La corrosion des armatures dans le béton armé est la première cause de dégradation prématurée des ouvrages concernés. Dans ce contexte, plusieurs solutions techniques ont été développées pour prévenir les risques de corrosion ou prolonger la durée de vie des structures corrodées. La protection cathodique est la plus répandue et la plus étudiée d’entre elles.
La conception des systèmes de protection cathodique appliquées aux structures BA s’appuie sur des règles empiriques simples essentiellement basées sur un retour d’expérience issu d’autres environnements (terre, mer) Cependant, ces règles ne sont pas réellement étayées par une description physique détaillée des phénomènes mis en jeu.
De nombreuses dispositions de conception telles que l'emplacement du système anodique sur la structure, sa zone d'influence, ou la surface d'acier supposée être protégée sont choisies de manière empirique. Par conséquent, l'approche actuelle de la conception de la PC ne permet pas une optimisation efficace du système. En effet, le béton armé est un matériau composite hétérogène multi-phases : outre les armatures en acier et la matrice cimentaire, il contient de l'air et de l'eau en raison de sa nature poreuse dont les proportions et la distribution spatiale varient sensiblement. Le dimensionnement des systèmes de protection cathodique représente donc un véritable problème en 3D, qui ne peut donc pas être réduit à un problème en 1D.
Par exemple, dans le cas d'anodes galvaniques discrètes, il est communément admis que la zone protégée s'apparente à un cylindre de plusieurs décimètres de diamètre et centrée autour des anodes. Cette approche répandue ne tient ni compte de la taille de l'élément en béton, ni du champ de résistivité électrique et de saturation en eau, ni de la densité et de l'agencement du ferraillage, ni de la température, ni des comportements électrochimiques de l'acier et des anodes en zinc dans le béton, du champ de disponibilité en oxygène, etc. Négliger tous ces facteurs influents conduit à des erreurs significatives en ce qui concerne les deux critères de conception des installations de protection cathodique, à savoir : la durée de vie du système de protection et son efficacité.
Dans ce contexte, de plus en plus de scientifiques en corrosion des armatures dans le BA sont conscients qu'une conception assistée par ordinateur (CAO) des systèmes de PC, basée sur la modélisation numérique 3D, est nécessaire pour prendre en compte les paramètres influents prédominants. La CAO des systèmes de PC apparaît comme le seul moyen de fournir une justification physique sur la pertinence d'une solution technique spécifique ou, plus généralement, de l'optimiser en fonction des objectifs visés.
Basé sur une étude de cas numérique d'une poutre BA réparée, cet article illustre tout d'abord l'intérêt du recours à la CAO d'une solution de protection galvanique en termes de compromis entre l'efficacité anticorrosion et la durée de vie du système de protection. Ensuite, dans le cas d'une protection cathodique par courant imposé, la CAO est mise en œuvre pour évaluer la position et le nombre optimaux des anodes discrètes qui minimisent la résistance anodique dans le circuit de PC.
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