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Incendies : le comportement du béton
Le béton est un matériau qui possède un bon comportement lorsqu’il est soumis à des hautes températures. - © © Lerm

Incendies : le comportement du béton

le 22/07/2010  |  BétonProduits et matérielsTechnique

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Chaque mois, retrouvez la chronique du Lerm, Laboratoire d'Etudes et de Recherches sur les Matériaux. Ce mois-ci : l'analyse du comportement du béton soumis au feu.

Avec les longues périodes de sécheresse, l'été reste la saison où les incendies sont les plus fréquents et les plus dévastateurs pour les constructions.
Lors d'un incendie, la température atteint les 1000°C en surface des matériaux.
Le béton est un matériau qui possède un bon comportement lorsqu'il est soumis à des hautes températures, car il présente une inertie à la propagation du flux de chaleur dans sa masse, et la température ne s'y élève que lentement.
La conductivité thermique d'un béton courant, soit son aptitude à transmettre le flux de chaleur, est très faible (1,5 W/mK en moyenne), ce qui lui vaut d'être classé M0 (Incombustible) dans la classification française (norme NP P. 92.507). C'est l'une des raisons pour laquelle il est largement utilisé pour la réalisation des structures porteuses des bâtiments et des ouvrages de génie civil.
Malgré ce bon comportement face à un incendie, les performances du matériau peuvent être plus ou moins affectées en fonction de :
- la température maximale atteinte
- la durée de l'incendie
- la composition du matériau et sa microstructure (porosité, rapport eau/ciment, nature du liant, air entraîné, voire la nature des granulats).

Chute de la résistance et écaillage de surface

L'épaisseur dégradée peut varier de quelques millimètres à plusieurs centimètres. Deux types de désordres peuvent généralement apparaitre : la chute de la résistance mécanique et l'écaillage de surface.
A partir d'une température de l'ordre de 300°C, la chute de la résistance à la compression commence à être importante. Cette chute est en relation avec des transformations microstructurales et minéralogiques qui ont lieu au sein du matériau :
- jusqu'à 100 °C : déshydratation de l'ettringite et partiellement des silicates de calcium hydratés (C-S-H)
- à partir d'environ 300°C : transformation de la pâte de ciment qui commence à être importante (microfissuration, décohésions pâte-granulats...)
- vers 500°C : déshydratation de la portlandite (Ca(OH)2)
- vers 575°C : transformation du quartz « a » en quartz « b »
- entre 700°C et 900°C : décarbonatation des carbonates (CaCO3)
- à partir de 1200 °C et jusqu'à 1300 °C : début de fusion des composés silicatés du béton.
- Après 1300 °C : le béton est en masse fondue.

Eclatement du béton : encore à l'étude

L'autre désordre constaté, l'éclatement du béton, est un phénomène encore à l'étude. Il concerne plus particulièrement les bétons compacts. Il serait dû au développement de pressions de fluides dans la porosité de la pâte de ciment et des granulats, ainsi qu'à des contraintes liées à des gradients thermiques. Des études ont montré que l'adjonction d'une certaine quantité de fibres de polypropylène dans les bétons à hautes performances (BHP), permet de maîtriser ce phénomène.
Après un incendie, un maitre d'ouvrage se préoccupe souvent de l'état de conservation de la structure, en particulier, l'étendue de la zone fragilisée, dans un objectif de réparation de la structure.
En amont de la réparation, il convient de réaliser un diagnostic sur site combiné à des analyses en laboratoires.
Différents moyens de caractérisation in situ et en laboratoire peuvent alors être mis en œuvre :
- mesure de la dureté de surface au scléromètre ;
- mesure de vitesse de propagation des ultrasons ;
- mesure de la résistance à la compression sur carottes ;
- examen au microscope électronique à balayage (MEB) couplé à l'analyse élémentaire par EDS ;
- analyse thermogravimétrique (ATG) et par diffraction des rayons « X » (DRX) ;
- un examen de la microfissuration du béton.


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