CORROSION ET PROTECTION DES CONDUITES MÉTALLIQUES

CORROSION ET PROTECTION DES CONDUITES MÉTALLIQUES

PROBLÉMATIQUE ET OBJECTIFS

La majorité des services publics des municipalités du Canada et des États-Unis gèrent de vieux réseaux d’aqueduc fabriqués en fonte. Le choix d’utilisation des conduites en fonte dans la construction des réseaux de transport d’eau revient principalement à la bonne résistance fournie par ce métal aux différents facteurs physiques et mécaniques dont les pressions internes, les charges cycliques, la retenue de la poussée, les charges de terre, les charges longitudinales, les charges de poutre, les prises sous pression et la manutention en cours de construction (Tuyauterie Canada ltée, 2009). Cependant, le développement urbain a pris une croissance accélérée avec l’introduction des technologies de construction modernes en matériaux et en qualité de design. Cette évolution technologique est à l’origine de l’apparition d’un réseau d’aqueduc hétérogène composé de vieilles et de nouvelles conduites reliés entre elles par des moyens de raccordement appropriés. Au fil des années, une hétérogénéité considérable a été crée et développée entre ces deux modèles de réseaux. La croissance du nombre de bris sur les anciens réseaux d’aqueduc en fonte et la dégradation importante dans la qualité d’eau au niveau des différentes zones urbaines et, en particulier, dans les zones où la corrosivité du sol est jugée agressive, étaient parmi les principaux constats soulevés sur le terrain (Doyle et al,2003). Éventuellement, la croissance du nombre de défaillances sur les conduites des vieux réseaux induit une perturbation de service fourni par les nouveaux réseaux dont le risque de vieillissement accéléré pour ces derniers pourrait être fortement présent. 2 La défaillance des aqueducs est liée aux différents facteurs physiques, mécaniques et environnementaux. Toutefois, le facteur de corrosion est considéré comme le principal élément responsable du vieillissement et de la détérioration des conduites métalliques souterraines. Il est difficile de quantifier les dégâts produits par ce processus destructif. Néanmoins, les coûts budgétaires destinés chaque année aux services publics pour le maintien du fonctionnement de ces infrastructures souterraines endommagées reflètent nettement l’ordre du dommage causé par la corrosion sur l’économie et la sécurité de n’importe quel pays (CACE et NRC, 2008). 1.2 Mise en contexte Les conduites d’aqueduc en fonte fonctionnent en interaction continue avec le sol de l’extérieur et l’eau transportée à l’intérieur. L’indice d’efficacité du fonctionnement de ce réseau est qualifié par son degré de performance et son comportement passif ou actif vis-àvis de son milieu environnant. D’autre part, ce type de réseau est affecté par d’autres facteurs opérationnels physiques et mécaniques qui influencent sa performance, son fonctionnement et sa maintenance. Ainsi, la présence permanente des conduites d’aqueduc dans ces conditions défavorables mène à la fragilisation de la structure métallique, à l’accélération de son processus de vieillissement et, par conséquent, à la réduction de sa performance. Suite aux nombreuses interventions de réhabilitation réalisées sur le réseau d’aqueduc, certains aspects destructifs peuvent être observés sur ces conduites (Bennis, 2008):  Aspect structural: La détérioration structurale peut s’exprimer par une rupture ou uneŸ fuite sur la conduite. C’est une détérioration physique liée au vieillissement.  Aspect fonctionnel: La détérioration hydraulique est provoquée par une baisse deŸ pression et de débit en raison du rétrécissement du diamètre interne des conduites causé par les dépôts de sédiments, la corrosion ou les fuites.  Aspect qualitatif: Une dégradation de la qualité d’eau peut être observée dans laŸ conduite. Cela se manifeste par une coloration de l’eau provoquée par des infiltrations de substances ou d’autres matières dans les conduites. 3 Face aux dommages enregistrés sur les aqueducs en fonte, les solutions actuelles des services publics se sont orientées vers la réhabilitation des aqueducs souterrains existants. Cette issue vise à prolonger leur durée de vie et à réduire les coûts liés à l’exploitation. Toutefois, ce type de solution requiert d’importants coûts budgétaires. De plus, la disponibilité insuffisante de l’information sur l’historique du réseau d’aqueduc (banque de données mise à jour) pousse les responsables à concentrer toutes leurs interventions sur les conduites en état de détérioration très avancé. De ce fait, le problème majeur auquel les services publics sont confrontés consiste en l’identification d’une méthodologie permettant d’investir dans ces réseaux de la manière la plus efficace possible. Notons que le design de la gestion du réseau souterrain (aqueducs) a été mis de l’avant ces dernières années pour résoudre de façon économique et durable les problèmes liés à la sécurité et à la pérennité de ce dernier. La mise en place d’un tel système repose sur la recherche de l’information précise sur l’état actuel des aqueducs. Cette information est essentielle pour l’identification des causes du dommage, de sa sévérité et aussi de son étendue. L’acquisition de ces données a pour effet de prédire l’évolution des détériorations dans le temps et de fournir un outil d’aide à la décision pour énoncer les meilleurs programmes de réparation dans un objectif de prévention. Le champ expérimental utilisé dans le présent mémoire porte sur une Ville choisie dans la grande région de Montréal. Cette Ville a déjà bénéficié dans le passé de plusieurs interventions de réparation sur les réseaux de ses arrondissements. Ces travaux ont rendu possible la constitution d’une banque de données portant sur chaque conduite endommagée. Les données en question ont trait à la longueur, au nombre de bris issus de la conduite, à l’année de construction (l’âge de réseau), etc. De plus, cette Ville dispose déjà des plans de ses réseaux d’ensemble qui servent d’outils pour décrire la situation globale de l’état de ses différentes infrastructures et de réaliser une saine gestion. Néanmoins, l’évaluation de la condition des infrastructures a été établie selon un nombre limité d’inspections. Bien que l’échantillonnage de ces inspections soit valable, il demeure important de poursuivre cette démarche dans le but d’organiser davantage la planification stratégique des interventions. 4 Du point de vue protection contre l’avarie de corrosion, on souligne que seul un des arrondissements de la Ville choisie possède un système de protection cathodique. Ceci fait que certaines données inhérentes à ce système sont déjà disponibles. Cependant, les infrastructures de la Ville évoluent continuellement et il devient essentiel de mettre à jour cette base de données. À cet égard, il a été constaté que plusieurs informations importantes pour la gestion des actifs municipaux n’étaient pas disponibles ou qu’elles manquaient de précision et d’uniformité pour être exploitées adéquatement. Parmi ces dernières, on cite le nombre total de bris non enregistrés par année, du sol non définie, etc. C’est ainsi que nous prenons en considération dans le présent travail toutes les particularités soulevées afin de concevoir une base de données fiable. Il s’agit donc de collecter toutes les informations pertinentes liées au réseau d’aqueduc tout en appliquant un plan d’intervention composé de plusieurs techniques d’évaluation d’état. Les travaux entrepris dans le cadre de ce projet visent le développement d’une approche pour intégrer les facteurs clés dont l’agressivité du sol, l’âge de conduite, l’historique des bris et l’activité de corrosion et qui sont liés à la conception et à la planification des interventions pour le remplacement et la réhabilitation des réseaux d’aqueduc. Cette approche consiste à établir un diagnostic global basé sur le prélèvement des mesures caractérisant l’état de corrosivité des sols et l’activité de corrosion sur les conduites d’aqueduc de l’ensemble de la Ville. L’étude inclut également l’application d’un programme d’évaluation des sections d’aqueduc présentant déjà une protection cathodique. L’approche proposée permet ainsi de déterminer l’état de performance du réseau et d’établir un plan d’intervention de priorisation.

Table des matières

CHAPITRE 1 PROBLÉMATIQUE ET OBJECTIFS
1.1 Introduction
1.2 Mise en contexte
CHAPITRE 2 REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
2.1 Impact de la corrosion sur l’économie
2.2 Gestion des réseaux d’aqueduc
2.3 Aspect préventif des réseaux d’aqueduc
2.4 Procédures d’auscultation
2.4.1 Évaluation hydraulique
2.4.2 Méthode d’échantillonnage
2.4.3 Auscultation structurale
CHAPITRE 3 CORROSION ET PROTECTION DES CONDUITES
MÉTALLIQUES
3.1 Processus de corrosion
3.2 Circuit électrique équivalent d’une cellule simple de corrosion
3.3 Diagramme de Pourbaix
3.4 Agressivité du sol
3.4.1 Méthode d’évaluation de l’agressivité du sol
3.4.2 Paramètres déterminant l’agressivité du sol
3.4.3 Méthode de mesure de la résistivité du sol
3.4.4 Principe de mesure de la résistivité du sol
3.4.5 Validité des mesures de la résistivité du sol
3.4.6 Facteurs affectant la résistivité du sol
3.5 Prévention de la corrosion des conduites souterraines
3.5.1 Protection par revêtement
3.5.2 Protection par inhibition
3.5.3 Protection cathodique (P.C)
3.5.3.1 Principe de la protection cathodique
3.5.3.2 Critères de la protection cathodique
3.5.3.3 Facteurs affectant la validité des critères
3.5.3.4 Type de protection cathodique
3.5.3.5 Avantages et inconvénients des systèmes P.C.
3.5.3.6 Facteurs affectant la protection cathodique
CHAPITRE 4 MÉTHODOLOGIE
4.1 Approche
4.2 Plan de travail
4.2.1 Mesure de la résistivité du sol
4.2.1.1 Profondeurs de prélèvement
4.2.1.2 Sélection des régions
4.2.1.3 Répartition des mesures par arrondissement
4.2.2 Analyse de l’historique des bris
4.2.2.1 Spécificité des bris
4.2.3 Relevé de potentiel à espace rapproché
4.2.3.1 Principe de mesure du potentiel
4.2.3.2 Évaluation de la performance de la protection cathodique
4.2.4 Évaluation de l’activité de corrosion
4.2.4.1 Choix des sites d’excavation
4.2.4.2 Analyse des échantillons de sol
4.2.4.3 Inspection de la conduite
CHAPITRE 5 ANALYSE ET DISCUSSION DES RESULTATS
5.1 Résistivité du sol
5.1.1 Constitution d’une base de données
5.1.2 Analyse et discussion
5.1.2.1 Validation des mesures de résistivité du sol
5.1.2.2 Homogénéité du sol
5.1.2.3 Comparaison des niveaux de corrosivité du sol
5.1.2.4 Comparaison des niveaux de résistivité du sol
5.1.3 Synthèse
5.2 Analyse de l’historique des bris
5.2.1 Analyse et caractérisation des bris
5.2.1.1 Évolution du nombre de bris
5.2.1.2 Calcul du taux de bris
5.2.2 Effet de la résistivité du sol et l’âge des conduites sur l’évolution
des bris
5.2.2.1 Constitution d’une base de données
5.2.2.2 Analyse statistique des données cartographiques
5.2.2.3 Analyse corrélative des paramètres physiques.
5.2.3 Synthèse
5.3 Relevés de potentiel
5.3.1 Cueillette des données
5.3.1.1 Relevé de potentiel des conduites non protégées
5.3.1.2 Relevé de potentiel des conduites protégées
5.3.2 Analyse et discussion
5.3.2.1 Sections de conduites non protégées
5.3.2.2 Sections de conduites protégées
5.3.3 Synthèse
5.4 Évaluation de l’activité de corrosion
5.4.1 Constitution d’une base de données
5.4.2 Analyse statistique des données
5.4.2.1 Effet de la résistivité du sol sur la vitesse de corrosion
5.4.2.2 Effet des ions chlorures sur la résistivité du sol
5.4.2.3 Effet du pH sur la résistivité du sol
5.4.2.4 Effet de la résistivité du sol sur la corrosivité du sol
5.4.2.5 Effet cumulé des paramètres de pointage sur la vitesse de
corrosion
5.4.3 Synthèse
5.4.3.1 État de la corrosion sur les conduites
5.4.3.2 Causes de la corrosion des conduites
CONCLUSION GÉNÉRALE
ANNEXE I RESULTATS DES CORRELATIONS CARTOGRAPHIQUES
ANNEXE II RESULTATS D’ANALYSE EN LABORATOIRE
LISTE DE RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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