Un béton hautes performances (BHP) (ou béton à hautes performances) est un béton caractérisé par une très forte résistance à la compression, puisque celle-ci est supérieure à à , et des propriétés exceptionnelles à l’état frais (notamment en termes de viscosité), à court ou à long terme.
Le béton hautes performances est apparu à la fin des années 1980.
Histoire Les lois du béton liant la résistance à la composition sont énoncées dès la fin du avec en particulier l’ingénieur français Féret, mais ne sont pas exploitées immédiatement. Jusqu’à la fin des années 1940, la formulation du béton était d’une grande simplicité : 800 litres de gravillons, 400 litres de sable, de 4 à 8 sacs de ciment et de l’eau en abondance, cette recette ne devait pas correspondre toujours exactement à un mètre cube, mais elle faisait prise et durcissait. Avec des coefficients de sécurité à la rupture de l’ordre de trois dans des ouvrages simples, les risques étaient minimes.
Dans les années 1940, on sait que pour obtenir un béton, il faut minimiser le pourcentage de vides. M. Duriez précise ainsi qu’il convient d’aboutir à une ossature dont la surface spécifique soit minimale tout en donnant un béton qui, mis en place avec le dosage en ciment prescrit et le minimum d’eau nécessaire au mouillage de tous les grains, ciment compris, forme un ensemble homogène sans videJean-Louis Andrieu, L’aqueduc romain, Annales littéraires de l’université de Besançon, 1990, page 104, PDF, .
Dans les années 1980, on découvre le moyen de réduire ces vides avec l’ajout de microparticules telles que la fumée de silice et d’adjuvants de types superplastifiants, ainsi naissent les bétons hautes performances. Des efforts de recherche importants avec notamment en France, sous l'impulsion d'Yves Malier, les projets nationaux VNB (voies nouvelles du béton) et BHP2000 permettent de mieux connaître les BHP et BTHP et leurs applications. Cela permet d'introduire ces matériaux dans les règlements de construction, comme le BAEL (règlement français relatif au béton armé) et le BPEL (relatif au béton précontraint), qui, dès 1999, prennent en compte les bétons jusqu'à 80 MPa de résistance. Cette période peut se retrouver dans le livre, en anglais car malheureusement épuisé en français, d'Yves Malier sur "Les bétons hautes performances".
Composition Pour améliorer les performances d’un béton, il convient d’en réduire la porosité en agissant sur le squelette granulaire (granulométrie) par l'addition de particules ultrafines type "fumée de silice", l'ajout d'un adjuvant superplastifiant/haut réducteur d'eau et par la réduction du rapport eau/ciment.
Les bétons hautes performances (BHP) L’emploi des "superplastifiants/haut réducteur d'eau" permet de réduire l'eau du béton à consistance égale entraînant la suppression d’un volume important non mobilisé par l’eau nécessaire à l’hydratation du ciment. Le rapport eau/ciment est ainsi de 0,30 à 0,40 alors qu’il est habituellement de 0,45 à 0,60 pour un béton ordinaireLes bétons hautes performances, cours de génie civil de l’IUT de Grenoble, page 111", PDF.
La composition d’un béton hautes performances est en général la suivante : 750 à de gravillons, de sable, 350 à de ciment de classe 52.5 N ou R et d'une addition type "fumée de silice". L’ajout d’un "superplastifiant/haut réducteur d'eau" à hauteur de 1 à 2 % du poids de ciment permet de réduire le volume d'eau nécessaire à une valeur de 140 à Les bétons hautes performances, IUT de Grenoble, page 112..
Les bétons à très hautes performances (BTHP) L’utilisation de particules ultrafines de moins d’un micromètre de largeur contribue à réduire encore plus la porosité, mais est essentiellement utilisée pour les bétons à très hautes performances (BTHP).
Les particules ultrafines utilisées sont la plupart du temps des fumées de silice, contenant plus de 90 % d’oxyde de silicium, sous-produit de l’industrie du ferrosilicium.
Ces fumées de silice ont une double action. Outre le fait de réduire les vides, elles jouent aussi un rôle de catalyseur avec la chaux vive, lié à leur caractère pouzzolanique.
Les bétons fibrés à ultra hautes performances (BFUHP) Ce type de béton combine les avantages des bétons très hautes performances et les bétons renforcés de fibres. En comparaison aux bétons normaux, ils contiennent plus de ciment, un ratio eau/ciment plus bas, des granulats à large distribution granulométrique et des fibresJean-Michel Torrenti, Béton, Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 10 juin 2017. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/beton/.
Propriétés Manœuvrabilité Du fait de la présence de superplastifiants, le béton hautes performances est très facilement manœuvrable. Les valeurs d’affaissement sont mesurées au cône où à la table à chocs pour une classe S4 ou F5 (fluide) dans la plupart des cas. La fluidité d’un tel béton permet une facilité de mise en œuvre avec en particulier un bon remplissage des coffrages et un enrobage complet des armatures, y compris dans les zones où le ferraillage est très dense. Cette facilité de mise en œuvre permet en outre de réduire les délais d’exécution et autorise des bétonnages complexes dans des conditions d’accès difficiles, comme les pompages sur une grande hauteur (cas des piles du viaduc de Millau)Des propriétés exceptionnelles à l'état frais, sur Planete-tp.com,Des_proprietes_exceptionnelles_cle758b1a.pdf lire en ligne ).
Durabilité La porosité et la perméabilité de ces bétons améliorent par ailleurs la durabilité. Il en est de même pour la résistance aux agressions chimiques comme celles que peuvent subir les bétons en milieu marin ou en milieu agressif (ciment de classe PM-ES) et la résistance au gel. La résistance aux agents agressifs (ions chlore, sulfates, eau de mer, acides …), le faible risque de corrosion des armatures, la forte résistance au cycle gel-dégel et à l’écaillage ainsi que la faible perméabilité sont autant de propriétés qui qualifient ce béton comme étant durable Atouts des BHP : l'augmentation de la durabilité, sur Planete-tp.com, PDF.
Toutefois du fait de sa composition spécifique utilisant en particulier des matériaux comme les fumées de silice, il est difficile de prévoir sa durée de vie. Le programme européen Lifecon a permis de la comparaison de différentes structures construites dans des environnements bien spécifiques et de leurs données théoriques associées, d’élaborer différents modèles de dégradation. Des directives sur l'évaluation de la durée de vie, la classification EN 206 ont également été rédigées ainsi que des recommandations au secteur pour les applications du BHPPrédire la durabilité du béton haute performance, sur Info-Industrielles.com, publié le 3/12/2007, consulté le 12 février 2009.
Caractéristiques Résistance à la compression Les bétons sont classés selon leur résistance à la compression à 28 jours. Les bétons hautes performances ont une résistance élevée. ClasseRésistance à la compression à 28 jours (en MPa)Béton ordinaire 16 à 40 Béton à hautes performances45 à 60Béton à très hautes performances 65 à 100Béton à ultra hautes performances > 150 (EIFFAGE avec le BSI peut atteindre 195 MPA) et BOUYGUES 250 Mpa
Fluage et fluidité Le fluage est très inférieur à celui d’un béton usuel. Le coefficient de fluage, égal au rapport de la déformation différée sur la déformation instantanée est compris entre 1 et 1,5 pour les BHP alors qu’il est de 2 pour les bétons ordinaires.
Contrôle le béton hautes performances est soumis aux mêmes types d’essais que les bétons ordinaires dans le cadre de leur conformité à la norme NF EN 206-1, par exemple sa consistance, mesurée au cône d’Abrams, ou sa résistance à la compression.
Divers essais complémentaires permettent de mesurer les propriétés du béton hautes performances aussi bien au stade de mise au point de la formulation, que lors des convenances, ou des contrôles sur chantier : étalement à la table à secousse, rhéomètre, méthode des coulis de l’AFREM, méthode du mortier de béton équivalent (MBE).
Applications Les grandes résistances à court terme de à trois jours selon CCTP permettent un décoffrage rapide ainsi que des mises en précontraintes rapides. Ainsi les BHP sont utilisés pour des ouvrages : précontraints, préfabriqués, coulés en placeLes bétons hautes performances, IUT de Grenoble, page 113..
Ces propriétés élevées au jeune âge conduisent à préconiser l’utilisation de ce BHP pour les ouvrages soumis à de fortes sollicitations mécanique (bâtiments de grande hauteur, ponts, réservoirs, centrales nucléaires). La résistance en milieu agressif conduit à les préconiser pour les travaux en milieu marin ou agressif. Enfin lorsque le béton doit être pompé sur une grande hauteur, le BHP est recommandé du fait de sa grande manœuvrabilité.
AnnéeOuvrageÉlément en BHPLieu 1979-1991 Centrale nucléaire de Cattenom Poutres des tours des aéroréfrigérants Cattenom, France 1986-1988 Pont de l'île de Ré Voussoirs Île de Ré, France 1988-1995 Pont de Normandie Voussoirs Le Havre, France 1997 Passerelle de l'Université de Sherbrooke Poutre et dalle. Sherbrooke, Canada 1998-2004 Pont Rion-Antirion Plancher béton Rion, Grèce 2001 Tour EDF Piliers de façade La Défense, France 2001 Cœur Défense Poteaux des tours La Défense, France 2001-2004 Viaduc de Millau Piles & Couverture de la barrière de péageMillau, France 2002 Passerelle de Seonyu Arc.Séoul, Corée du Sud 2005Place de l'hôtel de ville Marseille Pots Marseille, France 2007Théâtre municipal de ChartresFaçade ajouréeChartres, France 2009Gare de Bordeaux St-JeanFaçades, Garde-corps, panneaux ajourésBordeaux, France 2008-2012 Pont de l'île Rousski Pylônes.Vladivostok, Russie 2010 Aéroport international de Tokyo Dalles de la Piste D Tokyo, Japon 2010-2013 MuCEM Piliers de structureMarseille, France 2011École des ArtsPanneaux matricésCarcassonne, France 2011Aéroport Rabat-SaléFaçade Rabat, Maroc 2010-2013Stade Jean-BouinCouverture extérieureParis, France 2012RectoratPanneaux extérieursDijon, France 2012Rotman School of ManagementCouverture extérieureToronto, Canada 2012Crèche Pierre BudinFaçade ondulanteParis, France 2013Siège HermesDalles de couverturePantin, France 2013Multiplexe cinématographique Cap'CinémaAuventRodez, France 2014Mémorial International de Notre-Dame de LoretteAnneau ElliptiqueAblain-Saint-Nazaire, France 2011-2014 Fondation Louis Vuitton Panneaux de couvertureParis, France 2015Passerelle PasserelleLe Cannet-des Maures, France
En Suisse, l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne a développé le béton à haute performance sous le nom de CFUP (aussi appelé BFUP). Il a été utilisé dans plus de cinq cents ouvrages dans le pays, notamment autoroutiers. On l'emploie habituellement pour renforcer le béton armé et le protéger des éléments qui pourraient le corroder. Cela a notamment été le cas sur le Viaduc de Chillon.
Fabricants Date d'inventionNom commercialDéveloppeurContrainte de compression à 28 jours 1990 Ducorit ITW WindGroup 90 MPahttp://www.itwwind.com/userfiles/files/assetLibrary/Ducorit%20-%20grouted%20connections%20of%20WTG%20tower%20flange%20to%20concrete%20gravity%20foundations.pdf 1993 Alag Kerneos 70 MPa 1998 Ductal Lafarge, Rhodia, Bouygues 150 MPa. 1998 BSIhttp://www.eiffagetravauxpublics.com/files/live/sites/eiffagetravauxpublics/files/3_produits/geniecivil/Plaquette_BSI_29112013-BD.pdf Eiffage, Sika 150 MPahttp://www.bsieiffage.com/Composition 2000 CEMTECmultiscale IFSTTAR (ex-LCPC), EPFL 60MPa 2000 BCV Vicat, Vinci 130MPa. 2004http://www.socli.fr/NR/rdonlyres/27919F29-5F3E-40A1-9980-1DFB4CF3C774/0/ChemiseA4iNova.pdf Effix Design Ciments Calcia 130MPahttp://www.ciments-calcia.fr/NR/rdonlyres/7DDF9D0B-631A-4A17-BB45-A805123CFFAF/0/DesignEtAmenagement.pdf 2005 M2C Jungwirth, EPFL - ENAC - IS-BETON 180MPahttps://infoscience.epfl.ch/record/163140/files/Plumey02.pdf 2005 CARDIFRC Karihaloo, Université de Cardiff 185MPahttp://framcos.org/FraMCoS-5/karihaloo.retrofitting.pdf
Notes et références