Pourquoi les panneaux d’oxyde de magnésium (panneaux MgO) ne conviennent pas aux tunnels
Les panneaux d’oxyde de magnésium, communément appelés panneaux MgO, ont gagné en popularité dans le secteur de la construction en raison de leurs propriétés ignifuges, de leur légèreté et de leur facilité d’installation. Ces produits de revêtement fabriqués en usine, souvent renforcés par un treillis en fibre de verre, sont généralement composés d’oxyde de magnésium (MgO) et de chlorure de magnésium (MgCl₂), formant un liant connu sous le nom de ciment d’oxychlorure de magnésium ou ciment Sorel. Bien qu’ils aient été utilisés dans des applications générales de construction, telles que les murs intérieurs ou les façades, des recherches et des directives récentes mettent en évidence des inconvénients importants qui les rendent inadaptés aux environnements de tunnels. S’appuyant sur des études relatives aux dommages causés par l’humidité dans les bâtiments et sur des recommandations spécifiques en matière de protection contre les incendies dans les tunnels routiers, cet article explore les raisons pour lesquelles les panneaux MgO doivent être évités dans les tunnels.
Cet article a été rédigé à titre de mise en garde à l’intention des ingénieurs et des exploitants de tunnels qui envisagent d’utiliser ce type de produits dans leurs structures. Les informations qu’il contient sont basées sur les avis des communautés professionnelles et les documents cités ci-dessous.
Si vous souhaitez tout de même envisager l’utilisation de panneaux ignifuges en MgO pour les tunnels, effectuez un test simple : procurez-vous un échantillon du produit non revêtu/non traité et placez-le dans un récipient rempli d’eau. Observez par vous-même combien de temps il tiendra.
Panneaux en MgO – Risques d’absorption d’humidité et de corrosion dans les environnements humides
L’une des principales préoccupations liées aux panneaux d’oxyde de magnésium est leur propension à absorber l’humidité de l’air, en particulier dans des conditions de forte humidité. Une étude menée par des chercheurs de l’Université technique du Danemark, publiée dans les actes de la conférence internationale RILEM sur les matériaux, les systèmes et les structures en génie civil 2016, a documenté des dommages importants causés par l’humidité dans des bâtiments danois neufs et rénovés où des panneaux MgO étaient utilisés comme revêtement dans des façades ventilées. Au cours de l’hiver 2014/2015, ces panneaux ont commencé à montrer des signes de détérioration, notamment la formation de gouttes d’eau à leur surface, souvent décrites comme des « larmes », qui contenaient des concentrations élevées d’ions chlorure solubles.
Le mécanisme à l’origine de ce problème est lié à la composition des panneaux. Les panneaux de MgO absorbent l’humidité ambiante lorsque le taux d’humidité relative (HR) atteint 90 à 100 %, ce qui entraîne le lessivage des ions chlorure du liant à base d’oxychlorure de magnésium. Ces gouttelettes salées ne coulent pas seulement le long des panneaux, mais s’égouttent également sur les structures adjacentes, provoquant la corrosion des fixations métalliques, des ancrages et d’autres composants. Dans les cas danois, les fixations métalliques se sont fortement corrodées en quelques années seulement, et une moisissure s’est développée sur les éléments voisins, tels que l’isolation et les structures en bois. L’étude comprenait également des recherches sur les propriétés d’absorption et de désorption de l’humidité des panneaux, confirmant qu’ils libèrent des quantités importantes d’eau chargée de chlorure, ce qui aggrave les dommages dans les espaces clos ou semi-clos.
De par leur nature, les tunnels sont sujets à une humidité élevée en raison d’une ventilation limitée, d’infiltrations d’eau souterraine et de condensation. Les notes d’orientation sur la conception des structures et des bâtiments des tunnels routiers, publiées par le département des autoroutes de Hong Kong en mars 2023, soulignent la nécessité d’utiliser des matériaux durables dans de tels environnements, en précisant que la conception des tunnels doit tenir compte d’une exposition prolongée à l’humidité. Dans un tunnel, les problèmes d’absorption d’humidité observés sur les façades des bâtiments seraient amplifiés. Le lessivage du chlorure des panneaux d’oxyde de magnésium pourrait corroder les renforts en acier, les ventilateurs à jet, les chemins de câbles et les ancrages, entraînant une défaillance prématurée de la structure et une augmentation des coûts d’entretien. Contrairement aux façades à l’air libre, les tunnels sont des espaces confinés où l’accumulation d’humidité est plus difficile à atténuer, ce qui peut transformer des fuites mineures en une dégradation généralisée.
Le CWCT au Royaume-Uni a également publié plusieurs notes techniques sur le sujet des panneaux d’oxyde de magnésium :
Problèmes de sécurité incendie et dégagement de gaz toxiques
Au-delà des problèmes d’humidité, les panneaux MgO présentent des risques sérieux en cas d’incendie, ce qui est un facteur critique pour les tunnels. Le groupe de travail 6 sur la maintenance et la réparation de l’International Tunnelling and Underground Space Association (ITA), dans son rapport de 2017 sur la protection structurelle contre les incendies dans les tunnels routiers, classe explicitement les matériaux à base d’oxychlorure de magnésium comme non adaptés à la protection contre les incendies dans les tunnels. Ces panneaux, souvent commercialisés sous le nom de « magnésium renforcé de fibres » ou « oxyde de magnésium avec silicates et additifs », contiennent des chlorures qui présentent des risques techniques et pour la sécurité des personnes.
En cas d’incendie, les panneaux de MgO peuvent libérer du gaz chlorhydrique (HCl), une substance hautement toxique et corrosive. Ce gaz détériore non seulement l’environnement viable à l’intérieur du tunnel, le rendant dangereux pour les évacués et les sauveteurs, mais accélère également la corrosion des composants métalliques environnants. Le rapport de l’ITA souligne que l’exposition à des températures élevées provoque la dégradation des panneaux, libérant du HCl qui pourrait nuire à la visibilité, irriter les voies respiratoires et entraver les opérations d’urgence. Des recherches indépendantes citées dans le rapport, notamment des études menées en Australie, concluent que ces matériaux compromettent la durabilité et la sécurité des tunnels, en particulier dans des conditions d’humidité élevée où le lessivage des chlorures est déjà un problème.
Les tunnels sont des environnements à haut risque d’incendie en raison de la circulation des véhicules, des charges de carburant et des voies d’évacuation limitées. Les notes d’orientation de Hong Kong soulignent l’importance des périodes de résistance au feu (FRP) et des barrières thermiques capables de résister à des événements extrêmes sans compromettre l’intégrité structurelle. Les panneaux en oxyde de magnésium, bien que résistants au feu dans des environnements de construction contrôlés, ne répondent pas à ces exigences strictes dans les tunnels. Leur décomposition sous l’effet d’une chaleur intense pourrait aggraver la propagation du feu, libérer une fumée dense et produire des émanations toxiques, enfreignant ainsi les normes de sécurité des personnes définies par des organisations telles que le PIARC (Association mondiale de la route) et l’ITA.
Défis liés à l’entretien et à la durabilité dans les applications en tunnel
Les structures des tunnels exigent une longévité exceptionnelle, avec une durée de vie souvent supérieure à 100 ans, conformément aux notes d’orientation de Hong Kong. Les considérations relatives à l’entretien sont primordiales, notamment les dispositions relatives à l’accès pour l’inspection, à l’étanchéité et à la résistance aux facteurs de stress environnementaux. L’étude danoise a révélé que les panneaux de MgO causent non seulement des dommages directs dus à l’humidité, mais aussi des problèmes indirects tels que la formation de moisissures, qui peuvent se multiplier dans l’intérieur humide et mal éclairé d’un tunnel.
Dans les tunnels, où les inspections de routine sont difficiles et coûteuses, l’utilisation de panneaux d’oxyde de magnésium nécessiterait des interventions fréquentes pour remédier à la corrosion ou aux dégâts causés par l’eau. Le rapport de l’ITA avertit que le lessivage du chlorure a un impact négatif sur la durabilité à long terme, pouvant entraîner des réparations coûteuses, voire la fermeture des tunnels. Les matières organiques parfois présentes dans ces panneaux pourraient favoriser la croissance biologique, aggravant les problèmes d’hygiène et de structure.
La nature confinée des tunnels amplifie ces problèmes par rapport aux bâtiments. Par exemple, dans les façades ventilées, l’excès d’humidité peut s’évaporer ou s’écouler, mais dans les tunnels, il peut s’accumuler, entraînant une humidité persistante et une dégradation accélérée. Les directives de l’ITA et du département des autoroutes de Hong Kong préconisent l’utilisation de matériaux tels que les panneaux de silicate de calcium ou les sprays de vermiculite/ciment, qui offrent une meilleure résistance à l’humidité et au feu sans les inconvénients liés au chlorure.
Conclusion
Si les panneaux de MgO peuvent sembler attrayants en raison de leur rapport coût-efficacité et de leur résistance au feu dans la construction générale, les données issues d’applications réelles et les recommandations des experts démontrent clairement qu’ils ne sont pas adaptés aux tunnels. L’absorption d’humidité entraînant le lessivage du chlorure, la corrosion et la moisissure, le dégagement de HCl toxique en cas d’incendie et les coûts d’entretien à long terme en font un choix risqué dans ces projets d’infrastructure critiques. Les concepteurs et ingénieurs de tunnels devraient tenir compte des recommandations d’organismes tels que l’ITA et les autorités locales, et opter plutôt pour des matériaux éprouvés, sans chlorure, qui garantissent la sécurité, la durabilité et la fiabilité opérationnelle. En évitant les panneaux d’oxyde de magnésium, nous pouvons mieux protéger les vies et les investissements dans les réseaux de transport souterrains.
Sources :
Carsten Rodea*, Tommy Bunch-Nielsenb, Kurt Kielsgaard Hansena, Bent Grelk – Les panneaux d’oxyde de magnésium causent des dommages dus à l’humidité à l’intérieur des façades des nouveaux bâtiments danois
Stefanie Wøhler Nielsen, Carsten Rode,*, Tommy Bunch-Nielsen, Kurt Kielsgaard Hansen, Wolfgang Kunther et Bent Grelk – Propriétés des panneaux en oxyde de magnésium utilisés comme revêtement dans les murs extérieurs
CWCT – Note technique – L’utilisation des panneaux MgO dans l’enveloppe du bâtiment
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