Impact du béton, de la naissance à la destruction
Xiao-Hui Wang, chercheur principal du projet CLIMATCON, réalisé dans le cadre d’une bourse de recherche Marie Curie à l'Université Heriot-Watt (HWU) d'Edimbourg au Royaume-Uni, a étudié le comportement de poutres en béton armé soumis à une lourde charge. Le projet a ainsi comparé les performances du béton conventionnel, fabriqué avec du ciment Portland, et celles des bétons dits «verts» qui contiennent des cendres volantes (cendre de combustible pulvérisée) ou des scories granulées de haut fourneau (laitier), deux sous-produits de l'industrie minière. L’empreinte environnementale de l’industrie du béton est relativement importante, - elle contribue à près de 5% des émissions mondiales de CO2, principalement par calcination lors de la fabrication du ciment. Les bétons verts qui existent depuis longtemps, gagnent en popularité car ils permettent de réduire ces émissions.Une fois la structure en béton armé réalisée, le béton commence à absorber lentement le CO2 de l'atmosphère par un processus dit de carbonatation. Bien que ce phénomène puisse être considéré comme une compensation des émissions initiales de CO2, la carbonatation réduit également l'alcalinité du béton et rend l'acier qui se trouve à l'intérieur plus vulnérable à la corrosion. La corrosion commence plus tôt Les bétons verts sont connus pour carbonater plus rapidement que les bétons traditionnels. «Si vous utilisez des bétons verts, vous réduisez les émissions de dioxyde de carbone mais la vitesse de carbonatation est plus élevée et la corrosion peut débuter plus tôt», nous explique Dimitri Val, chef de projet et professeur d'infrastructure, sécurité et fiabilité à l’université Heriot Watt, «vous aurez besoin de plus d'argent pour faire les réparations, ce qui fera grimper les coûts en entraînant des émissions supplémentaires de CO2». L'équipe du projet CLIMATCON s'est donc attachée à trouver un moyen de mesurer la durabilité des différents types de béton en évaluant leur impact environnemental et leurs coûts sur toute leur durée de vie. Cette approche de bout en bout (parfois appelée «du berceau à la tombe») constitue un net progrès par rapport aux méthodes antérieures qui n’avaient que peu prêté attention aux effets de la dégradation du béton. Plusieurs spécimens de poutres constitués de six bétons différents ont été placés dans une chambre spéciale et soumis à une carbonatation accélérée pendant 120 ou 240 jours. «Nous savons que si le béton est chargé, son taux de carbonatation est plus élevé, nous avons donc placé des échantillons chargés dans la chambre», explique le professeur Val. Des résultats surprenants La mesure de la vitesse de carbonatation du béton a révélé quelques surprises. «Le chargement affecte beaucoup plus la vitesse de carbonatation des bétons verts que celle du béton conventionnel et cette augmentation est beaucoup plus élevée que prévue», nous explique le professeur Val. Ce résultat pourrait avoir des conséquences sur la façon dont les bétons verts se comportent dans les structures réelles, mais il est encore nécessaire d'approfondir ses recherches pour savoir pourquoi ce phénomène existe - «nous devons regarder ce qui se passe ... au niveau du matériau lui-même», poursuit le professeur Val. L'équipe a ensuite réalisé un modèle numérique capable de prévoir la vitesse à laquelle le béton entamera sa carbonatation et la quantité de CO2 qu'il absorbera, le tout en tenant compte de facteurs comme la charge, les fissures, la température ou l'humidité. Le résultat final est une méthode probabiliste capable d'évaluer la performance du béton sur toute la durée de vie des structures en béton armé soumises à carbonatation. Cette méthode prend en compte la détérioration du produit et le besoin subséquent de maintenance et de réparations, elle vous permet de prédire les émissions de CO2 associées et de les équilibrer par rapport à leur absorption par carbonatation. En suivant cette méthodologie, la première qui combine à la fois coût et impact environnemental et tient compte de nombreuses incertitudes, les ingénieurs civils, les fabricants de béton et les responsables en charge de l’établissement des normes de construction, pourront aborder la durabilité des structures en béton de manière beaucoup plus rationnelle, conclut ainsi le professeur Val.
Mots‑clés
CLIMATCON, structures en béton, béton vert, ciment Portland, carbonatation, émissions de CO2, durabilité, analyse d'impact
