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Priorité à la durabilité des structures

Michel Le Toullec

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Deux axes de R&D prédominent : l'amélioration des performances des matériaux et surtout la prédiction de leur comportement dans le temps et selon leur environnement.

Les matériaux de construction représentent le domaine où les Français sont le plus présent : près des deux tiers des programmes européens en cours sont à participation française. La majeure partie des projets actuels concerne le béton sous ses différentes formes (à hautes performances, autoplaçant, précontraint...). Avec comme objectif principal une meilleure durabilité dans le temps, au feu, aux intempéries et aux catastrophes naturelles.

Deux thèmes majeurs se distinguent : non seulement le renforcement du béton, mais surtout la prédiction de son comportement dans le temps et selon les conditions environnantes.

Prévoir le vieillissement du béton

L'École centrale de Nantes (Loire-Atlantique) participe ainsi au projet Maecenas sur la modélisation du vieillissement de bétons utilisés dans les centrales nucléaires. Il s'agit de prévoir le comportement de bétons précontraints utilisés pour la fabrication de structures de rétention ou de structures maintenues sous pression. Ce programme (jusqu'à octobre 2004) étudie les processus de fracture, de retrait ou de fluage de bétons soumis à des températures très élevées et à des contraintes multiaxiales.

Le service d'études et de projets thermiques et nucléaires d'EDF est, lui, partenaire du projet Conmod sur la prédiction du vieillissement de bétons dans des structures de rétention. Mené avec des partenaires suédois et danois, ce projet de trois ans (qui se termine fin 2004) utilise la méthode des éléments finis pour étudier le comportement des bétons sous différentes conditions afin de déterminer les points critiques. Ces données serviront alors à concevoir des tests non destructifs permettant de quantifier les processus de détérioration du béton.

L'université de Leeds (Grande-Bretagne) mène avec des partenaires d'Europe de l'Est un projet sur la prévention de fuites au niveau des canalisations transportant les eaux usées. Le but est de modéliser les interactions entre le revêtement des canalisations en béton et son environnement, à savoir la nature du sol, la pression externe exercée sur la canalisation en béton, la charge supplémentaire liée aux constructions en surface...

Aciers spéciaux et soudage laser et plasma

Le programme Lifecon vise, quant à lui, à prédire la durabilité à long terme des bétons hautes performances. Un thème d'autant plus ardu que cette famille de bétons doit ses caractéristiques à la complexité de sa formulation. Ce projet est mené par l'industriel italien Italcementi et des partenaires allemands et d'Europe du Nord.

Côté formulation justement, l'amélioration des performances du béton passe notamment par des adjuvants à fonctionnalités nouvelles (voir encadré). Une autre voie consiste à renforcer le béton par des solutions autres que métalliques. Le projet CurveDNFR (jusqu'à mi-2005) concerne l'utilisation de renforts textiles. Le partenaire français du projet est la société Rubans Gallant (Roubaix, Nord), spécialiste des rubans et sangles pour l'industrie et les loisirs.

Enfin, le laboratoire central des Ponts et Chaussées (à Paris) participe à deux projets sur le comportement chimique des bétons : Chlortest concerne la résistance des bétons aux chlorures et Partner porte sur les alcali-réactions, à savoir les réactions entre les alcalins du béton et certains granulats.

Si les programmes sur le béton sont largement majoritaires, le thème à plus forte participation française concerne le métal. Usinor (maintenant Arcelor) est en effet coordinateur du projet Lowpipet qui réunit Air Liquide, Bouygues Offshore et l'Institut de soudure. Achevé en mars 2004, ce programme a conduit à un procédé de production de canalisations en aciers spéciaux pour la production de gaz. L'aspect le plus pointu de ce projet concernait le soudage des pièces dont l'épaisseur atteint 16 mm. Le procédé retenu combine le soudage laser et plasma qui assure non seulement un assemblage efficace, mais aussi une grande résistance de la zone soudée à la fissuration par l'hydrogène.

La France est également bien représentée dans le domaine des traitements de surface de matériaux de construction. L'une des voies classiques consiste à utiliser les propriétés photocatalytiques du dioxyde de titane pour dégrader divers polluants d'origine organique. GTM Construction (à Nanterre, Hauts-de-Seine) est coordinateur du projet Picada avec le centre scientifique et technique du bâtiment (voir l'article page 52). Le projet Photocoat s'étend quant à lui au développement de films photocatalytiques semi-conducteurs pour l'élimination de polluants organiques. Ce programme (de quatre ans qui s'achèvera en 2007), dont Saint-Gobain Recherche est partenaire, exploitera les nanotechnologies.

Enfin, un seul programme en cours concerne les polymères pour la construction. Il s'agit en fait d'une solution capable de pallier les limites des matériaux classiques dans des conditions extrêmes, du type séisme. L'allemand Bridge Accessories mène ainsi le projet Vast-Image sur un dispositif d'amortissement actif des vibrations. Ce système est basé sur l'utilisation d'élastomères dont la rigidité peut être contrôlée par un champ magnétique et ainsi adaptée en temps réel aux conditions extérieures.

62% Pour le BTP

Pourcentage des projets en cours à participation française dans le cadre du 5e PCRD : 62% Pour le BTP

SUPERPLASTIFIANTPOUR DES BÉTONS HAUTES PERFORMANCES

Dans le cadre du projet Superplast (qui s'est achevé en février 2004 après trois ans de R&D), Sika et ses partenaires ont travaillé sur une nouvelle famille de polymères superplastifiants destinés à optimiser la durabilité des bétons hautes performances. Un programme majeur qui vise à maintenir l'Europe en position de leader sur ce marché gigantesque. « Ce type d'adjuvant a pour principal effet de diminuer la quantité d'eau nécessaire au mélange du béton, explique Irina Schober, au centre de recherche de Sika à Zurich (Suisse). Alors qu'un réducteur d'eau classique abaisse la quantité d'eau de 10 à 15 %, le superplastifiant à base de polycarboxylate, développé dans le cadre de ce programme, permet de réduire d'environ 30 % les besoins en eau. Pour un bel aspect du parement Pour l'industrie de la préfabrication, ce type de superplastifiants assure un décoffrage rapide et une bonne résistance vis-à-vis de la ségrégation d'où un bel aspect du parement. Par ailleurs, l'ajout de ce polymère a été conçu pour permettre d'incorporer du béton recyclé dans la formulation sans préjudice pour ses caractéristiques finales. Le programme Superplast présente également un volet plus fondamental destiné à mieux comprendre le comportement d'un polymère superplastifiant. Cet aspect a notamment été pris en charge par l'équipe de Françoise Lafuma au laboratoire de physico-chimie structurale et macromoléculaire de l'École supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (ESPCI).

L'ESSENTIELLES AXES MAJEURS DE RECHERCHE

Rubans textiles pour le renforcement du béton - Modélisation du vieillissement des structures en béton - Aciers spéciaux pour canalisations pour le transport de gaz - Revêtements photocatalytiques pour surfaces autonettoyantes - Élastomères pour amortissement actif des vibrations

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