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EXPLOITATION ET MAINTENANCE DE VOIES NAVIGABLES :
LA CORROSION EN MILIEU FLUVIAL
Brahim Benaissa
Expert Structures & Corrosion
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.
B . B E N A I S S A - L E P O N T - T O U L O U S E 3
OUVRAGES LINÉAIRES
Canal, Rivière canalisée, ou rivière navigable
B . B E N A I S S A - L E P O N T - T O U L O U S E 4
MAINTIEN DE PLANS D'EAUX EN RIVIÈRE BARRAGE MOBILE
B . B E N A I S S A - L E P O N T - T O U L O U S E 6
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 *
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
B . B E N A I S S A - L E P O N T - T O U L O U S E 12
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
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
B . B E N A I S S A - L E P O N T - T O U L O U S E 16
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
B . B E N A I S S A - L E P O N T - T O U L O U S E 17
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
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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
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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
B . B E N A I S S A - L E P O N T - T O U L O U S E 22
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
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CORROSION DES ACIERS
Mécanismes de la corrosion
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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
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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)
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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+
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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+
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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-
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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
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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
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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
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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.
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Béton
Armature
Armature
SCHÉMAS D'UN BLOC BÉTON ARMÉ : POROSITÉ ET CONTACT ÉLECTROLYTE - ACIER
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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.
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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
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SCHÉMAS DE LA CORROSION ACIDE
EAU
H2
Métal
H+
e- e-
H+
M+M+
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éclaboussure
marnage
immersion
Béton
Rideaux de palplanches
AV
AR
remblais
tirant
liernes
Zone propice à la corrosion
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CORROSION PAR COUPLAGE GALVANIQUE
V2 < V1
M2 SE CORRODE ET M1 EST PROTÉGÉ
M1
M2
e- V1 mV
V2 mV
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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.
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PAS DE COUPLAGE GALVANIQUE EN
ABSENCE DE COUPLAGE PAR CONDUCTION ( e- )
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CAS DE CORROSIONS GALVANIQUES
M +
e -
M +
e -
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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)
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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
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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.
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REVÊTEMENT ORGANIQUE
D é f a u t d u r e v ê t e m e n t
M +
e -
M +
e -
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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
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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.
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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).
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ANODES SACRIFICIELLES
●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.
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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
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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.
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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.
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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).
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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
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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.
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BARRAGE DE GIVET : CLAPET DE BOUCHURE 15 m
• Clapet peint en atelier et Transport par convoi
exceptionnel
B . B E N A I S S A - L E P O N T - T O U L O U S E 60
BARRAGE DE GIVET : CLAPET DE BOUCHURE 15 m
Manutention
pour mise
en place
B . B E N A I S S A - L E P O N T - T O U L O U S E 61
B . B E N A I S S A - L E P O N T - T O U L O U S E 62
• Réglage et mise au
point des paliers
• Scellement et
réparation du
système de
peinture avant
mise en eau
LA MAINTENANCE DES ÉCLUSES DE GAMBSHEIM
B . B E N A I S S A - L E P O N T - T O U L O U S E 63
Vues amont et aval (VNF-Dir Est)
PORTE AVAL : 24 m X 16 m ET 10 m DE CHUTE
22/07/2012
B . B E N A I S S A - L E P O N T - T O U L O U S E 64
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
B . B E N A I S S A - L E P O N T - T O U L O U S E 65
Remplissage et vidange du sas
4 Vannes de
remplissage
~ 4 m X 4m
20 tonnes
par vanne
4 centrales
hydrauliques
B . B E N A I S S A - L E P O N T - T O U L O U S E 66