Recycler les déchets minéraux en béton, le pari de l'ESTP et d'Ecominéro

Un homme en blouse blanche introduit de la poudre ocre dans un granulomètre laser. L’appareil va mesurer la taille des particules de l’échantillon. Quelques mètres plus loin, des fragments de matériaux sont concassés, tamisés, broyés, mélangés à du ciment ou transformés en mortier. Dans une autre salle encore, des échantillons de béton attendent de passer sous une presse pour mesurer leur résistance.

Dans ce laboratoire de l’École spéciale des travaux publics, du bâtiment et de l'industrie (ESTP), à Cachan (Val-de-Marne), les scientifiques cherchent comment recycler les millions de tonnes de matériaux minéraux issus de la déconstruction.

Une partie de ces déchets minéraux connaît déjà une seconde vie, notamment sous forme de granulats utilisés dans les travaux routiers. L’enjeu est désormais de développer leur utilisation dans des bétons utilisés pour la construction.

Créé en 2022 par des représentants de la filière minérale et des entreprises du secteur, Ecominéro est l’un des éco-organismes chargés de la responsabilité élargie du producteur pour les produits et matériaux de construction du bâtiment (REP PMCB). Outre la collecte et la valorisation des déchets minéraux, il finance des travaux de recherche, notamment ceux menés au sein de la Chaire Ingénierie des Bétons de l’ESTP.

15 millions de tonnes de déchets minéraux générés chaque année

« L'objectif initial, c'est qu'Ecominéro joue véritablement le rôle d'un catalyseur d'innovation, qu'on soit vraiment au cœur de la recherche, même si on n'a pas notre propre laboratoire ou centre de recherche », explique son directeur général, François Demeure-dit-Latte.

Concrètement, l’éco-organisme fait notamment parvenir aux équipes de recherche des matériaux collectés sur différentes plateformes. Livrés en « big bags », ces déchets constituent la matière première des expérimentations menées à Cachan. 

Pour François Demeure-dit-Latte, l’un des principaux intérêts de ces recherches réside dans la préservation des ressources naturelles. Réutiliser des granulats provenant d’un bâtiment déconstruit permet notamment de limiter le recours à ceux extraits des carrières.

Les quantités disponibles restent cependant très inférieures aux besoins de la construction. Selon Ecominéro, environ 150 millions de tonnes de matériaux minéraux sont mises sur le marché chaque année pour le bâtiment, contre environ 15 millions de tonnes de déchets minéraux générés annuellement. Un écart qui s’explique notamment par la durée de vie des ouvrages : une grande partie des matériaux utilisés aujourd’hui ne reviendra dans la filière des déchets que plusieurs décennies plus tard.

Ecominéro estime ainsi que si l’ensemble du béton produit intégrait 10 % de granulats recyclés, le gisement disponible pourrait théoriquement être absorbé. À ce jour, selon les chiffres communiqués lors de la visite, 4,19 % des matériaux produits intègrent de la matière recyclée.

Pour organiser leur reprise, l’éco-organisme s’appuie sur environ 4 200 points de collecte en France, parmi lesquels des plateformes industrielles, des déchetteries publiques ou professionnelles et des points de reprise en distribution. Les flux vont de quelques kilos déposés par un artisan à plusieurs dizaines de milliers de tonnes lors de grandes démolitions.

Donner une « carte d’identité » aux déchets de construction

Avant d’utiliser ces matériaux, les chercheurs doivent savoir précisément ce qu’ils ont entre les mains. Les déchets de déconstruction sont par nature plus variables que des matières provenant directement d’une carrière. Un lot peut être principalement composé de béton, un autre contenir davantage de terre cuite ; certaines briques peuvent aussi conserver des traces de plâtre ou de mortier.

« Quand on reçoit un matériau, la première chose qu'on fait, c'est de lui faire sa carte d'identité », résume Éliane Khoury, enseignante-chercheure en matériaux de construction durable et responsable de la Chaire Ingénierie des Bétons à l’ESTP.

Composition chimique, taille des particules, origine du gisement : les analyses doivent permettre de mieux comprendre ces matériaux avant de les introduire dans de nouvelles formulations.

Certaines poudres de terre cuite issues du concassage de briques et de tuiles sont notamment étudiées pour remplacer une partie du ciment ou du clinker dans les formulations.

Mais encore faut-il vérifier que ces matériaux tiennent leurs promesses une fois incorporés. Les mortiers et bétons sont donc soumis à différents essais, notamment de flexion et de compression. Les échantillons sont placés sous presse jusqu’à leur rupture afin de mesurer leur résistance.

« On a obtenu de bons résultats dans les essais mécaniques », indique Johan Colin, enseignant-chercheur en matériaux de construction durable et responsable du laboratoire qui réalise les tests. L’équipe préfère toutefois ne pas communiquer les valeurs obtenues, les travaux étant toujours en cours.

La durabilité, critère numéro un de la performance des bétons

Selon Nourhan Mortada, responsable Matériaux Bas Carbone chez Ecominéro, le granulat recyclé « n'est pas de moindre qualité, il est juste moins normé ».

Selon les usages étudiés, les taux d’incorporation de matière récyclée dans les bétons tourne autour de 10 %. 

Au-delà de la résistance immédiate, les chercheurs observent surtout la manière dont les matériaux évoluent dans le temps. Une formulation peut présenter de bonnes performances mécaniques quelques semaines après sa fabrication sans que cela suffise à garantir son comportement sur la durée. « Sans la durabilité, on ne peut pas conclure définitivement sur la performance de nos bétons », insiste Éliane Khoury.

C’est cette étape qui sépare encore nombre de solutions expérimentales de leur utilisation à grande échelle. Les travaux menés à Cachan doivent permettre de déterminer quels matériaux issus de la déconstruction peuvent être réintroduits dans la construction, dans quelles proportions et pour quels usages. Plus que de recycler à tout prix, il s’agit donc d’identifier les débouchés dans lesquels ces matières peuvent réellement se substituer aux ressources minières. Une condition nécessaire pour que la circularité des matériaux minéraux dépasse le laboratoire et trouve progressivement sa place dans les pratiques constructives.

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