Corrosion du béton en eaux usées : attaque H2S, réparation et revêtement des postes de pompage, fosses et caniveaux

La corrosion du béton en eaux usées est avant tout une attaque acide qui se produit au-dessus du liquide. Le sulfure d'hydrogène (H2S) dégagé par l'effluent se dissout dans le film d'humidité des parois et des voûtes, où des bactéries l'oxydent en acide sulfurique. Cet acide dissout la pâte de ciment : le béton ramollit, s'amincit, puis découvre son armature.

Le mécanisme est surtout connu dans les égouts municipaux, mais il est tout aussi actif en usine : fosses d'effluents, caniveaux de procédé, bassins de traitement, puits de pompage internes, cuves couvertes recevant un effluent organique et sulfaté. Ce guide vise ces ouvrages industriels.

Comment le H2S attaque le béton

La corrosion biogénique est une chaîne d'étapes. Rompre un maillon réduit l'attaque ; le revêtement rompt le dernier.

1. Le sulfure se forme dans le liquide. Dans les boues, les dépôts et la pellicule visqueuse des surfaces immergées, les bactéries sulfato-réductrices transforment les sulfates en sulfure dissous, surtout avec un long séjour, un effluent chaud et chargé, et des solides décantés.
2. Le H2S passe dans l'air. Le sulfure dissous se dégage partout où le liquide est agité : chutes, cascades, refoulements de pompes, sortie d'une conduite de refoulement. Un effluent plus acide favorise aussi la forme gazeuse.
3. Le gaz atteint une surface humide. Parois et voûtes au-dessus du niveau d'eau restent mouillées par la condensation, et le H2S se dissout dans ce film.
4. Des bactéries produisent l'acide sulfurique. Le béton neuf est trop alcalin pour la plupart des micro-organismes. Quand la carbonatation et le H2S abaissent le pH de surface, des bactéries sulfo-oxydantes la colonisent et oxydent le sulfure en acide sulfurique.
5. L'acide attaque la pâte de ciment. Il dissout l'hydroxyde de calcium et les silicates de calcium hydratés qui lient les granulats. Le principal produit est le gypse, une couche molle sans résistance, qui peut réagir avec les aluminates du ciment pour former de l'ettringite expansive, laquelle fissure le béton derrière le front d'attaque.

C'est la signature de la corrosion microbienne sur béton : une couche blanche ou grise qui se gratte, des granulats en relief, puis l'armature à nu. Les bactéries en cause sur l'acier sont décrites dans notre article sur la corrosion bactérienne (MIC) ; sur le béton, c'est l'acide qu'elles produisent qui fait le dégât.

Où le béton se dégrade dans un ouvrage d'eaux usées

L'attaque suit le gaz et la condensation, pas le liquide. Le béton toujours immergé est souvent en bien meilleur état que la paroi au-dessus.

En usine, les ouvrages les plus exposés sont souvent les moins visités : fosse couverte, caniveau sous caillebotis, puits de pompage automatique. On découvre le dommage quand un couvercle cède.

Diagnostic de la corrosion biogénique du béton

L'évaluation se fait après isolement, ventilation et nettoyage, selon une procédure d'espace clos. Elle établit la profondeur du béton dégradé, l'état de l'armature et le support qui restera après enlèvement.

• Examen visuel. Couche pâteuse, granulats en relief, armature exposée, fissures, pièces noyées abîmées, photographiés avec une échelle.
• Grattage et sondage. Le grattoir ou le marteau sépare la couche molle du béton sain ; un son creux signale un délaminage.
• pH de surface. Mesuré sur surface humidifiée (papier indicateur ou électrode de surface), il montre si l'attaque est active. La phénolphtaléine pulvérisée sur une cassure fraîche ou une carotte indique la profondeur où le béton a perdu son alcalinité.
• Perte de section et enrobage. Mesurées par rapport aux plans ou à un repère ; un détecteur d'armature localise les barres.
• Carottes. Si la capacité est en doute, les carottes donnent la profondeur d'attaque et la résistance. Les conclusions structurales relèvent de l'ingénieur responsable de l'ouvrage.

Le diagnostic porte aussi sur la cause : points de dégagement du H2S, ventilation, nature de l'effluent.

Réparer le béton attaqué par le H2S avant revêtement

On ne revêt pas une couche molle : le gypse n'a aucune résistance et le béton contaminé garde un pH bas qui compromet l'adhérence.

Enlever le béton dégradé. Jet d'eau à haute pression, hydrodémolition ou piquage retirent le béton mou et contaminé jusqu'au support sain et alcalin. L'ASTM D4259 encadre l'abrasion du béton avant revêtement, et la SSPC-SP 13 / NACE n° 6 sa préparation. Un lavage enlève les résidus de sulfates, puis le pH de surface est vérifié.

Traiter l'armature. Les barres exposées sont nettoyées sur toute leur circonférence, leur perte de section évaluée par l'ingénieur responsable, puis protégées selon le système de réparation. L'ICRI 310.1R est le guide de référence quand le béton est réparé à cause de la corrosion des armatures.

Reconstituer la section. L'épaisseur perdue est rétablie avec des mortiers compatibles avec le revêtement : mortiers cimentaires modifiés aux polymères, mortiers d'aluminate de calcium (souvent retenus en égout pour leur résistance à l'acide biogénique) ou mortiers époxy pour les faibles épaisseurs, chacun avec ses exigences de cure.

Créer le profil de surface. Le profil se spécifie selon l'ICRI 310.2R, qui définit les profils CSP 1 à CSP 10, avec plaquettes étalons pour le chantier. Le CSP visé vient de la fiche technique du revêtement. La même logique de préparation est détaillée dans notre guide sur le revêtement de bassin de rétention en béton.

Choisir le revêtement d'un poste de pompage ou d'un ouvrage en béton

Trois contraintes guident le choix : agressivité de l'exposition, humidité du support et durée d'arrêt possible.

Deux règles. Revêtir toute la hauteur exposée, du dessous du niveau bas jusqu'à la voûte et à la sous-face des couvercles : un revêtement arrêté à mi-paroi déplace l'attaque au-dessus. Et spécifier sur la résistance documentée du système réel à l'acide sulfurique, pas sur la réputation de la famille de résine, comme dans notre guide sur le choix du revêtement intérieur de réservoir.

Humidité du béton et dégazage dans les ouvrages d'eaux usées

Ce béton est rarement sec : mouillé depuis des années, parfois adossé à la nappe, il reste humide même vidangé.

• Essais d'humidité. L'ASTM D4263 (feuille de plastique) est un dépistage rapide ; l'ASTM F2170 (sondes d'humidité relative in situ) donne une mesure dans le béton. Les limites sont celles de la fiche technique, pour la méthode qu'elle désigne.
• Apprêts tolérants à l'humidité. Si le béton ne peut pas sécher pendant l'arrêt, on retient un apprêt formulé pour béton humide.
• Pression d'eau à contre-face. L'eau qui pousse derrière une paroi enterrée fait cloquer les revêtements barrières ; repérée au diagnostic, elle impose un système adapté ou un revêtement cimentaire.
• Dégazage. Le béton libère l'air de ses pores quand sa température monte, ce qui laisse des piqûres dans le film. Appliquer quand la température du béton est stable ou en baisse, souvent en fin de journée, avec un bouche-pores sur les réparations ouvertes, limite le problème.
• Point de rosée. La surface reste au-dessus du point de rosée avec la marge de la fiche technique, souvent grâce à la déshumidification et au chauffage.

Contrôle qualité d'un revêtement sur béton

Les points d'arrêt sont ceux de tout revêtement en immersion, adaptés au béton.

• Avant application : CSP, pH de surface, essai d'humidité, propreté, température de surface et point de rosée consignés.
• Épaisseur : au peigne humide et par la consommation par surface, puis après cure à la jauge ultrasonique (ASTM D6132) ou par contrôle destructif à des endroits convenus.
• Continuité : essai de détection des discontinuités selon l'ASTM D4787, la pratique qui vise les revêtements appliqués sur béton. Le béton conduisant de façon variable, méthode et tension se décident d'avance ; chaque défaut est réparé et revérifié.
• Adhérence : l'essai d'arrachement ASTM D7234 mesure l'adhérence au béton. On consigne le mode de rupture avec la valeur ; les critères d'acceptation viennent du devis.
• Cure : remise en service seulement une fois atteinte la cure de la fiche technique à la température réelle.

Sécurité : espace clos et H2S

Un puits de pompage, une fosse ou un caniveau couvert est généralement un espace clos, et le H2S est un gaz toxique et inflammable, plus lourd que l'air, qui s'accumule dans les points bas. Son odeur n'est pas un avertissement fiable : à forte concentration, il paralyse l'odorat. L'entrée exige une procédure écrite : cadenassage des arrivées et des pompes, ventilation, surveillance continue de l'atmosphère, surveillant et plan de sauvetage. Les limites d'exposition et les règles d'entrée sont celles de la réglementation applicable : au Québec, le Règlement sur la santé et la sécurité du travail (RSST) ; en Ontario, le Règl. de l'Ont. 632/05 (espaces clos), avec la norme CSA Z1006 pour la gestion. Les produits de revêtement ajoutent leurs risques de vapeurs et d'inflammation.

Questions fréquentes

Pourquoi le béton est-il plus abîmé au-dessus de l'eau qu'en dessous ? Parce que l'acide se forme sur les surfaces humides exposées au H2S de l'air. Le béton immergé n'est pas colonisé par ces bactéries et s'use bien moins.

Peut-on revêtir un poste de pompage sans enlever tout le béton corrodé ? Non. La couche molle contaminée par l'acide n'a aucune résistance et garde un pH bas. Elle s'enlève jusqu'au béton sain, puis on reconstitue la section avant le revêtement.

L'époxy novolaque est-il toujours le meilleur choix contre le H2S ? Il compte parmi les plus résistants à l'acide sulfurique biogénique, mais demande un support sec ou apprêté. Un support humide ou un arrêt court peut favoriser un autre système.

Comment vérifier les piqûres d'un revêtement sur béton ? Par un essai de continuité selon l'ASTM D4787, méthode et tension convenues d'avance. On prévient les piqûres de dégazage en appliquant quand la température du béton baisse.

À quelle fréquence inspecter un puits de pompage revêtu ? Selon une fréquence fixée par le propriétaire d'après l'exposition et l'historique. On y cherche cloques, décollements aux arrêts, ramollissement et chocs ; les arbitrages de cycle de vie sont traités dans notre analyse du coût total de possession d'un revêtement.

En pratique

Induscoat enlève le béton dégradé, reconstitue la section et applique des revêtements protecteurs dans les fosses d'effluents, caniveaux, bassins de traitement et puits de pompage d'usine, par ses services de revêtements protecteurs et de maintenance et réhabilitation, au Québec et en Ontario, avec pH de surface, profil, humidité, épaisseur, continuité et adhérence consignés à chaque point d'arrêt. Voir aussi notre application protection du béton. Transmettez des photos, les dimensions de l'ouvrage, le type d'effluent et la fenêtre d'arrêt disponible, et demandez une soumission. Les fiches techniques de la gamme Induscoat sont publiées sur le site de la marque, induscoat.com.