La corrosion des métaux dans les bâtiments: Quand la rouille s’attaque au porte-monnaie

Commençons par la bonne nouvelle : aujourd’hui, tout va mieux. Du moins en ce qui concerne la corrosion. Ce qui rouillait et se désagrégeait encore dans les années 1980 dure aujourd’hui plus longtemps. Cependant, les défis pour enrayer la corrosion restent énormes : Aujourd’hui encore, plusieurs tonnes d’acier disparaissent chaque seconde dans le monde et doivent être remplacées, consommant ainsi de précieuses matières premières. On estime que la corrosion coûte entre trois et quatre pour cent du produit intérieur brut d’un pays industrialisé, ce qui représente des dommages économiques de l’ordre de plusieurs milliards pour les ponts, les toitures et les rails.

Ulrik Hans, chercheur à l’Empa au sein du laboratoire «Technologie d’assemblage et corrosion» à Dübendorf, étudie l’ampleur et les causes de la corrosion et travaille à rendre l’environnement bâti durable. Et comme la corrosion ne connaît pas de frontières, il s’engage au sein de l’«ICP Materials», abréviation de «International Co-operative Program on Effects on Materials including Historic and Cultural Monuments», un réseau comptant plus de 60 sites en Europe et au-delà. Dans son dernier rapport, le réseau a mis en évidence une baisse significative de la corrosion sur la base d’expériences à long terme et a publié les résultats dans la revue spécialisée «Corrosion and Materials Degradation».

La Suisse, un pays modèle

Afin d’étudier les causes et d’assurer une protection durable des bâtiments destinés à perdurer, Ulrik Hans, en collaboration avec l’Office fédéral de l’environnement (OFEV), fournit des données sur la vitesse de corrosion au réseau « ICP Materials ».
Ainsi, des échantillons de métal standardisés sont exposés sur chaque site du réseau, par exemple en acier résistant aux intempéries ou en zinc-titane, l’un des principaux matériaux de couverture. « Le zinc-titane est apprécié dans le bâtiment car il est entièrement recyclable. Pour l’entretien des bâtiments, cela fait une différence considérable que la toiture métallique et les gouttières doivent être remplacées après 40 ans ou seulement après 80 ans », explique Ulrik Hans.

Le site suisse situé à Chaumont, la montagne emblématique de la ville de Neuchâtel, est en quelque sorte l’exemple type au sein du réseau « ICP Materials » : les échantillons « relâchés » se corrodent pratiquement sans influences néfastes de l’environnement, mais uniquement en raison de la réaction redox purement naturelle entre le métal, l’eau et l’oxygène. À l’autre extrémité de l’échelle se trouvaient, au début des mesures, des sites industriels tels que Bottrop en Allemagne et Kopisty en République tchèque. À Kopisty, les chercheurs en corrosion ont pu gratter en 1987 un demi-kilo de rouille sur un mètre carré d’acier. Aujourd’hui, la situation s’est toutefois améliorée sur tous les sites. Dans les zones industrielles, on perd entre 100 et 150 grammes d’acier par mètre carré et par an.
À Chaumont, la rouille ne représente que 30 grammes. Le zinc, qui se corrode moins fortement, perdait encore environ 15 grammes par mètre carré il y a 40 ans sur les sites industriels ; aujourd’hui, ce chiffre n’est plus que d’environ 7 grammes sur tous les sites.

Identifier les polluants de demain

Les données montrent que cette évolution réjouissante s’est accompagnée, presque simultanément, d’une baisse de la teneur en dioxyde de soufre dans l’air, un polluant qui, au début des mesures dans les années 1980, tombait du ciel sous forme de « pluies acides ». Avec des pics atteignant 460 µg de dioxyde de soufre toxique par mètre cube d’air, le niveau d’alerte au smog le plus élevé a d’ailleurs été déclenché dans la Ruhr. Là où les gaz d’échappement industriels sont filtrés et où les chauffages au lignite sont passés de mode, le dioxyde de soufre n’est plus un problème depuis lors. Dans les zones industrielles, les valeurs sont aujourd’hui inférieures à 10 µg/m³, tandis qu’au Chaumont, elles oscillent depuis déjà 25 ans entre 0 et 1 µg/m³.

Si la corrélation entre la diminution de la corrosion et la baisse de la pollution au dioxyde de soufre est évidente, les données des chercheurs ne suivent toutefois pas toujours cette corrélation. « La corrosion est un phénomène complexe et multifactoriel qui n’est pas encore entièrement compris », explique Ulrik Hans. « Nous devons désormais identifier d’autres polluants qui gagneront en importance à l’avenir. » On ne sait par exemple pas encore suffisamment dans quelle mesure les concentrations élevées d’ozone attaquent les matériaux polymères modernes, ni comment les particules fines favorisent la corrosion. Les oxydes d’azote et les hydrocarbures volatils sont d’autres paramètres qui, combinés aux changements climatiques, pourraient influencer la durabilité des infrastructures métalliques.

Prévisions de corrosion à la pointe de la technologie

Une meilleure compréhension de ces interactions permet d’utiliser des alliages, des revêtements ou des couches passives nanométriques adaptés afin de garantir la durabilité, par exemple, des composants fabriqués par impression 3D ou structurés au laser. À cela s’ajoute un nouveau défi pour le secteur de la construction actuel, qui ne jouait encore aucun rôle lors de la construction de la cathédrale de Cologne ou de l’Acropole : aujourd’hui, il faut veiller à une utilisation respectueuse des ressources existantes.

Afin que les processus de développement de produits durables adaptés se déroulent de manière efficace et durable, les chercheurs de l’Empa analysent les nouveaux matériaux dès la phase de développement. Pour ce faire, ils ont recours à des techniques d’analyse de surface de pointe telles que la microscopie à force atomique à sonde de Kelvin ou la spectroscopie photoélectronique à rayons X, ou HAXPES. La seule installation de ce type en Suisse se trouve dans le laboratoire «Technologie d’assemblage et corrosion» de l’Empa. Grâce à un rayonnement à haute énergie, la HAXPES pénètre profondément dans le matériau et permet une caractérisation précise des matériaux et de leurs propriétés de corrosion. « Les prévisions de corrosion fiables qui en résultent permettront de construire et d’entretenir efficacement des bâtiments durables à l’avenir », affirme avec conviction Ulrik Hans, chercheur à l’Empa.

Vers le communiqué de presse

Un patrimoine culturel en proie à la corrosion

Même le patrimoine culturel mondial est rongé par le temps. C'est pourquoi, depuis 2010, le réseau « ICP Materials » observe 26 sites classés au patrimoine mondial de l'UNESCO, tels que la vieille ville de Berne et le quartier de l'abbaye de Saint-Gall. Dans le cadre d’études de cas, les chercheurs ont pu démontrer que la pollution atmosphérique – et ici surtout le trafic routier – représente jusqu’à 80 % des coûts de maintenance des bâtiments. À l’aide d’évaluations des risques, il devrait finalement être possible de déterminer où se situe la frontière entre le vieillissement naturel d’un monument culturel et la dégradation imminente, afin de mener les travaux de restauration selon des critères économiques. Pour ce faire, on se base sur des données relatives à la composition des matériaux, à la corrosion des métaux, à l’altération du calcaire et à la pollution de l’environnement. La corrosion des métaux représente par exemple un risque pour la durée de vie des toits en cuivre de la cathédrale de Saint-Gall, ont calculé les chercheurs en corrosion. Mais l’année prochaine, il faudra d’abord restaurer le toit en tuiles de cette église classée au patrimoine mondial de l’UNESCO. Là aussi, la corrosion a fait des ravages : les clous de la charpente de 100 mètres de long sont rouillés. Le coût de ces travaux est estimé à près de huit millions de francs.

Litérature

J Tidblad, A Moya Núñez, D de la Fuente, G Ebell, T Flatlandsmo Berglen, T Grøntoft, U Hans, I Christodoulakis, D Kajánek, K Kreislová, L Kwiatkowski, T La Torreta, R Lutze, GP Larrubia, V Pintus, M Prange, P Spezzano, C Varotsos, A Verney-Carron, T Vuorio and T Yates; Corrosion and Soiling in the 21st Century: Insights from ICP Materials and Impact on Cultural Heritage; Corrosion and Materials Degradation (2025); https://doi.org/10.3390/cmd6040054

Informations

Dr. Ulrik Hans
Joining Technologies and Corrosion
Tél. +41 58 765 60 07
ulrik.hans@empa.ch