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COURS - La deuxième génération des Eurocodes 3 : une évolution ou une révolution ?

    Acier inoxydable

    Selon les normes européennes, les aciers inoxydables sont des aciers contenant au moins 10,5 % de chrome et un maximum de 1,2 % de carbone. Leur composition chimique assure la formation d’un film d’oxyde riche en chrome, protecteur et auto-réparable - la couche passive. Elle est transparente et n’a qu’une épaisseur de quelques millionièmes de millimètres.

    Qu’est-ce que l’acier inoxydable ?

    Selon les normes européennes, les aciers inoxydables sont des aciers contenant au moins 10,5 % de chrome et un maximum de 1,2 % de carbone. Leur composition chimique assure la formation d’un film d’oxyde riche en chrome, protecteur et auto-réparable - la couche passive. Elle est transparente et n’a qu’une épaisseur de quelques millionièmes de millimètres. Même si cette couche est enlevée, par la mise en œuvre ou accidentellement, une nouvelle couche se forme en présence d’oxygène (contenu dans l’air ou l’eau). En raison de la surface passive, aucune couche métallique (galvanique) ou organique (peinture) n’est nécessaire. La résistance à la corrosion est intrinsèque au matériau et ne dépend pas de la protection de sa surface.

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    La couche passive de l’inox n’a que quelques millionièmes de millimètres d’épaisseur et est auto-réparatrice en présence d’oxygène.

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    Nuances

    L’acier inoxydable n’est pas un type unique d’acier ; il existe une grande variété de matériaux, chacun ayant des propriétés spécifiques. Les normes européennes EN 10088-4 et -5 comprennent une cinquantaine de nuances pour le bâtiment.

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    L’inox n’est pas un seul matériau, mais une famille comprenant plus de 120 nuances, dont une cinquantaine dans le bâtiment.

    La nuance la plus commune - aussi dans le bâtiment - est un alliage qui est par ailleurs utilisé pour les ustensiles de cuisson, éviers ou équipements dans l’industrie agro-alimentaire. Le consommateur l’appelle ‘18/8’ ou ‘18/10’ parce qu’il contient 18 % de chrome et de 8 à10 % de nickel. Cet inox qui s’appelle 1.4301, suivant la norme européenne EN et 304 selon la norme américaine ASTM, est le représentant le plus typique d’une famille d’inox appelée ‘austénitique’, c.-à-d. des alliages fer-chrome-nickel. Ces nuances d’acier unissent un niveau très élevé de résistance à la corrosion avec une excellente formabilité et soudabilité. De plus, elles se prêtent parfaitement au polissage permettant même des joints soudés invisibles.

    Une teneur supplémentaire en molybdène (Mo) augmente davantage la résistance à la corrosion d’un inox. L’acier inoxydable 1.4401 (316) et ses variantes sont adaptés aux environnements contenant des chlorures (situation côtière ; projections de sels de déverglaçage) ou du dioxyde de soufre (milieu industriel). L’Atomium à Bruxelles et le Palais de Justice à Anvers sont bardés d’un tel inox au molybdène.

    Un deuxième groupe d’inox s’appelle ‘ferritique’. Il s’agit d’alliages fer-chrome qui ne contiennent pas (ou guère) de nickel, ce qui rend leur prix plus stable. Dans le quotidien, nous retrouvons des inox à 17 % de chrome par exemple dans les tambours des machines à laver ou des sèche-linges. Le même type d’inox, 1.4016 (430), s’utilise à des fins architecturales, par exemple dans les ascenseurs ou le bardage intérieur. D’autres nuances ferritiques contiennent des éléments d’alliage supplémentaires tels que le titane (Ti) et le niobium (Nb) comme la nuance 1.4509 (441) ou du molybdène (Mo), par exemple l’inox 1.4521 (444) qui se trouve en couverture ou dans l’équipement technique des bâtiments (ballons d’eau chaude ; canalisation de l’eau potable).

    Un troisième groupe se distingue des autres surtout par des propriétés mécaniques, les nuances ‘austéno-ferritiques’, aussi appelées ‘duplex’. Attention : ces dernières ne doivent pas être confondues avec les aciers de construction pourvus d’un couchage duplex, c.-à-d. un zingage suivi d’une peinture. Les inox austéno-ferritiques combinent une exceptionnelle résistance à la corrosion avec une résistance mécanique particulièrement élevée. On les trouve dans des structures telles que les ponts et passerelles qui n’ont pas besoin d’une protection à la corrosion supplémentaire, même dans des conditions atmosphériques côtières. La Fondation Louis Vuitton est un exemple récent de leur application dans une construction métallique. La nuance la mieux connue est l’acier 1.4462 , aussi connue sous sa dénomination commerciale ‘2205’ qui indique des teneurs en chrome de 22 % et en nickel de 5 % environ. Sa limite d’élasticité Rp0,2 est d’une valeur typique de 620 Mpa, sa résistance à la traction Rm de 840 Mpa (produits plats laminés à froid). Les nuances appelées ‘duplex maigres’ (‘Lean Duplex’) comme les types 1.4062 (2202) s’y ajoutent comme alternatives pour l’acier au carbone, mais aussi les aciers inoxydables 304 et 316 si le potentiel de réduction d’épaisseur est tenu en compte.

    Dans toutes les familles d’inox, ce sont les teneurs en chrome, molybdène et azote qui déterminent la résistance à la corrosion. La composition chimique est donc un bon indicateur de la résistance à la corrosion globale d’une nuance.

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    Les inox austénitiques (chrome - nickel) ont une excellente formabilité permettant des rayons de courbure minimaux.

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    L’inox ferritique revêtu d’une couche supplémentaire d’étain est mat et rappelle des couvertures métalliques plus classiques. Photo : Aperam

    Finitions de surface

    La norme EN 10088-4 spécifie les appellations de finitions inox en architecture. Ces appellations se composent d’un chiffre (1 = laminé à chaud, 2 = laminé à froid) et d’une lettre (par exemple D pour ‘mat’ [‘dull’ en anglais], B pour ‘brillant’, R pour ‘réfléchissant’, etc.).

    Les solutions les plus économiques comprennent les finitions d’usine telles que 1D, 2D, 2B et 2R. Tant les tôles que les bobines sont disponibles dans des finitions polies de granulométries différentes.

    Le procédé du laminage à motifs peut donner une structure texturée à la surface (grain, cuir et bien plus encore). Cela donne au matériau un aspect moins réfléchissant et, par la même occasion, masque les rayures et les bosses.

    Il est possible d’obtenir une finition colorée grâce à un procédé électrochimique, au dépôt physique en phase vapeur (PVD) ou à l’application de revêtements organiques et nano technologiques. La combinaison de certains produits et procédés offre une variété quasi infinie d’options sur mesure.

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    1D : laminé à chaud, mat

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    2B : laminé à froid, brillant, légèrement laiteux

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    2R : laminé à froid, recuit brillant

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    Les surfaces gravées sont peu réfléchissantes et masquent d’éventuels microdéfauts.
    Photos : Aperam Services and Solutions

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    Applications dans le bâtiment

    Structures

    La combinaison de la résistance à la corrosion élevée, d’une part, et de propriétés mécaniques élevées, d’autre part, permet de concevoir des bâtiments légers, en filigrane.
    On peut obtenir des sections laminées et soudées au laser dans pratiquement toutes les dimensions.
    L’acier inoxydable austénitique est un choix courant pour les façades vitrées et autres structures secondaires.
    Les nuances duplex (austéno-ferritiques) sont aussi utilisées dans des structures lourdes telles que des passerelles en milieu côtier.

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    Pont routier avec structure en acier inoxydable duplex 1.4362 (2304), Piove di Sacco, Italie. Photo : Industeel

    Escaliers et gardes-corps, mobilier urbain

    L’association de sa haute résistance mécanique et de son côté esthétique fait de l’acier inoxydable un matériau de choix pour les garde-corps, mains-courantes et le mobilier urbain. Les nuances austénitiques sont faciles à mettre en œuvre en atelier et donnent aussi de bons résultats lors du soudage et polissage sur chantier, permettant même des joints soudés invisibles.

    Applications intérieures

    Le revêtement inox des murs, plafonds et colonnes, mais aussi des portes et cages d’ascenseur permet des variations quasi infinies. Les aciers inoxydables ferritiques représentent une option particulièrement économique pour des intérieurs. Les finitions standard comprennent des surfaces polies, des structures gravées par cylindres spéciaux et des surfaces recuits brillants, définies dans la norme EN 10088-4. Des conceptions sur mesure, conformes aux spécifications des architectes, peuvent être réalisées.

    On peut imaginer pratiquement n’importe quelle combinaison de finition, de formage, voire de coloration. L’acier inoxydable se marie bien avec d’autres matériaux tels que le verre, le bois ou la pierre.

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    Association d’inox, acier peint, verre et bois au Palais de Justice, Anvers.

    Bardage extérieur

    Parmi les avantages de l’acier inoxydable, on compte sa remarquable aptitude au formage. Les cassettes et autres éléments peuvent être faits avec des rayons de courbures extrêmement faibles (rayon de courbure = épaisseur de la tôle). On peut créer des formes sur mesure selon les spécifications des architectes.
    Une finition brillante réflechit la lumière et le rayonnement diminuant ainsi l’échauffement du batiment et, de ce fait, réduit le besoin en refroidissement
    L’inox coloré par procédé électrochimique est insensible au rayonnement UV. Etant donné que la coloration dépend uniquement de l’interférence de la lumière et non de colorants, la couleur ne s’estompera pas avec le temps.

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    Bardage extérieur en inox , technique de joint debout, à l’université de Liège.

    Toiture

    Il y a deux méthodes pour joindre la tôle de couverture. Le système à joint debout est essentiellement le même que celui utilisé pour d’autres métaux de couverture. Parallèlement à cette option classique, la tôle inox peut aussi être soudée - comme c’est le cas au Palais de Justice à Anvers. Le résultat est un joint entièrement étanche qui fera ses preuves, même dans les zones où l’eau stagne. L’acier inoxydable est la seule option métallique pour une toiture à zéro degré.

    La nuance d’acier inoxydable utilisée dépend de l’action corrosive de l’environnement. Des alliages contenant 17 % de chrome (nuances ferritiques) tels que l’acier 1.4509 (441), recouverts d’une couche supplémentaire d’étain, sont couramment utilisés dans des régions non polluées et non maritimes. La couche mate d’étain donne un aspect décoratif au matériau au fil de son vieillissement, sans pour autant diminuer la résistance intrinsèque à la corrosion du métal de base. Le revêtement facilite également le brasage. L’acier inoxydable étamé est dès lors prisé pour les systèmes d’évacuation des eaux pluviales et leurs accessoires.

    La nuance austénitique classique 1.4301 (304) a la réputation de répondre positivement dans une atmosphère urbaine normale.

    Des nuances telles que l’inox 1.4404 (316L) contiennent aussi du molybdène, élément d’alliage qui augmente la résistance à la corrosion de l’inox. Cette nuance est également appropriée à des conditions atmosphériques contenant des chlorures et du soufre.

    Les surfaces courantes comprennent une finition d’usine semi-réfléchissante 2B, gravée ou mate étamée.

    Une tôle de toiture typique ne fait que 0,4 mm ou 0,5 mm d’épaisseur et peut être facilement découpée et formée. Etant donné que le matériau conserve sa formabilité à basse température, les travaux de couverture peuvent également être effectués en hiver, même en période de gel.

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    Détail de la couverture en inox du Palais de Justice, Anvers ; technique de joint soudé en continu, nuance 1.4404 (316L).

    Brochures

    Entretien

    La conception au service d’un entretien facile

    Une bonne conception doit permettre de minimiser et faciliter le nettoyage ultérieur. La nuance d’acier inoxydable utilisée doit être choisie en fonction de la nature corrosive de l’environnement. Les finitions lisses permettent de réduire le nettoyage - dans le cas de finitions polies satinées, une rugosité de Ra ≤ 0,5 µm est généralement recommandée. Le sens du polissage doit être vertical, et non horizontal, afin de faciliter l’écoulement. Les finitions à motifs gravés constituent un excellent choix pour les zones d’affluence car les empreintes digitales y sont moins visibles et les petites bosses et rayures masquées.

    Par opposition aux idées reçues, il n’est pas nécessaire de protéger l’acier inoxydable des caprices du temps. Au contraire, un lavage régulier par la pluie permet de prévenir les dépôts. Il faut éviter les crevasses dans la construction et les zones en recul, là où les contaminants atmosphériques peuvent s’accumuler.

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    Façade avant et après le nettoyage. Photo : York Property

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    L'acier inoxydable en images