Desalination, 29 (1979) 331-336 0 Elsevier Scientific Publishing Company. Amsterdanr - Printed in The NetbsrIands

STRUCIXJRES EN BETON POUR LES USINES DE DESSALEMENT

ANDRE BERNARD

CEA - CEN Saclay. B.P. 2.91 90. Gif SW Yvette (France)

ROGER LACROIX

SFP - Structures, 33, we du Semiwire, Centra 40f, 94616 Rungis Cedex (France)

(Received September 5,197s)

SUMMARY

Le programme d’&udes et d’essais de plusieurs am&es a 6ti effect& par . le groupement CEA-SGE-SOCEA sur f’utilisation du b&on pour la con- struction d’usines de dessalement.

Un prototype de 3 chambres en b&on de la taille de celles d’une usme multiflash de 30000 m&re cube par jour a 6ti r&li& et expkimenti zi des tempcitratures allant jusqu’A 120* centigrade.

Des etudes physicochimique ont pennis de d4fini.r la gamme de betons utilisabfes.

L’expCrimentation du prototype a mont& I’excellent comportement du beton. Les quaiitis de r&stance 8 la corrosion du mat&au ont et& prouv&es et les commodites d’exploitation qui en r&ultent pour des usines de dessale- ment font du beton un matkiau parfaitement adapt4 i la construction, des chambres d%vaporation des grandes unit&.

GENERALI’I’ES

Le dessalement de I’eau de mer par le pro&d6 FLASH exige la coustruc- tion de nombreuses chambres, dispos&es en s&ie, et dans IesqueHes s’effectu- ent les circulations de I’eau et de la vapeur & des temp&atures variables de I’ambiice jusqu’a 13O”C, et des pressions absolues soit, inf&ieures a la pression atmospherique, soit superieures, ia variation i5tant de 0,03 5 3 bars.

Les usines actuelles sent conCues avec des cellules 5 parois m&ailiques, et I’acier convient en effet; pour des installations de petite ou moyenne capacifk

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Mais, pour des unit& de fort debit, soit par exemple supkieur Z% 50000 m3/jour, tout donne g penser que la substitution du b&ton i l’acier pnkente de nombreux avantages : - A fonction m&canique Bgale, de facor, g&kale, le beton est mains cher que l’acier, et son emploi doit conduire 5 une construction Qconomique. - Moyennant des p&cautions convenables, le b&ton prkente une excellente durabiliti, et ne n&essite aucun entretien, mGme dans #les conditions d’agressivite extremement &v&es qui r&nent 1 l’intikieur des chambres ; il en r&ulte une konomie importante sur le co% d’exploitation, en mi?me temps qu’un meilleur amortissement de l’uaine. - Les chambres &tant pour la plupart soumises B des dhpressions intemes, leurs par& sont comprimkes par la pression atmospherique ; alors que les parois mCtalliques exigent, pour leur tenue au voilement des raidisseurs cofiteux et compliques, les parois en b&on, de plus forte Gpaisseur, rkiient naturellement 2 ces sollicitations. - Le b&ton prkente une conductivitk thermique plus faible que l’acier, et une inertie thermique plus grande. Ces caractkistiques sont toutes deux favorables pour l’exploitation de l’unit& : les chambres en b&ton ont un meilleur rendement kerg&tique que les chambres mCtalliques. - Enfin, le*

san+ t%on est un mat&au form4 de composants courants, faciles i

obtenir dGpenses en devises 6trangkes; cette caractkiatique est impor- tar&e pour les pays en voie de d&elopement oii l’on peut a.i&ment trouver des granulates, du ciment, et des armatures, alors que l’acier nkessaire pour les parois m&lliques devrait iXre import& - Dam le but de prouver le bon comportement du b&ton en atmosphke agressive, et de rechercher sa composition optimale, des essais sydmatiques ont BtB entrepris il y a plus de dix ans par un groupement form6 par le Commissariat & 1’Energie Atomique, le Centre de Recherche de Pont-& Mousson, as.soci&! 5 SOCEA, et la Soci&ti G&r&ale d’Entreprises. Le but de la prksente communication est d’exposer briikement les rkultats de ces essais.

ESSAIS DE CORROSION

Le comportement du b&on h l’eau de mer est bien connu, et il a fait l’objet d’une littkature abondante ; en revanche, la tenue du b&on i l’eau de mer et & l’eau d~min&ali&e 1 haute tempkature n’avait jamais &! &udiee 1 notm connaissance, et i.I fallait done entreprendre une Qtude systkmatique des diffkents par-am&es. Ceux-ci Qtaient en assez grand nombre: la nature du ciment, le dosage minimal de celui-ci, la nature des agr&gat.s, et leur grarmlom&-ie, le emploi kventuel d’un adjuvant: plastifiant, entraineur d’air, produit d’impregnation, I’utilit4 de l’application d’un reviXement d’Qtanch&ti$ et sa nature.

Les essais corrcspondants se sont dCroul& au Centre de Recherche de Pont-&Mousson, de 1968 a 1972, en miZme temps qu’au Commissariat i

STRUCTURES EN BETON POUR LES USINES DE LlESSALEMEiNT 333

1’Energie Atomique. Ils ont portG sur un nombre &levi! d%prouv&tes, soumises zi dif%rentes conditions d’environnement, en meme temps qu’& des contraintes m&aniques. Ils ont permis d’aboutir i des conclusions &&me- ment intkessautes, qui nous dounent aujourd’hui le moyen de nhliser ii coup siir des ouvrages durables.

Parmi les prineipaux r&ultats, nous noterons seulement les suivants: - Les comportements du cimen$ de laitier et du ciment CHF, et, i un de moindre, du ciment CLK, sont meiheurs que ceux du ciment CPA, malgrG leur pIus faible r&Wa.nce mkanique; - II est utile d’employer un fluidifiant, alors que les enttineurs d’air sont p1uGt & d&cm&her; - Les car&&istiques essentiehes i rechercher pour un bon revstement sont l’adhkence au b&on, et la r&istance au vieillissexnent; certains prod&s donnent toute satisfaction z% cet Qgard; -- Le dosage en ciment doit Stre i?lev& cependant, une partie du ciment peut i%re remplacCe par un ajout; - Certains granulats, cakaires ou basaltiques, sont i proscrire, car ils sont tr&s sujets B la corrosion.

DESCRIPTlON DU PROTOTYPE EXPERIMENTAL

Au vu des r&uhats encourageants des essais de corrosion d’~prouvet~s, it fut decide de construire un pilote, et de la faire fonctionner B l’image d’une unit& &elle, sous difff%ntes pressions, avec une saumure h tempkatures variables, de 40* si 120°.

Le prototype, r&lise a TOULON, est un caisson en beton pnkontraint en fonne de paralEl&pipGde rectangle. Il est compos6 de trois chambres d’eva- poration identiques alignGes, de 6 m de largeur, 3,50 m de hauteur, et 4 m de longueur chacune; I’ensemble permet le t~tement d’un debit de saumure de 250 m3/h environ.

Afin d%viter la fksuration par flexion, les parois etaient pr&ontraintes, au moyen de ctbles B fits parallbles de 7 mm de diametre; les Gpaisseurs des parois sont de 0,4il m_

L’ensemble du caisson repose sur sa fondation par l’internkli~e de plots &stiques et de nitoprke, de fac;on i permettre le libre jeu de la dilatation thermique.

La partie extirieure du caisson est soigneusement calorifugee, a&~ de r&kire autant que possible le gradient thermique dans Ie b%on ; I’isolant thermique, constituQ par de la laine de verre, est protege des intemp&ies par un bardage en tble gakmis~e.

Pour permettre de suivre l%volution dans le temps et aux differentes tempkatures, deux blocs tgmoins de 0,4 x 0,4 x 1,s m ont 6% caulk pendant le betonnage des murs; l’un a i3ti place dans une chambre, afiu d’Gtre soumis aux conditions intemes de cek-ci, tandis que Pa&e G&it s~plement dispose i l’extirieur.

A. BERNARD AND R. LACROIX

L CWPE LCNGITUDINALE _

I

0 m I

Ir sortie . sdumure

canlveau moyen debit

- COUPE TRANSVERSALE _

I 6.40 1 T

entree * saumure

‘homme

gros dgbit

Fig. 1. Dessalement de I’eau de mer: prototype experimental avec chambres en beton

SMWCTURES EN BS’i’ON POUR LES USINES DE DESSALJZMENT 335

La saumurecircuIait~~grosd~b~dansde~caniveauxla~~~B l’intkieur des chambres,etBfaibled&bits~laptie centrateduradier.

De msme, une circulation d’eau distillee 6tait pr&ue i la partie supkieure des chambres.

Les materiaux constitutifs du b&on des chambres, ainsi que son dosage, avaient BtG choisis d’aprk Ies r&uitats des essais mentionn& ci-dessus.

La co~~ction du caisson s’est d&o&e en trois i quatre mois, de fkrier i mai 1973,

Le caisson etait appareille par les instruments de mesure suivauts: 61 jauges de d&formation, r&parties sur les diffkentes parois,

5 diIatometres, disposes dans Ies 3 dimensions, 3 tales dynamom&iques destinies $ v&ifier la force des &bIes de p&-

contrainte, 12 capteurs d’humidit&, dont 6 act& et 6 en &serve, 12 sondes de temp&ature, dont 6 actives et 6 en r&serve.

DEROULEMENT ET RESULTATS DES ESSAIS

Aprk ,une s&ie d’essais pr&minaires, de septembre B novembre 1973, Ies essais prihcipaux ont ktk me&s de novembre 1973 i juin 1976.

Ces essais ont consist& en cycles de temp&ature, celle-ci &ant maintenue constante pendant une du&e de trois B quake semaines, et les pahers s’etageant de 40°C 1 lZO°C.

Pendant tout le programme des es&s, le comporkment du beton fut trki satisfaisant: pas de traces de rouille, pas de corrosion ni d’krosion, pas de fissures apparentes. L’expe’rience a done d8montre l’excellente tenue du b&on i l’action des saumures, des eaux d&nin&ahdes, et de la vapeur d’eau B haute tempkature.

Sur le plan quantitatif, les dGpouiUements des mesures ont permis d’avoir des r&ultats tr&s utiies sur le fluage du b&on, la relaxation des aciers de p&ontrainte, et d’autres caracttres physiques de ces deux matkiaux.

A l’issue des essais, la wkification de l’&at des aciers passifs (armatures non tendues) a 8tG d&id&e, en vue d’examiner la possibiliti d’utiliser le bkton partiellement pr&zontmint, et d’aboutir ainsi B une konomie. En dkembre 1976, une surface de 40 x 40 cm de la paroi d’une cbambre fut ci&gamie du c8ti inteme, de faGon i degager les aciers. Aucune trace d’oxy- dation particnli~re n’a pu i%re dCcelCe.

CONCLUSION

L’int&Gt principal de la campaigne d’essais r&&&e sur une dur& de huit ans a ?i?t6 de vkifier la validit& de l’emploi du b&on pour la rklisation de chambres de dessalement dont les parois Ctaient soumises h des conditions particulikement s&&es.

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La con&n&ion du pilote lui-m2?me a 4t& conduite sans soG&s exception- nels, si bien que le b&on co~e~ond~t r&3%& tout & fait la mise en oeuvre habitue& sur chantier, pluti4t que c&e d’un labor&&e.

L’exp&imentation s’avke done tout 2 fait probante, et permet de penser que le b6ton p&ontraint eonstitue un mat&au de choix pow les r&ervc$rs devanf sat&faire, en milieu ages&f, des conditions d’&mch&it& et de dura- bifiti.