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Posté par Redbran le Vendredi 02/03/2018 à 12:00
Impact du béton, de la naissance à la destruction

Poutres constitués de six bétons différents. ©ClimatCon
Des chercheurs de l'Union européenne ont développé une méthode d'évaluation plus précise de la durabilité des structures en béton, méthode qui tient compte du fait que les structures construites en béton (Le béton est un matériau de construction composite fabriqué à partir de granulats naturels (sable, gravillons) ou artificiels (granulats légers) agglomérés par un liant.) dites "vertes" peuvent se dégrader plus rapidement que celles construites avec un béton traditionnel.

Xiao-Hui Wang, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur...) principal du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration...) CLIMATCON, réalisé dans le cadre d'une bourse de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) Marie Curie (Maria Sk?odowska-Curie (née à Varsovie le 7 novembre 1867 et décédée à Sancellemoz le 4 juillet 1934), connue en France sous le nom de Marie Curie, est une physicienne polonaise naturalisée...) à l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment où...) Heriot-Watt (HWU) d'Edimbourg au Royaume-Uni, a étudié le comportement de poutres en béton armé (Le béton armé est un matériau composite constitué de béton et d'acier qui allie la résistance à la compression du béton à la...) soumis à une lourde charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire...). Le projet a ainsi comparé les performances du béton conventionnel, fabriqué avec du ciment (Le ciment (du latin caementum, signifiant moellon, pierre de construction) est une matière pulvérulente, formant avec l’eau ou avec une solution saline une pâte plastique liante, capable d’agglomérer, en...) Portland, et celles des bétons dits "verts" qui contiennent des cendres volantes (cendre de combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de...) 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 (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) 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 (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la théorie du soudage de l’acier) et de la construction...) 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 (Le dioxyde de carbone (appelé parfois, de façon impropre « gaz carbonique ») est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes...) mais la vitesse (On distingue :) de carbonatation est plus élevée et la corrosion peut débuter plus tôt", nous explique Dimitri Val, chef de projet (Un chef de projet, en informatique est la personne chargée de contrôler le bon déroulement du développement d'un logiciel informatique. Par extension, le terme chef de projet s'applique dans d'autres...) et professeur d'infrastructure, sécurité et fiabilité (Un système est fiable lorsque la probabilité de remplir sa mission sur une durée donnée correspond à celle spécifiée dans le cahier des charges.) à l'université Heriot Watt (Le watt (symbole W) est une unité dérivée du système international pour la puissance. Un watt est la puissance d'un système énergétique dans lequel une...), "vous aurez besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires, les...) de plus d'argent (L’argent ou argent métal est un élément chimique de symbole Ag — du latin Argentum — et de numéro atomique 47.) 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 (L'impact environnemental est l'ensemble des modifications de l'environnement, qu'elles soient négatives ou positives, dues à un organisme ou à un produit.) et leurs coûts sur toute leur durée de vie (La vie est le nom donné :). 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 (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel....). "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 (Le mot chargement peut désigner l'action de charger ou son résultat :) 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 (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés...) lui-même", poursuit le professeur Val.

L'équipe a ensuite réalisé un modèle numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une...) capable de prévoir la vitesse à laquelle le béton entamera sa carbonatation et la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur...) de CO2 qu'il absorbera, le tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en tenant compte de facteurs comme la charge, les fissures, la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux...) ou l'humidité (L'humidité est la présence d'eau ou de vapeur d'eau dans l'air ou dans une substance (linge, pain, produit chimique, etc.).).

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 ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux d'énergie...) 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.

Pour plus d'information voir:
- ClimatCon Report Summary

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Source: © Union européenne, [2018] / CORDIS