Attaques chimique et biologique des effluents agricoles et agroalimentaires sur les matériaux cimentaires

Chemical and biological attacks of agricultural and agrofood effluents on cementitious materials

¹ Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions, Complexe Scientifique de Rangueil, 31077 Toulouse Cedex 4, France
² Laboratoire Biotechnologie et Bioprocédés, Complexe Scientifique de Rangueil, 31077 Toulouse Cedex 4, France
³ Centre de Recherche sur les Infrastructures en Béton, Université Laval, Québec, Canada G1K 7P4 (Qc)

Auteur de correspondance : Alexandra.Bertron@insa-toulouse.fr

Reçu : 3 Février 2006
Accepté : 8 Février 2006

Résumé

Les effluents d’élevage ou de l’industrie agroalimentaire, tels que les lisiers, les jus d’ensilage ou les lactosérums, sont des milieux très agressifs pour les ouvrages agricoles en béton. En effet, ces effluents contiennent des bactéries et des acides organiques, deux agents potentiellement agressifs pour la matrice cimentaire. Les objectifs de cet article sont de caractériser les attaques associées à chacun des vecteurs agressifs et de déduire les paramètres de composition des liants favorisant leur durabilité en milieu agricole et agroalimentaire. Des éprouvettes de pâte de ciment ont été immergées dans trois types de solutions : un mélange d’acides organiques, afin d’analyser l’attaque associée à la partie acide des effluents, un lisier et un lactosérum de façon à analyser, pour ces effluents aux pH sensiblement différents, l’effet spécifique des bactéries dans la dégradation. Les modifications chimiques et minéralogiques ont été explorées par des analyses par microsonde électronique et diffraction des rayons X, associées à des observations au microscope électronique à balayage. Les résultats montrent que l’attaque associée à la partie acide des effluents se traduit par une décalcification quasi-totale de la matrice cimentaire, la zone dégradée étant constituée d’un squelette silicoalumineux quasi-amorphe. L’influence de la présence des bactéries sur les modes de dégradation et sur les cinétiques d’altération dépend grandement du pH de l’effluent.

Abstract

Breeding and agrofood effluents, such as liquid manure, silage effluents or lactoserum, are very aggressive environments for agricultural infrastructure made of concrete. Indeed, these effluents contain two types of aggressive vectors: some identified bacteria and several organic acids. This research aims to analyze the mechanisms of chemical and biological attacks on concrete immersed in these effluents. The results are used to identify the compositional parameters of cements that influence their durability in agricultural and agrofood environments. Cement paste specimens were immersed in three types of aggressive solutions. First, a mixture of five organic acids found in liquid manure was used in order to analyse the attack linked with the acidic part of the effluents. Then, two real effluents, liquid manure and lactoserum, were used in order to analyse the specific effect of the bacteria in the alteration. These effluents are characterized by two different ranges of pH. Chemical and mineralogical modifications were explored by electron microprobe, X-ray diffraction analyses, and scanning electron microscopy observations. The degradation of the matrix occurs by almost total decalcification and the probable formation of a silica gel. The influence of the presence of the bacteria on the alteration mechanisms and kinetics greatly depends on the pH of the effluents.