Gestion Technique et Pathologies des Matériaux - Béton, Pierre, Bois et Matériaux Bio-Géosourcés

Flashcards complètes d'entraînement et d'examen pour le module R3.12 GTP Matériaux (IUT Génie Civil - Construction Durable), couvrant la durabilité et les pathologies du béton armé, de la pierre naturelle, du bois de construction et des matériaux bio/géosourcés.

Selon les données présentées dans le cours, quel pourcentage des dommages constatés sur les ouvrages provient directement des pathologies des matériaux ?

Environ $42\,\%$ des dommages proviennent de pathologies des matériaux.

Quelles sont les proportions volumiques approximatives des composants d'un béton conventionnel ?

Les granulats représentent $60\text{ à }70\,\%$, le liant et les additions $15\,\%$, la porosité $8\text{ à }20\,\%$, et les adjuvants environ $2\,\%$.

À quelles familles de risques correspondent les classes d'exposition XC, XD, XS, XF et XA selon la norme NF EN 206 ?

XC : corrosion induite par carbonatation ; XD : corrosion induite par les chlorures d'origine non marine ; XS : corrosion induite par les chlorures de l'eau de mer ; XF : attaque gel/dégel avec ou sans agent de déverglaçage ; XA : attaques chimiques.

Dans le mécanisme de gel/dégel du béton, quel est le comportement dimensionnel en fonction du degré de saturation $S$ ?

Si $S \le 90\,\%$, le béton subit une contraction régulière lors du refroidissement ; si $S > 90\,\%$ (degré critique dépassé), il subit une dilatation/expansion destructrice lorsque l'eau gèle dans les capillaires.

Par quels mécanismes physiques et thermodynamiques les sels de déverglaçage provoquent-ils l'écaillage de surface du béton ?

La fusion de la glace sous l'effet du sel est une réaction endothermique très rapide qui crée un choc thermique en surface, combiné à de fortes pressions osmotiques dues au gradient de concentration en $\text{NaCl}$.

Quelles sont les caractéristiques de la couche de passivation qui protège les armatures métalliques dans un béton sain ?

C'est une couche protectrice d'oxydes de fer principalement ferriques ($\text{Fe}_2\text{O}_3$) d'épaisseur comprise entre $5\text{ et }20\,\text{nm}$, stable en milieu hyperbasique ($\text{pH} \approx 12{,}5$).

Quelle réaction chimique décrit le phénomène de carbonatation de la pâte de ciment hydratée et comment affecte-t-elle le pH interstitiel ?

$\text{Ca(OH)}_2 + \text{CO}_2 \rightarrow \text{CaCO}_3 + \text{H}_2\text{O}$. Elle consomme la portlandite et fait chuter le pH de base d'environ $12{,}5$ à une valeur inférieure à $9$, provoquant la dépassivation des aciers.

Sur ces coupes d'éprouvettes après pulvérisation de phénolphtaléine, que signifient la zone magenta/violette centrale et la zone périphérique incolore ?

La zone magenta indique le béton sain non carbonaté ($\text{pH} > 9$). La zone périphérique incolore indique la profondeur de béton carbonaté ($\text{pH} < 9$).

Quelle est l'évolution cinétique simplifiée de la profondeur de carbonatation $x$ en fonction du temps $t$ et dans quelle plage d'humidité relative est-elle maximale ?

Elle suit une loi diffusive de type $x = x_0 + k \times \sqrt{t}$, avec une progression maximale à une humidité relative intermédiaire située autour de $50\text{ à }70\,\%$.

Quel est le seuil critique de concentration en ions chlorures libres dans le béton au-delà duquel s'amorce la dépassivation des armatures ?

Le seuil critique est un ratio $[\text{Cl}^-]/[\text{OH}^-] = 0{,}6$, correspondant à environ $0{,}4\,\%$ d'ions chlorures en masse de ciment.

Quelle est la procédure d'analyse en laboratoire permettant d'établir le profil de pénétration des ions chlorures sur une carotte de béton ?

On découpe la carotte par tranches d'épaisseurs régulières (paliers de $10\,\text{mm}$ par exemple), on broie chaque tranche en poudre, puis on dose les chlorures libres et totaux par potentiométrie ou chromatographie ionique.

Quelles sont les étapes du mécanisme de biocorrosion sulfatique observé dans la couronne des réseaux d'assainissement en béton ?

1. Production de $\text{H}_2\text{S}$ par les bactéries sulfato-réductrices (SRB) dans les sédiments immergés ; 2. Dégazage et diffusion du $\text{H}_2\text{S}$ dans l'air ; 3. Oxydation biologique en sulfates et acide sulfurique par les bactéries sulfo-oxydantes (SOM) ; 4. Attaque acide et formation expansive de gypse et d'ettringite.

Quelles sont les conditions nécessaires au déclenchement d'une Réaction Alcali-Silice (RAS) dans le béton ?

La présence simultanée d'une humidité relative élevée ($\text{HR} > 80\,\%$), de silice réactive au sein des granulats et d'une teneur suffisante en alcalins ($\text{Na}^+$, $\text{K}^+$) et hydroxyles dans la pâte de ciment.

Quels sont les facteurs indispensables à l'apparition d'une Réaction Sulfatique Interne (RSI) dans un ouvrage en béton ?

Une température maximale atteinte au jeune âge supérieure ou égale à $65\,^\circ\text{C}$, un environnement humide ($\text{HR} > 95\,\%$), et une composition de ciment apportant sulfates et aluminates.

Comment se différencient microscopiquement le faciès d'ettringite libre non expansive et le faciès d'ettringite confinée expansive ?

Le faciès de croissance libre forme des aiguilles aciculaires de section hexagonale bien cristallisées dans les vides. Le faciès de croissance confinée présente un aspect massif, cryptocristallin ou colloïdal dans les zones confinées de la pâte, exerçant une pression de cristallisation.

Selon la méthode LCPC 67, quels sont les critères d'expansion résiduelle libre à 52 semaines pour qualifier le potentiel de gonflement d'un béton ?

Expansion $< 0{,}01\,\%$ ($< 100\,\mu\text{m/m}$) : négligeable ; entre $0{,}01\text{ et }0{,}05\,\%$ ($100\text{ à }500\,\mu\text{m/m}$) : modérée ; $> 0{,}05\,\%$ ($> 500\,\mu\text{m/m}$) : importante.

Comment classe-t-on les pierres naturelles de construction selon leur résistance à la compression ($R_c$) ?

Pierres tendres : $R_c \le 10\,\text{MPa}$ ; Pierres fermes : $10 < R_c \le 40\,\text{MPa}$ ; Pierres dures : $R_c > 40\,\text{MPa}$.

Quelle est cette pathologie d'altération superficielle de la pierre caractérisée par un creusement alvéolaire et un dessertissage des grains ?

L'alvéolisation (souvent associée à la désagrégation sableuse), causée par la cristallisation de sels au sein de la porosité superficielle.

Pourquoi l'utilisation de mortiers modernes à base de ciment est-elle proscrite lors de la restauration de maçonneries anciennes en pierre calcaire tendre ?

Le ciment est trop rigide, riche en sels solubles et beaucoup moins perméable à la vapeur d'eau que la pierre tendre, ce qui piège l'humidité, concentre les contraintes mécaniques différentielles et provoque la désagrégation rapide de la pierre adjacente.

Quels sont les trois principaux polymères structurants de la paroi cellulaire du bois et leurs proportions relatives usuelles ?

La cellulose ($40\text{--}47\,\%$), les hémicelluloses ($23\text{--}35\,\%$) et la lignine ($16\text{--}31\,\%$).

Quelles sont les caractéristiques d'attaque et de diagnostic du champignon lignivore Serpula lacrymans (mérule pleureuse) ?

Développement optimal à $20\,^\circ\text{C}$ en milieu confiné et humide ; présence de cordons mycéliens épais, mycélium cotonneux blanc/grisâtre, fine poussière brune de spores, et dégradation en pourriture cubique avec cubes cassants.

Quelle est la différence fondamentale entre les champignons lignivores et les champignons lignicoles quant à l'intégrité structurelle du bois ?

Les champignons lignivores détruisent les polymères constitutifs (cellulose, lignine), causant une perte irrémédiable de résistance mécanique. Les agents lignicoles (moisissures, agents de bleuissement) ne dégradent pas la paroi cellulaire et ne provoquent que des altérations esthétiques de coloration.

Comment distinguer les attaques du Capricorne des maisons de celles de l'Hespérophane ?

Le Capricorne des maisons cible exclusivement les résineux avec des trous de sortie ovales de $6\text{ à }10\,\text{mm}$. L'Hespérophane cible les essences feuillues avec des trous de sortie ovales plus grands de $8\text{ à }13\,\text{mm}$.

Quels sont les trois modes de développement et de propagation d'une colonie de termites souterrains vers les constructions ?

1. L'essaimage (vol des reproducteurs ailés) ; 2. Le marcottage ou bouturage (scission d'une centaine d'individus) ; 3. Le transport de bois ou matériaux contaminés.

À quelles conditions d'exposition et de risque biologique correspond la classe d'emploi 4 du bois selon la norme EN 335 ?

Bois d'extérieur en contact avec le sol ou avec l'eau douce, soumis à des humidifications permanentes ou fréquentes ($\text{HR} > 20\,\%$), avec un risque élevé de pourritures profondes (y compris pourriture molle) et d'insectes xylophages/termites.

Dans la filière terre crue (matériaux géosourcés), quel horizon pédologique du sol est prélevé pour la construction ?

C'est l'horizon B (la terre minérale sous la couche arable), constitué d'argiles, de silts/limons, de sables et éventuellement de graviers, exempt de matière organique végétale superficielle.

En quoi consiste la propriété de tampon hydrique (mesurée par la valeur MBV) des matériaux biosourcés et géosourcés ?

C'est la capacité d'un matériau à réguler passivement l'hygrométrie intérieure en absorbant la vapeur d'eau lorsque l'humidité ambiante augmente et en la restituant lorsqu'elle diminue ($\text{MBV} > 2\,\text{g}/(\text{m}^2\cdot\%\text{HR})$).

En quoi consiste la technique traditionnelle de construction en terre crue appelée 'pisé' illustrée ci-dessous ?

C'est une technique de terre banchée où de la terre à humidité faible ($5\text{ à }12\,\%$) est versée par passes d'environ $20\,\text{cm}$ dans un coffrage puis damée au pisoir ou au fouloir avant un décoffrage immédiat.

Quel est le principe de la technique de la bauge par rapport à celle du pisé ?

La bauge est une technique monolithique sans coffrage : la terre est malaxée à l'état plastique ($15\text{ à }30\,\%$ d'eau) avec des fibres végétales (paille), façonnée en boules empilées par couches de $50\text{ à }60\,\text{cm}$, battue pour refermer les fissures, puis tranchée verticalement après séchage partiel.

Quel rôle protecteur un enduit en terre crue de $40\,\text{mm}$ joue-t-il sur un isolant en botte de paille face au feu selon les essais CSTB ?

L'enduit de terre, incombustible (classé M0), agit comme un écran thermique qui retarde la pyrolyse de la paille ($200\,^\circ\text{C}$) pendant plus de 15 minutes sous un flux de $800\text{ à }1000\,^\circ\text{C}$, permettant d'atteindre des critères de résistance au feu de type (R)EI 120.