Valorisation de fines de béton cellulaire issu de la déconstruction

Abstract

Dans le cadre du présent travail, deux problématiques majeures sont abordées : la gestion des déchets de déconstruction et la production polluante de ciment. De nombreux bâtiments arrivant en fin de vie génèrent une quantité importante de déchets, notamment de béton cellulaire, qui finissent souvent en décharge. Parallèlement, la fabrication de ciment, essentielle pour les nouveaux bétons et mortiers, contribue fortement aux émissions de CO$_2$. Il est donc crucial de trouver des solutions durables pour minimiser ces impacts environnementaux. Le béton cellulaire, reconnu pour ses propriétés isolantes et légères, peut être recyclé après déconstruction. Ce processus implique de collecter, concasser et transformer les débris en fines particules, réintroduites ensuite dans la fabrication de nouveaux mortiers en substitution partielle du ciment. Cette méthode présente plusieurs avantages : réduction des déchets en décharge, diminution de la demande en ciment neuf et des émissions de CO$_2$ associées. En intégrant des matériaux recyclés, l'empreinte carbone de la construction est réduite et les ressources naturelles sont préservées. Cette approche s'inscrit dans une démarche de développement durable et d'économie circulaire, essentielle pour l'avenir du secteur de la construction.

La première partie de ce travail est consacrée à une introduction et un état de l'art. Ces derniers ont pour objectif d'établir des bases à travers des recherches bibliographiques. Les sujets abordés dans l'état de l'art sont la gestion des déchets de construction ; l'utilité des fines dans le béton avec un accent particulier sur les fillers calcaires ; le recyclage des déchets de construction, notamment le béton cellulaire dont le recyclage n'est pas encore développé ; le processus de carbonatation accélérée qui améliore les propriétés des fines ; la composition des mortiers ainsi que leurs différentes applications.

La deuxième partie traite des matériaux utilisés, de la méthodologie adoptée, ainsi que de la description des essais effectués au Laboratoire des Matériaux de Construction de l'Université de Liège. L'étude des fines de béton cellulaire est réalisée par la substitution du ciment dans des recettes de mortiers. Les essais sont menés avec des fines de béton cellulaire carbonaté et non carbonaté, ainsi qu'avec du filler calcaire utilisé comme référence. Un taux de substitution nul sert également de base pour comparer les résultats obtenus.

La troisième partie se concentre sur la présentation et l'analyse des résultats obtenus. Ces derniers sont encourageants, notamment en termes de résistance, où les fines de béton cellulaire dépassent le filler calcaire pour des taux de substitution identiques.

La quatrième partie propose une analyse du cycle de vie en mettant en lumière les divers impacts environnementaux. La carbonatation des fines de béton cellulaire offre un avantage significatif en termes de capture de CO2.

La fin du travail sera dédiée aux conclusions sur les résultats obtenus et sur les perspectives envisageables.

As part of this work, two major issues are addressed: the management of deconstruction waste and the polluting production of cement. Many buildings reaching the end of their life generate a significant amount of waste, particularly cellular concrete, which often ends up in landfills. At the same time, the production of cement, essential for new concrete and mortars, significantly contributes to CO2 emissions. It is therefore crucial to find sustainable solutions to minimize these environmental impacts. Cellular concrete, known for its insulating and lightweight properties, can be recycled after deconstruction. This process involves collecting, crushing, and transforming the debris into fine particles, which are then reintroduced into the manufacture of new mortars as a partial substitute for cement. This method has several advantages: reducing waste sent to landfills, decreasing the demand for new cement and the associated CO$_2$ emissions. By incorporating recycled materials, the carbon footprint of construction is reduced, and natural resources are preserved. This approach is part of a sustainable development and circular economy strategy, essential for the future of the construction sector.

The first part of this work is devoted to an introduction and a state of the art. These aim to establish a foundation through bibliographic research. The topics covered in the state of the art include the management of construction waste; the usefulness of fines in concrete with a particular focus on limestone fillers; the recycling of construction waste, particularly cellular concrete, whose recycling is not yet developed; the accelerated carbonation process that improves the properties of fines; the composition of mortars and their various applications.

The second part deals with the materials used, the methodology adopted, and the description of the tests carried out at the Construction Materials Laboratory of the University of Liège. The study of cellular concrete fines is carried out by substituting cement in mortar recipes. The tests are conducted with carbonated and non-carbonated cellular concrete fines, as well as with limestone filler used as a reference. A zero substitution rate also serves as a basis for comparing the results obtained.

The third part focuses on the presentation and analysis of the results obtained. These results are encouraging, particularly in terms of strength, where cellular concrete fines outperform limestone filler for identical substitution rates.

The fourth part proposes a life cycle analysis highlighting the various environmental impacts. The carbonation of cellular concrete fines offers a significant advantage in terms of CO2 capture.

The end of the study will be dedicated to conclusions on the results obtained and the possible perspectives.