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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%).
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.
Diffusion des ions chlorures
Le coefficient de diffusion des ions chlorures d’un béton traduit sa capacité à favoriser la pénétration des ions chlorures en solution. C’est un paramètre fondamental dans l’évaluation des propriétés de durabilité des bétons, surtout dans les structures ferraillées. Les ions chlorures (Cl−) particulièrement ne sont pas dangereux pour le béton ; cependant, lorsque leur concentration devient élevée localement, ils peuvent provoquer la corrosion très localisée des armatures (piqûres de corrosion). De plus, tout comme le phénomène de carbonatation qui se manifeste par des éclats de béton ou des fissures, l’attaque des ions chlorures se traduit en plus par l’écoulement des produits de corrosion. Sous l’effet d’un gradient de concentration, les ions chlorures pénètrent dans le béton et s’y propagent par diffusion. De ce fait, la porosité du béton ainsi que son réseau capillaire jouent un rôle fondamental dans sa capacité à s’opposer à la propagation de ces agents agressifs. Sur le plan de la composition du béton, le rapport e/c et la présence ou non des fines (cendres volantes, laitiers, fumée de silice) sont autant de paramètres à même d’influencer la résistance des bétons face aux ions chlorures. Dans le cas des bétons recyclés, le coefficient de diffusion est beaucoup plus élevé que celui des bétons naturels pour un même rapport e/c. En effet, la porosité très élevée des granulats recyclés (due à l’ancien mortier et aux nombreuses zones d’interfaces) augmente le réseau capillaire ainsi que les pores connectés. Les ions chlorures en solution disposent donc de plus de canaux de propagation comparativement aux bétons naturels. Enfin, les microfissures (induites lors du concassage) présentes dans les granulats d’origine rendent ces derniers plus perméables et augmentent ainsi les voies de diffusion des ions chlorures dans les bétons recyclés. Des études sur le béton recyclé estiment entre 20 et 50%, l’augmentation du coefficient de diffusion des bétons avec 100% de substitution des GN par des GR [85, 109]. Bien évidement, ces chiffres peuvent varier sensiblement lorsqu’on substitue aussi les sables naturels par les sables recyclés. Néanmoins, dans des récents travaux, Thomas et al. [109] montrent qu’on peut bien améliorer les propriétés de diffusion des bétons recyclés en jouant sur les paramètres tels que le rapport e/c ou sur la quantité d’additions minérales.
L’ancien mortier
Comparé au granulat d’origine, c’est la partie la plus fragile et souvent la plus endommagée du granulat recyclé. Ses propriétés dépendent fortement de celles du béton parent. En effet plus le béton d’origine est de bonne qualité, plus le mortier constituant les granulats recyclés est résistant et moins il présente d’endommagements. On estime en moyenne à 50% la proportion d’ancien mortier dans un granulat recyclé [94]. Cependant, cette proportion peut dépendre de la taille des granulats recyclés. M. Sanchez de Juan et al. [36] montrent à travers des travaux expérimentaux que plus la taille du GR est petite, plus il comporte une proportion importante d’ancien mortier. Ils estiment entre 33 − 55 % la proportion massique de mortier dans les GR de taille 4/8mm, et 23 − 44 % pour des GR de taille 8 − 16mm. Des résultats similaires seront trouvés plus tard à travers des essais réalisés par d’autres auteurs [11, 59]. De façon générale, les paramètres comme l’énergie de concassage, la classe du béton d’origine ou la nature des granulats (réactifs ou non) constituent autant de paramètres susceptibles de modifier non seulement les propriétés mécaniques et de transfert de l’ancien mortier mais aussi sa proportion autour des granulats d’origine.
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Table des matières
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 [30, 31]
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 échantillon
4.3.3 Dispositifs d’indentation
5 Propriétés des phases dans la microstructure des BGR : Résultats et interprétations
5.1 Propriétés élastiques des granulats
5.2 Propriétés élastiques des zones d’interface
5.2.1 Technique de déconvolution
5.2.2 Test sur une pâte de ciment à 90 jours
5.2.3 Propriétés des phases dans les zones d’interface
5.3 Micro-indentation sur l’ancien mortier
5.4 Un point sur les zones fragilisées (visibles)
5.5 Conclusion
6 Quelques rappels sur l’approche de changement d’échelles
6.1 Introduction
6.2 Les différentes étapes de l’homogénéisation en élasticité linéaire
6.2.1 La représentation
6.2.2 La localisation
6.2.3 L’homogénéisation
6.2.4 Problème d’Eshelby [48]
6.2.5 Quelques cas particuliers
6.3 Schémas d’homogénéisation
6.3.1 Schéma dilué
6.3.2 Schéma de Mori-Tanaka
6.3.3 Schéma auto-cohérent
6.4 Homogénéisation des propriétés de diffusion
7 Vers une modélisation des propriétés effectives des BGR : Étude paramétrique
7.1 Introduction
7.2 Prise en compte de la nature composite des granulats en élasticité linéaire
7.2.1 Reformulation du problème d’inclusion [13]
7.2.2 Application à une inclusion sphérique homogène
7.2.3 Convergence du modèle corrigé et non corrigé
7.2.4 Application à une inclusion composite
7.2.5 Effet de la distribution des phases dans l’inclusion composite
7.3 Notion d’inclusion homogène équivalente en élasticité
7.3.1 Inclusion composite sphérique à deux couches concentriques
7.3.2 Inclusion composite complexe : approche par éléments finis
7.4 Propriétés effectives élastiques
7.4.1 Effet du contraste et de la distribution des phases
7.4.2 Prise en compte des ITZ
7.5 Propriétés de diffusion
7.5.1 Problème d’inclusion complexe en diffusion : correction de la condition aux limites
7.5.2 Exemple sur une inclusion imperméable à interface diffusive
7.6 Notion d’inclusion équivalente en diffusion
7.6.1 Inclusion composite concentrique à deux couches
7.6.2 Inclusion composite non concentrique
7.7 Propriétés effectives de diffusion
7.7.1 Effet des propriétés de diffusion des phases
7.7.2 Substitution des inclusions homogènes par des inclusions composites
8 Propriétés effectives des BGR : prédictions des modèles & résultats expérimentaux
8.1 Introduction
8.2 Représentation de la microstructure associée aux BGR
8.3 Estimation des propriétés élastiques des ITZ
8.4 Estimation du module d’élasticité effectif des BGR
8.5 Inclusion homogène équivalente
8.6 Estimation du coefficient de diffusion effectif des BGR
8.7 Effet du rapport e/c sur les propriétés de diffusion
8.8 Effet de la configuration des inclusions sur les propriétés de diffusion
8.9 Conclusion
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