Concrete-biofouling interactions : microstructural and electrochemical insights for durable reinforced marine structures

La transition écologique vers l’éolien offshore flottant (EOF) en tant que source d’énergie renouvelable est essentielle pour faire progresser la décarbonation. L’EOF est particulièrement bien adapté à de nombreux pays, dont la France, qui bénéficie d’un vaste littoral. Les structures offshore se composent de flotteurs, de blocs d’ancrage et de systèmes de protection contre l’érosion, généralement fabriqués en béton armé (BA) en raison de leur robustesse, de leur coût réduit et de la disponibilité locale des matières premières. Malgré ces avantages, le béton en milieu marin est soumis à des interactions physico-chimiques et biologiques affectant sa durabilité. La corrosion prématurée des aciers d’armature constitue un des principaux mécanismes de dégradation. De plus, les ions de l’eau de mer altèrent la matrice cimentaire et peuvent accélérer sa détérioration. L’eau de mer contient aussi des nutriments favorisant l’activité microbienne et le bioencrassement. Quelle que soit la zone d’exposition marine, ce bioencrassement se développe aisément sur le béton armé, qu’il soit immergé ou soumis aux marées. Cependant, son impact sur la durabilité du béton reste peu documenté, en particulier au niveau microstructural et électrochimique.Des résultats expérimentaux ont montré que le bioencrassement sur l’acier exposé à l’eau de mer influence les mécanismes de corrosion et tend à réduire la vitesse de corrosion. En revanche, on connaît peu l’effet du bioencrassement sur l’acier noyé dans le béton. Les caractéristiques de corrosion associées aux systèmes de protection cathodique, une stratégie d’atténuation, ont également été peu étudiées et sont abordées dans cette thèse.Les objectifs de cette thèse sont les suivants :(i) évaluer les interactions entre béton, bioencrassement et eau de mer après 1, 3, 18 et 31 mois d’exposition, en mettant l’accent sur l’influence du type de liant sur la diversité microbienne des biofilms, et sur les effets du biofilm et de l’eau de mer sur la microstructure, la composition chimique et minéralogique ;(ii) évaluer l’impact du bioencrassement sur la pénétration des chlorures après 1, 3 et 6 mois ;(iii) évaluer l’influence du bioencrassement et du niveau d’eau sur la corrosion de l’acier intégré, avec des liants à forte ou faible résistivité, avec ou sans protection cathodique.Des essais in situ ont été menés à Banyuls-sur-Mer (Méditerranée, France) dans des conditions marines réalistes. Des éléments en béton simulant les zones immergées ont été réalisés avec trois types de liants – CEM I, CEM III (laitier de haut fourneau) et CEM V (ciment composite) – sous forme de cylindres non armés, immergés à 27 mètres de profondeur. Les interactions béton–bioencrassement ont été analysées par microscopie électronique à balayage (SEM-EDS), la composition chimique par EPMA, et les phases minérales par DRX. Une analyse e-ADN a permis d’identifier la diversité microbienne dans les biofilms formés.Les résultats apportent une meilleure compréhension de la durabilité du béton armé selon le type de liant, en identifiant si les interactions béton–bioencrassement entraînent une biodétérioration ou une bioprotection. L’analyse des données de corrosion sur 17 mois pour des échantillons avec ou sans protection cathodique, selon le niveau d’eau, montre que l’anode galvanique fonctionne efficacement, même en présence de bioencrassement. Enfin, une modélisation numérique a permis de valider les résultats expérimentaux dans différents scénarios. Cette thèse contribue de manière originale à la recherche en éco-ingénierie en combinant expérimentation in situ et étude à long terme pour évaluer la durabilité du béton dans diverses zones marines.