L’invention a pour objet un procédé pour renforcer une structure de génie civil.

Un premier procédé de renforcement de surface connu consiste à coller des plaques de tôle en acier sur le béton de la structure en complément des armatures de béton armé, en particulier dans des parties tendues de ladite structure.

Il est nécessaire de maintenir les plaques en position sur la surface par un moyen mécanique, tel qu’un cadre de serrage, afin d’écraser d’une part un film de colle et d’autre part pour supporter le poids des tôles pendant la polymérisation de la résine.

Cette technique a été largement employée dans la construction, mais a révélé avec le temps l’inconvénient majeur d’exposer les tôles de renfort aux intempéries et de nécessiter un entretien périodique coûteux pour éviter leur corrosion.

Dans les années 1990, les tôles d’acier sont remplacées par des plaques ou lamelles en composite de fibres de carbone, qui offrent les avantages d’être insensibles à la corrosion, d’être légères et d’avoir des caractéristiques mécaniques supérieures à celles des plaques d’acier jusqu'alors utilisées.

L’utilisation de fibres de carbone permet le développement d’un autre procédé de renforcement, consistant à enduire de résine une surface dans une zone à renforcer puis à appliquer une bande de tissu sec de fibres de carbone sur la surface enduite, afin de fabriquer le composite sur le support lui-même.

Ce procédé a des avantages incontestables, comme sa capacité de renforcement par addition de composites de fibres de carbone sur des surfaces non planes ainsi qu’une légèreté et une maniabilité accrues. Néanmoins, seuls des tissus de faible épaisseur (jusqu’à des épaisseurs de l’ordre de 0,5 mm) et de faible grammage à sec (jusqu’à 500g/m ² ) peuvent être imprégnés directement lors de leur application sur le support, ce qui implique que le procédé soit limité à des sections (ou densités de fibres) de renforcement plus faibles.

Un but de l’invention est de remédier au moins partiellement à ces inconvénients.

A cet effet, l’invention a pour objet un procédé pour renforcer une structure de génie civil, comprenant les étapes suivantes : - enduire une surface de la structure d’une première couche de résine dans un état fluide, présentant une granulométrie dite première granulométrie,

- appliquer une couche d’un tissu sec de poids surfacique supérieur ou égal à 600g/m ² , dit de fort grammage, sur la surface enduite, la résine étant encore à l’état fluide, en exerçant sur le tissu une pression suffisante pour l’imprégner de résine,

- enduire le tissu d’une deuxième couche de résine, dite de fermeture, dans l’état fluide présentant une granulométrie dite deuxième granulométrie, inférieure ou égale à la première granulométrie, de sorte à constituer un renfort en composite.

La résine, une fois polymérisée, c’est-à-dire durcie, constitue la matrice du composite formant le renfort de la structure.

En d’autres termes, la résine a deux fonctions puisqu’elle permet de coller le composite et d’en constituer la matrice. Ainsi, le procédé selon la présente invention, par l’application de résines à granulométries calibrées, permet de saturer (d’imprégner suffisamment) le tissu sec pour former un composite, la première résine enduisant le support étant suffisamment visqueuse pour supporter le poids propre du tissu, ce qui permet de renforcer la structure avec une plus grande section résistante (densité de fibres), en ayant recours à un tissu sec dit de fort grammage (poids surfacique supérieur à 600g/m ² ).

Selon une autre caractéristique de l’invention, la résine est sous forme de gel à l’état fluide.

Selon une autre caractéristique de l’invention, le tissu est composé de fibres présentant des espaces interstitiels, la première granulométrie et la deuxième granulométrie étant strictement inférieures à l’espace interstitiel, éventuellement nulles (i.e. sans charges inertes ajoutées). Selon une autre caractéristique de l’invention, la première granulométrie

(destinée à l’enduction du support avant pose du tissu sec) est inférieure ou égale à 1 miti, de préférence inférieure ou égale à 0,1 prn.

Selon une autre caractéristique de l’invention, des éléments granuleux de la résine comprennent des nanoparticules et/ou de la silice. Selon une autre caractéristique de l’invention la résine présente une viscosité Brookfield à 23°C donnant un taux de cisaillement de 15 à 25 Pa.s pour une vitesse de rotation de 1 s ^{- 1} et de 3 à 5 Pa.s pour une vitesse de rotation à 10s ^{- 1} .

Selon une autre caractéristique de l’invention la résine comprend un agent épaississant.

Selon une autre caractéristique de l’invention, la résine présente une granulométrie nulle, c'est-à-dire sans charges inertes ajoutées.

Selon une autre caractéristique de l’invention, des éléments granuleux ou charges inertes sont ajoutés dans une proportion comprise entre 2% et 12%, de préférence entre 5% et 10% en masse.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 illustre une vue en perspective d’un exemple de mise en œuvre du procédé selon l'invention ; et - la figure 2 illustre une disposition de fibres de carbone au sein d’une bande de tissu de fibres de l'exemple de la figure 1 .

Renforcement de structure

La figure 1 montre un exemple particulier de mise en œuvre du procédé selon l'invention, utilisé pour renforcer ou réparer une poutre en béton armé 1 supportant un plancher 2 de bâtiment.

Mais bien entendu, cette application n'est pas limitative, et l'invention est utilisable pour renforcer toute structure de génie civil, en particulier en béton, en métal (notamment acier) ou en bois.

Ce renforcement est obtenu en collant un tissu souple 3 de fibres sur au moins une surface de la structure de génie civil : la zone structurelle à renforcer sera en général une zone soumise à des efforts de traction, en l'occurrence la sous-face 4 de la poutre 1 , mais il serait également possible de renforcer de la même façon une zone de la structure de génie civil qui est soumise à des efforts de cisaillement (ces contraintes induisant des contraintes de traction dites principales), par exemple en collant un tissu souple sur les flancs 5 de la poutre 1 considérés ici, au droit des appuis 6 de cette poutre.

Comme il ressort de la figure 2, le tissu 3 de fibres se présente de préférence sous la forme d'une bande souple 7 qui s'étend selon une direction longitudinale X et qui est en général stockée sous forme de rouleau.

Cette bande 7 est constituée de fibres dont certaines, référencées 8, s'étendent selon la direction longitudinale X, et d’autres dites de trame, référencées 9, (éventuellement de grosseur différente des fibres 8) s'étendant selon une direction transversale Y parallèle à la largeur de la bande 7 (ou éventuellement selon une direction oblique).

Chaque fibre 8, 9 est composée de filaments séparés les uns des autres par des espaces interstitiels 10.

Par exemple, le diamètre des filaments est compris entre 5 pm et 7 pm et celui des espaces interstitiels est de l’ordre de 2 pm.

Les fibres sont par exemple en carbone ou en verre, aramide, ou encore basalte. Lorsque la bande 7 est appliquée sur une surface adjacente à une zone à renforcer soumise à des efforts de traction, la direction longitudinale X de cette bande est de préférence parallèle à ces efforts de traction : c'est ainsi que dans l'exemple représenté sur les dessins, la bande 7 est disposée parallèlement à la longueur de la poutre 1. Procédé de renforcement

Dans un premier temps, la surface 4 de la structure de génie civil à renforcer est nettoyée, le cas échéant sablée et dégraissée, ou encore cette surface peut subir toute autre préparation mécanique ou chimique visant à assurer la durabilité du renforcement. En particulier, un enduit dit primaire peut être appliqué au préalable sur cette surface.

Ensuite, la surface 4 est enduite d'un film mince de résine dans un état fluide, comme il va être détaillé ultérieurement.

Puis, on applique ensuite le tissu 7 de fibres, sec, sur le film de résine encore à l'état fluide. Le tissu 7 est marouflé, c'est-à-dire pressé contre la surface d’application, avec une pression suffisante pour égaliser l'épaisseur de la résine entre la surface 4 et le tissu, et pour imprégner le tissu avec la résine. Le marouflage est réalisé à l’aide par exemple d’un rouleau presseur et/ou d’une spatule.

Le tissu 7 est alors enduit d’une deuxième couche de résine.

Le cas échéant, on procède à de nouvelles applications de résine et de tissu s'il est nécessaire d'utiliser plusieurs couches de tissu superposées, éventuellement avec des dimensions de tissu différentes

De préférence, le tissu 7 est à fort grammage, c’est-à-dire de poids surfacique supérieur à 600g/m ² , l’avantage particulier des tissus à fort grammage étant d’offrir une épaisseur (une section résistante) plus importante à surface égale, pour éviter ou limiter le recours à la superposition de plusieurs couches de tissu.

En pratique, les couches de tissu de renfort superposées sont affectées réglementairement d’un coefficient réducteur portant sur leurs performances mécaniques. Etapes d’application de résine

Comme déjà indiqué, l’application de résine se fait en deux étapes.

Dans une première étape, on enduit la surface 4 d’une première couche de résine munie d’éléments granuleux inertes présentant une granulométrie dite première granulométrie. Par granulométrie, on entend taille maximale de charges inertes présentes dans la résine.

Par granulométrie nulle, on entend que la résine est dépourvue de charges.

On applique ensuite le tissu 7 de fibres, sec, sur le film de résine encore à l'état fluide. Le tissu 7 est marouflé afin qu’il soit bien imprégné de résine. Dans une deuxième étape, on enduit alors le tissu d’une deuxième couche de résine, dite de fermeture, munie d’éléments granuleux présentant une granulométrie dite deuxième granulométrie, inférieure ou égale à la première granulométrie, éventuellement nulle (sans charges inertes).

La résine utilisée est un système époxy fluide destiné à la stratification et au revêtement de supports poreux tels que le béton ou le bois et convenant pour la constitution ou le renforcement de structures composites.

Cette résine est par exemple une résine époxy bi-composants associant d’une part une résine de base, et d’autre part un agent durcisseur, mélangés lors de l’application.

La résine de base présente une densité voisine de 1 ,10 et une viscosité comprise entre 1 .0 et 1.5 Pa.s à 23°C.

L’agent durcisseur présente une densité voisine de 1 ,0 et une viscosité comprise entre 0.05 et 0.25 Pa.s à 23°C.

Le mélange résine/durcisseur lors qu’il est dépourvu d’agent épaississant, dans un rapport de dosage 100/30 en masse, présente une viscosité comprise entre 0,5 et 1 ,5 Pa.s à 23°C.

Pour répondre aux contraintes d’application, il est avantageux d’utiliser une résine présentant un caractère thixotrope (i.e. ayant une viscosité plus élevée au repos). Ce caractère est obtenu soit par addition d’un agent liquide rhéo-épaississant, soit par addition de charges inertes soit encore par combinaison des deux.

De façon plus générale, la résine utilisée pourra être une résine thermoplastique ou thermodurcissable, ignifugée ou non, résistante aux rayons ultraviolets ou non, qui a la capacité d'adhérer à la fois sur la surface de la structure de génie civil et sur les fibres de carbone et qui est apte à boucher d'éventuelles fissures de la surface à renforcer 4.

De préférence, la résine est thixotrope lorsqu'elle est à l'état fluide, et elle ne comporte pas de solvant.

De préférence, la résine est un gel à l’état fluide. Avantageusement, on utilise une résine qui polymérise à température ambiante.

Par ailleurs, on notera que la même résine peut être utilisée quel que soit le matériau de la structure de génie civil (béton, métal, bois). L’application de la résine avec des éléments granuleux de deux granulométries différentes permet d’assurer à la fois une viscosité suffisante pour une bonne adhérence au support et une bonne tenue du tissu sec (y compris lors d’une application en plafond) tout en présentant une granulométrie suffisamment faible pour permettre une bonne imprégnation du tissu.

L’application de la résine avec la première granulométrie, plus élevée que la deuxième granulométrie, permet d’obtenir la viscosité recherchée, les éléments granuleux (i.e. des charges inertes) lui conférant une consistance satisfaisante pour adhérer au support et maintenir le poids du tissu.

Lors du marouflage, la résine migre dans les interstices des filaments. La résine interpénètre les espaces interstitiels du tissu, malgré la présence des éléments granuleux.

L’application sur le tissu marouflé d’une couche de fermeture de la résine avec la deuxième granulométrie, faible voire nulle, assure que la résine puisse pénétrer profondément et au moins autant que la première couche appliquée au support.

Ainsi, l’application de la première couche sur le support d’une part, de la deuxième couche de résine, dite de fermeture, sur le tissu marouflé, permet d’obtenir un composite correctement saturé (ou imprégné) pour collage au support d’une part et constitution de la matrice du composite d’autre part.

Comme déjà indiqué, on peut donc utiliser un tissu sec à fort grammage, c’est-à-dire de poids surfacique supérieur ou égal à 600g/m ² , voire strictement supérieur à 600g/m ² , et même supérieur ou égal à 700g/m ² , jusqu’à 1500g/m ² .

De préférence, la résine obtenue après mélange des composants (résine de base et durcisseur) présente une viscosité Brookfield à 23°C donnant un taux de cisaillement de 15 à 25 Pa.s pour une vitesse de rotation de 1s ^-1 et de 3 à 5 Pa.s pour une vitesse de rotation à 10s ^-1 selon une mesure au rhéomètre Brookfield plan/plan strié.

Comme déjà indiqué, la première granulométrie est strictement inférieure à l’espace interstitiel.

Par ailleurs, la deuxième granulométrie est plus faible que la première, voire nulle.

Par exemple, la première granulométrie est inférieure ou égale à 1 miti, de préférence inférieure ou égale à 0,1 prn.

Dans la plupart des cas et en particulier dans celui d’une granulométrie nulle, la résine peut comporter un agent épaississant tel qu’un additif liquide, ayant un caractère rhéo-épaississant. Le mélange est effectué séparément pour le durcisseur d’une part et pour la résine d’autre part, au moyen d’un malaxeur de défloculation à haute turbulence.

Dans le cas d’une granulométrie non nulle, on utilise pour épaissir la résine (et le durcisseur) des éléments granuleux tels que des charges inertes. Comme décrit précédemment, le mélange est effectué séparément pour le durcisseur d’une part et pour la résine d’autre part, au moyen d’un malaxeur de défloculation à haute turbulence. Ces mélanges sont effectués en atelier ou en usine, de sorte que seul le mélange de la résine de base et du durcisseur est effectué sur site d’application, au moyen d’un malaxeur simple.

Les éléments granuleux sont des particules très fines telles des nanoparticules ou, de façon moins coûteuse, des éléments de charges à granulométrie très fine tel que de la silice, par exemple pyrogénée et hydrophile de granulométrie maximale allant de 0,04 à 0,99pm.

Avantageusement, les éléments granuleux ou charges inertes sont ajoutés dans une proportion comprise entre 2% et 12%, de préférence entre 5% et 10% en masse, pour la résine de base, comme pour le durcisseur. On obtient ainsi une résine pouvant rester en plafond sur des épaisseurs importantes (0,7 à 0,9 mm) sans couler.

Avantageusement, les éléments granuleux ont des dimensions inférieures à O,Oqmiti soit environ 30 fois plus petites que l’espace interstitiel.

Avec la résine ainsi formulée sous forme de gel selon la présente invention, la faible pression d’un marouflage manuel suffit à faire migrer la résine dans les interstices filaires et permet d’obtenir un taux de saturation de l’ordre de 75% pour un tissu de 1200g/m ² .