Caractérisation mécanique multi-échelle des produits de corrosion d’acier doux [ 29 èmes Rencontres de l’AUGC, Tlemcen, Algérie.] A. Dehoux, Y. Berthaud,

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1 Caractérisation mécanique multi-échelle des produits de corrosion d’acier doux [ 29 èmes Rencontres de l’AUGC, Tlemcen, Algérie.] A. Dehoux, Y. Berthaud, F. Bouchelaghem LMT-Cachan

2 2 Carbonatation du béton d’enrobage : - Baisse du pH de la solution interstitielle, - corrosion active, - fissuration du béton d’enrobage. www.concretecorrosion.net Corrosion par carbonatation du béton d’enrobage sous abri et sous contrainte. Contexte

3 3 béton acier Corrosion Volume relatif des produits > volume de fer. (Tuuti, 1982) Contexte

4 4 RouilleMagnétiteGoethiteLépidocrocite Handbook Magnétite cristallisée en laboratoire (GPa) Samsonov G.V., 1973. The oxide handbook.350 Le Neindre B.. Technique de l'ingénieur.238 Analogues archéologiques (Rouille cristallisée) (GPa) François M., 2000.Rapport interne n 236 LMT- Cachan. Mesures ultrasonores.60 Poudre (GPa) Ouglova A., 2004. Thèse. mesure ultrasonore0,6-5 Ouglova A., 2004. Thèse. Calibrage1,6-4 Ouglova A., 2004. Thèse. Essai oedométrique6 Ouglova A., 2004. Thèse. Calibrage307-477 Corrosion accélérée (GPa) NGUYEN Q. T., 2006. Thèse. calibrage par modélisation EF.0,15

5 5 Identification des propriétés mécaniques locales des couches de produits de corrosion. Les intégrer explicitement dans des calculs de structures de béton armé corrodé. Objectif

6 6 1.Échantillons 2.Caractérisation de la microstructure 3.Calculs d’homogénéisation 4.Essais au MEB in situ 5.Conclusions Plan Échelle micro Échelle meso

7 7 Acier doux corrodé. Palais des Papes en Avignon http://fr.wikipedia.org Échantillon du Palais des Papes en Avignon (1335). - Analyse sur corrosion naturelle sous contrainte, de plus de 600 ans. - Matériaux constitutifs proches des matériaux actuels. - Couche de corrosion importante. - Limitation : milieu de vieillissement peu connu.

8 8 10nm Image haute résolution en microscopie électronique en transmission présentant les tailles de cristallites de goethite.Thèse J.Monnier, 2008. 0,5mm Photo d’un échantillon de corrosion au microscope optique. Photo d’un échantillon de corrosion relevé sur site. Structure en béton armé corrodée. www.concretecorrosion.net. nm mm cm m échelle

9 9 F chargement macroscopique x x3x3 x2x2 x1x1 y y3y3 y2y2 y1y1 Principe d’homogénéisation

10 10 1.Échantillons 2.Caractérisation de la microstructure 3.Calculs d’homogénéisation 4.Essais au MEB in situ 5.Conclusions Plan Échelle micro Échelle meso

11 Propriétés mécaniques (micro-indentation) + Composition (micro- spectrométrie Raman). 3 phases majoritaires ayant des propriétés différentes : - Phases « claires » : 140 GPa oxyhydroxyde de fer III. - Phases « sombres » : 90 GPa Goethite et lépidocrocite. - Porosité : 0 GPa. Caractérisation de la microstructure

12 12 1.Échantillons 2.Caractérisation de la microstructure 3.Calculs d’homogénéisation 4.Essais au MEB in situ 5.Conclusions Plan Échelle micro Échelle meso

13 13 Par des schémas simplifiés (autocohérent et autocohérent généralisé). Inclusions sphériques. Matrice Inclusion Matrice Inclusion Milieu homogène équivalent Schéma autocohérent généralisé Matrice Inclusion Milieu homogène équivalent Matrice Inclusion Détermination de modules d’élasticités méso (échelle de l’échantillon)

14 14 Par des calculs de modules effectifs en déformations imposées sur image 2D. 330 µm Nombre de degrés de liberté : 996366 Nombre de nœuds : 125085 Nombre d'éléments : 248014 Nombre d’éléments frontière : 18277. Détermination des modules d’élasticité méso (échelle de l’échantillon)

15 15 Numéro d’image Photo microscope optique Module longitudinal E L (GPa) Module transversal E T (GPa) Module schéma autocohérent E AC (GPa) % phases claires % phases sombres % porosité 1360x525 µm 2 95749344524 21330x1000 µm 2 91809527703 31330x1000 µm 2 101979525723 41330x1000 µm 2 100318243489 51330x1000 µm 2 93439138575 Détermination des modules d’élasticité méso

16 16 Numéro d’image Photo microscope optique Module longitudinal E L (GPa) Module transversal E T (GPa) Module schéma autocohérent E AC (GPa) % phases claires % phases sombres % porosité 1360x525 µm 2 95749344524 21330x1000 µm 2 91809527703 31330x1000 µm 2 101979525723 41330x1000 µm 2 100318243489 51330x1000 µm 2 93439138575 Détermination des modules d’élasticité méso

17 17 Synthèse : -Modules élevés par rapport à la littérature (0,1 GPa) (essai et modélisation à l’échelle macro sur corrosion accélérée). -Orientation privilégiée de la structure 2D. -Influence de l’arrangement des phases. Détermination des modules d’élasticité méso

18 18 Échelle : 648 pixels 1 mm Déplacement : 6,15 µm Contrainte : 4,3 MPa E = 1 GPa Correspond aux essais macro trouvés dans la littérature sur le même type de corrosion accélérée. Essai à l’échelle méso : MEB in situ Corrosion accélérée et mortier Correli LMT

19 19 -Modules mésoscopiques sont entre 50 et 100 fois plus élevés que les modules macro identifiés par recalage sur corrosion accélérée, -essais MEB in situ sur échantillon du Palais des Papes, -modélisation enrichie par ces essais, exploitation des champs de déformations locaux, -tomographie X, structure conforme aux observations 2D, -image 2D représentative des différentes configurations de la microstructure par des outils de morphologie mathématique. Conclusion et perspectives Tomographie X – Laboratoire Navier.