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 Bulletins techniques
novembre 2011

Les bétons verts

Par Frédéric Gagnon ing., M. Sc.,

Les bétons verts ne sont pas des bétons dont la teinte est plus verdâtre! Ce sont plutôt des bétons dont les constituants ou le processus de fabrication ont une meilleure empreinte environnementale que les bétons conventionnels.

Le béton conventionnel est un matériau de construction dont l'utilisation est néfaste pour l'environnement. La fabrication du ciment qui le compose est responsable de 5 à 7 % des émissions mondiales de gaz carbonique d'origine industrielle, lesquelles représentent un tiers des émissions d'origine humaine. Pourtant, il possède tout de même certains avantages par rapport aux autres matériaux disponibles. Entre autres, il est souvent produit localement, ce qui limite les transports et les rejets de CO2, et il est recyclable, puisqu'il peut-être broyé et réutilisé. De plus, il confère aux bâti ments en béton de bonnes performances énergé tiques en raison de ses propriétés d'inertie thermique.

Motivés par les pressions publiques et politiques ainsi que par les mouvements verts et les programmes comme la certification LEED (Leadership in Energy and Environmental Design), les producteurs de l'industrie cimentaire cherchent constamment à améliorer leurs produits afin de les orienter davantage vers le développement durable. Certaines de ces stratégies seront discutées dans les prochains paragraphes.

Les ajouts cimentaires

Figure 1: Gonflement d'une dalle de sous-sol dû à une attaque aux sulfates provenant d'un ajout "vert"

En ajoutant différents éléments, principalement des résidus industriels, dans la fabrication des bétons, on parvient à réduire la consommation de ciment, engendrant donc une réduction significative de la pollution de l'air. Ces ajouts, utilisés en remplacement du ciment, peuvent cependant modifier considérablement le comportement chimique et mécanique du béton. La compréhension de ces produits est souvent devancée par leur mise en marché, ce qui mène à l'apparition de différents désordres sur les ouvrages faits avec ces matériaux.

Les principaux ajouts cimentaires (produits recyclés) sont : les cendres volantes, les laitiers de haut fourneau, la fumée de silice et les fillers calcaires. Certains autres produits sont utilisés sporadi que ment pour des applications plus spécialisées.

Les cendres volantes sont des cendres recueillies dans les installations de dépoussiérage électrostatique ou mécanique des centrales thermiques à charbon, tandis que les laitiers de haut fourneau sont un résidu issu de la fabrication de la fonte. La fumée de silice est obtenue lors de la fabri cation d'alliages de silicium et de ferrosilicium. Enfin, les fillers calcaires sont une poudre fine provenant des opérations de concas sage de la pierre calcaire. Il est fréquent que plus d'un ajout soit utilisé simultanément.

Les liants dits ternaires, que l'on utilise régulièrement au Québec, contiennent trois éléments, soit du ciment Portland (ciment conventionnel) et une combinaison de deux des ajouts susmentionnés. En plus de réduire l'utilisation de ciment, on attribue aux bétons de liant ternaire des valeurs de retrait plus faibles, une bonne durabilité et une faible chaleur d'hydratation. Cepen dant, certains de ces bétons, lorsque exposés aux cycles de gel-dégel et aux sels de dégla çage, ont écaillé prématurément par rapport à des bétons conventionnels semblables. Plusieurs travaux de recherche en cours visent à améliorer la compréhension de ce phénomène.

S'il est bon de réduire la consommation de ciment, il est surtout important de s'assurer que les nouveaux bétons ont une aussi bonne durabilité. En effet, tous les efforts de réduction des émissions sont vains si le nouveau béton a une durée de vie écourtée. Par exemple, le sulfate de calcium anhydre est un sous-produit industriel récupéré des procédés de fabrication de l'aluminium et il est utilisé comme ajout dans certains produits spécialisés. Cet ajout a démontré son efficacité dans des applications particulières. Cependant, les bétons ou mortiers ainsi fabriqués peuvent présenter une grande vulnérabilité à l'eau et l'humidité qui se traduit par une attaque aux sulfates et un gonflement du matériau. L'utilisation de béton fabriqué avec ce composant à l'extérieur ou dans des milieux humides est proscrite, puisque des gon flements très importants peuvent en résulter. La figure 1 illustre ce phé no mène de gonflement dans le cas d'une dalle de sous-sol.

Les bétons dépolluants

L'approche verte n'est pas seulement passive. Des produits développés récemment agissent de façon active et, par des procédés chimiques, ils permettent de nettoyer l'air vicié.

Le dioxyde de titane (TiO2) est un photocatalyseur que l'on ajoute au béton et qui permet de réduire les molécules atmosphériques gazeuses nocives. Les oxydes d'azote (NOx) sont réduits par une succession de réactions induites par un rayonnement ultraviolet. On peut utiliser ces bétons de façon conventionnelle pour la construction des pavés ou des parements d'immeuble et, en utilisant l'énergie solaire, ceux-ci nettoient l'air pollué par les véhicules et l'activité industrielle.

Un autre béton, développé actuellement par une société issue de l'Imperial College of London, aurait la capacité d'absorber degrandes quantités de CO2 lorsqu'il durcit et vieillit. Ce n'est pas le seul avantage de ce matériau, puisque le ciment basé sur l'oxyde de magnésium, un dérivé de silicates minéraux, est chauffé à une température bien inférieure au ciment Portland lors de sa fabrication. Ce procédé de fabrication émet moins de 0,5 tonne de CO2 par tonne de ciment produite comparativement à près de une tonne pour les ciments conventionnels. Ceci en ferait un matériau au bilan carbone négatif.

Les bétons perméables

Figure 2: Démonstration des performances du béton perméable

Le béton perméable est un matériau qui présente l'avantage de permettre aux eaux de ruissellement de s'infiltrer sur place. Ce béton possède typiquement 15 à 25 % de vide et une surface de un mètre carré peut laisser passer environ 200 litres d'eau par minute. La figure 2 montre un exemple de passage de l'eau au travers d'un échantillon de béton perméable.

En capturant les eaux de pluie, les dalles sur sol faites de béton perméable permettent au sol de se recharger en eau et de réduire les charges d'eau dans les réseaux pluviaux et les cours d'eau lors de précipitations importantes. L'impact environnemental d'un tel béton est reconnu entre autres par le U.S. Environmental Protection Agency (EPA).

Conclusion

Le béton est la deuxième matière, après l'eau, la plus utilisée mondialement. Chaque année, près d'une tonne de béton est produite pour chaque habitant. Au Canada, le béton prêt à l'emploi est le matériau de construction le plus utilisé, puisqu'il représente environ 70 % du volume des matériaux de construction. Il n'est donc pas étonnant que beaucoup d'efforts de recherche et développement soient déployés afin d'en améliorer l'empreinte environnementale. Chaque gain, même s'il est minime, peut avoir un impact global important.