LogoLogo

Garcia, David. Études exploratoires dédiées au diagnostic de corrosion assisté par ordinateur des structures de génie civil

Garcia, David (2020). Études exploratoires dédiées au diagnostic de corrosion assisté par ordinateur des structures de génie civil.

[img]
Preview
PDF - nécessite un logiciel de visualisation PDF comme GSview, Xpdf or Adobe Acrobat Reader
12Mb

Résumé en francais

La thèse "Études exploratoires dédiées au diagnostic de corrosion assisté par ordinateur des structures de génie civil" traite de la phénoménologie et de la modélisation de la corrosion de l'acier de construction. Le poids sécuritaire, sociétal, environnemental du vieillissement des infrastructures fait de ce thème un enjeu économique majeur de développement de tout pays. Les développements proposés portent principalement sur la corrosion des armatures dans le béton armé. La corrosion des structures métalliques enterrées est également adressée concernant les problématiques relatives aux couplages galvaniques induits par l'hétérogénéité des sols et aux courants vagabonds. Les méthodes d'investigation usuelles (mesures de potentiel des aciers, de résistivité du béton ou de résistance de polarisation), jointes à des hypothèses empiriques consacrées par l'usage, conduisent à des interprétations souvent incertaines ou n'ayant qu'une valeur qualitative. L'ambition de cette thèse, motivée par les enjeux évoqués, est de montrer comment une meilleure compréhension de la physique de la corrosion, conjuguée à la puissance du calcul aux éléments finis, permet de construire des modèles élaborés et robustes, utiles pour poser un diagnostic et/ou un pronostic quantifié et fiable. La thèse est abondamment illustrée par des études de cas réels ou numériques et étayée par des essais originaux conduits en laboratoire. Afin d'améliorer la compréhension des phénomènes prévalant dans le processus de corrosion, les concepts-clés de thermodynamique et de cinétique électrochimique sont rappelés et contextualisés. L'assemblage de différentes lois physiques, chimiques et électrochimiques permet d'élaborer une approche de modélisation avancée, intégrant notamment la diffusion du dioxygène jusqu'aux armatures en contexte insaturé, mais aussi la production et la précipitation des produits de la corrosion et leur influence sur l'équilibre dynamique d'un système de corrosion. Cette approche de modélisation, nécessairement tridimensionnelle ou a minima bidimensionnelle, donne lieu à une transcription dans un code de calcul par éléments finis. Elle est appliquée dans un premier temps à l'étude numérique d'un premier cas typique de corrosion : pile en béton armé partiellement immergée en mer. L'influence du rôle du dioxygène (disponibilité et diffusion) sur la cinétique de dissolution de l'acier et sur la nature des produits de corrosion formés est notamment étudiée. Afin d'illustrer l'apport effectif de la modélisation 3D dans le processus de diagnostic de la corrosion, une étude de cas réelle est proposée concernant un ouvrage métallique enterré, en l'occurrence des palplanches servant au soutènement des culées d'un passage supérieur d'autoroute, situées à proximité d'une conduite enterrée sous protection cathodique. Des mesures effectuées in-situ mais aussi en laboratoire à partir d'échantillons judicieusement choisis, permettent d'alimenter le modèle de calcul. Le modèle numérique ainsi construit, qualifié de jumeau numérique, permet de mettre en évidence l'existence de courants vagabonds circulant dans la structure, mais également le risque de corrosion galvanique induit par l'hétérogénéité du sol. Le jumeau numérique électrochimique constitue alors un outil puissant pour estimer la cinétique et le faciès de corrosion de l'ouvrage et poser un pronostic en termes de durée de vie. Au sein d'un ouvrage en béton, la présence de chlorures est associée à différents effets, notamment associés au champ électrique local. Si ce phénomène est ignoré, l'interprétation des données de terrain, par exemple les cartes de potentiel, peut conduire à un diagnostic biaisé. La présente thèse aborde la question de l'initiation de la corrosion. La propagation de la corrosion après initiation est également étudiée à travers une expérience de laboratoire spécifique conjointement à sa modélisation. La redistribution spatiale des chlorures induite par la formation d'un site de corrosion localisée est mise en évidence par l'expérience et fidèlement décrite par le modèle 3D présenté.La thèse apporte ainsi une contribution utile à la compréhension des processus de corrosion de l'acier dans le béton ou enterré. L'approche n'est pas seulement théorique puisque les lois gouvernant le phénomène de corrosion sont implémentables dans un code de calcul par éléments finis multi-physique. Le bienfondé de la démarche est éprouvé par des études de cas réels et numériques et des expérimentations de laboratoire. La capacité explicative et prédictive du modèle est établie aux différentes étapes de l'étude.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Ringot, Erick
Laurens, Stéphane
Ecole doctorale:Mécanique, énergétique, génie civil, procédés (MEGeP)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions (LMDC), EA 3027
Mots-clés libres :Diagnostic assisté par ordinateur - Modélisation multi-physique - Jumeau numérique - Corrosion de l'acier dans le béton - Corrosion initié par les chlorures - Courant vagabond
Sujets :Génie civil, bâtiment
Déposé le :15 Apr 2021 11:12