Le béton peut être aussi performant si les trois quarts de son contenu ont été recyclés, une équipe a trouvé.

Le béton est fabriqué à partir de matériaux granulaires tels que le sable et la pierre concassée, appelés agrégats, liés entre eux par une pâte de ciment. Le ciment a une empreinte carbone élevée en raison de la chimie de sa production et des températures de traitement élevées, tandis que les agrégats ont une « empreinte de ressources » élevée parce qu'ils proviennent de sources naturelles limitées. Avec des taux de construction mondiaux qui devraient augmenter de 35 % d'ici 2030, les chercheurs cherchent des moyens de réduire les deux empreintes en recyclant ou en utilisant d'autres matériaux.

Une équipe dirigée par des ingénieurs italiens a affiné le traitement des déchets de démolition sur site et testé des façons d'utiliser les flux de poudres et d'agrégats résultants dans le béton frais.

« Nous avons montré qu'il est possible d'atteindre des pourcentages étonnants de déchets de construction et de démolition incrustés dans nos éléments préfabriqués en béton, " a déclaré le Dr Anna Paraboschi, ingénieur civil chez RINA, un cabinet de conseil industriel, et coordinateur du projet, VEP.

Des recherches antérieures menées par des membres du consortium – la société de R&D espagnole Tecnalia et l'Université de Delft aux Pays-Bas – avaient indiqué qu'il serait possible de repousser les limites du vieux béton utilisé dans le nouveau – donc VEEP a construit sur cela à grande échelle, ajoute-t-elle.

Alors que les déchets de construction et de démolition sont souvent recyclés en agrégats destinés à être utilisés pour les fondations des routes ou comme remblai après les excavations, une grande partie des 850 millions de tonnes produites chaque année en Europe est toujours mise en décharge.

Le recyclage des déchets de construction et de démolition a augmenté dans toute l'Europe, avec la plupart des pays atteignant un objectif 2020 de 70 % de taux de recyclage. Cependant, beaucoup l'ont fait en augmentant son utilisation dans les fondations routières et le remblai, tandis que d'autres possibilités, comme l'utiliser à nouveau dans le béton, restent inexploités.

Les premières étapes les plus courantes dans le recyclage des déchets sont de les écraser et, si nécessaire, passer le matériau broyé à travers un séparateur magnétique pour éliminer tout acier d'armature.

L'équipe VEEP a voulu aller plus loin et n'extraire que le béton démoli, en diverses fractions. Ils l'ont siphonné à travers une machine qu'ils ont développée qui brise les liaisons d'eau dans le béton, créant des agrégats grossiers propres ainsi que des particules plus fines. Ces derniers ont ensuite été passés dans leur deuxième machine où ils ont été chauffés pour éliminer l'humidité et brûler les contaminants tels que le bois et les plastiques. De ce deuxième processus sont sortis deux flux propres :une poudre fine et un agrégat fin.

La poudre peut remplacer jusqu'à un dixième du ciment dans le béton, dit le Dr Paraboschi. Les agrégats fins et grossiers peuvent remplacer presque complètement le sable et le gravier.

Il s'agit essentiellement de briser le béton et de le remonter.

Durabilité

Il est crucial que le béton obtienne régulièrement de bons résultats lors de tests tels que la résistance et la durabilité, et les préoccupations à ce sujet ont limité le pourcentage de matière recyclée qui peut être utilisé, avec des limites variant d'un pays à l'autre. L'équipe a constaté que leur béton, malgré le fait qu'ils contiennent 75 % de matériaux recyclés, bien performé mécaniquement et sur d'autres critères tels que la durabilité et l'absorption d'eau. Avec 5% du ciment remplacé par de la poudre de béton recyclée, ses propriétés ont été réellement améliorées, et les chercheurs espèrent porter la proportion à 10 %.

Le matériau a été utilisé pour fabriquer des panneaux structurels et non structurels destinés à la rénovation de bâtiments, qui représente plus de la moitié de l'activité de construction en Europe. Ils ont également trouvé un débouché pour les déchets avec une entreprise française, Keyy Aerogel, qui fait l'isolation thermique d'aérogel de la silice. L'entreprise a découvert qu'elle peut produire son isolant à environ la moitié du coût en extrayant la silice des déchets de béton plutôt que d'obtenir une nouvelle silice.

Maintenant, ils ont prouvé le concept, l'équipe dispose d'un financement pour un autre projet appelé ICEBERG pour développer davantage le processus, par exemple l'accélération de la deuxième étape du processus – qui ne peut fonctionner actuellement qu'à trois tonnes par heure contre 50 tonnes par heure pour la première – et le développement de l'assurance qualité.

Le rêve est d'avoir un monde où l'on peut limiter l'utilisation de matières premières vierges et de restes de béton dans la boucle de construction depuis des siècles, dit le Dr Paraboschi.

Se passer complètement de béton frais est l'objectif d'une équipe qui essaie de recycler les déchets de démolition en nouveaux matériaux de construction. Dans ce cas, ils ont réussi à fabriquer des panneaux de façade qui protègent les bâtiments des températures extrêmes, et panneaux radiants de plafond pour le chauffage interne.

Le groupe, dirigé par des scientifiques du Conseil national italien de la recherche, tourné vers le ciment géopolymère, un matériau développé pour la première fois dans les années 1970, qui a suscité un nouvel intérêt depuis les années 1990 en raison des préoccupations croissantes concernant l'empreinte énergétique du ciment Portland couramment utilisé.

Expérimenté

Les scientifiques, dans un projet appelé InnoWEE, ont expérimenté différentes combinaisons de déchets de démolition, constatant qu'ils pouvaient enrober divers mélanges de béton recyclé, mortier et brique dans le géopolymère pour créer des panneaux aussi performants que des panneaux de ciment pour à peu près le même coût.

Les déchets recyclés représentaient la moitié du poids des panneaux et les panneaux sont restés robustes même lorsque les proportions des différents déchets ont changé. "C'est un plus car dans les vraies démolitions on ne peut pas contrôler précisément les proportions de béton, briques et ainsi de suite, " a déclaré le Dr Adriana Bernardi, coordinateur de projet.

Leurs panneaux rayonnants, en particulier, a bien fonctionné, selon le Dr Bernardi. Fileté avec une fine tuyauterie pouvant conduire l'eau chaude ou froide, les panneaux radiants sont utilisés dans les plafonds pour le chauffage ou le refroidissement. Le matériau géopolymère était bon pour conduire la chaleur, il a donc bien fonctionné dans cette application.

"L'idée de base du projet n'était pas seulement d'étudier une alternative au ciment, et une alternative utilisant des granulats recyclés - mais aussi de proposer quelque chose qui pourrait améliorer l'efficacité énergétique des bâtiments, " a déclaré le chercheur Dr Matteo Panizza.

« C'est (l')économie circulaire et (l')économie verte :recyclons, recyclons en utilisant quelque chose de plus durable que le ciment Portland, et utilisons les produits pour réduire la consommation énergétique des bâtiments."

"Nous avons enfin réalisé un matériau compétitif mais qui a tous les aspects verts que nous voulions avoir, " a déclaré le Dr Bernardi.

Il y a du chemin à parcourir avant qu'une telle innovation puisse être utilisée pour les bâtiments, toutefois. Le projet a transformé un matériau - le géopolymère intégré à des déchets recyclés - qui a été utilisé en laboratoire en un matériau qui a réussi les tests sur les bâtiments expérimentaux sur le terrain.

Mais les géopolymères ne sont pas encore autorisés par les réglementations de la construction dans certains pays, comme l'Italie, en raison d'un manque de normes de soutien.

L'utilisation de béton recyclé comme granulat dans le béton frais est déjà autorisée dans toute l'Europe mais avec des degrés divers de prudence, reflété dans les taux de pourcentage maximum qui peuvent aller de zéro à 50 % selon les réglementations de construction de chaque pays. Une analyse du cycle de vie de l'Académie européenne de recherche sur le ciment publiée en 2015 a révélé que la question de savoir s'il fallait envoyer du béton concassé aux plates-formes, ou pour le revaloriser en béton neuf, dépend de facteurs tels que les distances de transport, l'énergie nécessaire au traitement du vieux béton, et combien de gravier naturel est disponible à proximité.

Mais les deux projets ont effectué des analyses de cycle de vie qui, selon eux, démontrent que leurs produits ont une empreinte carbone inférieure à celle du béton traditionnel. En traitant les déchets sur place à l'aide de machines portables, dit le Dr Paraboschi, VEEP minimise les coûts de transport. Pendant ce temps, dit le Dr Bernardi, « le géopolymère a besoin de très peu d'énergie. »