Explorer la piste des granulats

Dossiers thématiques février 2013 InnovationMatériaux et structuresÉcologie

Par Jean-Michel Torrenti, Directeur du Département MAST

MAJ le 05/11/2018,

 

Les granulats constituent la partie la plus importante d’un béton : environ les 2/3 de la masse. Or, la demande en granulats est très forte dans les agglomérations. Pour exemple, Paris et la petite couronne consomment annuellement 13 millions de tonnes de granulats (source livre blanc UNPG) et ce besoin va augmenter dans les prochaines années. En effet,  avec les projets du Grand Paris : on estime que la demande augmentera de 5 millions de tonnes (source DRIEE d’île-de-France). Ceci alors que la région Île-de-France a un problème de ressource et est déjà importatrice de près de la moitié des granulats qu’elle consomme. Les bétons représentent 42 % de la consommation totale. Ainsi, économiser les granulats pour faire du béton est donc un enjeu dans les années à venir. Nous évoquons ici quelques pistes de recherche de l’Ifsttar pour y parvenir.

 

Le recyclage des bétons dans les bétons

Alors que la demande en granulats est de plus en plus forte, le volume de déchets générés par la déconstruction augmente et va devenir très important dans les futures années. Les matériaux cimentaires représentent environ le tiers de ces déchets mais ils sont très peu utilisés pour refaire des bétons. Or, le coût environnemental de ces déchets augmente et justifie donc les recherches entreprises pour démontrer que la valorisation de ces matériaux réduit leur impact environnemental. C'est pourquoi, dès 2008, l'Ifsttar a lancé une recherche en partenariat avec la profession en vue d'optimiser la formulation des bétons avec des granulats recyclés (Plus d’infos sur la thèse de Duc-Tung Dao dans le N°22 de la revue Routes). Cette action se prolonge depuis 2012 notamment dans le cadre du projet national RECYBETON (RECYclage complet des BETONs - www.pnrecybeton.fr). L’objectif de ce projet, qui regroupe des industriels et des centres de recherche dont l’Ifsttar, est d’accroitre la réutilisation des matériaux issus des bétons déconstruits comme constituants des nouveaux bétons.
Adossé au projet national Recybéton, ECOREB (ECOconstruction par le REcyclage du Béton) est un projet ANR complémentaire qui, se fondant sur l’existant pour les bétons traditionnels, permet le développement de nouveaux outils. Il s’agira de quantifier la demande en eau des granulats recyclés de béton et de caractériser la qualité des interfaces pâtes-granulats. Le projet vise, également, à fournir un outil de prédiction des résistances des bétons recyclés et plus particulièrement de leur comportement sous sollicitations endogènes (retrait, chaleur d’hydratation, etc.) et sous sollicitations externes (charges mécanique, neige, etc.).
On citera aussi le projet ANR Crac (Carbonated Recycled Aggregates for Concrete), qui s’est intéressé au piégeage de CO2 par les granulats de bétons recyclés et le projet national FastCarb qui étudie la recarbonatation accélérée des granulats recyclés de béton. Ce traitement permet d’améliorer les caractéristiques physiques et mécaniques de ces granulats et d’optimiser le bilan CO2 des bétons. L’ensemble de ces recherches doit valoriser le recyclage des bétons et ainsi, préserver la ressource naturelle en granulats.

 

Contacts : Bogdan Cazacliu (process), Thierry Sedran (formulation), Assia Tegguer (ECOREB)

 

 

L’utilisation de granulats d’excavation : le cas du tunnel LTF (Lyon Tunnel Ferroviaire)

La future liaison ferroviaire entre Lyon et Turin, dont le promoteur est la société LTF, comportera deux tunnels (de longueur cumulée 65 km) dont le creusement générera 18,8 millions de m³ de déblais. Dans le cadre d’une démarche de développement durable,  près d’un quart de ces déblais doit être valorisé en granulats pour le revêtement en béton des tunnels. Cette solution permet, outre son intérêt économique, d’éviter l’excavation de nouvelles carrières et de limiter les transports de déblais et de granulats par route.
Toutefois, ces matériaux d’excavation contiennent une quantité de sulfates 10 à 20 fois supérieure à celle préconisée par les normes actuelles ce qui peut générer une détérioration du béton par formation de produits expansifs tels que l’ettringite ou la thaumasite1. Dans cette optique, le département Matériaux et Structures de l’Ifsttar participe à une recherche partenariale avec LTF, les sociétés cimentières HOLCIM et VICAT et le LERM. L’objectif est d’acquérir des connaissances sur le comportement des sulfates présents dans ces granulats et d’élaborer de nouvelles formulations de béton adaptées à ces granulats afin d’éviter tout problème de détérioration en fonction des conditions environnementales.
La valorisation des déblais du tunnel ne doit toutefois pas être réalisée au détriment des autres propriétés de mise en œuvre et de durabilité nécessaires à un tel ouvrage. Ainsi, cette recherche sera complétée par une démarche performantielle globale et prédictive de la durabilité des formules de béton retenues sur la base des indicateurs de durabilité préconisés dans le guide de l’AFGC « Conception des bétons pour une durée de vie donnée des ouvrages ».

 

Contact : Loic Divet

 

Les matériaux bio-sourcés

Afin de réduire l’impact environnemental, lié à l'utilisation des matériaux de construction, et d'améliorer l’efficacité énergétique des bâtiments, des matériaux d’origine végétale doivent être privilégiés. Issus principalement de l’industrie agricole, des granulats végétaux sont enrobés par des liants minéraux à base de chaux pour former des matériaux isolants, appelés «bétons végétaux».

L'utilisation de ces matériaux permet d'améliorer le bilan écologique global du bâtiment et d'apporter de propriétés multiples, comme les performances thermiques, acoustiques et de la légèreté à la construction. Pendant toute leur durée de vie, ils contribuent également au stockage du CO2. Cependant, de nombreux blocages subsistent et limitent le développement de ce type d’écomatériau. Plus de connaissances sur le vieillissement de ces produits sont nécessaires, les premières constructions datant des années 1985-90.

C’est pourquoi, l’Ifsttar mène des travaux de recherche, sur la durabilité de ces matériaux. Ils concernent principalement l'évolution de leurs propriétés en fonction de leurs conditions d'utilisation.

Pendant deux ans, des éprouvettes de bétons de chanvre ont été soumises, en laboratoire, à plusieurs vieillissements accélérés. Leurs propriétés (mécaniques, thermiques et acoustiques, régulateur d'humidité) ont été caractérisées pendant cette période et reliées à leur composition chimique et leur microstructure. Ces nouvelles connaissances ont permis de montrer la stabilité des performances de ces bétons végétaux lorsqu'ils sont soumis à des environnements représentatifs de leurs conditions réelles d'utilisation.

 

Contact : Sandrine Marceau

 

 


1 L’ettringite et la thaumasite sont deux composés minéraux résultant de l’attaque de certaines phases du ciment hydraté par les sulfates. L’ettringite peut générer une expansion et la fissuration du béton. La thaumasite conduit à une perte des propriétés mécaniques du béton par consommation des silicates de calcium hydratés. Les conditions de formation de ces composés dépendent à la fois de la formulation du béton et des conditions environnementales.