Analyse intégrée de technologies innovantes de fragmentation sélective des bétons en vue de leur recyclage dans l'industrie des granulats et l'industrie cimentière – COFRAGE

Le béton durci est un matériau composite dans lequel on distingue deux phases : la matrice (pâte de ciment durcie) et les granulats (gravillons et sable). La libération et le recyclage de ces constituants permet d'apporter une solution à i) la recherche de nouvelles sources d'approvisionnement en granulats imposée par l'épuisement des gisements naturels et les difficultés rencontrées pour ouvrir de nouvelles carrières et ii) la réduction des émissions de CO2 lors de l'élaboration du clinker en remplaçant dans le cru, une fraction du calcaire par une source de chaux non carbonatée. Des bilans matière et d'énergie préliminaires, réalisés au BRGM, montrent que d'excellents résultats, en termes de réductions d'émissions de CO2 et de gain énergétique, sont obtenus par recyclage des matrices cimentaires produites par tri des déchets de BTP. A l'heure actuelle, le recyclage des bétons est réalisé par concassage sélectif et tri granulométrique. Cependant, la consommation énergétique de ce procédé est très importante et le degré de libération insatisfaisant . En outre, aucun procédé ne permet actuellement de recycler la pâte de ciment durcie. Afin de diminuer significativement la consommation en ressources naturelles (réutilisation des granulats), les émissions de CO2 (réutilisation de la pâte de ciment durcie dans le procédé d'élaboration du clinker) et la consommation énergétique liée au recyclage des bétons, il apparaît nécessaire de développer des écotechnologies innovantes en rupture avec les pratiques industrielles actuelles de broyage. A travers un développement expérimental, le projet COFRAGE vise à étudier deux technologies de fragilisation et de fragmentation sélective des bétons afin d'améliorer la libération des phases qu'ils contiennent tout en minimisant la dépense énergétique associée. Il s'agit d'une part, d'une technique de fragmentation électro-hydraulique, impliquant l'application d'impulsions électriques de forte tension, (quelques kV par cm), au travers de blocs immergés dans l'eau. Cette technique permettrait de promouvoir une double valorisation des débris de béton : granulats recyclés et utilisation de la matrice cimentaire comme constituant des crus pour élaboration des clinkers Portland. Il s'agit d'autre part d'une technique d'endommagement utilisant l'énergie électromagnétique des microondes et leurs effets sélectifs d'échauffements internes des phases minérales de compositions différentes. Certaines phases minérales appartenant au groupe des matériaux diélectriques à fort pouvoir d'absorption des microondes, s'échauffent plus rapidement que d'autres minéraux appartenant aux groupes des matériaux isolants et conducteurs quand ils sont exposés quelques secondes à un champ de microondes, par exemple de fréquence 2 à 3 GHz, jusqu'à quelques dizaines de GHz. Les différences de température entre les phases minérales induisent des différences de dilatation et des contraintes mécaniques entre les minéraux qui fragilisent le matériau, contribuent à l'abaissement de l'énergie de comminution et favorisent une fragmentation sélective ultérieure dans un concasseur ou un broyeur. L'évaluation de ces deux techniques intégrera les aspects économiques (coût du traitement et du transport), les aspects technologiques liés aux contraintes physiques de traitement de ce matériau (définition des conditions opératoires des traitements, efficacité comparée de performances de libération en fonction des « types » de bétons) et aux contraintes de réutilisation des éléments triés (propreté des granulats, taux de carbonatation et humidité de la pâte cimentaire isolée), les aspects environnementaux (impacts évités liés à la non-utilisation des matières premières, CO2 émis ) et les aspects énergétiques liés aux différentes consommations de la filière de recyclage (consommation électrique et de carburant du procédé de recyclage, consommation de carburant pour le transport, consommation évitée liée à la réutilisation d'une pâte cimentaire non carbonatée comme constituant du cru dans l'élaboration du clinker).