Retrait et fluage du béton : mécanismes, modèles de prédiction et dispositions constructives

Les déformations différées du béton représentent un enjeu majeur pour la durabilité des structures. Le retrait et le fluage – deux phénomènes distincts mais étroitement liés – provoquent des fissures, des flèches excessives dans les structures isostatiques et des pertes de précontrainte importantes. Ces déformations différées nécessitent une prise en compte rigoureuse dès la phase de dimensionnement, avec des modèles de prédiction adaptés et des dispositions constructives préventives.

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

Le retrait regroupe l'ensemble des déformations d'origine physico-chimique du béton. Il se divise en deux catégories distinctes : le retrait d'hydratation, qui survient dès la prise du ciment, et le retrait de dessiccation, lié à la perte d'eau vers l'environnement extérieur. Le fluage désigne quant à lui la déformation progressive du béton sous charge constante dans le temps.

Ces phénomènes mettent en cause la durabilité des ouvrages pour plusieurs raisons :

Retrait endogène et retrait de séchage : des cinétiques différentes

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

Le retrait de dessiccation provient quant à lui 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 – une simple extrapolation linéaire peut sous-estimer les déformations réelles de 20 à 30 % sur 50 ans.

Fluage propre et fluage de dessiccation : un couplage indissociable

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. Dans la pratique, ces deux mécanismes sont indissociables : 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 en béton précontraint, le fluage génère des chutes de tension dans les 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.

Comparaison des modèles de prédiction : B4, Eurocode 2 et fib 2010

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.

Dispositions constructives préventives

La maîtrise des déformations différées passe par plusieurs stratégies constructives. Le choix d'un rapport eau/ciment optimisé, l'emploi d'additions minérales appropriées et le contrôle des conditions de cure initiale influencent directement l'ampleur du retrait endogène. Pour limiter le retrait de dessiccation, la géométrie des sections, l'épaisseur des éléments et l'exposition environnementale doivent être pris en compte dès la phase de conception.

Le dimensionnement des armatures de peau, la mise en place de joints de retrait prévisionnels et l'ajustement des calendriers de mise en tension de la précontrainte constituent des mesures essentielles pour prévenir la fissuration et garantir la durabilité des ouvrages en béton. Pour approfondir les problématiques de dégradation chimique du béton, consultez notre analyse sur le sulfattreiben et les mécanismes de protection associés.