Un nouveau mélange de béton et de nouveaux outils de conception prolongent la durée de vie des infrastructures énergétiques
Les durées de vie escomptées des grands projets d’ingénierie sont de plus en plus longues. Auparavant, la longévité prévue était de 25 ans pour les infrastructures énergétiques, 50 ans pour les bâtiments et plus de 75 ans pour les ponts. Aujourd’hui, on attend des concepteurs qu’ils parviennent à des durées de vie de 100 ans ou plus. Ceci pour des raisons de coût. Investir dans la longévité au stade de la construction est bien plus rentable à long terme que de réparer ultérieurement les structures. En outre, les infrastructures évoluent vers des lieux non traditionnels, comme la haute mer. Nombre de ces endroits sont inhospitaliers pour les infrastructures. Ainsi, l’air marin est très corrosif; certains sites peuvent être soumis à des conditions de gel et d’abrasion par la glace, à une chaleur extrême ou à des pressions intenses. Malgré ces difficultés, l’exigence de longévité des infrastructures reste plus que jamais de mise.
Des nanomatériaux pour un mélange de béton renforcé
Un élément essentiel pour satisfaire à cette exigence réside dans les nouveaux matériaux. Le projet LORCENIS financé par l’UE a mis au point une nouvelle formule de béton armé de longue durée destiné aux infrastructures énergétiques. Le résultat est un nouveau mélange qui double les durées de vie précédentes du béton, même dans des conditions extrêmes de température, de pression, de salinité et d’acidité (par exemple, dans les stations d’épuration). Le nouveau béton est mélangé et coulé normalement. La différence fondamentale réside dans les nouveaux additifs nanostructurés que les chercheurs de LORCENIS ont mis au point. «Ils permettent au béton durci de s’auto-réparer, via une réaction de précipitation du carbonate de calcium», explique Christian Simon, coordinateur de LORCENIS. Les additifs permettent également au béton de durcir de lui-même, c’est-à-dire de prendre. «Ainsi, les additifs atténuent le retrait et la formation de fissures. Ils augmentent également la résistance au gel-dégel, tout en diminuant la perméabilité et l’absorption d’eau», ajoute Christian Simon. De plus, les nanomatériaux fonctionnent comme des capteurs. Grâce à un support logiciel, ces capteurs permettent aux structures civiles de détecter et de surveiller les contraintes, et donc de diagnostiquer elles-mêmes leur propre santé structurelle.
Une performance supérieure
L’amélioration des outils de conception est un deuxième élément clé de l’allongement de la durée de vie. Les chercheurs de LORCENIS ont développé et validé une nouvelle approche de modélisation, intégrée dans un outil logiciel d’ingénierie baptisé «SEBASTOS». Cet outil simplifie considérablement le temps de calcul nécessaire pour la conception. Ainsi, l’outil aide les concepteurs à anticiper et à optimiser le béton armé dans des environnements hautement corrosifs. Au cours de la dernière année du projet, les chercheurs ont testé le nouveau matériau sur des prototypes à l’échelle pilote préparés avec le nouveau mélange de béton. Les essais ont reproduit les conditions extrêmes susceptibles d’être rencontrées dans chacun des quatre scénarios environnementaux du projet: infrastructure en béton dans les zones de haute mer et (sub)arctiques, sous fatigue mécanique, exposée à une fatigue thermique sous haute température, et soumise à une attaque acide. «Nos résultats ont été exceptionnels», fait remarquer Christian Simon. «Le nanomatériau a entièrement réparé une fissure du béton, le laissant solide et en bon état. Nous avons également réussi à obtenir une résistance à l’abrasion par la glace trois fois supérieure à celle du béton normal. Dans le béton exposé aux vents et aux courants océaniques, le nouveau mélange a réduit de 50 % la concentration en chlorure autour du béton armé», explique Christian Simon. Enfin, les essais ont montré une amélioration de 40 % des capacités d’auto-réparation du béton sous pression hydraulique, pour des fissures allant jusqu’à 0,15 mm de largeur. La fonctionnalité du nouveau matériau en béton a été vérifiée, élevant le niveau de maturité technologique (TRL) de preuve de concept (TRL3) à démonstration de la technologie (TRL6 7). Les partenaires de LORCENIS ont rejoint de nouvelles initiatives, financées par l’UE et les gouvernements nationaux, pour poursuivre le développement. Les travaux de LORCENIS ont débouché sur un béton performant qui dure beaucoup plus longtemps, même dans des environnements extrêmes. Cela contribuera à faciliter la réalisation de projets d’infrastructure dans de tels environnements.
Mots‑clés
LORCENIS, béton, infrastructure énergétique, longévité, conditions extrêmes, nanomatériaux