La physique des matériaux au service des ciments environnementaux
Par Hela Bessaies-Bey, chercheuse en physicochimie des matériaux- Département MAST, Laboratoire CPDM
Notre société repose principalement sur l’utilisation du béton dans nos constructions. Il devient primordial de limiter ses impacts néfastes sur l’environnement. L’enjeu se situe au niveau de la fabrication du ciment qui est une source non négligeable de CO2. Le ciment est un liant qui, comme une colle, a pour fonction de solidariser les ingrédients du béton entre eux. Les chercheurs de l’Ifsttar veillent à ce que l’introduction de ciments à faibles impacts environnementaux ne détériorent pas les propriétés fondamentales du béton.
Des ciments à faibles impacts environnementaux
La production d’un ciment, à faibles impacts environnementaux, constitue un défi majeur pour notre société actuelle. Il peut être résolu, en partie, si la quantitié de clinker (composé principal du ciment) est diminuée dans le mélange. L’une des pistes les plus prometteuses est de le remplacer par de sous-produits provenant d’autres industries (laitier, fumée de silice, déchets de verre, déchets agricoles, etc.) ou par des ressources minérales naturelles (calcaire, argile, bauxite, etc.). Cet axe de recherche a fait l’objet de nombreuses publications scientifiques,i,ii et d’une évolution progressive des normes.
Pourtant des questions, relatives à l’effet de ces matériaux sur l'écoulement du béton, subsistent (principe de rhéologie). Elles se posent principalement sur la diversité des produits et les proportions à utiliser.iii Le comportement à l’état frais (avant prise du ciment) de ces nouveaux ciments a un impact important sur les étapes de mise en œuvre du béton (malaxage, pompage, coffrage, etc.). Les conséquences peuvent être considérables sur les propriétés d’usage du béton à l’état durci (résistance mécanique et durabilité).
Un comportement sous haute surveillance
L’écoulement d’une pâte de ciment (comportement rhéologiqueiv) est dicté par les propriét
és physiques des particules (distribution de taille, formes, surface spécifique, compacité, etc.), les interactions physico-chimiques entre particules et par l’encombrement du système (taux d’occupation du volume par des particules solides). Il est donc nécessaire de tenir compte de ces paramètres qui peuvent être modifiés lorsque le clinker est remplacé, même partiellement, par un autre produit.
Les travaux de recherche permettent ainsi d’identifier et de classifier les phénomènes physico-chimiques modifiés par l’intégration d’ajouts minéraux. Ces résultats contribuent au développement de nouvelles pistes pour contrôler le comportement, à l’état frais, de ces ciments alternatifs.
Des matériaux de plus en plus performants
Les propriétés physiques, définies par l’étude (forme, distribution de taille, compacité et surface spécifique), permettent aux producteurs des sous-produits industriels ou de ressources minérales naturelles d’améliorer les performances de leurs matériaux. En améliorant les procédés de broyage, de filtration ou de séparation des particules, il est possible de favoriser considérablement l’incorporation de leurs matériaux dans le ciment.
Ces travaux permettent d’optimiser le choix des nouveaux liants et la quantité à introduire pour obtenir un béton plus écologique. De nouvelles perspectives en faveur d’un béton vert.
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Pour aller plus loin ...
i M. C.G. Juenger, R. Siddique, Recent advances in understanding the role of supplementary cementitious materials in concrete, Cement and Concrete Research 78 (2015) 71–80
ii B.Lothenbach,, K. Scrivener , R.D. Hooton, Supplementary cementitious materials, Cement and Concrete Research 41 (2011) 1244–1256
iii R.J. Flatt, N. Roussel, C.R. Cheeseman, Concrete: An eco material that needs to be improved, Journal of the European Ceramic Society, 32 (2012) 2787-2798
iv N. Roussel, A. Lemaitre, R.J. Flatt, P. Coussot, Steady state flow of cement suspensions: A micromechanical state of the art, Cem. Concr. Res. 40 (2010) 77–84.
