Les caractéristiques de l’acier pour le béton précontraint

Bruno Caillard

Composantes de l’acier

L’acier est un alliage de fer et de carbone dont la teneur en carbone est comprise entre 0,12% à 2%.
Le fer : c’est un métal composé ferreux contenant moins de 0,12% de carbone. On ne trouve pas le fer à l’état natif, on trouve des gangues et les principaux minerais sont :

  • Fe_{3}O_{4} : Oxyde magnétique
  • Fe_{2}O_{3} : Oxyde ferrique
  • 2Fe_{2}O_{3}, 3H2O
  • FeS_{2} : Pyrite de fer

La fonte : les fontes sont des alliages Fer + carbone dont la teneur en carbone est supérieure à 2% et inférieur à 5%.

Les principales étapes de l’obtention de l’acier

Ce sont :

  • Préparation des matières premières,
  • Élaboration de la fonte,
  • Élaboration de l’acier.

Préparation des matières premières

Les minerais après leur extraction sont traités afin que leur réduction dans le haut fourneau soit facilité, pour cela les minerais sont broyés et mélangés à du coke (combustible qui à haute température ne donne pas de cendre) pour être ensuite envoyé dans le haut fourneau où le combustible est allumé.


Élaboration de la fonte

La fonte est élaborée dans un four à cuve généralement de grandes dimensions appelées haut-fourneau. La forme de ce haut-fourneau est étudiée pour offrir des conditions optimales aux réactions chimiques.

Le haut-fourneau est chargé de minerais et du coke et on brûle. Dans le haut-fourneau, tous les oxydes de fer sont réduits d’abord et donne du fer. Par l’intermédiaire du carbone à haute température, ce fer se carbure et à cause de l‘abaissement du point de fusion consécutif à son alliage avec le carbone il s’écoule dans le creuset. Les produits obtenus sont le laitier qui nage sur la fonte et la fonte qui contient généralement 94% de Fe. 2 à 5% de carbone et le reste c’est du silicium, manganèse et de très faible concentration de soufre et de phosphore. Ces autres composants chimiques à part le carbone sont à éliminer dans le mélangeur.

Schéma de la cuve de préparation de la fonte

Élaboration de l’acier

L’acier est élaboré à partir de la fonte provenant des haut-fourneau. Cette élaboration consiste essentiellement en une décarbonation de la fonte par oxydation des carbones mais après élimination des autres éléments. L’épuration de la fonte commence dans des grands réservoirs garnis de produits réfracteurs appelés mélangeurs. La fonte y est débarrassée des autres éléments tels que silicium, manganèse, soufre et phosphore (A titre d’exemple : le soufre est éliminé par addition de manganèse et la teneur en silicium est abaissée par addition de chaux vive).

Après le mélangeur, la fonte est envoyée dans le four appelé convertisseur qui varie suivant la nature de la fonte et de la qualité de l’acier que l’on désire obtenir. On choisit divers procédés tels Bessemer (revêtement siliceux), procédé Thomas (revêtement de dolomie) ou procédé Martin. Dans les procédés Bessemer et Thomas, on fait traverser la masse liquide de fonte par un courant d’air.


Procédé Martin

On mélange la fonte avec de l’oxyde magnétique sous forme de minéraux de ferrailles. La chaleur est fournie par la combustion du gaz. L’élaboration se fait par l’intermédiaire du laitier. Ce laitier fixe l’oxygène de l’atmosphère du four, il cède cet oxygène par sa surface inférieure, lorsque la température est suffisante le carbone s’élimine et le minerai de ferraille accélère cette décarburation. On obtient ainsi l’acier.

Aciers pour armatures de béton précontraint

Le béton précontraint est un béton fortement comprimé par son armature métallique qu’on a tendue avant la coulée puis relâchée après le séchage. Lorsque les pièces fléchissent par suite des charges qui leur sont appliquées, cette compression préalable évite que le béton ne travaille à la traction.

Schéma mise en oeuvre armature précontrainte

Les armatures dans les constructions en béton précontraint sont en acier à haute résistance pour qu’il subsiste une force de compression sur le béton malgré les diminutions de tension due au retrait et fluage de béton, ensuite le fluage et la relaxation de l’acier font que l’armature doit supporter une force de traction initiale très élevée.

Les caractéristiques principales des armatures précontraintes :

  • Très haute résistance,
  • Absence de défaut telle existence des vides,
  • Adhérence au béton,
  • KCU élevé.
Caractères Classes
I II
T [Kgf/mm_{2}] 128 à 125 145 à 133
R [Kgf/mm_{2}] 143 à 140 163 à 148
A [%] 3 3
\rho [%] 2 à 10% 2 à 10%
  • T : limite convenance d’élasticité
  • R : Résistance à la rupture
  • A : Allongement surcharge maximum
  • \rho : Relaxation isotherme

Types d’aciers pour béton précontraints

Les armatures de précontraintes peuvent être des :

  • Fils d’aciers ronds et lisses,
  • Barres d’aciers,
  • Les torons,
  • Les câbles toronnés,
  • Systèmes spéciaux, etc.


Avec :

  • Torons : assemblage de fils repartis en une seule couche éventuellement autour d’un fil central.
  • Câbles toronnés : assemblage de fils répartis en plusieurs couches.