LES ACIERS INOXYDABLES ET LEURS UTILISATIONS EN BTP Réalisé par : Binôme 11 EL GAZOULI Zaynab EL GOURCH Safae Encadré par : Mr Khaled LAHLOU

Plan Introduction et Aperçu historique. Les constituants de base de l’acier inoxydable. La fabrication de l’acier. Les types d’aciers inoxydables. Propriétés mécaniques, physiques et chimiques. Avantages de l’acier inox. Utilisation de l’acier inoxydable en BTP. Conclusion.

Introduction et Aperçu Historique -L’acier est un alliage qui a de bonnes caractéristiques mécaniques. Toutefois son histoire s'est heurtée, pendant des siècles, à un problème majeur de résistance à la corrosion. Il a fallu donc trouver une solution alternative. C’est là où l’acier inoxydable fit apparition. -Les premiers alliages d’acier résistant à la corrosion furent coulés dès l’antiquité. Cependant ces alliages d’antan devaient leur résistance à leur haute teneur en phosphore et non en chrome. -La production d’aciers chromés commença dès 1878 mais ce n’est qu’en 1913, après diverses recherches, que l’Anglais Harry Brearly a développé un acier qui ne s’oxyde pas et ce fut le premier acier à porter le nom « inoxydable ». -Les deux réalisations qui lancent véritablement l’inox architectural sont: le Chrysler Building en 1930 et l’Empire State Building en 1931, à New York.

Constituants de base d’un acier inoxydable L’acier est un alliage de fer et de carbone. L'acier inoxydable est un acier contenant dans sa masse au minimum 10,5 % de chrome, des éléments d'alliage et moins de 1,2 % de carbone. Fe + C = acier Fe + C + Cr = acier inoxydable La teneur en chrome confère à l’acier inoxydable sa résistance à la corrosion; elle permet en effet le développement naturel et continu d’un oxyde de chrome à sa surface appelé « couche passive », il le protège durablement contre tous les types de corrosion. Cette couche passive se régénère naturellement au contact de l’humidité de l’air ou de l’eau : 4 Cr + 3 O2 → 2 Cr2O3

Fabrication de l’acier Inoxydable ETAPE 1: L’aciérie: C’est à l’aciérie que la composition chimique de la nuance d’acier inoxydable est déterminée. Elle se fait selon trois phases: Dans un four électrique, on fait couler le matériau de base (inox recyclé et alliages ferreux). Le métal fondu est ensuite envoyé vers le convertisseur. Des éléments d’alliage sont ajoutés dans le convertisseur afin d’obtenir la composition chimique définitive. Puis l’acier liquide est coulé, refroidi et solidifié durant l’opération de coulée continue. L’acier devenu solide est découpé par oxycoupage en brames pesant jusqu’à 30 tonnes, mesurant jusqu’à 12 m de long, 200 mm d’épaisseur et 2 m de large.

Fabrication de l’acier Inoxydable ETAPE 2 : Laminoir à chaud : C’est la première opération de réduction de l’épaisseur en partant d’une brame de 200 mm pour descendre à une bobine laminée à chaud de 3 mm d’épaisseur ( “coil noir”). Cette étape se fait selon trois phases: On débute par une opération de réchauffage des brames dans un four à une température moyenne de 1250°C. Une première opération de réduction d’épaisseur de 200 à 40 mm est réalisée en plusieurs opérations dans le train dégrossisseur. Le tunnel thermique maintient la température de la brame réduite dans cette épaisseur. Puis la brame passe dans une succession de 7 cages de laminage jusqu’à atteindre environ 3 mm d’épaisseur. Le métal est refroidi et enroulé sous la forme de bobines autrement appelées “coils noirs” de par leur surface oxydée. Ces bobines sont ensuite envoyées dans les tôleries pour recuit et décapage.

Fabrication de l’acier Inoxydable ETAPE 3: Premier recuit et décapage : Cette étape a pour objectif de redonner à l’acier inoxydable ses propriétés mécaniques. Les “coils noirs” sont chauffés dans un four de recuit. L’opération de décapage réalisée dans des bains d’acide est suivie par un rinçage à l’eau et un séchage à l’air pour obtenir une bobine blanche sans oxyde de surface

Fabrication de l’acier Inoxydable ETAPE 4: Laminage à froid et recuit final : Cette étape consiste à réduire l’épaisseur de la bande jusqu’à un minimum de 0.3 mm. L’opération de recuit final confère les propriétés demandées pour les différentes utilisations. Le Laminage A Froid (LAF) permet d’obtenir la bonne planéité des aciers inoxydables en maîtrisant l’aspect de surface. L’épaisseur des bobines blanches d’environ 3 mm est à nouveau réduite lors de l’opération de laminage à froid. Après le laminage à froid, une opération de recuit final permet de régénérer les propriétés mécaniques des aciers inoxydables. Un décapage final permet de supprimer la couche d’oxydes et donner un aspect de surface mat (2D). L’opération de skin-pass a pour objectif d’améliorer la planéité et la brillance du produit.

Fabrication de l’acier Inoxydable ETAPE 5: Parachèvement des produits : Le produit final peut être coupé en largeur et longueur. Des aspects de surface spécifiques sont aussi réalisables. C’est au parachèvement que sont réalisées les opérations de surfaçage qui donnent au produit son apparence finale (le polissage, le brossage...) La dernière opération consiste à mettre à dimension les bobines aux formats adaptés à l’utilisation. Les bobines peuvent être coupées à longueur pour obtenir des feuilles, des flans ou des disques. Elles peuvent aussi être refendues en bobineaux étroits. Des procédés supplémentaires permettent de produire des tubes, obtenus par roulage puis soudage à partir des produits plats.

Familles D’acier

Caractéristiques physiques chimiques et mécaniques Mécaniquement: L'acier inoxydable possède des propriétés mécaniques élevées à température ambiante en comparaison avec d'autres matériaux ce qui est un atout indéniable dans la construction car cela  permet de réduire le poids au m² ou les dimensions des éléments de structure. Sa bonne ductilité, son élasticité et sa dureté lui permettent d'être utilisé dans différents types de mise en œuvre tout en offrant une résistance à l'usure (frottement, abrasion, chocs, élasticité ...). Il peut aussi être mis en œuvre par des températures hivernales sans risque de fragilisation ou de casse. > Les limites d’élasticité varient d’une nuance à l’autre, elles sont comprises entre 320 MPa et 620 MPa. >  L’inox conserve ses propriétés mécaniques même à très basses températures, son coefficient de dilatation varie également d’une nuance à l’autre. C’est un atout indéniable en couverture où les longueurs autorisées sont plus élevées que pour les autres matériaux couramment utilisés. Caractéristiques supplémentaires L'ajout d'éléments tels que le nickel, le molybdène, le titane et le niobium donne à l'acier inoxydable, des avantages supplémentaires, à savoir : > Résistance à la corrosion dans des environnements hautement corrosifs. > Résistance à l'oxydation et au fluage à des températures élevées. > Résistance et ductilité à basse température, > Facilité de transformation (emboutissage, pliage, hydroformage, soudage, brasage, etc.). > Certains de ces produits sont amagnétiques : ils sont intéressants dans tous les cas  ou cette propriété est importante (aéroports, banques, hôpitaux…).

Caractéristiques physiques chimiques et mécaniques Résistance au feu L'acier inoxydable a la meilleure résistance au feu de tous les matériaux métalliques lorsqu'ils sont utilisés dans des applications structurelles, ayant une température de fluage élevée (supérieure à 800 ° C). L’inox est classé A2s1d0 en résistance au feu et ne dégage pas de fumées toxiques. Sa faible conductivité thermique en fait par ailleurs, un excellent matériau pour résoudre les problèmes de pont thermiques. Résistance à la corrosion Avec une teneur en chrome d'au moins 10,5%, l'acier inoxydable est protégé en permanence par une couche de passivation d'oxyde de chrome qui se forme naturellement sur ​​la surface grâce à l’association de chrome et de l'humidité dans l'air. Si la surface est altérée, la couche passive se régénère elle-même. Cette particularité confère aux aciers inoxydables leur résistance à la corrosion. Les caractéristiques mécaniques diminuent à partir de 650°C.

Avantages de l’acier Inoxydable PÉRENNITÉ > Résistance à la corrosion > Longévité  > Résistance aux agents agressifs d’Entretien > Résistance aux rayures > Résistance aux chocs  > Résistance aux UV ENVIRONNEMENT ET RECYCLABILITÉ > Inox, matériau vert Recyclable, totalement neutre vis-à-vis de l’environnement. (Déchets récupérables) Pose sans nuisance à l’environnement proche. > Inox, recyclé à 100% ESTHÉTIQUE > L'inox caméléon L’acier inoxydable offre une liberté de création et de conception architecturales rarement égalée tant par les aspects disponibles que par une large gamme d’épaisseurs. Il permet la réalisation de formes complexes et rend possible le mariage avec d’autres matériaux tels le verre, le bois, la pierre, etc.  > Inox, matériau vert L’inox est un « matériau vert », recyclable à l’infini et recyclé. Dans la construction, le taux de récupération effectif approche les 100 %. Inaltérable, il est aussi totalement neutre vis à vis de l’environnement : au contact d’éléments tel que l’eau, il ne relègue pas de composés susceptibles d’en altérer la composition. Les éléments de construction en inox arrivent prêts à poser sur le chantier limitant ainsi les nuisances pour l'environnement proche (bruit, poussières, etc.). De plus, les déchets de chantier sont entièrement récupérés pour être revalorisés auprès des filières de recyclage. > Inox, recyclé à 100% Aujourd'hui, le flux de matériaux pour les produits en acier inoxydable montre que le recyclage du scrap de pré-et post-consommation d'acier inoxydable se fait déjà couramment.

Avantages de l’acier Inoxydable PERFORMANCE ÉCONOMIQUE Concevoir et construire avec l’acier inoxydable garantit un excellent coût global c’est à dire un rapport positif entre le coût final et le cycle de vie de l’ouvrage, grâce à la durée de vie exceptionnelle des bâtiments en acier inoxydable, leur maintenance quasi inexistante et un entretien aisé.   > Compétitivité économique La stabilité des prix, notamment des nuances ferritiques, ainsi que des niveaux de coût de transformation comparables à ceux d’autres métaux traditionnellement utilisés en façade et en couverture, confèrent à l’acier inoxydable sa compétitivité. Et ayant des caractéristiques mécaniques élevées, il permet de réduire les épaisseurs mises en œuvre.    > Comparatif du module d'élasticité > Coût de l’acier inoxydable

Utilisation de l’acier inoxydable en BTP Les couvertures entièrement supportées Les couvertures à joints debout: Assemblées sur place à partir de bandes d’acier inoxydable, ces couvertures répondent aussi bien à une architecture contemporaine que classique. Les bandes d'inox sont agrafées entre elles sur la longueur par un sertissage des bords préalablement relevés. Le pliage et la fermeture du profil sont réalisés de façon traditionnelle ou à l’aide d’outils spécifiques. La faible dilatation de l'inox limite le nombre de joints transversaux nécessaires. Les atouts Idéal pour des surfaces planes importantes qui nécessitent l’emploi de longues bandes Pas de fragilisation et de risque de cassure à faibles températures. Esthétique soignée. Technique idéale pour des surfaces cintrées et pour les formes complexes Crownhill Crematorium, Milton Keynes Royaume-Uni Halle couverte et patinoire, La Bresse - France

St Barnabas Church, Edington Utilisation de l’acier inoxydable en BTP Les couvertures à tasseaux: La couverture à tasseaux, la plus ancienne des techniques traditionnelles, est plutôt utilisée pour la réhabilitation. Ce procédé consiste à relier les bandes par interposition d’un tasseau en bois fixé sur le voligeage dans le sens de la pente. Dans ce système, l’étanchéité entre les bandes d’inox est assurée par une coiffe recouvrant les tasseaux qui donne à la toiture son aspect caractéristique à larges joints. Les atouts Maintenance facilitée en cas de réparation. Aspect en relief. Pas de fragilisation et de risque de cassure à faibles températures. St Barnabas Church, Edington Royaume-Uni

Utilisation de l’acier inoxydable en BTP Collecte et évacuation des eaux pluviales: Les accessoires de toiture en inox sont les compléments indispensables pour tout type de couvertures. Idéal pour la récupération des eaux pluviales, l’inox permet de réaliser des chéneaux ou gouttières en tronçons soudés ou d’un seul tenant jusqu'à 20 m de longueur en fonction de la largeur et des réglementations locales, entraînant une diminution du nombre de brasures et donc augmentant la sécurité de l’ouvrage. L’ inox en épaisseur 0,4 ou 0,5 mm se façonne aisément même par temps froid et est brasable à l’étain. Selon la longueur des éléments, le pliage peut se faire directement en atelier ou sur le chantier à l’aide d’une pince spéciale. Temple Boudhiste Kadampa Manjushri

Utilisation de l’acier inoxydable en BTP Les couvertures auto-portantes : De mise en œuvre simple et traditionnelle, ce type de couverture offre toute une gamme de profils longitudinaux, trapézoïdaux ou sinusoïdaux, qui répondent aux besoins des architectes. L’évolution de la conception des bâtiments vers une plus grande qualité architecturale donne aujourd’hui naissance à des formes de toiture plus complexes et variées. Cette solution est idéale lorsqu'on cherche à réaliser une continuité couverture/façade. Les atouts : Grande variété des profils et possibilité de cintrage. Solution incontournable pour la réalisation de couvertures double peau, les bacs en acier inoxydable préformés en atelier, allient l'efficacité à un coût optimisé. Simple et rapide à la pose, cette technique peut être utilisée dans tout type de région. EADS, Gonesse, France

Utilisation de l’acier inoxydable en BTP Les couvertures en montagne: Dans ce type de régions, les ouvrages doivent être conçus et réalisés en tenant compte des écarts de température de surface, des charges localisées ou réparties de neige, de l’érosion provoquée par les déplacements de neige/glace et des phénomènes de siphonage. Une excellente résistance aux chocs thermiques de par sa faible dilatation. Une absence de fragilisation même par des températures fortement négatives. Une excellente résistance mécanique pour supporter d’importantes charges de neige. Une minimisation des risques de fuite pour une durabilité renforcée des réalisations. Centre d’Hébergement et de Réadaptation Sociale Le Beillard, Gérardmer – France Refuge Topali - Club alpin Suisse Vallée Matter, St Niklaus

Utilisation de l’acier inoxydable en BTP Les couvertures Froides: Les couvertures Chaudes:

Utilisation de l’acier inoxydable en BTP Les systèmes constructifs en façade: Allégement de l’enveloppe grâce aux propriétés mécaniques élevées qui permettent une diminution d’épaisseur. Compatibilité avec différents types de support. Possibilité d’association à des systèmes constructifs apportant des propriétés thermiques et/ou acoustiques. Tous les types de bardages peuvent être préconisés en neuf comme en réhabilitation. En réhabilitation, l'enveloppe en acier inoxydable transforme et modernise le bâtiment tout en respectant les réglementations thermiques en vigueur et en supprimant les ponts thermiques.

Exemple de Bradage Nervuré Profilé Utilisation de l’acier inoxydable en BTP Bardages nervurés pliés : Les bardages nervurés pliés offrent les mêmes avantages que les bardages nervurés profilés. Cependant un plus large éventail architectural est possible (type et forme de pliage, perforation possible). À noter que les nervures pliées confèrent à l’enveloppe une meilleure rigidité. Bardages nervurés profilés : Le profilage à froid est une technique de mise en forme en continu qui permet, à partir de bobines d’inox, d'obtenir des produits de section constante, appelés profilés. Au cours du processus industriel, la bobine est guidée par des galets qui vont lui donner progressivement les angles et la forme souhaités Exemple de Bradage Nervuré Plié Exemple de Bradage Nervuré Profilé

Utilisation de l’acier inoxydable en BTP Cassettes : Contrairement aux bardages nervurés pliés, les cassettes sont pliées sur 4 côtés. Posées verticalement ou horizontalement, elles peuvent être démontées individuellement lors de l'entretien ou en cas de réparation. Elles peuvent être de forme carrée ou rectangulaire, planes ou cintrées, perforées ou embouties. Dans tous les cas, elles présentent une finition soignée. Elles offrent également des facilités pour le sur-mesure. Différents systèmes de fixation existent : Emboîtement. Accrochage. Fixations mécaniques, visibles ou non visibles. Exemple de montage pour cassettes

Utilisation de l’acier inoxydable en BTP Brise-soleil : Les brise-soleil sont de plus en plus utilisés à la fois pour le côté esthétique et leur contribution à la filtration de la lumière. Ils peuvent être à lames fixes ou mobiles, en position verticale, horizontale ou bien oblique. Ils s'intègrent ainsi parfaitement dans chaque projet architectural et contribuent à gérer la température (confort d'été). Exemple de brise-soleil

Merci pour votre attention ! Conclusion L’acier inoxydable s’inscrit au cœur des innovations dans de nombreux secteurs. Son utilisation est en plein essor et ce, grâce à ses qualités mécaniques(ténacité, ductilité et pérennité…) chimiques et esthétiques. « L’intelligence est bien peu de chose, si elle n’est pas secondée par un bon jugement et par un caractère d’acier » Justin LEFEBRE Merci pour votre attention !