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EXPLOITATION ET MAINTENANCE DE VOIES NAVIGABLES :

LA CORROSION EN MILIEU FLUVIAL

Brahim Benaissa

Expert Structures & Corrosion

[email protected]

LE RÉSEAU DES VOIES NAVIGABLE

B . B E N A I S S A - L E P O N T - T O U L O U S E 2

OUVRAGES DES VOIES NAVIGABLES

Réseau magistral : 4100 km (fleuves et rivières)

Réseau régional : 2600 km (canaux Freycinet)

Ecluses : 1595,

Barrages de navigation : 494,

Ponts canaux : 74,

Barrages réservoirs : 65,

Tunnels canaux : 35.


OUVRAGES LINÉAIRES

Canal, Rivière canalisée, ou rivière navigable


FRANCHISSEMENT DE CHUTES : ÉCLUSES


MAINTIEN DE PLANS D'EAUX EN RIVIÈRE BARRAGE MOBILE


OUVRAGES DE FRANCHISSEMENT :

PORTES BUSQUÉES À L'AMONT

Ecluse :

Sas avec radier et

bajoyers,

Têtes avec portes,

Aqueducs avec

vannes,

Cabine de

commande

centrale hydraulique

Bassins d'épargne *

PORTE LEVANTE À L'AVAL


BARRAGE MOBILE À CLAPETS

Structures :

–Piles et culées,

–Radier et aval radier,

–Vannes,

–Système de manœuvres,

–Passerelle

OUVRAGES D'ALIMENTATION EN EAU

Barrages avec digue de retenue, évacuateur et vannes,

Rigole d'alimentation, Galeries de visite et vannes.

ECLUSE EN CHÔMAGE POUR TRAVAUX

Réparation de génie

civil,

Réparation de portes :

sur site ou en atelier

après enlèvement,

Entretien des

aqueducs et vannes,

Maintenance des

système : manoeuvres

et commandes

TRAVAUX DANS LE SAS :

RADIER, BAJOYERS, LARRONS ET JOINTS


RESTAURATION D'UN SAS ET DES PORTES


RESTAURATION D'ÉCLUSE

Raccourcissement et

élargissement de

l'écluse,

Caisson batardeau

pour les têtes,

Nouveau bajoyer,

Démolition des

anciennes têtes.

Mise en place de

nouvelles portes

REMPLACEMENT DES PORTES BUSQUÉES

Manutention

Réglage des vantaux

SHÉMAS DIRECTEUR MAINTENANCE DES VN : SDMVN

Une base de données fiable de l’infrastructure :

inventaire, caractérisation, état des ouvrages.

Des objectifs de performance par itinéraire

Une programmation chiffrée et actualisable :

actions opérationnelles de maintenance du réseau

Une synthèse de l’état des lieux des organisations,

en relation avec la gestion technique de la maintenance

Des propositions d’évolution des organisations, des

méthodes et des pratiques


DÉMARCHE DU SDMVN

Etat des lieux du patrimoine Définition des enjeux des

itinéraires

Définition des objectifs de

performance des itinéraires

Définition d’une stratégie de maintenance

( méthodes, moyens et modes de gestion nécessaires

pour atteindre les objectifs de performance des itinéraires)

Déploiement des orientations et déclinaisons

locales des propositions du SDMVN

Etat des lieux des

organisations


LA CORROSION DES ACIERS EN SITE AQUATIQUE

Brahim Benaissa

Expert Structures et corrosion B . B E N A I S S A - L E P O N T - T O U L O U S E 18

CORROSION DES ARMATURES ET DES TÊTES DE PIEUX


CORROSION D’ARMATURES DE BÉTON


PATHOLOGIE ET TYPE DE CORROSION

⇨ Corrosion généralisée (surfaces exposées aux embruns

⇨ Corrosion - abrasion (pièces en frottement)

⇨ Corrosion - fatigue (pièces sollicitées)

⇨ Corrosion galvanique (hétérogénéité)

⇨ Corrosion bactérienne (présence de BSR et autres)

⇨ Combinaison de mécanismes de corrosion


FACTEURS D'ACCÉLÉRATION DE LA CORROSION

⇨ Aération différentielle : marnage et basses eaux Constitution d'une zone cathodique (oxygénée) et d'une zone anodique (moins aérée) :

⇨ Erosion et abrasion Par élimination de la couche d'oxyde protectrice. (ex. : Pieux guide de ponton, zone d’accostage),

⇨ Cavitation, Fatigue, organes mécaniques : immersion ou éclaboussures

⇨ Actions chimiques, Pénétration des chlorures, carbonatation ou agents acides ...

⇨ Activité bactérienne, Immersion permanente et présence d’oxygène dissous en faible concentration : basse eaux


LA CORROSION DES OUVRAGES EN BA?

Dispositifs de protection :

● peinture (système ACQPA) ou

● protection cathodique

Prévention et protection

Actions chimiques,

Actions électrochimiques ou

activités bactériennes avec BSR

CAUSES

Désordres observés : coulures fissures, et éclatement du béton

EFFETS

CINETIQUE Amorçage de la corrosion des armatures et évolution des dégradations


CORROSION DES ACIERS

Mécanismes de la corrosion


ÉLECTROCHIMIE : RÉACTIONS OXYDO-RÉDUCTION

ANODE : oxydation = dissolution et perte de e-

Fe Fe++ + 2e-

CATHODE : réduction = gain de e-

2nH2O + nO2 + 4ne- 4n(OH-) augmentation du pH

Les ions ferreux Fe++ avec les ions OH- forment l'hydroxyde ferreux : Fe(OH)2

En présence de O2 la réaction se poursuit :

Fe(OH)2 + O2 ===> 2 Fe2O3.H2 O + 2 H2 O


DIAGRAMME SIMPLIFIÉ DE POURBAIX

● Corrosion (b) : Dissolution du fer et formation de Fe++

● Passivation (c) : Le fer est protégé par la formation d'oxyde ferrique

● Immunité (a) : La surface du métal peut subsister à l'état nu (protection cathodique)


UN MÉTAL DANS UN ÉLECTROLYTE SE CORRODE

PAR DISSOLUTION DU MÉTAL

(ZONE B DE POURBAIX)

e- Fe

++

e- e- Fe

++ e-

e- Fe

++ Fe++

Fe++ e- Fe

++ e-

e- Fe

++

e- Fe

++ e-

e- Fe

++ Fe++

Fe++

e- Fe

++ e-

e- Fe

++ e- e- Fe

++

e- Fe++

e-

e- Fe

++ Fe++

Fe++ e- Fe

++ e-

e- Fe

++ e-

e-

Fe++

OH-

OH-

OH- OH- OH-

OH- Cl-

Na+

Cl-

Na+


PASSIVATION PAR BARRIÈRE DE POTENTIEL

(ZONE A DE POURBAIX)

e- Fe

++

e- e- Fe

++ e-

e- Fe

++ Fe++

Fe++ e- Fe

++ e-

e- Fe

++

e- e-

e-

e- e-

e- e- e-

e- Fe++

e-

e- Fe

++ Fe++

Fe++ e- Fe

++ e-

e- Fe

++ e-

e-

Fe++

OH- OH-

OH-

OH- OH-

OH- Cl-

Na+

Cl-

Na+


e- Fe

++

e- e- Fe++

e-

e- Fe

++ Fe++

Fe++ e- Fe

++ e-

e- Fe

++

e- Fe++

e-

e- Fe

++ Fe++

Fe++ e- Fe

++ e-

e- Fe

++ e-

e-

Fe++

OH-

OH-

OH-

OH- OH-

OH- Cl-

Na+

Cl-

Na+

OXYDATION DU FER : Fe Fe++ + 2e-

RÉDUCTION DE O2 : O2 + 2H2O + 4e- 4OH-


VITESSE DE CORROSION ET LOI DE FARADAY

M = (A / nF) . I . t

v = k Jcorr

● La vitesse de corrosion d'un métal dans un milieu donné est proportionnelle à la densité de courant de corrosion


POTENTIEL D'ÉLECTRODE

● La tendance des métaux à se corroder dans un milieu donné est différente selon leur propre

potentiel d'électrode défini par : Formule de NERNST

E = E0 + (R.T / nF) x Log [M+]

● Electrodes de référence :

Cu/CuSO4 (ESC) ===> +318 mV / H2

Calomel : Hg2Cl2 (ECS) ===> +241 mV / H2

Ag/AgCl eau de mer (ESS) => +199 mV / H2


ECHELLE DES POTENTIELS DE MÉTAUX

Métal Ion considéré Potentiel / H2

(V)

Or Au+ + 1,692

Cuivre Cu++ + 0,337

Fer Fe+++ - 0,037

Zinc Zn++ - 0,763

Aluminium Al+++ - 1,663

Magnésium Mg++ - 2,363


CORROSION PAR OXYGÈNE

● Oxygène dissous dans l'eau prélève des électrons pour former des ions hydroxydes

O2 + 2H2O + 4e- 4OH-

● Certains métaux, stables dans l'eau non aérée se corrodent en présence d'oxygène dissous par aération.


Béton

Armature

Armature

SCHÉMAS D'UN BLOC BÉTON ARMÉ : POROSITÉ ET CONTACT ÉLECTROLYTE - ACIER


CORROSION EN PRESENCE DE H2O ET O2

O2 + H2O

e- e-

OH- OH-

OH- OH-

Fe++ Fe++

Anode Anode Cathode B . B E N A I S S A - L E P O N T - T O U L O U S E 35

FORMATION D'OXYDES ET HYDROXYDES

⇨ L'hématite hydraté ou Rouille est un mélange complexe de

différentes phases cristallines et amorphe d'oxydes et

hydroxydes de fer :

⇨ La lipidocrocite,

⇨ La goetite et

⇨ La magnétite.

⇨ Le volume final est égal à deux fois le volume de base ce qui

entraîne des contraintes et une fissuration du béton ou éclat

(0,1 mm d'oxyde amorce une fissure).

⇨ La formation des fissures peut accélérer la

pénétration des chlorures et faciliter la

dépassivation.


CORROSION ACIDE

2 H+ + 2e- H2

● L'interface Métal / Solution s'appauvrit en électrons [e- ] captés par les ions H+.

● La concentration en ions [H+] augmente avec la salinité

● Il y a dégagement d'hydrogène


SCHÉMAS DE LA CORROSION ACIDE

EAU

H2

Métal

H+

e- e-

H+

M+M+


éclaboussure

marnage

immersion

Béton

Rideaux de palplanches

AV

AR

remblais

tirant

liernes

Zone propice à la corrosion


CORROSION PAR COUPLAGE GALVANIQUE

V2 < V1

M2 SE CORRODE ET M1 EST PROTÉGÉ

M1

M2

e- V1 mV

V2 mV


CORROSION GALVANIQUE

Conditions :

● Métaux hétérogènes (ddp < 200 mV);

● Milieu aqueux (eau salée, terre humide)

● Contact électrique (hors électrolyte).

Conséquences :

● Un transfert d'électrons s'opère à partir du métal le moins noble qui se corrode et protège le (les) autre(s) métaux.


PAS DE COUPLAGE GALVANIQUE EN

ABSENCE DE COUPLAGE PAR CONDUCTION ( e- )


ABSENCE DE COUPLAGE ÉLECTROLYTIQUE ( IONS)


CAS DE CORROSIONS GALVANIQUES

M +

e -

M +

e -


TYPES DE CORROSIONS CAUSES, EFFETS ET REMÈDES

Mode de défaillance

●Généralisées;

●Perforantes;

●Plaques;

●Piqûres;

●Caverneuses

Causes et facteurs :

●Aération (oxygène)

●Acidité (PH);

●Anaérobie (bactéries)

●Galvaniques (matériaux)

●Contraintes (fatigue)


FACTEURS D'ACCÉLÉRATION DE LA CORROSION

● Aération différentielle Par constitution d'une zone cathodique (oxygénée) et d'une zone anodique (moins aérée) (ex. : Zones de marnages )

● Erosion et abrasion Par élimination de la couche d'oxyde protectrice. (ex. : Pieux guide de ponton, zones de chocs etc.)

● Cavitation, fatigue, abrasion ou actions chimiques


SYSTÈME DE PEINTURE

Film de séparation métal – électrolyte,

Systèmes certifié ACQPA,

Préparation de surface requise pour le système,

Application avec les conditions requises : ● Rugosité et état de surface,

● Humidité,

● Temps de recouvrement entre couches.

● Choix de système avec 2 à 3 couches minimum s’appliquant avec de multiples passes de moins de 100 μm pour un total de 400 à 500 μm :

● 1 er couche = protectrice (riche en zinc ),

● 2 ie couche = bouche pores,

● 3 ie couche = finition avec pigments de coloration.


REVÊTEMENT ORGANIQUE

D é f a u t d u r e v ê t e m e n t

M +

e -

M +

e -


REVÊTEMENT MÉTALLIQUE

D é f a u t d u r e v ê t e m e n t

M +

e -

M +

e -

S n

Z n

A c i e r

A c i e r


PROTECTION CATHODIQUE

● Principe : La circulation d'un courant continu entre le métal à protéger (CATHODE), le milieu dans lequel il est placé et une électrode auxiliaire (ANODE) provoque des réactions électrochimique à l'interface métal - milieu. Lorsque le sens et l'intensité assurent une diminution du potentiel métal - milieu; les réactions d'oxydation sont réduites.


ANODES SACRIFICIELLES

●Présentation : Sous formes diverses (profilé, ruban, brique etc.) constituées d'une âme en acier enrobées d'un alliage.

●Type : - Al : (V= - 1100 mV, Ah= 2700 Ah/Kg). - Zn : (V= - 1050 mV, Ah= 780 Ah/Kg). - Mg : (V= - 1500 mV, Ah= 1230 Ah/Kg).


ANODE SECTIONNÉE



●Raccordement : - par soudure de l'âme en acier ou des pattes de fixation à la structure métallique à protéger; - par connexion de câbles pris dans le corps de l'anode.


PRÉVENTIONS ET PROTECTIONS

⇨Mode de protection

⇨Séparation physique du

milieu électrolytique,

⇨Abaisser le potentiel

électrochimique,

⇨Mixte si compatible

⇨Eviter l'hétérogénéité des

métaux

⇨Système à adopter

⇨Film de peinture étanche

⇨Protection cathodique,

⇨Associer les deux

systèmes,

⇨Isolation des métaux en

contact


INSPECTIONS ET SURVEILLANCES

⇨ Etats des surfaces des structures.

⇨ Maintenance du système de protection.

⇨ Etat des anodes (fixation, débit et masse).

⇨ Vérification de la continuité électrique.

⇨ Potentiel atteint par la structure.

⇨ Localisation et évolution des désordres.


PROTECTION CATHODIQUE

⇨ Par courant imposé : ⇨ Nécessité d’une surveillance continue,

⇨ Présence de source d’énergie

⇨ Câblage encombrant,

⇨ Par anodes sacrificielles : ⇨ Fixations des anodes à surveiller,

⇨ Systèmes à renouveler au complet,

⇨ Oxydation des anodes marnantes.



⇨ Présentation : Sous formes diverses (profilé, ruban, brique etc.) constituées d'une âme en acier enrobées d'un alliage.

⇨Type :

- Al : (V= - 1100 mV, Ah= 2700 Ah/Kg). - Zn : (V= - 1050 mV, Ah= 780 Ah/Kg). - Mg : (V= - 1500 mV, Ah= 1230 Ah/Kg).


CIBLER LES INSPECTIONS

⇨ Zones d'éclaboussures,

⇨ Zones en basses eaux (peu oxygénée),

⇨ Zones en eaux stagnantes et vaseuses,

⇨ Assemblages des structures,

⇨ Hétérogénéité des métaux,

⇨ Zone fortement sollicitées,

⇨ Zones soumises aux chocs et contacts avec

flottants ou navires


POINTS À SURVEILLER

⇨ Surveiller les décollements des salissures,

⇨ Relever les blessures du feuil ou son

décollement,

⇨ Évaluer les dégradations et leurs cinétiques

(relevée périodiques sur mêmes sites),

⇨ Emplacements des dégradations et examen

des parties critiques de la structure,

⇨ Relever des indications sur le milieu

ambiant ou les structures en contact.


BARRAGE DE GIVET : CLAPET DE BOUCHURE 15 m

• Clapet peint en atelier et Transport par convoi

exceptionnel


BARRAGE DE GIVET : CLAPET DE BOUCHURE 15 m

Manutention

pour mise

en place



• Réglage et mise au

point des paliers

• Scellement et

réparation du

système de

peinture avant

mise en eau

LA MAINTENANCE DES ÉCLUSES DE GAMBSHEIM


Vues amont et aval (VNF-Dir Est)

PORTE AVAL : 24 m X 16 m ET 10 m DE CHUTE

22/07/2012


Manœuvre par 2

treuils associés à

des contre-poids

d’équilibrage

Durée d’ouverture

et fermeture des

portes : 3 minutes

y compris

démarrages et

arrêts progressifs

Freins de sécurité


Remplissage et vidange du sas

4 Vannes de

remplissage

~ 4 m X 4m

20 tonnes

par vanne

4 centrales

hydrauliques


Sas à sec : inspection du génie civil


Batardeaux pour le chômage des écluses


COUPLAGE GALVANIQUE INOX - ACIER


PONT CANAL DE BRIARE


MAUVAIS CHOIX DE SOLUTION : INOX - ACIER


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