Le béton ne cesse jamais vraiment de se déformer. Retrait et fluage – deux phénomènes bien distincts mais étroitement liés – peuvent compromettre la durabilité de vos ouvrages si vous les sous-estimez lors du dimensionnement. Le retrait d'origine physico-chimique et le fluage sous contrainte mécanique génèrent des risques de fissuration, des flèches excessives dans les structures isostatiques et des chutes importantes de tension dans les câbles de précontrainte.

Qu'est-ce que le retrait et le fluage du béton ?

Les déformations différées du béton se décomposent en deux grandes familles. Le retrait regroupe les déformations d'origine physico-chimique : le retrait d'hydratation, qui survient dès la prise, et le retrait de dessiccation, lié à la perte d'eau dans l'environnement. Le fluage désigne quant à lui la déformation progressive du béton sous charge constante. Ces phénomènes peuvent mettre en cause la durabilité des ouvrages pour plusieurs raisons : fissuration favorisant la corrosion des armatures, déformations incompatibles avec le bon fonctionnement en service, redistributions d'efforts dans les structures hyperstatiques.

Retrait endogène et retrait de séchage : deux mécanismes distincts

Le retrait endogène – ou auto-dessiccation – résulte de la consommation d'eau par l'hydratation du ciment. Il atteint des valeurs significatives dans les bétons à faible rapport eau/ciment, notamment les bétons à hautes performances. Une campagne d'essais menée sur un béton à hautes performances avec fumée de silice et air entraîné, destiné à un tablier de pont autoroutier au Québec, a mis en évidence un retrait endogène de 350 μm/m après 16 mois.

Le retrait de dessiccation, en revanche, provient de la migration de l'eau vers l'environnement extérieur. Sur le même béton à hautes performances, le retrait de séchage a atteint 340 μm/m après 16 mois, sans avoir atteint de palier final. Cette absence de stabilisation souligne l'importance d'extrapoler les mesures à très long terme pour le dimensionnement des structures.

Fluage propre et fluage de dessiccation

Le fluage se divise lui aussi en deux composantes. Le fluage propre se manifeste sous charge constante, même en conditions endogènes, sans perte d'eau vers l'extérieur. Le fluage de dessiccation se superpose lorsque le béton sèche simultanément. Ces deux mécanismes sont indissociables dans la pratique : il existe un couplage indiscutable entre le retrait et le fluage, bien qu'on ait coutume de les traiter séparément pour les évaluer.

Dans les structures précontraintes, le fluage génère des chutes dans la tension des câbles très importantes et difficiles à estimer précisément. Dans les structures hyperstatiques à phasage de construction complexe, il provoque des redistributions d'efforts dont l'évaluation est indispensable pour garantir la sécurité de l'ouvrage.

Comment prédire le retrait et le fluage : comparaison des modèles

Plusieurs modèles réglementaires permettent de prédire les déformations différées. Les essais québécois d'une durée de 16 mois, réalisés conformément aux recommandations du document TC107-CSP de la RILEM, ont servi à comparer trois modèles principaux : le modèle B4, l'Eurocode 2 Annexe B et le modèle fib 2010.

  • Le modèle B4 a prédit correctement les deux types de retrait dans sa version de base. Une fois ajusté avec les mesures de pertes d'eau, il annonce le fluage le plus important à 50 ans.
  • Le modèle Eurocode 2 Annexe B a donné les meilleures prédictions pour les deux types de fluage, à condition de considérer qu'il n'y a pas de fumée de silice dans le modèle.
  • Le modèle fib 2010 ne semble pas adapté pour modéliser convenablement le fluage de dessiccation.

Essais de laboratoire : une caractérisation sur le long terme

Le béton à hautes performances testé visait une résistance à la compression de 40 MPa à trois jours, rendue possible par l'adjonction de fumée de silice. Les éprouvettes ont été soumises à des essais de retrait et de fluage dans des conditions endogènes et de séchage, à plusieurs échéances de chargement : 3, 7, 28 et 90 jours après le bétonnage. Les déformations ont été mesurées avec un comparateur manuel et avec une corde vibrante placée au cœur des éprouvettes.

Ces essais montrent que le retrait de séchage et le fluage de dessiccation n'avaient pas atteint de palier final après 16 mois. Il paraît difficile de conclure sur une valeur finale à très long terme sans avoir effectivement atteint la fin du séchage pendant l'essai. Cette incertitude souligne l'importance de recourir à des modèles ajustés et extrapolés pour l'analyse et le dimensionnement des ponts et autres structures sensibles.

Intégration dans vos calculs de structure

Les normes actuelles intègrent les déformations différées de manière forfaitaire pour le béton armé – le coefficient d'équivalence acier-béton atteint 15 voire plus dans l'Eurocode 2 – et de façon plus élaborée pour le béton précontraint. Les paramètres intrinsèques au matériau dans les équations des modèles peuvent être optimisés à partir de campagnes d'essais spécifiques, puis intégrés dans les calculs d'analyse et de dimensionnement.

Pour vos projets de tabliers en béton précontraint ou de structures hyperstatiques complexes, veillez à caractériser le retrait et le fluage dès la phase de conception. Le choix du modèle de prédiction – et son ajustement sur des essais réels – conditionne la fiabilité de vos prévisions de flèche, de tension résiduelle dans les câbles et de redistribution d'efforts. Un article complémentaire sur l'autogène et le retrait de séchage du béton détaille les mécanismes physico-chimiques sous-jacents.