C'est quoi la carbonatation du béton ?
La pénétration du gaz carbonique de l'air, qui neutralise progressivement l'alcalinité du béton. Elle n'abîme pas le béton — elle supprime la protection chimique des armatures, ce qui est bien pire.
La réaction
Le gaz carbonique pénètre dans le béton sous forme gazeuse et réagit avec l'eau présente dans les pores :
Ca(OH)2 + CO2 + H2O → CaCO3 + 2 H2O
Elle affecte tous les ouvrages qui ne sont pas constamment immergés — mais elle n'est pas nocive pour le béton non armé. C'est un point capital : la carbonatation ne dégrade pas le matériau.
Un phénomène d'abord bénéfique
Dans un premier temps, la carbonatation protège le béton : les carbonates colmatent la porosité capillaire, ce qui diminue la perméabilité aux gaz et aux liquides.
Dans un second temps, elle neutralise le milieu basique qui protège les armatures. Le pH chute, la passivation de l'acier disparaît, et la corrosion peut s'amorcer. Le mal n'est donc pas dans la réaction elle-même, mais dans ce qu'elle retire.
Une progression qui ralentit toute seule
Le front avance depuis la surface vers l'intérieur, et il est freiné par les carbonates qu'il forme. Conséquence mesurable : pour un béton courant, l'épaisseur carbonatée croît proportionnellement à la racine carrée du temps.
Cela veut dire que doubler la profondeur atteinte demande quatre fois plus de temps. C'est la raison mathématique pour laquelle quelques millimètres d'enrobage supplémentaires achètent beaucoup d'années.
Le rôle contre-intuitif de l'humidité
La vitesse de carbonatation est maximale vers 60 % d'humidité relative, et pratiquement nulle dans les deux cas extrêmes : atmosphère sèche, ou béton complètement saturé en eau.
Il faut de l'eau pour la réaction, mais l'eau bloque le transport du CO₂ — sa migration est dix mille fois plus lente dans l'eau que dans l'air. D'où un résultat qui déroute : les surfaces exposées à la pluie se carbonatent moins vite que les surfaces abritées. Un dessous de pont abrité est plus exposé qu'une façade lavée par les averses.
Ce sur quoi on agit
La diffusion du CO₂ dépend de la porosité totale et de la distribution de la taille des pores. Deux leviers principaux :
- Réduire le rapport E/C — il conditionne l'interconnexion du réseau poreux, donc la diffusion des gaz et des ions.
- Prolonger la cure — elle améliore les propriétés de la zone de surface, précisément là où le front entre.
La cinétique croît par ailleurs avec la température et la concentration en CO₂, et décroît quand les performances mécaniques augmentent.
Textes de référence
- Cimbeton, collection technique T48, « Bétons et ouvrages d'art : durabilité », chapitre 8 — carbonatation
- NF EN 1992-1-1, section 4 — durabilité et enrobage des armatures
Les références sont citées pour vous permettre de les consulter. Le texte des normes est protégé et n'est pas reproduit ici.
Mettre cette notion en pratique
Les exercices corrigés qui appliquent exactement ce qui précède.