Par Guy Keulemans, UNSW courtesy The Conversation
Utilisé seul, le béton est un matériau de construction extrêmement durable. Le magnifique Panthéon de Rome, la plus grande coupole en béton non armé du monde, est en excellent état depuis presque 1 900 ans. Pourtant, de nombreuses structures en béton remontant seulement au siècle dernier – ponts, autoroutes et immeubles – s’effritent et beaucoup autres, construites depuis 2001, seront obsolètes avant la fin du XXIe siècle.
Compte tenu de la durée de vie des structures anciennes, cela peut sembler curieux. La différence essentielle réside dans l’utilisation moderne des armatures en acier, appelées barres d’armature, que l’on dissimule dans le béton. L’acier contient principalement du fer et ses propriétés inaltérables font qu’il rouille. Une réalité difficile à détecter et coûteuse à réparer, qui impacte la durabilité des structures.
Si certaines réparations peuvent se justifier par la volonté de préserver l’héritage architectural des constructions emblématiques du XXe siècle, comme celles de Franck Lloyd Wright, on peut se demander si elles seront abordables et désirables pour la grande majorité des structures. L’écrivain Robert Courland, dans son livre Concrete Planet, estime les coûts de réparation et de reconstruction des infrastructures en béton à plusieurs milliards de dollars aux seuls États-Unis, un coût imputé aux futures générations.
Au XIXe siècle, le renforcement de l’acier a été une innovation spectaculaire. Les barres d’acier augmentent en effet la résistance et permettent de construire de longues structures en porte-à-faux et des dalles plus minces et moins soutenues, ce qui accélère les temps de construction puisqu’il faut moins de béton pour couler de telles dalles.
Ces qualités, vantées par l’industrie du béton de manière autoritaire et parfois hypocrite au début du XXe siècle, ont contribué à sa popularité.
Le béton armé est en concurrence avec des technologies de construction plus durables, telles que les structures en acier ou les briques et mortiers traditionnels. Il a été remplacé, aux quatre coins du monde, par des solutions respectueuses de l’environnement et à faible teneur en carbone, comme les briques de terre crue et le pisé, des pratiques historiques qui pourraient être aussi plus durables.
Une durée de vie de 100 ans, maximum
Les ingénieurs du début du XXe siècle pensaient que les structures en béton armé dureraient très longtemps, peut-être un millénaire. En réalité, leur durée de vie est plus proche des 50-100 ans, et parfois moins. Les codes et les politiques du bâtiment exigent en général que les constructions aient une durée de vie de plusieurs décennies, mais ils peuvent commencer à se détériorer au bout de 10 ans seulement.
De nombreux ingénieurs et architectes soulignent les affinités naturelles entre l’acier et le béton, qui présentent des caractéristiques de dilatation thermique similaires. L’alcalinité du béton peut aussi aider à inhiber la rouille. Mais un manque de connaissances sur leurs qualités composites existe en ce qui concerne par exemple les changements de température liés à l’exposition au soleil.
Les alternatives au béton armé (tels que l’acier inoxydable, le bronze d’aluminium et les composites de fibres-polymères) ne sont pas encore largement utilisées. Le faible coût des armatures en acier est attractif pour les développeurs mais de nombreux urbanistes et développeurs ne prennent pas en compte les frais plus importants de maintenance, de réparation ou de remplacement.
Des technologies capables de résoudre le problème de la corrosion de l’acier, comme la protection cathodique où l’intégralité de la structure est connectée à une anode antirouille, existent – comme existent également de nouvelles méthodes pour contrôler la corrosion, par des moyens électriques ou acoustiques.
Une alternative consiste à traiter le béton avec un composé antirouille, bien que celui-ci puisse s’avérer toxique et inadapté pour les bâtiments. De nouveaux inhibiteurs non toxiques ont aussi vu le jour, y compris des biocomposites à base de bambou et des « biomolécules » dérivées de bactéries.
Cependant, aucun ne peut résoudre le problème inhérent à l’utilisation de l’acier dans le béton, à savoir qu’il diminue son grand potentiel de durabilité.
Coûts environnementaux
Les répercussions sur la planète sont graves. Le béton est la troisième cause de production d’émissions de CO2, après les automobiles et les centrales à charbon. La fabrication de ciment représente à elle seule environ 5 % des émissions mondiales de CO2. Le béton constitue également la part la plus importante de déchets de construction et de démolition, et environ un tiers de tous les déchets mis en décharge.
Son recyclage, difficile et coûteux, réduit sa résistance et peut catalyser des réactions chimiques qui accélèrent sa dégradation. Le monde doit réduire sa production de béton mais cela nécessitera de construire des structures plus durables.
Dans un article récent, j’ai avancé l’idée que l’utilisation généralisée du béton armé était peut-être due à une vision traditionnelle, dominante et finalement destructrice du caractère inerte de la matière. Or le béton armé ne l’est pas vraiment.
Généralement perçu comme un matériau semblable à la pierre, monolithique et homogène, il s’agit en fait d’un mélange complexe de calcaire cuit, de matériaux argileux et d’une grande variété d’agrégats rocheux ou sableux. Le calcaire lui-même est une roche sédimentaire faite de coquillages et de coraux, dont la formation est influencée par de nombreux facteurs biologiques, géologiques et climatologiques.
Cela signifie que les structures en béton, malgré leurs qualités pierreuses superficielles, sont faites des squelettes de créatures marines retenus dans la roche auxquelles il faut des millions d’années pour vivre, mourir et former du calcaire. Cette échelle de temps contraste fortement avec la durée de vie des bâtiments contemporains.
L’acier est souvent qualifié d’étant inerte et résistant. Des termes tels que « l’âge du fer » suggèrent une durabilité ancienne, bien que les artefacts de l’âge du fer soient relativement rares dans la mesure où ils rouillent. Si l’acier de construction est visible, il peut être entretenu, par exemple le pont du port de Sydney qui ne cesse d’être repeint.
“Cancer” du béton
Cependant, intégré dans le béton, il est caché et secrètement actif. L’humidité pénétrant dans des milliers de minuscules fissures crée une réaction électrochimique. Une extrémité de la barre d’armature devient une anode et l’autre une cathode, formant une « batterie » qui alimente la transformation du fer en rouille. La rouille peut dilater la barre jusqu’à quatre fois sa taille, élargir les fissures et forcer le béton à se fracturer dans un processus appelé écaillage, plus connu sous le nom de « cancer du béton ».
Il faut donc que nous changions notre façon de penser pour reconnaître le béton et l’acier comme des matériaux dynamiques et actifs. Il ne s’agit pas de changer les faits, mais plutôt de réorienter notre manière de comprendre et d’agir sur ces faits. Eviter le gaspillage, la pollution et la reconstruction inutile requiert une réflexion capable de s’affranchir des notions de temps, et cela est particulièrement vrai pour les secteurs du bâtiment et de la construction.
L’effondrement des civilisations passées nous montre la conséquence d’une réflexion à court terme. Faute de nous concentrer sur la construction de structures capables de résister à l’épreuve du temps, nous nous retrouverons avec des artefacts massifs et à l’abandon qui ne remplissent pas plus leur objectif initial que les statues de l’île de Pâques.
Traduit de l’anglais par Karine Degliame-O’Keeffe pour Fast for Word Ici, l’article original.
Guy Keulemans, Lecturer, UNSW
La version originale de cet article a été publiée sur The Conversation.
