Comment dimensionner la durabilité d'une canalisation en béton face aux sulfates, aux chlorures et aux eaux agressives ?

Les durée de vie d'une canalisation en béton Face aux sulfates, aux chlorures et aux eaux agressives, la conception s'effectue en définissant la classe d'exposition, la durée de vie requise, le type de ciment, le rapport eau/ciment, l'enrobage des armatures, la perméabilité du béton, la résistance chimique, l'étanchéité des joints ainsi que le contrôle de la fabrication et de la pose. Dans le cas d’une canalisation enfoncée, il convient en outre de vérifier que la solution est compatible avec les forces d’enfoncement, le type de joint, les anneaux de répartition, le niveau de la nappe phréatique et les conditions d’exploitation.

Dans les projets de le fonçage de tuyaux, microtunnelage, émissaires sous-marins o prélèvements d'eau de mer, la durabilité ne doit pas être considérée comme une spécification isolée du tuyau. Elle doit être prise en compte en fonction des aspects géotechniques, des eaux souterraines, de l'environnement marin, de la pression extérieure, de l'abrasion, de la durée de vie, de l'entretien et des exigences du gestionnaire de l'infrastructure.

En Espagne, le Code de la construction régit la stratégie de durabilité du béton et prévoit des classes d'exposition telles que XS/XD pour la corrosion par les chlorures et XA pour les attaques chimiques ; dans les environnements très agressifs, il exige que le béton présente une imperméabilité suffisante, telle que vérifiée par des essais de pénétration d'eau.

À quels agents agressifs doit-il résister ?

Comment définit-on la catégorie d'exposition ?

La première étape consiste à déterminer les conditions environnementales auxquelles la canalisation sera soumise. Concrètement, il s'agit de vérifier si la canalisation sera enterrée, située sous le niveau de la nappe phréatique, en contact avec de l'eau saumâtre, exposée à l'eau de mer, soumise à des eaux usées, installée dans un sol contenant des sulfates ou placée dans un milieu chimiquement agressif.

À cette fin, on analyse :

• Sulfates dans le sol et dans l'eau.
• Chlorures présents dans le sol, les eaux souterraines ou l'eau de mer.
• pH.
• CO₂ agressif.
• Magnésium, ammonium ou autres composés agressifs.
• Résistivité du sol.
• Niveau de la nappe phréatique et variation saisonnière.
• Perméabilité de l'environnement.
• Température.
• Pression extérieure.
• Fluide transporté.
• Durée de vie requise.

Les classes d'exposition permettent de traduire ces données en exigences relatives au béton, au revêtement, au ciment, à la perméabilité et au contrôle qualité. Le décret royal 320/2024, qui modifie l’instruction relative à la réception des ciments, rappelle que pour les expositions XA2 ou XA3, les prescriptions relatives aux ciments résistants aux sulfates doivent être respectées, et que pour l’exposition XS, la résistance à l’eau de mer doit être conforme au Code de la construction en vigueur.

Conception du béton face aux sulfates

En présence de sulfates dans le sol ou dans l'eau, le béton doit être conçu de manière à réduire le risque d'attaque chimique et de dilatation. La stratégie habituelle consiste à associer un ciment adapté, une faible perméabilité, un dosage compatible avec l'environnement et un contrôle de la fissuration.

Les éléments suivants font l'objet d'un examen particulier :

• Concentration en sulfates dans le sol et dans l'eau.
• Cours sur les expositions chimiques.
• Type de ciment résistant aux sulfates, le cas échéant.
• Rapport eau/ciment.
• Teneur minimale en ciment.
• Compacité et durcissement.
• Perméabilité.
• Revêtement des armatures.
• Fissuration admissible.
• Type de joint et étanchéité.
• Compatibilité avec le fluide transporté.

Dans le cas des canalisations en béton destinées à être enfoncées, cette durabilité doit être coordonnée avec la classe de résistance de la conduite et type de raccord, car la formation de fissures lors de la poussée peut compromettre la protection contre les agents agressifs.

Conception résistante aux chlorures et à l'environnement marin

Les chlorures constituent un risque majeur en présence d'armature, d'eau de mer, de sols salins ou d'exposition aux sels. L'objectif est de retarder la pénétration des chlorures jusqu'à l'armature et de réduire le risque de corrosion.

Les mesures habituelles sont les suivantes :

• Béton à faible perméabilité.
• Rapport eau/ciment limité.
• Enrobage suffisant des armatures.
• Contrôle de la fissuration.
• Ciment et adjuvants adaptés à l'environnement.
• Revêtements ou gaines si le projet l'exige.
• Joints d'étanchéité.
• Protection supplémentaire au niveau des zones de raccordement, des extrémités ou des éléments métalliques.
• Essais de perméabilité, de pénétration de l'eau ou de durabilité conformément au cahier des charges.

Au émissaires sous-marins y prélèvements d'eau de mer, l'exposition combine généralement la présence de chlorures, de sulfates, d'eau saumâtre, l'abrasion par les sédiments, la pression extérieure et un entretien limité ; c'est pourquoi la conception doit être pensée en fonction de la durée de vie utile et non pas uniquement de la résistance initiale.

Conception pour une utilisation en présence d'eaux agressives ou d'effluents

Lorsque la canalisation transporte des eaux agressives ou est en contact avec celles-ci, l'analyse doit porter aussi bien sur l'extérieur que sur l'intérieur de la conduite.

Sont pris en compte :

• pH de l'eau.
• Sulfates, chlorures et sels dissous.
• CO₂ agressif.
• Le H₂S dans l'assainissement.
• Température.
• Débit.
• Solides en suspension.
• Risque d'abrasion.
• Cycles de remplissage et de vidange.
• Ventilation interne.
• Nécessité d'un revêtement intérieur.

Dans le domaine de l'assainissement, des captages, des rejets industriels ou des conduites transportant des gaz corrosifs, il peut s'avérer nécessaire d'utiliser des revêtements intérieurs, des mortiers spéciaux, des gaines, des traitements de surface ou des matériaux alternatifs si l'agression prévue dépasse la résistance à long terme du béton conventionnel.

Joints, extrémités et points singuliers

La durabilité ne dépend pas uniquement du corps du tube. Les joints, les extrémités, les raccords, les cloches, les bagues de répartition et les zones de contact lors de l'enfoncement constituent des points critiques.

Il convient de vérifier :

• Étanchéité du joint face à la pression interne et externe.
• Compatibilité chimique de l'élastomère.
• Protection des armatures aux extrémités.
• Absence de dommages lors de la poussée.
• Capacité angulaire dans les virages.
• Tolérances de montage.
• Étanchéité face à une eau agressive.
• Protection des éléments métalliques auxiliaires.
• Compatibilité avec l'injection finale dans l'espace annulaire.

Dans les virages en épingle à cheveux, il faut en outre vérifier la capacité angulaire des joints pour éviter toute ouverture, tout pincement ou toute perte d'étanchéité.

Contrôle qualité pendant la fabrication et l'installation

La durabilité doit être vérifiée au moyen de contrôles effectués lors de la fabrication, de la réception et de l'installation. Dans le cas d'une canalisation enfoncée, outre la résistance mécanique, il convient de contrôler :

• Dosage du béton.
• Type de ciment.
• Rapport eau/ciment.
• Revêtement réel des armatures.
• Affiné.
• Résistance à la compression.
• Perméabilité ou pénétration de l'eau.
• Absorption.
• Fissures, cavités ou défauts superficiels.
• Dimensions et tolérances.
• État des joints et des élastomères.
• Protection des extrémités.
• Dommages dus au transport, au stockage ou au transbordement.
• Essais d'étanchéité ou de pression.
• Documentation de traçabilité du fabricant.

Le Code de la construction définit une stratégie de durabilité pour les éléments en béton, comprenant le choix de la forme structurelle, des matériaux, du dosage et des mesures de protection contre les agressions environnementales ; il intègre également des critères applicables aux environnements agressifs et le contrôle de l'étanchéité dans les classes d'agressivité très élevées.

Risques liés à une conception présentant une durabilité insuffisante

Une conception inadéquate peut entraîner :

• Fissuration prématurée.
• Attaque par les sulfates.
• Pénétration accélérée des chlorures.
• Corrosion des armatures.
• Perte d'étanchéité.
• Dégradation des joints.
• Lixiviation du béton.
• Perte de section ou de résistance.
• Rugosité interne plus élevée.
• Usure accélérée.
• Fuites.
• Réduction de la durée de vie.
• Difficultés d'entretien dans les tronçons inaccessibles.

Dans les chantiers SANS tranchée, ces risques sont particulièrement importants car le remplacement ou la réparation ultérieure peut s'avérer complexe, coûteux et avoir des répercussions sur les infrastructures en service.

Informations nécessaires pour la conception ou l'appel d'offres

Pour déterminer la durabilité d'une canalisation en béton face aux sulfates, aux chlorures et aux eaux agressives, il convient de fournir les informations suivantes : diamètre, épaisseur, classe de résistance, longueur d'enfoncement, durée de vie requise, utilisation finale, pression interne, pression externe, caractéristiques géotechniques, niveau de la nappe phréatique, analyse chimique du sol et de l'eau, sulfates, chlorures, pH, CO₂ agressif, salinité, résistivité, présence de H₂S, abrasion prévue, type de ciment, rapport eau/ciment, revêtement, joint, élastomère, revêtements intérieurs ou extérieurs, contrôle de la fissuration, essais requis, réglementation applicable, exigences du maître d'ouvrage et documentation relative à la qualité.

Demander un étude technique de durabilité des canalisations en béton destinées au battage, au microtunnelage ou aux milieux marins avant de choisir le ciment, la classe de résistance, le joint, le revêtement ou le revêtement intérieur.