La «maladie du béton»
A quoi sont dus le expansion et les fissures du béton?
Lorsque les ponts, les murs de soutènement et les fondations de béton se fissurent, la réaction alcalis-granulats, alias RAG, en est souvent la cause. Elle provoque un expansion du béton qui nécessite une remise en état, voire la reconstruction de l´ouvrage. Cette «maladie du béton» est l´objet d´un projet soutenu par le Fonds national suisse (FNS) et coordonné par l´Empa.
Le béton n´est malheureusement pas éternel. Avec le temps, il perd de ses qualités. On l´observe dans les ouvrages en béton armé, comme les ponts, mais aussi en béton non armé, comme les barrages. Fort souvent, c´est la RAG (réaction alcalis-granulats) qui est en cause. Elle concerne tous les travaux de béton à l´air libre. Le problème provient des ingrédients mêmes du béton: le ciment – «colle» du béton – contient des métaux alcalins tels le sodium et le potassium. A leur contact, l´humidité du béton se transforme en solution alcaline. Les principaux composants du béton sont le sable et le gravier qui comprennent des silicates tels que le quartz ou le feldspath. L´eau alcaline réagit avec les silicates pour former dusilicate dàlcalin et calcium hydraté. Ce minéral capte un nombre croissant de molécules d´eau, gonfle et, avec le temps, fait éclater le béton de l´intérieur.
Fait notable: cette réaction se produit également à l´intérieur de nombreux grains du gravier présent dans le béton, lesquels éclatent. La pression exercée par ces micro-réactions sur l´ensemble d´un ouvrage peut être considérable. Certains barrages peuvent se dilater d´un décimètre. Il peut en résulter des dommages aux points de raccord latéraux avec la roche ou des déformations dans les zones d´éclusage. La réaction prend son temps, les premiers dommages ne se font remarquer que dix à quinze ans après le coulage du béton. L’expansioncontinu du béton peut fortement réduire la durée de vie des ouvrages.
En 2015, une équipe de scientifiques de l´Institut Paul Scherrer (PSI) et de l´Empa a finalement identifié la structure du cristal hydraté provoquant le retrait du béton. Elle avait déjà fait l´objet de nombreuses spéculations.
Cette découverte a été le facteur déclenchant d´un projet de recherche interdisciplinaire financé par le Fonds national (FNS). Outre l´Empa et le PSI, deux instituts de l´EPFL y participent. Les travaux sont coordonnés par un chercheur de l´Empa, Andreas Leemann: «Nous entendons étudier et comprendre la RAG à tous les niveaux, de l´échelle atomique de l´ordre de l´angström, à celui de l´ouvrage, soit du centimètre et du mètre.»