Quels matériaux conviennent aux pylônes de transport d’électricité dans des environnements sévères ?

Alliages d’acier résistants à la corrosion pour applications côtières et industrielles des tours

Comment le brouillard salin et le SO accélèrent-ils la dégradation des tours

Lorsque de la brume saline se dépose sur les surfaces métalliques le long des côtes, elle déclenche une réaction chimique qui dégrade la couche protectrice recouvrant l’acier. Les ions chlorure présents dans l’air marin pénètrent effectivement cette couche d’oxyde, créant de minuscules piqûres qui affaiblissent progressivement les structures. La situation s’aggrave encore davantage à proximité des usines, où le dioxyde de soufre se mélange à l’eau de pluie pour former de l’acide sulfurique. Selon une étude publiée par NACE International dans son guide de 2023 sur la maîtrise de la corrosion atmosphérique, ces conditions peuvent accélérer le processus de rouille jusqu’à cinq fois par rapport aux zones bénéficiant d’une qualité de l’air normale. L’association de ces deux facteurs engendre des conditions extrêmement sévères pour l’acier au carbone classique. Les structures exposées à ce type d’environnement peuvent perdre plus d’un millimètre de matériau chaque année, ce qui signifie que le choix des matériaux ne repose plus uniquement sur leur durée de vie. Les préoccupations liées à la sécurité ainsi que les budgets d’entretien deviennent des considérations tout aussi importantes pour les ingénieurs travaillant sur des projets d’infrastructures côtières.

Acier résistant à la corrosion (ASTM A588) contre acier galvanisé à chaud : formation de la patine, durée de vie et compromis en matière d’entretien

L’acier résistant à la corrosion ASTM A588 tire ses propriétés protectrices d’un mélange de cuivre, de nickel et de chrome, qui favorise la formation d’une couche de rouille épaisse empêchant, en réalité, son propre développement progressif au fil du temps. Dans les zones éloignées des côtes, où les conditions permettent un séchage régulier, ce type d’acier peut durer plus de cinquante ans avec très peu ou pas d’entretien. Toutefois, dans les zones côtières, où le sel est constamment présent dans l’air, la situation change de façon assez spectaculaire. Les ions chlorure perturbent la formation de la couche protectrice et provoquent plutôt l’apparition de piqûres gênantes sous la pellicule superficielle. Cela rend ce matériau peu fiable pour la plupart des projets de construction côtiers, malgré ses caractéristiques de durabilité autrement remarquables.

Le procédé de galvanisation à chaud crée un revêtement de zinc qui s’unit à l’acier au niveau moléculaire. Ce revêtement agit comme une sorte de bouclier, se sacrifiant en se corrodant en premier lieu avant que l’acier sous-jacent ne soit endommagé. On observe des performances exceptionnelles de ce matériau dans les environnements très humides ou riches en sel atmosphérique, ce qui explique pourquoi de nombreuses structures côtières y font largement appel. La plupart des installations durent entre 30 et 50 ans, mais nécessitent généralement des retouches vers la 25e année. Le moment exact dépend de la sévérité réelle des conditions sur un site donné.

Pour les tours chevauchant les zones frontalières industrielles et côtières — où l’humidité fluctuante, le dépôt de sel et le dioxyde de soufre (SO) sont simultanés — la solution la plus résiliente implique souvent des systèmes hybrides : des éléments principaux galvanisés associés à des composants secondaires en acier corten, ou des revêtements duplex conçus pour résister à plusieurs menaces.

Composites en polymère renforcé de fibres (PRF) pour les installations de tours en milieux à forte humidité, chimiquement agressifs et électriquement sensibles

Résistance aux UV, à l’humidité et aux produits chimiques : pourquoi les tours en PRF excellent dans les corridors tropicaux et industriels

Les composites en polymère renforcé de fibres (PRF) associent des résines polymères résistantes à la corrosion (par exemple, vinylester ou époxy) à des fibres à haute résistance (verre ou carbone), offrant ainsi une immunité intrinsèque contre trois mécanismes dominants de dégradation dans les environnements tropicaux et industriels :

• Les rayons UV résistance aux UV : des matrices de résine stabilisées résistent à la scission photo-oxydative des chaînes polymères, éliminant le blanchiment superficiel et le délaminage observés sur les polymères non protégés sous l’ensoleillement équatorial.
• Absorption d'humidité : Avec des taux d’absorption d’eau inférieurs à 0,2 %, les matériaux en PRF empêchent la dégradation hydrolytique, les chemins électrolytiques et l’écaillage dû aux cycles gel-dégel — un avantage critique dans les régions sujettes aux moussons ou côtières.
• Exposition aux produits chimiques : La composition non métallique garantit une résistance totale aux retombées chimiques acides (d’origine SO), alcalines et salines — éliminant ainsi le besoin de revêtements ou d’inhibiteurs.

Comparé aux revêtements en acier au carbone classiques, cet ensemble de matériaux dure de 3 à 5 fois plus longtemps dans ces environnements particulièrement humides où l’humidité stagne pendant toute la journée. Un autre avantage majeur ? Le fait que les composites renforcés de fibres (FRP) ne soient pas conducteurs d’électricité élimine tout risque de courant parasite circulant à travers eux ou d’étincelles électriques jaillissant à proximité de lignes électriques fonctionnant à des milliers de volts. Cela fait toute la différence pour les projets d’infrastructures situés à proximité de sous-stations ou le long des principaux corridors de transport d’électricité. Prenons les zones côtières exposées à l’air salin marin, les zones industrielles soumises à des émanations corrosives et les régions ensoleillées soumises à une exposition constante au soleil. Dans ces conditions extrêmes, les composites renforcés de fibres (FRP) se distinguent nettement par leur quasi-absence d’entretien requis, tandis que les composants métalliques s’usent progressivement avec le temps.

Alliages d’aluminium et systèmes de tours hybrides pour les régions arctiques, les zones de pergélisol et les climats extrêmement froids

Gestion des contraintes thermiques, du chargement par glace et de l’instabilité des fondations dans la conception des tours en région froide

Les tours de transmission subissent des contraintes mécaniques et thermiques sévères lorsqu'elles sont déployées dans des zones extrêmement froides, telles que la toundra arctique et les zones de pergélisol, où les températures descendent régulièrement bien en dessous de zéro degré Celsius. Les alliages d’aluminium tels que les alliages 6061-T6 et 7075-T73 sont particulièrement adaptés à ces conditions, car ils offrent plusieurs avantages par rapport aux matériaux traditionnels. Tout d’abord, l’aluminium se dilate nettement moins que l’acier lorsqu’il est chauffé — environ 23,6 micromètres par mètre et par degré Celsius, contre seulement 12 pour l’acier. En outre, il résiste naturellement à la corrosion causée par l’exposition à l’eau salée, pèse environ 60 % moins lourd que l’acier et conserve sa souplesse même à des températures inférieures à moins 40 degrés Celsius. L’ensemble de ces caractéristiques contribue conjointement à lutter contre des problèmes tels que la fatigue thermique, à réduire les contraintes exercées sur les fondations installées sur des sols instables, et à prévenir les ruptures brutales pouvant survenir lors de la chute de glace depuis les tours ou pendant des séismes.

Le rapport résistance/poids de l'aluminium permet de supporter une accumulation de glace épaisse jusqu'à 50 mm sur les côtés, sans nécessiter de renforts supplémentaires. Cela contribue à réduire à la fois les problèmes liés aux charges du vent et la quantité de matériaux requis pour la construction. Lorsqu'on examine les zones exposées à des vents puissants, l'association de l'aluminium avec des matériaux composites améliore effectivement la résistance des structures aux forces de torsion, tout en conservant leur capacité d'absorption d'énergie lorsque cela est nécessaire. Pour les fondations dans les climats froids, les ingénieurs exploitent la légèreté de l'aluminium afin de protéger le pergélisol contre les variations thermiques. Ils utilisent fréquemment des pieux hélicoïdaux peu profonds associés à des dispositifs de refroidissement spécifiques appelés thermosiphons. Ces installations assurent une bonne stabilité sans nécessiter de fouilles profondes ni de systèmes de refroidissement permanents. Des essais grandeur nature menés en Alaska et dans le nord du Canada ont montré que ces approches combinées permettent de réduire d'environ 40 % les besoins imprévus de maintenance par rapport aux tours classiques en acier. Une telle différence de performance revêt une importance capitale dans ces régions reculées, où l'acheminement des pièces détachées et du personnel constitue un défi majeur.

Cadre comparatif de sélection : adaptation du matériau des pylônes aux conditions environnementales sévères et aux exigences opérationnelles

La sélection des matériaux optimaux pour les pylônes de transmission exige de corréler les contraintes environnementales aux exigences fonctionnelles au moyen d’un cadre structuré et fondé sur des données probantes. Les installations côtières nécessitent une résistance éprouvée à la corrosion localisée induite par les chlorures et à la synergie entre ces derniers et les pluies acides ; les déploiements en zone arctique privilégient, quant à eux, la stabilité thermique, la capacité de charge sous glace et la ténacité à basse température — une divergence fondamentale qui souligne combien l’adéquation d’un matériau dépend spécifiquement de l’écosystème concerné.

Les ingénieurs évaluent les options selon quatre critères interdépendants :

• Résistance à la corrosion résistance à la corrosion : impérative dans les zones maritimes ou industrielles — l’acier au carbone se dégrade trois fois plus rapidement que l’acier à patine ASTM A588 dans les classes de corrosivité ISO 9223 C4/C5.
• Caractéristiques mécaniques performances mécaniques : résistance à la fatigue, rapport limite d’élasticité sur résistance à la traction et limites de déformation sous charge de glace définissent les marges de sécurité — notamment là où les sollicitations cycliques prédominent (par exemple, vents côtiers, chute de glace en zone arctique).
• Économie du cycle de vie les composites en PRF offrent une finition sans peinture et une durée de vie de 50 ans, mais entraînent des coûts initiaux environ 40 % plus élevés que ceux de l’acier galvanisé à chaud—justifiés uniquement lorsque les contraintes logistiques d’accès ou le risque d’arrêt prolongé augmentent les coûts d’exploitation (OPEX) à long terme.
• Faisabilité de la maintenance les sites éloignés ou dangereux privilégient des solutions « installées et oubliées » : les alliages d’aluminium et les composites en PRF réduisent nettement la fréquence des inspections et le risque d’intervention, par rapport aux systèmes revêtus ou galvanisés.

Rien ne fonctionne parfaitement partout et en toutes circonstances. L'acier inoxydable résiste bien aux environnements proches de l'eau salée, mais devient fragile lorsque les températures descendent en dessous de moins 30 degrés Celsius. Le plastique renforcé de fibres de verre ne présente pas ces problèmes de corrosion galvanique, bien qu’il nécessite un traitement spécial pour la protection contre les rayons UV et doive être formulé avec des retardateurs de flamme. Les ingénieurs avisés fondent leurs choix sur des classifications établies de sévérité environnementale, telles que les normes ISO 9223 ou IEC 60721-3-3, puis vérifient comment les matériaux se comportent réellement sur le terrain, plutôt que de se fier uniquement aux essais en laboratoire. Cette approche permet d’éviter la sous-spécification des projets dans des environnements hostiles, tout en évitant des dépenses inutiles dans les zones aux conditions plus clémentes. Ce que nous obtenons ainsi, ce sont des structures dont la sélection des matériaux correspond effectivement aux conditions réelles sur site, garantissant ainsi la durabilité, la sécurité et des coûts raisonnables sur toute la durée de vie, sans alourdir excessivement le budget.

Section FAQ

Quels matériaux conviennent le mieux à la construction de tours côtières ?

L'acier galvanisé à chaud est souvent privilégié pour les tours côtières en raison de ses excellentes performances dans les environnements très humides et salins.

Pourquoi les PRF sont-ils privilégiés dans les régions tropicales ?

Les composites en PRF se distinguent dans les régions tropicales grâce à leur résistance aux UV, à l'humidité et aux produits chimiques.

Quels avantages les alliages d'aluminium offrent-ils dans les climats froids ?

Les alliages d'aluminium tels que les 6061-T6 et 7075-T73 sont légers, résistent aux contraintes thermiques et à la corrosion, et offrent une grande souplesse en conditions extrêmes de froid.