Une nouvelle méthode permet de détecter la corrosion dans le béton armé, même dans les endroits difficiles d'accès

«Tirez le câble en arrière, s'il vous plaît», dit Lukas Bircher dans sa radio. Le câble de sa sonde s'est pris dans l'échelle métallique du puits d'accès de quatre mètres de profondeur. Lukas Bircher attend, la radio grésille. Son collègue Samuel Ballat, accroupi à 30 mètres de là dans le puits d'accès suivant du mur de soutènement et qui tient l'autre extrémité du câble, l'a entendu. Le câble est secoué et Lukas Bircher peut le relâcher. Tout est prêt pour la mesure.

Danger : lorsque l'acier du béton se corrode

En cette froide matinée de novembre, Lukas Bircher et son équipe mesurent si le mur de soutènement de 200 mètres de long de la Waidbadstrasse à Zurich-Höngg tient toujours. Plus précisément, ils étudient la probabilité de corrosion de l'acier d'armature encastré, qui est destiné à rendre la structure plus stable.

Le mur de soutènement du Käferberg à Zurich retient d'innombrables tonnes de terre. Au-dessus se trouvent des jardins familiaux, tandis qu'en dessous se trouve une route avec un arrêt de bus. Pour que le mur puisse résister à la pression de la terre, l'acier d'armature doit être solidement relié à la fondation. Si la corrosion endommage l'acier d'armature, le mur pourrait s'effondrer dans le pire des cas. Pour minimiser ces risques, l'ingénieur en mécanique Lukas Bircher et ses collègues du groupe de recherche d'Ueli Angst, professeur à l'ETH Zurich de durabilité des matériaux d'ingénierie, ont mis au point une méthode innovante. Celle-ci leur permet de localiser avec précision la corrosion de l'acier d'armature sans avoir à ciseler laborieusement ou à détruire partiellement le mur en béton armé.

«Cela n'était pas possible jusqu'à présent», explique Lukas Bircher. Pour vérifier si le fer à béton de la face arrière des murs de soutènement présente déjà des signes de corrosion, il n'était pas possible auparavant d'éviter d'enlever toute la couche de béton située au-dessus : «Mais il est toujours possible que deux mètres plus loin, la plus grande partie du fer à béton soit corrodée», explique-t-il. La nouvelle méthode que lui et ses collègues ont mise au point est différente : elle permet de déterminer la probabilité de corrosion sur toute la longueur d'un mur de soutènement sans en détruire un seul morceau. En effet, les mesures sont prises à travers les tuyaux de drainage qui passent directement à côté de la section critique du mur.

50 ans après le boom de la construction, la rouille est là

«La plupart des infrastructures en Suisse et en Europe centrale ont été construites entre 1960 et 1980», note Lukas Bircher. Murs de soutènement, tunnels, ponts : toutes ces structures en béton armé peuvent se corroder avec le temps. Des modifications chimiques se produisent dans le béton et l'acier d'armature commence à se corroder. En particulier, les murs de soutènement des années 1970 peuvent contenir des cavités si les granulats ne sont pas suffisamment entourés de mortier, ce qui peut favoriser la corrosion de l'acier encastré.

Aujourd'hui, environ 50 ans après le boom de la construction, ce risque de corrosion devient critique. Cependant, l'identification du risque est difficile car les dommages sont inégalement répartis dans un mur. De plus, ils sont situés en profondeur, près des fondations et à l'arrière du mur. Il est donc grand temps de mettre au point une méthode permettant d'inspecter les structures de manière systématique, efficace et rentable pour détecter la corrosion, même sous la surface.

Un système d'alerte précoce important

La nouvelle méthode de Lukas Bircher est basée sur des mesures dites électrochimiques. La sonde que son équipe a mise au point pour inspecter les murs de soutènement se compose de deux éléments d'étanchéité gonflables sur les côtés et d'électrodes au milieu. La sonde est reliée aux appareils de mesure par un câble personnalisé comportant non seulement des connexions électriques, mais aussi des tuyaux pour l'air et l'eau sous pression.

Pour effectuer une mesure, Lukas Bircher et ses collègues tirent la sonde à travers le câble dans le tuyau de drainage et gonflent les éléments d'étanchéité de manière à ce qu'ils s'ajustent parfaitement aux parois du tuyau. Ils pompent ensuite de l'eau dans la zone étanche. L'eau s'écoule par les trous du tuyau de drainage et relie les électrodes de la sonde au sol. L'humidité du sol et du béton crée une connexion électrolytique avec l'acier du mur de soutènement. «Nous utilisons la cellule de mesure est utilisée pour enregistrer des signaux électriques qui diffèrent selon que l'acier d'armature est corrodé ou non. Les réactions électrochimiques qui ont lieu sur l'acier dans le béton produisent des signaux électriques reconnaissables», explique Lukas Bircher.

Le jeune homme, assis dans une camionnette dans la Waidbadstrasse à Höngg, lance la première mesure sur son ordinateur portable. Des points rouges apparaissent sur l'écran, formant une courbe : ce sont les potentiels mesurés, qui seront évalués plus tard au bureau. Sur simple pression d'un bouton, les joints se dégonflent à nouveau. «Avance de 25 centimètres», demande Bircher à son collègue Samuel Ballat, qui se trouve toujours dans le puits d'accès en train de déplacer le câble. «D'accord : position 31,50», répond ce dernier. Lukas Bircher regonfle les éléments d'étanchéité et commence la mesure suivante.

L'équipe mesure le mur tous les 25 centimètres. Ces mesures fournissent des informations sur l'état de l'acier d'armature pour l'ensemble de la section du mur ; il s'agit d'un système d'alerte précoce pour la corrosion. Si l'équipe découvre de la corrosion dans une section du mur de soutènement, la zone concernée peut être réparée de manière ciblée : «En Suisse, nous avons plus de 1000 kilomètres de murs qui ne sont potentiellement que partiellement corrodés et qui doivent durer encore quelques décennies. Il est donc important d'identifier les sections qui présentent un risque», explique Lukas Bircher.

Ce qui manquait : l'idée géniale

L'équipe de Talpa teste sa sonde dans la Waidbadstrasse. La sonde fonctionne, explique Lukas Bircher, qui précise qu'elle a été testée dans le cadre de projets pilotes, mais qu'une grande partie des mesures est encore effectuée à la main: «Nous voulons automatiser davantage les mesures à l'avenir et rendre la sonde d'inspection plus robuste». L'équipe est déjà en contact avec des clients potentiels et sait que sa méthode est demandée.

Il ne s'agissait pas d'une technologie entièrement nouvelle. Les mesures électrochimiques sont utilisées depuis un certain temps, mais elles ne sont pas pratiques pour évaluer la façade des murs de soutènement. «Nous avons toutefois réalisé que nous pouvions également déterminer l'état de corrosion de l'armature en acier dans le béton à partir des tuyaux de drainage à travers le sol humide et conducteur», explique Lukas Bircher. Tout ce qu'il fallait, c'était une nouvelle méthode astucieuse pour introduire une cellule de mesure dans les tuyaux, ainsi qu'une méthode d'interprétation des valeurs mesurées. Lui et ses collègues y sont parvenus. Si l'on ouvrait le mur de soutènement pour l'examiner en utilisant une méthode d'échantillonnage aléatoire, il faudrait plusieurs jours et un chantier de construction. L'équipe de Talpa, en revanche, n'a besoin que d'un peu moins d'une journée et ne doit pas compter sur des résultats aléatoires, comme cela aurait été le cas avec la méthode traditionnelle d'échantillonnage aléatoire.

Les taupes mettent créent une start-up

Leur nouvelle méthode ayant fait ses preuves, Lukas Bircher, avec l'ingénieur en matériaux Federico Martinelli-Orlando et l'ingénieur civil Patrick Pfändler, est actuellement en train de fonder une start-up appelée Talpa Inspection. «Talpa» est le nom scientifique des taupes. Lukas Bircher bénéficie non seulement du soutien d'Ueli Angst, professeur au département d'ingénierie civile, environnementale et géomatique, mais il a également reçu une bourse Pioneer de l'ETH Zurich pour sa méthode innovante. Cette bourse l'aidera, lui et son équipe, à développer un produit commercialisable et à fonder sa propre entreprise (voir le bref portrait de Talpa-Inspection sur le site des Pioneer Fellows).