Résistance à la corrosion des constructions industrielles en acier dans les environnements froids et humides

Basses températures, forte humidité et corrosion électrochimique

Dans les environnements froids et humides — notamment ceux dont la température est inférieure à 10 °C — la corrosion électrochimique agressive de l’acier industriel constitue un problème sérieux. L’accélération des réactions cathodiques, due à une augmentation de la solubilité de l’oxygène dans les minces films d’humidité, s’accompagne d’une diminution de la mobilité ionique, ce qui concentre l’activité anodique dans des zones localisées et déclenche la corrosion par piqûres. La synergie de ces facteurs explique pourquoi les taux de corrosion dans les environnements humides et subglaciaires peuvent être 1,5 à 2 fois supérieurs à ceux observés dans d’autres climats. En outre, la situation est encore plus critique en présence de sels marins aéroportés et de produits chimiques utilisés pour le déglaçage.

Acier formé à froid versus acier laminé à chaud : durabilité dans les zones côtières humides et corrosives

Le choix du matériau pour les éléments de construction en acier détermine les performances à long terme. L’acier formé à froid (CFS) présente une meilleure résistance à la corrosion dans les zones côtières humides, car il bénéficie d’une couche de zinc appliquée en usine de manière contrôlée et uniforme. En revanche, les profilés laminés à chaud présentent une calamine non maîtrisée issue du laminage, ce qui entraîne une protection contre la corrosion incohérente. Des essais indépendants en brouillard salin montrent que les éléments en CFS galvanisés ne développent pas de rouille rouge pendant 40 % plus longtemps que les aciers laminés à chaud non galvanisés. Le CFS possède également une structure de grain plus fine, ce qui facilite la réduction des microfissures et, par conséquent, diminue les voies de corrosion.

Essai de corrosion ASTM G101 sur les constructions industrielles en acier pour le Nord-Ouest du Pacifique et le Canada atlantique

Les essais accélérés de corrosion ASTM G101 ont fourni des preuves d’une évolution régionale dans les zones froides et humides d’Autriche :

Région | Acier au carbone non protégé (mpy) | Acier galvanisé (mpy)

Les taux accrus de corrosion dans le Canada atlantique résultent d'une salinité accrue en suspension dans l'air, due aux embruns marins persistants. Ces résultats exigent des systèmes de protection d'au moins la classe ISO 12944 C5M pour les éléments structurels et les liaisons exposés. Il s'agit du niveau le plus élevé de protection contre la corrosion dans un environnement marin-industriel.

Stratégies de gestion de l'humidité pour les constructions industrielles en acier

Contrôle du point de rosée et de la condensation dans les systèmes de bardage métallique isolé

Dans les bâtiments industriels en acier froids et humides, une analyse précise du point de rosée est essentielle pour maîtriser la condensation interstitielle. Lorsque l’air chaud et humide entre en contact avec des surfaces froides, de la condensation se forme et les éléments constitutifs des murs commencent à corroder. Cette corrosion est accélérée par la présence de panneaux métalliques isolés. Une erreur de seulement 5 °C sur le point de rosée peut entraîner une accumulation d’humidité accrue de 40 %. L’intégration d’une modélisation thermique spécifique au climat, prenant en compte l’emplacement de l’isolation, constitue la meilleure approche pour contrôler la condensation. Ce contrôle est vérifié par thermographie infrarouge pendant l’installation. L’ajout d’un contrôle continu de l’humidité offre la meilleure solution pour limiter la corrosion dans le bâtiment.

Positionnement des freins-vapeur et ventilation mécanique

L'adaptation des pare-vapeur par les constructeurs doit correspondre à la poussée de vapeur déterminée par le climat. Dans les régions classées comme froides et humides, les pare-vapeur doivent être placés du côté intérieur de l'assemblage du bâtiment. Là, ils seront plus chauds que le point de rosée et réduiront ainsi la migration d'humidité vers l'intérieur. Selon la norme ASTM E96, les pare-vapeur présentant une perméabilité de 0,1 perm, correctement étanches, réduisent le taux de transmission de l'humidité de 97 %. Cette réduction est obtenue de façon optimale grâce à une ventilation mécanique conforme aux recommandations de l'ASHRAE, qui fournit au minimum 0,3 cfm/pied². Cela permet de maintenir l'humidité relative intérieure en dessous de 45 %. Associé à un étanchéification adéquate à tous les points de pénétration et aux jonctions, cela garantit que l'humidité ne s'accumule pas et que l'intégrité de l'acier structurel n'est pas compromise.

Application des revêtements protecteurs et problèmes de performance dans les conditions froides et humides

Des préoccupations sérieuses existent quant aux performances des revêtements protecteurs lorsqu’ils sont appliqués à des températures inférieures à 5 °C. Dans ces conditions, les revêtements présentent un risque élevé d’échec, car ils ne parviennent pas à sécher suffisamment pour former une couche protectrice sur le métal. En outre, leur forte viscosité empêche la formation d’une couche uniforme. Dans la construction d’acier industriel, cette application ne protégera pas efficacement contre la corrosion, car de la condensation se formera sous le revêtement. Des gels réactifs apparaîtront à la surface de l’acier et provoqueront la formation de cloques sous le revêtement, entraînant ainsi l’inefficacité de la protection anticorrosion. Pour éviter cela, le chantier doit être contrôlé afin de disposer d’une enceinte chauffée, où la température ambiante se situe entre 10 °C et 27 °C (50 °F et 80 °F). L’humidité doit également être maîtrisée, tout comme la préparation de la surface, qui doit inclure l’élimination de toute trace de givre ou d’humidité avant l’application des revêtements.

Adaptations pour les performances thermiques des fondations en acier industrielles et atténuation du soulèvement par gel

Dans les climats froids et humides, les ceintures argileuses côtières rendent particulièrement difficiles le support des structures industrielles en acier sur des fondations reposant sur des sols saturés. Ces conditions difficiles, caractérisées par des sols saturés et expansifs, exigent des fondations résistantes au soulèvement par gel. Les fondations profondes s’enfoncent au-delà de la limite locale de gel, empêchant ainsi le soulèvement dû à la poussée hydrostatique. Des couches drainantes granulaires et une semelle entièrement enveloppée dans une membrane étanche assurant le drainage atténuent les pressions hydrostatiques résultant des fluctuations saisonnières du niveau de la nappe phréatique. L’aménagement du terrain afin de favoriser l’écoulement des eaux de surface loin du périmètre du bâtiment réduit la saturation du sol et améliore la stabilité de la semelle face aux effets du soulèvement par gel et des cycles de gel-dégel.

Isolation Continue et Réduction des Ponts Thermiques

Les ponts thermiques causés par de grands éléments en acier nuisent particulièrement aux performances thermiques des bâtiments dans les climats froids et humides, entraînant une augmentation des pertes de chaleur de 30 à 50 %. Pour les structures en acier, l’usage d’une isolation extérieure continue est essentiel pour garantir les performances thermiques du bâtiment et prévenir la corrosion. Des rupteurs thermiques structurels et des joints de compression de perméance variable, placés aux points critiques de soutien et de liaison de l’enveloppe du bâtiment, contribuent à maîtriser le flux d’humidité et d’énergie thermique.

FAQ

Pourquoi les climats froids et humides sont-ils particulièrement corrosifs pour l’acier ?

Les climats froids et humides accélèrent la corrosion de l’acier en raison de la mobilité réduite des ions, de la solubilité accrue de l’oxygène ainsi que des films d’humidité qui favorisent la corrosion.

Quel est l’avantage de l’acier à froid (CFS) par rapport à l’acier laminé à chaud dans les conditions décrites ?

Grâce au revêtement de zinc contrôlé en usine et à la structure granulaire raffinée de l’acier à froid, qui offre moins de voies d’infiltration pour l’humidité, l’acier à froid présente une résistance accrue à la corrosion.

Quelles sont les meilleures pratiques pour maîtriser la condensation interstitielle dans les constructions en acier ?

La meilleure pratique consiste à modéliser le point de rosée, à bien positionner et sélectionner les pare-vapeur et les isolants, à vérifier les résultats par thermographie infrarouge ainsi qu’à surveiller l’humidité présente dans la cavité.

Quelles sont certaines des conditions et des inconvénients liés aux revêtements protecteurs en hiver ?

Lorsque des revêtements protecteurs sont appliqués à une température inférieure à 5 °C, des difficultés telles qu’une viscosité élevée et une adhérence réduite surviennent en raison du givre ou de l’humidité, ce qui augmente les risques de cloquage et d’échecs du revêtement.

Quelles sont certaines des méthodes utilisées pour atténuer le soulèvement lié au gel pendant les mois d’hiver ?

L’atténuation du soulèvement lié au gel pendant les mois d’hiver peut être obtenue grâce à une conception de fondations profondes s’étendant au-delà de la limite de gel, ainsi qu’à l’utilisation de systèmes de drainage, d’étanchéité et d’un aménagement du terrain adapté.