Contribution au développement de la valorisation des déchets inertes du BTP : Étude de la carbonatation des granulats recyclés compactés

Valorization of inert construction and demolition waste : Study of the carbonation of compacted recycled aggregates

• Auteur / Autrice : Yunlu Hou
• Direction : Abdelkarim Ait-Mokhtar, Jérôme Lux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 11/02/2021
• Etablissement(s) : La Rochelle
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Euclide (La Rochelle ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences de l’Ingénieur pour l’Environnement (La Rochelle)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Emmanuel Aubert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abdelkarim Ait-Mokhtar, Jérôme Lux, Jean-Emmanuel Aubert, Luc Courard, Eric Garcia-Diaz, David Bulteel, Pierre-Yves Mahieux, Philippe Turcry
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Luc Courard, Eric Garcia-Diaz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Déchets -- Valorisation

Captage et stockage du dioxyde de carbone

Sable

Recyclage

Granulats

Mots clés libres

Granulats recyclés

Sables recyclés compactés

Carbonatation

Fixation du CO2

Recycled aggregates

Compacted recycled sand

Carbonation

CO2 storage

Résumé

Les granulats recyclés sont des matériaux alternatifs pour la construction, fabriqués par concassage et criblage des déchets inertes du BTP. Ce sont des matériaux complexes majoritairement composés de béton de démolition et de pierres naturelles. Les propriétés des granulats recyclés sont très dépendantes de leur nature et, contrairement aux granulats naturels, ils peuvent présenter une réactivité importante. Ces travaux de recherche se sont focalisés sur la réactivité d’un sable recyclé 0/6 au contact du CO2 à l’échelle du grain d’abord puis à l’échelle d’un empilement compacté. Les effets de cette réactivité sur les propriétés microstructurales et mécaniques des Sable Recyclé Compacté (SRC) ont également été investigués. À l’échelle du grain, les résultats ont montré que les particules de béton de démolition se carbonataient et que cette réactivité était dépendante de leur proportion, de leur surface spécifique et enfin de leur état de carbonatation initiale. À l’échelle du SRC, les résultats ont montré que le CO2 diffusait principalement dans la porosité inter granulaire et que les vitesses de carbonatation étaient de l’ordre d’une dizaine de millimètres par an1/2. Le sable recyclé constitue un puits carbone puisque qu’au maximum 30kg de CO2 ont été fixés par m3 de SRC en condition naturelle. Néanmoins, même si les propriétés mécaniques évoluent au cours du temps et que cette évolution est essentiellement fonction des tensions capillaires et des contacts grain à grain, la carbonatation tend à les réduire. D’un point de vue applicatif, il semble donc préférable de carbonater les granulats recyclés avant qu’ils soient mis en place dans leur environnement définitif.

Recycled aggregates are alternative materials for construction, manufactured by the crushing and screening of inert construction and demolition wastes. They are complex materials mainly composed of demolition concrete and natural stones. The properties of recycled aggregates are highly dependent on their nature and, unlike natural aggregates, they can be highly reactive. This research focused on the reactivity of a recycled sand in contact with CO2, first at the grain scale and then at the scale of a compacted granular stacking. The effects of this reactivity on the microstructural and mechanical properties of Compacted Recycled Sand (CRS) were also investigated. At the grain scale, the results showed that the demolition concrete particles carbonated and that this reactivity was dependent on their proportion, their specific surface area and finally their initial carbonation state. On the scale of CRS, the results showed that the CO2 diffused mainly in the intergranular porosity and that the carbonation rates were of the order of about ten millimetres per year1/2. Recycled sand constitutes a “carbon sink” since a maximum of 30kg of CO2 was fixed per m3 of CRS under natural conditions. Nevertheless, even if the mechanical properties evolve over time as a function of capillary tensions and grain-to-grain contacts, carbonation tends to reduce them. From an application point of view, it seems preferable to carbonate the recycled aggregates before they are placed in their final environment.