Mécanismes d’amélioration par le Cr et les TER de la résistance à la corrosion des aciers HRB400 dans une solution de pore de béton contenant des chlorures

Pourquoi les armatures rouillées comptent

À l’intérieur de la plupart des ponts, tunnels et bâtiments côtiers se trouvent des barres d’acier qui supportent discrètement les charges. Lorsque ces barres commencent à rouiller, le béton environnant peut se fissurer, s’écailler et finir par céder — parfois des décennies plus tôt que prévu. Cette étude explore une nouvelle façon de rendre ces barres d’acier plus résistantes à la corrosion provoquée par le sel en modifiant l’acier lui‑même, plutôt qu’en se contentant d’améliorer les revêtements ou d’épaissir le béton autour.

Sel, acier et béton qui s’effrite

En milieu marin et dans les ouvrages exposés aux sels de déneigement, les ions chlorure pénètrent progressivement dans le béton jusqu’à atteindre l’armature. En conditions normales, l’acier est protégé par un film mince et stable formé dans le fluide de pore fortement alcalin du béton. Les chlorures compromettent toutefois ce film et déclenchent une attaque localisée qui débute par de minuscules piqûres et peut évoluer en dégâts de corrosion sérieux. Les contre‑mesures classiques se concentrent sur le béton ou sur des revêtements externes, qui améliorent les conditions autour de l’acier mais ne changent pas la manière dont l’acier lui‑même réagit à un environnement salin agressif.

Concevoir un acier plus intelligent

Les chercheurs ont examiné trois variantes d’un acier de construction courant connu sous le nom HRB400 : la nuance standard, une version enrichie en chrome, et une troisième version contenant à la fois du chrome et une trace d’éléments de terres rares (cérium et lanthane). Ils se sont focalisés sur les inclusions microscopiques de l’acier — de petites particules non métalliques résiduelles du traitement qui deviennent souvent les points de départ de la corrosion. Dans l’acier standard, ces inclusions sont riches en sulfure de manganèse et en oxydes complexes qui se dissolvent facilement dans des solutions riches en chlorures, ouvrant des espaces à l’interface acier–inclusion et créant des micro‑environnements où des piqûres peuvent se former et croître rapidement.

Maîtriser les points faibles à l’intérieur de l’acier

L’ajout de chrome et de terres rares transforme à la fois la microstructure et les inclusions. Le chrome réduit la quantité de certaines phases microstructurelles et contribue à former un film de surface plus protecteur. Les terres rares réorganisent les inclusions en oxydes d’aluminium‑terres rares, souvent enveloppés d’une mince coque de sulfure de manganèse, et diminuent de façon significative le nombre de particules de sulfure de manganèse à nu. La microscopie électronique détaillée montre que, dans l’acier modifié par les terres rares, les coquilles sulfure dissolvent en premier, tandis que les noyaux d’oxyde de terres rares ne se dissolvent que lentement. Ces inclusions plus résistantes jouent moins le rôle de portes ouvertes pour l’attaque chlorurée et plus celui de barrières qui ralentissent la croissance des piqûres autour d’elles, même lorsque les niveaux de chlorure sont élevés.

Mesurer la vitesse de propagation des dégâts

Pour comparer les performances, l’équipe a immergé les trois aciers dans des solutions simulées de pores de béton contenant différentes quantités de sel et a utilisé des essais électrochimiques pour suivre la facilité d’apparition de la corrosion. L’acier chrome‑terres rares a systématiquement montré la meilleure résistance : son film passif se rompait à des potentiels plus élevés, il présentait des courants de corrosion plus faibles et des arcs d’impédance plus larges — signes d’une barrière plus efficace au mouvement des charges et des ions. Après plusieurs jours en solution riche en chlorures, des essais de perte de masse et des cartes de surface 3D ont révélé que cet acier développait les piqûres les plus superficielles et les zones endommagées les plus petites. En fait, après sept jours, la vitesse de corrosion de l’acier chrome‑terres rares était d’environ un tiers de celle de l’HRB400 conventionnel, et ses piqûres étaient moins aiguës et moins pénétrantes.

Comment le film protecteur résiste

L’analyse de surface de la rouille et des couches passives a confirmé que le chrome et les terres rares se retrouvent entraînés dans le film externe, où ils forment des oxydes stables qui colmatent les défauts et rendent plus difficile l’enfouissement des chlorures. Des mesures électriques du comportement semi‑conducteur du film ont montré que l’acier chrome‑terres rares présentait la plus faible densité de porteurs de charge, indiquant une couche d’oxyde plus ordonnée et moins défectueuse. Même lorsque la concentration en sel augmentait et que tous les aciers devenaient plus vulnérables, cet alliage modifié conservait systématiquement la barrière la plus épaisse et la plus protectrice et le moins de voies possibles pour le passage des ions corrosifs.

Ce que cela signifie pour les ouvrages futurs

En termes simples, l’étude montre qu’un ajustement fin de la composition de l’acier d’armature — par l’ajout de petites quantités de chrome et d’éléments de terres rares — peut ralentir significativement la progression de l’attaque saline de l’intérieur vers l’extérieur. Plutôt que de se reposer uniquement sur un meilleur béton ou des revêtements, les ingénieurs peuvent utiliser des aciers dont les points faibles internes sont repensés pour retarder l’apparition des piqûres et ralentir leur croissance. Pour les ponts, quais et bâtiments côtiers, de tels aciers pourraient se traduire par des durées de service plus longues, moins de réparations et des structures plus sûres dans certains des environnements les plus agressifs auxquels nos infrastructures sont confrontées.

Citation: Zhu, R., Chen, T., Hao, L. et al. Enhancement mechanisms of Cr and RE on the corrosion resistance of HRB400 rebar in chloride-containing concrete pore solution. npj Mater Degrad 10, 36 (2026). https://doi.org/10.1038/s41529-026-00746-3

Mots-clés: durabilité du béton armé, corrosion des armatures, attaque par les chlorures, acier microallié, alliage aux terres rares