VBD - Villes et Bâtiments Durables

Ecoconstruction par le Recyclage du Béton – ECOREB

ECO-construction par le REcyclage du Béton dans le béton

Les matériaux issus du recyclage des déchets de construction inertes représentent une source de matériaux importante et exploitable. La valorisation de l’intégralité des matériaux issus des bétons déconstruits, en tant que constituants pour la fabrication de nouveaux bétons, ouvre aujourd’hui de nouvelles perspectives environnementales, économiques et technologiques. Sa mise en œuvre nécessite préalablement de lever certains verrous scientifiques et techniques.

La valorisation des bétons de démolition dans le béton : les enjeux environnementaux et économiques

La gestion des déchets du BTP est un enjeu important pour le secteur de la construction car elle doit répondre aux exigences du développement durable et particulièrement à celle liée à l'impact environnemental. La réutilisation des matériaux recyclés de démolition/déconstruction permet de limiter l’extraction des matières premières et donc de participer à la préservation des gisements naturels des granulats dont l'exploitation est de plus en plus complexe et soumise à des contraintes réglementaires fortes. La valorisation des déchets de chantier permet également de limiter les impacts énergétiques et environnementaux liés au transport. Il s'agit par ailleurs d'un enjeu économique important car cette problématique est de plus en plus présente et évaluée dans les marchés. <br /> <br />Les professionnels de la construction, de plus en plus sensibles aux questions liées à la préservation de l’environnement, s’interrogent donc naturellement sur le devenir du béton lors de la fin de vie des constructions. En particulier, on constate que sur un total d'environ 300 millions de tonnes de déchets de chantier produits par an en France, seule une petite partie du béton qu'on y trouve est recyclée, principalement pour des travaux routiers. Pourtant, dans d'autres pays d'Europe, les granulats recyclés provenant de bétons de déconstruction concassés sont déjà utilisés dans la formulation de nouveaux bétons. <br />Le Projet ECOREB vise principalement à changer la tendance au niveau national en levant les verrous scientifiques liés à l'utilisation des granulats de béton concassé en tant que constituant de nouveaux bétons. Ce projet s'inscrit dans la problématique du projet national de recherche RECYBETON (le RECYclage complet des BETONs) dont l'objectif est de trouver une solution de valorisation à chaque mètre cube de béton déconstruit en tant que constituant direct ou indirect du béton.

Le projet ECOREB est structuré autour de trois axes de recherche : (i) eau et matériaux recyclés, (ii) comportement mécanique des bétons à base de granulats recyclés et (iii) leur durabilité.

L'objectif de l'axe «eau et matériaux recyclés« est de mettre au point des méthodologies permettant de quantifier l’impact des processus de saturation/désaturation des matériaux recyclés sur des caractéristiques du béton frais et durcissant : la rhéologie du béton frais et le délai de maniabilité, le comportement au retrait plastique et le risque de fissuration associé et l’évolution de la micro et méso-structure pendant le durcissement. Cette axe de recherche aboutira à des recommandations quant à la formulation de bétons à base de matériaux recyclés, recommandations quant à la cure du béton jeune et à la maitrise du retrait plastique et de la fissuration associée.

Concernant le comportement mécanique des bétons recyclés, les études antérieures ont montré que les modèles existants (Eurocode, codes ACI, CEB ou chinois) ne peuvent pas être appliqués aux bétons à granulats recyclés et que des écarts sont observés notamment pour des taux de substitutions de gravillons importants. L’objectif de cette axe est donc d’établir des modèles permettant d’établir les relations entre les grandeurs mécaniques. Il s’agit de développer un modèle macroscopique (élasto-viscoplastique endommageable) permettant de décrire le comportement des bétons recyclés sous chargements monotone, cyclique et différé en se basant sur une approche expérimentale couplée.

L’objectif de l'axe «durabilité« est d’évaluer l’influence des granulats issus du recyclage sur les performances de durabilité des bétons. Il s'agit d'étudier les paramètres contrôlant la corrosion des armatures (carbonatation et migration des ions chlorures), le dimensionnement des enrobages des bétons à base de granulats recyclés, leur résistance au gel/dégel, leurs indicateurs de durabilité et l'évolution de leur microstructure.

Résultats attendus :
- Proposition d’une méthodologie pour caractériser l’absorption dont l’état SSS des matériaux recyclés
- Recommandations quant à la formulation de béton à base de matériaux recyclés à rhéologie contrôlée et peu sensibles aux phénomènes de séchage
- Recommandations quant à la cure du béton jeune et à la maitrise du retrait plastique et de la fissuration associée
- Propositions de relations dans les Eurocodes
- Modèle de comportement implémenté dans un code de calcul des structures
- Outils pour estimer la durée de vie sous chargement statique
- Modèle de prédiction de la rupture par propagation brutale des fissures sous chargements monotones et/ou cycliques
- Comportement des bétons à base de granulats recyclés vis-à-vis de la carbonatation et de la migration des chlorures
- Calcul des indices de fiabilité pour les bétons incorporant des granulats recyclés et comparaison avec les valeurs obtenues avec les bétons traditionnels
- Analyse des évolutions éventuelles à apporter aux enrobages donnés dans les Eurocodes dans le cas des bétons à base de granulats recyclés
- Quantification du rôle des paramètres de la formulation du béton de granulats recyclés sur son aptitude à résister aux cycles répétés du gel-dégel
- Etude de l’influence des paramètres de la microstructure (porosité, répartition porométrique, perméabilité et interface granulats recyclés-matrice cimentaire) sur cette résistance
- Modèle de prévision du comportement thermo-hydro-mécanique du béton de granulats recyclés à basse température
- Quantification des indicateurs de durabilités des bétons recyclés / Analyse comparative avec les valeurs mesurées sur les bétons traditionnels
- Caractérisation de la microstructure des bétons à base de granulats recyclés
- Analyse des conséquences de la cure interne en termes de bénéfices éventuels sur la durabilité des bétons

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Dans un contexte où les programmes de démolition sont en forte croissance, notamment dans le cadre des grands projets d’aménagements urbains, le projet de recherche ECOREB (Ecoconstruction par le recyclage du béton) vise à répondre aux enjeux du recyclage des déchets de construction pour la ville durable de demain. Parmi ces déchets, actuellement seule une partie du béton issu de la déconstruction est recyclée, principalement pour des travaux routiers. La valorisation de l’intégralité de ces matériaux en tant que constituants pour la fabrication de bétons recyclés ouvre aujourd’hui de nouvelles perspectives environnementales, économiques et technologiques. Ces perspectives nécessitent de lever certains verrous scientifiques et technologiques.
L’enjeu principal du recyclage des déchets de chantiers est avant tout d’ordre environnemental ; la réutilisation des granulats recyclés de démolition/déconstruction permet de limiter l’extraction des matières premières et donc de participer à la préservation des gisements naturels des granulats. L’utilisation des granulats recyclés pour l’élaboration de nouveaux bétons s’inscrit dans une volonté de développement durable, en partie liée aux attentes du Grenelle de l’Environnement et à la réglementation européenne. La gestion des déchets du bâtiment est par ailleurs un marché en forte croissance.
ECOREB est un projet de recherche industrielle autoporteur et complémentaire au Projet National RECYBETON. Il vise à vaincre les craintes que suscite l’utilisation de ces granulats issus du recyclage des bétons du secteur du bâtiment, pour la fabrication de nouveaux bétons, en s’appuyant sur des résultats expérimentaux concrets. ECOREB a pour objectifs de développer des outils nouveaux, en se basant sur l’existant pour les bétons traditionnels. Il s’agira de quantifier la demande en eau des granulats recyclés de béton due à la présence du mortier de ciment accroché au granulat et de caractériser la qualité des interfaces d’une part entre le béton nouveau et le granulat recyclé et d’autre part entre le mortier et granulat du granulat recyclé. Il vise, également à fournir un outil de prédiction des résistances des bétons recyclés et plus particulièrement leur comportement sous sollicitations externes (charges mécaniques, neige, atmosphères corrosives, …) et sous sollicitations internes (retrait, variation d’humidité ou chaleur d’hydratation du béton) ainsi qu’à établir des relations empiriques entre grandeurs mécaniques et indicateurs de durabilité en relation avec la microstructure qui dépend de la demande en eau.
Pour atteindre ces objectifs le programme scientifique est décomposé en 3 tâches techniques qui interagissent et se complémentent.
La première « Eau et matériaux recyclés » apportera des recommandations quant à la formulation de bétons à base de matériaux recyclés, la cure du béton jeune et la maîtrise du retrait plastique et de la fissuration associée.
La deuxième « Etude du comportement mécanique sous chargements statique, cyclique et différé des bétons recyclés » permettra de caractériser le comportement mécanique des bétons recyclés et établira des modèles empiriques utilisés par les prescripteurs pour la prédiction de la durée de vie du béton recyclé tout le long de sa vie sous l’effet de chargements mécaniques en intégrant les effets microstructuraux.
La troisième tâche « durabilité » évaluera la résistance au gel/dégel et le comportement à long terme des bétons recyclés vis-à-vis de la corrosion, de la migration des chlorures et des risques de corrosion des armatures. Des indicateurs de durabilité seront évalués. Les effets de l’eau et de la cure seront traités.
Les résultats du projet ECOREB constitueront une avancée majeure concernant la réutilisation des bétons déconstruits comme constituant de nouveaux bétons et, à terme avec ceux du PN RECYBETON, contribueront à une banalisation de l’utilisation de ces granulats recyclés dans les bétons.

Coordinateur du projet

Institut pour la Recherche appliquée et l'Expérimentation en Génie Civil (Divers privé)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ARMINES - CMGD_DGCE
Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux
Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique
Centre d'Etudes et de Recherches de l'Industrie du Béton
Laboratoire de Mécanique et Matériaux du Génie Civil
Institut pour la Recherche appliquée et l'Expérimentation en Génie Civil

Aide de l'ANR 729 931 euros
Début et durée du projet scientifique : novembre 2012 - 48 Mois

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