entrée pour les modèles.