Elaboration des revêtements de phosphates de zinc sur armature à

Chapitre I.
ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE

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Introduction
L’objectif de ce chapitre est de dresser un état des lieux des connaissances sur la
dégradation du béton et sur la corrosion des armatures en acier doux enrobées dans les milieux
cimentaires dégradés. De nombreux facteurs, principalement d’origines physico-chimique,
mécanique et thermique, interviennent avant la ruine de l’ouvrage en béton armé par la corrosion
de ses armatures. Dans ce travail, on s’intéressera tout particulièrement à l’évolution physico-
chimique du système acier/béton.
Dans la première partie de ce chapitre, nous présenterons les différents types de lutte contre
la corrosion de ces aciers. Nous discuterons les processus de phosphatation et nous justifierons le
choix de cette technique comme type de traitement pour les armatures de béton.
La deuxième partie du chapitre est consacrée à la description des processus qui sont la
cause d’altération chimique de l’enrobage cimentaire.
Dans la dernière partie de ce chapitre, des données expérimentales concernant le
comportement à la corrosion de l’acier doux enrobé de béton et la nature des produits de
corrosion relevés dans un milieu carbonaté sont présentées.
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I.1. La phosphatation des métaux
I.1.1. Qu’est que ce la phosphatation?
La phosphatation est un procédé de revêtement rapide, facile à mettre en oeuvre et peu
coûteux. Elle consiste en la réalisation de revêtements de différents composés contenant des
phosphates afin d’améliorer la résistance à la corrosion, la durabilité des liaisons peinture/métal,
les frottements entre les pièces mobiles (boîtes de vitesse des automobiles), etc.
Elle est réalisée par contact de la surface à traiter avec une solution aqueuse et acide de sels
métalliques (fer, zinc, manganèse, chrome …).
La phosphatation est applicable à tous les aciers non alliés (non passivables), aux fontes,
aux aciers revêtus de zinc ou de cadmium*, aux alliages de zinc et à certains alliages d’aluminium
[CHE-06b], [YIN-95].
Une phosphatation légère (1 à 2 µm d’épaisseur) est surtout utilisée comme base
d’accrochage pour les peintures (bonne adhérence et protection contre la corrosion sous peinture)
et pour faciliter les déformations plastiques à froid. Une phosphatation plus épaisse (> 10 µm),
avec imprégnation d’huiles ou de produits gras inhibés, est efficace contre la formation de la
rouille [GUE-80].
L’utilisation d’accélérateurs oxydants (NO3--NO2-, ClO3--NO3-, ClO3-), de catalyseurs et
d’affineurs (Ni2+, F-) a permis de faire un grand pas dans ce domaine en réduisant les temps de
traitement et en abaissant la température d’utilisation tout en diversifiant la nature des couches de
phosphate (Fe ; Zn ; Zn-Ca ; Zn-Mn ; Zn-Fe ; Mn ; Mn-Fe) et en modifiant l’épaisseur de ces
dernières (10,5 à 0,25µm) [ARN-88], [BOS-03], [BIK-03], [MIL-94], [SIN-02], [SYL-05],
[ZHA-02].
I.1.2. Les différents types de phosphatation
Il existe deux types de phosphatation: la phosphatation amorphe et la phosphatation
cristalline, qui se font soit par immersion, soit par aspersion.
* Remarque : l’emploi des aciers cadmiés est maintenant très limité car réglementé.
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I.1.2.1. La phosphatation amorphe
Ce type de phosphatation a été dénommé dégraissage-passivation ou plus récemment
phosphatation amorphe au fer par opposition à la phosphatation cristalline au zinc. Cette
technique est principalement utilisée par aspersion dans le but de préparer les surfaces
métalliques à la mise en peinture, mais les propriétés d’anticorrosion sont médiocres. Dans le cas
de l’immersion, il faut généralement procéder à un dégraissage préalable [KOU-04a] et à un post
traitement de passivation de type chromique (composé fer/ chrome à structure de spinelle qui
joue le rôle d’inhibiteur de corrosion). Les couches obtenues, essentiellement composées de
vivianite Fe3(PO4)2*8H2O et d’oxyde de fer Fe2O3, sont souples et présentent une bonne aptitude
à la déformation ainsi qu’un niveau d’adhérence maximal sur le substrat. Ceci permet d’appliquer
une peinture ou un vernis sur un support devant présenter des hautes caractéristiques de
résistance aux chocs ou au pliage.
Les mécanismes qui interviennent dans la phosphatation-passivation des aciers sont
différents de ceux généralement admis pour la phosphatation cristalline. D’après Lorin [LOR-73],
on assiste à la formation transitoire d’une couche passive d’oxyde de fer (pouvant contenir FeO,
Fe2O3 ), qui est ensuite transformée en phosphate selon la réaction :
Eq.I. 1 2H2PO4- + 3FeO → Fe3(PO4)2 + H2O + 2OH -
La formation d’ions OH- nécessite la stabilisation du pH du bain par l’ajout d’un correcteur
contenant de l’acide orthophosphorique ou des acides organiques.
Le poids du revêtement varie de 0,5 à 1 g/m2 en fonction du temps de traitement, de la
température, de la composition du bain et de l’état de surface du métal. Les épaisseurs,
difficilement mesurables, sont estimées entre 0,2 et 0,8 µm. Les couleurs des revêtements vont
des tons grisâtres au bleu très soutenu en passant par bleu clair, bleu vert, violacé etc.
I.1.2.2. La phosphatation cristalline
La fonction principale de la phosphatation cristalline est l’anticorrosion. Le métal support
est isolé contre les agents atmosphériques responsables de la corrosion par la présence des
couches de cristaux de phosphates mélangés. Ces derniers réalisent un bon ancrage de la peinture
grâce aux interstices inter cristallins [BOU-94].
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