InfraStructures - ISIS

Les matériaux composites à la rescousse des ouvrages de béton

par Sandra Martel, ing., Agent de transfert technologique, ISIS Sherbrooke
Collaboration spéciale

Depuis 1995, un nouveau Réseau canadien de Centres d'excellence a vu le jour au Canada. Il s'agit de ISIS Canada, dont l'acronyme signifie innovations en structures avec systèmes de détection intégrés. Ce réseau regroupe environ 260 chercheurs localisés dans 11 universités canadiennes ainsi que 31 partenaires industriels, 3 agences fédérales et 12 départements provinciaux. Le but visé par ces différents intervenants est le même : mettre au point de nouvelles technologies pour venir en aide aux infrastructures qui souffrent d'un manque de résistance ou d'une détérioration plus ou moins avancée de leurs différentes composantes.

L'un des domaines de recherche d'ISIS Canada concerne l'application des matériaux composites fabriqués de fibres de carbone ou de verre, lesquels sont à la fois très résistants, légers, durables et résistants à la corrosion. Le recours à des enveloppes de matériaux composites permet d'améliorer considérablement la résistance des colonnes et des poutres de béton armé. Elles représentent une solution de rechange prometteuse aux techniques conventionnelles faisant appel à l'acier qui éprouve des problèmes de corrosion sous notre climat extrêmement rigoureux. Des études sont présentement en cours afin d'évaluer la durée de vie de tels renforcements. À ce jour, il est possible d'affirmer que pour une période de dix ans, les matériaux composi-tes ne perdent aucune de leurs caractéristiques initiales sous les effets de gel-dégel et de mouillage-séchage. Des études à plus long terme sont cependant nécessaires avant de pouvoir affirmer la durée de vie réelle de ces matériaux.

Il est important de noter que le Réseau ISIS Canada travaille aussi à la mise au point de capteurs à fibres optiques destinés à mesurer les déformations et la température ainsi qu'à leur intégration avec d'autres types de capteurs mesurant la corrosion des armatures ou l'humidité à l'intérieur du béton. Ces systèmes de détection permettent la transmission de données relatives à la sécurité et à l'intégrité d'une structure, par téléphone ou par satellite, au micro-ordinateur d'un ingénieur. Les problèmes peuvent donc être détectés avant qu'ils ne soient visibles à l'il, ce qui entraîne un accroissement de la sécurité des usagers ainsi qu'une réduction des coûts d'entretien tout au long du cycle de vie de la structure.

ISIS Sherbrooke participe à des projets
L'Université de Sherbrooke fait partie des 11 universités canadiennes mises à contribu-tion au sein du Réseau ISIS. Le groupe ISIS Sherbrooke est engagé dans la recherche principalement en ce qui a trait à l'utilisation des matériaux composites pour le renforce-ment et la réhabilitation des structures. Suite à la réalisation depuis quelques années de plusieurs travaux de laboratoire, ISIS Sherbrooke s'est joint à des partenaires dans la réalisation de projets de démonstration. À l'heure actuelle, cinq de ceux-ci ont été mis en chantier.

Le premier projet, réalisé en 1995 en partenariat avec une entreprise montréalaise sur un bâtiment appartenant à l'Université de Sherbrooke, comportait la réhabilitation de deux colonnes. Celles-ci étaient sérieusement attaquées par la corrosion, d'où un urgent besoin de renforcement.

Le deuxième projet, réalisé en 1996 sur un pont d'étagement de l'Autoroute 10 à Saint-Étienne-de-Bolton, a favorisé la collaboration de trois fournisseurs de matériaux composi-tes, du ministère des Transports du Québec et de deux entrepreneurs locaux sous la coordination de ISIS Sherbrooke. Ce second projet visait la réhabilitation de neuf colonnes en béton armé fortement dégradées à cause de la proximité des voies de roulement (Fig. 1). Les composites furent appliqués à titre d'enveloppe de protection pour limiter la progression de la corrosion des aciers d'armature et protéger le béton.

La réfection d'un pilier de 1,37 mètre de diamètre du pont Clément à Montréal a également été effectuée en 1996. La mise en place d'une enveloppe composite visait la protection du pilier contre la progression de la corrosion ainsi que son renforcement, de façon à répondre aux sollicitations accrues dans cette section d'autoroute (Fig. 2). Dans le cadre de ce projet, ISIS Sherbrooke a eu pour mandats de conseiller le propriétaire de l'ouvrage lors de la rédaction des plans et devis, et d'effectuer les essais en laboratoire assurant le contrôle de la qualité au moment des travaux.

Le projet de réfection du stationnement Webster au centre-ville de Sherbrooke s'est avéré la plus grande réalisation du groupe jusqu'à maintenant (Fig. 3). Des colonnes et des poutres de ce stationnement ont été renforcées à l'aide de matériaux composites lui procurant une augmentation de résistance en flexion pouvant aller jusqu'à 15 % de la résistance initiale de certaines poutres. De plus, des fibres optiques ont été installées comme appareils d'instrumentation pour assurer le suivi du comportement structural des éléments renforcés dans le temps. En décembre 1996, la ville de Sherbrooke et ses partenaires Le Groupe SM, les Réseaux de Centres d'excellence Béton Canada et ISIS Canada, et l'entrepreneur en construction Sherko, ont reçu le prix du ministère des Affaires municipales du Québec pour cette réalisation.

Le dernier projet réalisé porte sur l'application de plaques à base de fibres de carbone sur une structure de bois. Il s'agit ici de quatre longerons du pont d'Eustis à Compton Station qui ont été renforcés dans le but d'étudier la durabilité d'un tel renforcement dans un climat agressif (Fig. 4).

D'autres types de projets réalisés par le groupe ISIS Sherbrooke consistent en des études sur des applications particulières. À titre d'exemple, une étude a été entreprise sur le renforcement de murs colonnes avec des matériaux composites pour le compte d'une entreprise montréalaise. Cette étude a valu à cette firme l'obtention de contrats de réparation d'édifices résidentiels à Singapour pour plus de cinq millions de dollars.

Il est finalement important de noter, suite à plusieurs réalisations à travers le Canada, que ISIS Canada déploie beaucoup d'énergie en matière de transfert technologique. Un effort considérable est fourni pour encoura-ger la participation de petites, moyennes et grandes entreprises et leur venir en aide pour leur permettre de mieux faire face à la concurrence. Ainsi, nous croyons que l'ascension du Canada au rang de grand exportateur de technologies appliquées aux infrastructures entraînera la création d'emplois dans divers secteurs de l'industrie, que ce soit dans le domaine de l'ingénierie, de la construction ou de la fabrication.