L'industrie de la construction est l'un des secteurs les plus gourmands en ressources de l'économie allemande. Les bâtiments de la nation constituent une vaste réserve de matières premières, abritant quelque 100 milliards de tonnes de matières qui pourraient être valorisées et réintroduites dans le cycle des matières en fin de vie. Quatre instituts Fraunhofer ont uni leurs forces dans le projet BauCycle pour lancer le recyclage des fractions de particules fines de sable et de gravier qui ne peuvent pas être récupérées aujourd'hui pour être réutilisées dans d'autres projets de construction. L'équipe de recherche présentera les résultats de ses travaux au salon BAU 2019 à Munich du 14 au 19 janvier. La vitrine du stand 528 dans le hall C2 présentera des blocs de béton cellulaire fabriqués à partir de gravats recyclés, matériaux de construction acoustiques, et composants en granulés minéraux.

Après une journée à la plage, le sable ne semble guère manquer. Les apparences trompent, car cette denrée précieuse se raréfie dans de nombreux pays, l'une des raisons étant le boom mondial de la construction. Il faut des montagnes de béton, qui se compose principalement de sable et de gravier, construire des hôtels, centres commerciaux et parcs industriels. Dubai, par exemple, a dû importer du sable australien pour ériger le gratte-ciel Burj Khalifa; son propre sable désertique était mal adapté à cet usage. Même les gisements de gravier et de sable de l'Allemagne s'amenuisent, comme l'a noté un récent rapport de l'Institut fédéral des géosciences et des ressources naturelles.

À l'échelle mondiale, quelque 40 milliards de tonnes de sable et de gravier sont utilisées chaque année. Pendant la même période en Allemagne, les bâtiments et les infrastructures démolis laissent derrière eux environ cinq millions de tonnes métriques de gravats de construction à grain fin. À ce jour, il a fini dans des décharges ou a été utilisé dans la construction de routes ; l'upcycling était inouï. Cela a incité les instituts Fraunhofer pour la physique du bâtiment IBP, pour les flux de matières et la logistique IML, pour l'environnement, Technologie de la sécurité et de l'énergie UMSCHT, et pour l'Optronique, Technologie des systèmes et analyse d'images IOSB (voir encadré) pour lancer un projet appelé BauCycle pour recycler les déchets de construction. Leur objectif est de transformer ce mélange de minéraux en une ressource durable et de démontrer des applications potentielles dans la construction. Un objectif spécifique est de recycler des particules de déchets minéraux de construction mesurant moins de deux millimètres de diamètre. Faire cela, les chercheurs développent des procédés de tri innovants et des matériaux de construction de haute qualité. Et pour couvrir toute la chaîne de valeur, ils prévoient également de mettre en place une plate-forme de marché dynamique où les matières premières sont négociées en tant que matières premières.

« Le sable de construction n'est pas surabondant; en Europe, par exemple, le sable est rare en Suède et en France. La méthode conventionnelle de traitement des gravats consiste à les broyer. Les composants de moins de deux millimètres sont tamisés et finissent en décharge. Si ces gravats de construction à grain fin - qui se composent principalement de briques silico-calcaires, briques, béton et de petites quantités de gypse - devaient être recyclés, cela pourrait remédier à la pénurie de sable sur le long terme, " déclare le scientifique de Fraunhofer IBP, le Dr Volker Thome, le chef de projet.

Tri opto-pneumatique pour les fractions fines

La première étape consiste à trier le contenu hétérogène des gravats. Les particules de gypse doivent être sélectivement séparées – elles sont décisives pour la recyclabilité de la fraction de béton. Les chercheurs ont développé un détecteur opto-pneumatique qui permet de séparer des fractions fines sur la base de la couleur, brillance et composition chimique des particules; il est même capable de distinguer les sulfates des silicates. "Les composants des déchets sont placés sur un tapis roulant qui les transporte devant une caméra infrarouge équipée de filtres spéciaux pour détecter les différentes fractions fines. Les particules tombent à l'extrémité du tapis en chute libre, des buses passées qui projettent les principaux composants dans différents conteneurs avec des jets d'air comprimé ciblés, " dit Thome, décrivant cette technique de calcul optique. Le Dr Thome et son équipe ont réussi à différencier des particules d'un millimètre. Cette technologie peut atteindre un débit de 1,5 tonne par heure.

Fabriquer du béton cellulaire à partir de gravats

Dans le meilleur des cas, quatre granulats propres peuvent être recyclés et réutilisés pour produire du béton cellulaire, un matériau de construction léger avec de bonnes propriétés d'isolation thermique. Il convient à la construction de maisons à deux étages et comme isolant intérieur. Des tests ont montré que les agrégats de béton et de briques silico-calcaires sont également recyclables et peuvent servir de matière première secondaire pour la fabrication de qualités compétitives de béton cellulaire. Les scientifiques ont obtenu les meilleurs résultats avec un mélange de 80 pour cent de briques silico-calcaires et de 20 pour cent de béton récupéré. Une autre découverte du projet était qu'une combinaison de briques et de béton récupéré peut être utilisée pour fabriquer des géopolymères, un matériau de construction sans ciment, solide et résistant aux acides, un peu comme du béton. Les géopolymères ont l'avantage supplémentaire d'avoir une empreinte carbone très faible.

Les chercheurs ont fabriqué divers composants pour démontrer le potentiel de recyclage des déchets de construction. Ceux-ci figureront en bonne place sur le stand Fraunhofer (stand 538 dans le hall C2) au salon BAU à Munich du 14 au 19 janvier. Une équipe d'experts présentera des échantillons de différents mélanges de béton cellulaire, revêtement de façade en géopolymères, et un prototype d'insonorisant, panneau à pores ouverts en granulats. « Dans les épreuves, notre composant acoustique composé de matières premières secondaires présentait les mêmes propriétés d'absorption acoustique que les produits disponibles sur le marché, " dit Thome.

Bourse de marchandises sur la planche à dessin

Plans are underway to establish a commodities exchange where raw material vendors and recycling companies can offer their products. Building material manufacturers will be able to buy source materials on this platform. "Recycled products have yet to be sold on established markets. There is a lack of confidence in and knowledge of these secondary raw materials. We want to close this gap with a commodities exchange, " says the project manager by way of explanation.

This recycling concept for fine-grained construction materials is also applicable to other industries that work with similar fine fractions. Many mechanical processing plants such as glass-recycling and mining-industry facilities produce this type of waste.