Dans les années 1960, des expériences visant à identifier des matières premières alternatives ont conduit à la découverte et à la production de fibres de carbone à partir de dérivés du pétrole. Ces fibres, composées d’environ 85 % de carbone, se sont rapidement distinguées par leur exceptionnelle résistance à la flexion.
Le polymère renforcé de fibres de carbone (PRFC) est un matériau synthétique composé principalement de filaments de carbone d’un diamètre compris entre 6 et 10 μm. Depuis des décennies, le PRFC est largement utilisé dans les secteurs de l’aérospatiale et de l’automobile comme une alternative plus légère et nécessitant moins d’entretien que les plaques d’acier traditionnelles.
Mais les fibres de carbone, intégrées dans des systèmes PRFC, se sont également révélées extrêmement polyvalentes et utiles pour renforcer les structures et corriger diverses pathologies des bâtiments. Ces dernières comprennent celles causées par la détérioration due à des conditions environnementales agressives, à des changements d’utilisation et/ou à des charges accrues, etc. Dans le cas des renforts, ils ont souvent été utilisés dans les mises à niveau pour améliorer la réponse des bâtiments à l’activité sismique.
Les principales applications structurelles des PRFC sont les suivantes :
–Renforcement de la flexion : des laminés en fibre de carbone sont collés à l’extérieur d’éléments structurels tels que des poutres et des dalles dans les zones de moment positif et négatif afin d’augmenter leur résistance à la flexion.
–Renforcement par cisaillement : l’efficacité de ce type de renforcement dépend de la capacité de la fibre de carbone à se lier extérieurement et à transférer la charge, de sorte que la longueur d’ancrage disponible est cruciale pour garantir son efficacité.
–Confinement structurel : cette procédure est couramment appliquée dans le renforcement des piliers, des silos et des réservoirs. Le confinement à l’aide d’un tissu en fibres de carbone permet d’améliorer la résistance globale et la capacité de charge axiale de ces éléments.
Examinons maintenant les limites du PRFC et d’autres considérations :
Bien que la fibre de carbone ait une résistance élevée à la traction, elle n’a aucune capacité à absorber les contraintes de compression en raison de son élancement. C’est pourquoi elle n’est pas utilisée sur les faces comprimées des poutres en flexion ou dans les colonnes. Une autre solution consiste à utiliser des tissus en fibre de carbone, placés perpendiculairement à la contrainte de compression, dans le cerclage transversal. Cela améliore la stabilité de l’élément et sa capacité de déformation.
En résumé, les fibres de carbone combinent légèreté, résistance et polyvalence lorsqu’il s’agit de renforcement structurel dans la construction. C’est une solution technique clé pour la réhabilitation et l’adaptation des structures aux exigences de l’environnement actuel.
Images: Sika.
Par Jean Carlos Soto, ingénieur structurel senior du département d’architecture d’Amusement Logic.
