Comportement macroscopique des bétons à base de granulats recyclés

Différents types de déchets du BTP

Les déchets du BTP résultent des activités liées à la construction, ou la rénovation des des bâtiments et des ouvrages d’art (ponts, chaussées, barrages). On distingue couramment trois catégories de déchets du BTP :

• Les déchets inertes
Ce sont des déchets qui ne subissent aucune modification physique, chimique ou biologique. Ils sont essentiellement constitués de béton, de mortiers ou encore de briques et représentent 94% des déchets du BTP. Dans la suite de cette étude et par souci de simplification, nous désignerons cette catégorie de déchets sous l’appellation de déchets de construction & déconstruction ( déchets de C&D).

• Les déchets non dangereux
Ce sont des déchets qui, en raison de leur composition ne représentent aucun danger vis-à-vis de l’environnement et de la santé humaine. Ils sont essentiellement constitués de bois, du verre, des plastiques et proviennent essentiellement du secteur du bâtiment. Ils représentent 5% des déchets du BTP.

• Les déchets dangereux
De par leur toxicité, ils représentent une menace pour l’environnement ainsi que la biodiversité. Ce sont essentiellement des métaux lourds (amiante), et des produits chimiques de revêtement ( peinture , vernis ). Ils ne représentent qu’une infime partie des déchets du BTP (autour de 1%).

Déchets de construction/ déconstruction (C&D)

On dénombre au moins trois principaux types de déchets de C&D suivant leurs sources :

• Les déchets de la route : ce sont essentiellement des déchets provenant de la démolition d’anciennes chaussées, des excédents de déblais, d’enrobés bitumineux ou de bétons. Ils sont facilement réutilisables comme couche d’assise dans le domaine des chaussées et par conséquent recyclables.

• Les déchets de démolition des ouvrages d’art : ce sont des déchets issus de la démolition des structures en béton armé. Le recyclage de ces déchets pose souvent des difficultés liées à la séparation du béton de l’acier. Néanmoins, ils sont bien prisés sur certaines plates-formes de recyclage destinées à la fabrication des granulats recyclés. En effet, du fait des bonnes performances de ces bétons, ils engendrent après recyclage des granulats recyclés dont les propriétés physiques et mécaniques sont nettement au-dessus de celles des granulats recyclés issus des autres sources.

• Les déchets de construction, de rénovation ou de déconstruction des bâtiments (maçonnerie) : ces derniers constituent une grande partie des déchets de C&D et contiennent des impuretés de divers sources (ferraille, verre,bois,…).

Les déchets cimentaires représentent une portion importante des déchets de C&D. Selon leurs origines, ces déchets commencent par être réutilisés comme couche d’assise dans les matériaux de chaussée, ou encore comme granulats recyclés pour ceux provenant des chantiers de démolition des ouvrages d’art. Cependant, le taux de recyclage de ces déchets de C&D reste encore tributaire de la méconnaissance du comportement à long terme des bétons à base de granulats recyclés (BGR) ainsi que des décisions des pouvoirs publiques.

Production des granulats recyclés

Les granulats de démolition ou granulats recyclés sont obtenus par recyclage des déchets C&D. Dans la pratique, ces déchets sont acheminés depuis les chantiers jusqu’aux plates-formes de recyclage où ils suivent différentes étapes bien établies.

a-Concassage et déferaillage : ce processus consiste à soumettre les gros blocs de béton aux chocs mécaniques, les réduisant ainsi en des granulats relativement petits (entre 30 et 40mm de diamètre). Ce processus est souvent réalisé à l’aide des concasseurs à mâchoire ou à percussion disponibles sur les plates-formes de concassage. Au terme de ce premier processus, l’acier (pour ce qui est des bétons armés) peut être séparé du béton à l’aide d’un système magnétique

b-Tri par flottaison : cette étape s’effectue lors du lavage des granulats obtenus lors du premier concassage et permet de récupérer les impuretés comme le bois ou les plastiques. En effet, du fait de leur faible densité (comparée à celles des granulats), ces impuretés remontent à la surface de l’eau une fois les granulats immergés, ce qui permet de les séparer facilement du béton.

c- Concassage secondaire : il permet de réduire la granulométrie des débris de bétons obtenus lors de la première étape. Ainsi, selon le type de concasseur on obtient à part les fines (sables recyclés) de tailles (0/4 mm), des granulats recyclés (4/12, 12/20 mm ou plus). Au terme de ce dernier processus, on obtient du sable et des granulats recyclés réutilisable comme granulats dans la fabrication de nouveaux bétons .

Point sur les avancées dans le recyclage des déchets de C&D

A l’échelle européenne, l’idée du recyclage se répand progressivement et est de plus en plus réglementée. La directive européenne n° 2008/98/CE de 2008 fixe à 70% le taux minimal de recyclage des déchets du BTP à l’horizon 2020. Parmi les bons élèves du continent, figurent les Pays-Bas et l’Allemagne avec respectivement 90 et 89, 2% de taux de recyclage des déchets du BTP. En effet ces résultats sont le fruit des politiques volontaristes en matière de tri de déchets mis en place par ces différents gouvernements depuis les années 90. La France, avec ses 340 millions de tonnes de déchets du BTP produits chaque année n’en recycle que la moitié, ce qui la place dans la moyenne européenne. Il convient tout de même de noter que les pays qui affichent de bons résultats en matière de recyclage de ces déchets étaient parmi les rares à disposer de politiques rigoureuses (en termes de gestion écologique des déchets) bien avant la directive européenne. Cependant, il convient de noter que l’absence de ressources géologiques dans certains pays comme les Pays Bas a aussi favorisé l’émergence et le développement du concept de recyclage des déchets de BTP.

Par ailleurs, l’environnement normatif connaît depuis quelques années une évolution afin de prendre en compte la nécessité du recyclage des déchets du BTP. C’est ainsi que la norme EN 206-1/CN autorise depuis peu la substitution jusqu’à 20% des granulats naturels par des granulats recyclés. Même si la disposition exclut de nos jours l’utilisation des sables recyclés ainsi que d’importantes quantités de granulats recyclés, de grands projets aussi bien européens que nationaux sont lancées afin de disposer d’arguments scientifiques en mesure de faire évoluer l’environnement normatif. Le projet national Recybéton qui regroupe chercheurs et professionnels du secteur du BTP vise justement, à travers des projets de recherche, à promouvoir l’utilisation des déchets cimentaires (bétons et sable recyclés) issus des chantiers de construction/déconstruction comme ressources premières (en lieu et place des granulats naturels) dans les bétons pour bâtiment.

Table des matières

Introduction
1 Revue bibliographique
1.1 Différents types de déchets du BTP
1.2 Déchets de construction/ déconstruction (C&D)
1.2.1 Production des granulats recyclés
1.2.2 Usage et normes d’utilisation des granulats recyclés
1.2.3 Impacts environnementaux
1.2.4 Point sur les avancées dans le recyclage des déchets de C&D
1.2.5 Freins au recyclage
1.3 Propriétés des granulats recyclés
1.3.1 Taille des granulats recyclés
1.3.2 Masse volumique
1.3.3 Absorption d’eau et porosité
1.3.4 Résistance à la fragmentation et à l’usure
1.4 Propriétés macroscopiques des bétons recyclés
1.4.1 Propriétés mécaniques
1.4.2 Retrait
1.4.3 Propriétés de transfert
1.5 Microstructure des bétons recyclés
1.5.1 Les différentes phases dans la microstructure d’un béton recyclé
1.5.2 Influence de la nature des granulats sur les propriétés de l’ITZ
1.5.3 La pâte de ciment
1.6 Conclusion
2 Matériaux et méthodes
2.1 Les constituants des bétons fabriqués
2.1.1 Le ciment
2.1.2 L’adjuvant
2.1.3 L’eau
2.1.4 Le sable et les granulats
2.2 Les propriétés des différents matériaux utilisés
2.2.1 Masse volumique et absorption d’eau
2.2.2 Résistance à la fragmentation et à l’usure
2.2.3 Fraction volumique de l’ancien mortier
2.3 Formules et fabrication du béton
2.3.1 Fabrication des bétons
2.3.2 Essais à l’état frais
2.3.3 Essais à l’état durci
3 Comportement macroscopique des bétons à base de granulats recyclés : Résultats et interprétations
3.1 Introduction
3.2 Propriétés physiques et mécaniques des bétons fabriqués
3.2.1 Affaissement
3.2.2 Masse volumique
3.2.3 Retrait
3.2.4 Résistance à la compression
3.2.5 Module d’élasticité
3.2.6 Résistance à la traction par fendage
3.3 Propriétés de durabilité des bétons à base de granulats recyclés
3.3.1 Porosité à l’eau
3.3.2 Diffusion des ions chlorures
3.3.3 Carbonatation
3.4 Effet du rapport e/c sur les propriétés macroscopiques des BGR
3.4.1 Compensation de la résistance à la compression
3.4.2 Effet du rapport e/c sur le module d’élasticité
3.4.3 Effet du rapport e/c sur le retrait
3.4.4 Effet du rapport e/c sur la diffusion des ions chlorures
3.4.5 Effet du rapport e/c sur la profondeur de carbonatation
3.5 Conclusion
4 Approche d’indentation multi-échelle sur les bétons à base de granulats recyclés
4.1 Introduction
4.2 Indentation des matériaux hétérogènes
4.2.1 Expérience de Gedanken
4.2.2 Exemple de la pâte de ciment
4.2.3 Critères de rugosité
4.3 Indentation des phases dans la microstructure des BGR
4.3.1 Objectifs et démarche suivie
4.3.2 Préparation des échantillons
4.3.3 Dispositifs d’indentation
Conclusion

Télécharger le rapport complet