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INSA de Strasbourg – Spécialité GENIE CIVIL ERDOGDU Sertan, élève-ingénieur de 5 ème année Projet de fin d’études : « La valorisation des granulats de bétons recyclés dans les bétons »
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INSA de Strasbourg – Spécialité GENIE CIVIL
ERDOGDU Sertan, élève-ingénieur de 5ème
année
Projet de fin d’études :
« La valorisation des granulats de bétons
recyclés dans les bétons »
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REMERCIEMENTS
Je tiens à remercier Monsieur LEGUIL, responsable qualité chez HOLCIM, pour
m’avoir guidé tout au long de mon projet en apportant son expérience du terrain. Je remercie
Madame FEUGEAS, maître de conférences à l’INSA de Strasbourg, pour le suivi de mes
travaux mais également pour m’avoir aidé à rédiger ce mémoire de projet de fin d’études. Je
tiens également à remercier Monsieur VUILLEMIN, directeur du Material and Applications
Center chez HOLCIM, pour avoir partagé ses connaissances et pour ses conseils.
Je tiens à exprimer mes remerciements à Nicolas SERRES, maître de conférences à
l’INSA de Strasbourg, pour m’avoir aidé pour l’analyse au microscope avec le logiciel
ImageJ et également à Nicolas BUR, thésard à l’INSA de Strasbourg, pour m’avoir guidé
pour les essais de capillarité sur les granulats recyclés.
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INTRODUCTION
L’exploitation intensive des ressources naturelles de granulats conduit à réfléchir sur
le développement de l’utilisation des granulats recyclés. En France, ce développement est
freiné en raison des prix assez bas des granulats naturels notamment en Alsace ; ceux-ci sont
même moins chers que les granulats recyclés contrairement aux autres pays européens. Cette
valorisation des matériaux de démolition passe bien sûr par le corpus normatif ; en effet, les
normes intègrent de plus en plus leurs utilisations, notamment grâce au projet de révision de
la norme NF EN 206-1. Ils doivent néanmoins présenter certaines caractéristiques minimales
imposées par les normes. Ainsi, le but de ce présent projet est de montrer qu’il est possible de
produire des bétons à base de granulats recyclés tout en répondant aux besoins du marché et
aux normes. Notre méthodologie de l’étude du sujet sera, dans un premier temps de faire une
synthèse sur le matériau en question, c’est à dire les granulats recyclés et d’en connaître les
caractéristiques principales. Cette meilleure connaissance du matériau nous permettra de
connaître les points faibles et les points forts de celui-ci et nous conduira dans un deuxième
temps à effectuer des essais dans le but de proposer des formulations bétons qui ont des
propriétés satisfaisantes. Le but principal de ce projet étant d’élaborer une formule de béton
VRD et une formule de béton de structure.
Il ne faut cependant pas oublier l’aspect environnemental du problème. D’ici quelques
années, il est envisagé une réduction de la production française des granulats alluvionnaires
d’environ 2%. Au regard de la réduction éventuelle des réserves de granulats naturels, ces
dernières années nous montrent que des textes réglementaires de plus en plus pointus sont
établis pour améliorer la valorisation des déchets. Ainsi, la circulaire du 15 février 2000 [1]
qui traite de la gestion des déchets de chantier du bâtiment et des travaux publics oblige le
recyclage et la valorisation au maximum des déchets dans le cadre de la loi du 13 juillet 1992
[2], bien qu’elle soit peu appliquée dans le cadre de la production de béton.
Le secteur du bâtiment est bien sûr concerné par la question étant donné la quantité de
déchets produits. En effet, plus de 300 millions de tonnes de déchets de chantier sont produits
chaque année dans le secteur du bâtiment et des travaux publics [3]. Les granulats recyclés
issus de ces déchets représentent seulement 5% de la production nationale de granulats et leur
utilisation est restreinte aux domaines routiers [3].
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SOMMAIRE
INTRODUTION ........................................................................................................................ 3
1. Les granulats .......................................................................................................................... 5
1.1. Les différents types de granulats .......................................................................................... 5
1.1.1. Les granulats alluvionnaires .............................................................................................. 5
1.1.2. Les granulats marins .......................................................................................................... 5
1.1.3. Les granulats concassés de roche massive ......................................................................... 6
1.1.4. Les granulats recyclés ....................................................................................................... 6
1.2. Production des matériaux recyclés ....................................................................................... 15
1.2.1. Processus de fabrication des matériaux issus de la démolition ......................................... 15
1.2.2. Les produits de recyclage .................................................................................................. 17
1.3. Analyse de l’offre et de la demande en granulat en France ................................................. 20
1.3.1. Offre en granulat ............................................................................................................... 20
1.3.2. La demande en granulat .................................................................................................... 22
2. Aspects normatifs et réglementaires .................................................................................... 24
2.1. Aspects réglementaires concernant la gestion des déchets ................................................... 24
2.2. Projet de révision de la norme EN 206-1 ............................................................................. 24
2.3. La classification des déchets ................................................................................................ 27
2.3.1. Définition des différents types de déchets .......................................................................... 28
2.4. Le marquage CE .................................................................................................................... 30
2.5. Le projet national Recybéton ................................................................................................ 30
3. Etudes préliminaires ............................................................................................................. 32
3.1. Dosage à 100% de granulat recyclé ..................................................................................... 32
3.2. Béton de structure .................................................................................................................. 34
3.2.1. Généralités sur les adjuvants .............................................................................................. 34
3.2.2. Influence du dosage en adjuvant ........................................................................................ 36
3.2.3. Influence du dosage en ciment ........................................................................................... 37
3.2.4. Dosage variable en granulats recyclés................................................................................ 39
3.2.5. Recherche des adjuvants optimaux pour le béton de structure .......................................... 45
3.2.6. Chantier expérimental chez Ferrari démolition .................................................................. 48
3.3. Béton VRD ............................................................................................................................ 48
3.3.1. Réalisation d’un chantier de bordure avec la formule recyclé ........................................... 50
3.4. Calcul du prix unitaire des granulats recyclés ....................................................................... 50
ANNEXES ................................................................................................................................... 54
REFERENCES ........................................................................................................................... 59
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1. Les granulats
Rappelons dans un premier temps qu’un granulat est un « ensemble de grains de dimensions
comprises entre 0 et 125 mm » d’après la norme XP P 18-540.
1.1. Les différents types de granulats
1.1.1. Les granulats alluvionnaires
Les granulats alluvionnaires sont issus des roches détritiques non consolidées [4].
Suite aux érosions des différentes roches, ces granulats sont entraînés par les eaux de
ruissellement. Ils sont assez hétérogènes car au cours de leur transport, des éléments sont
entraînés par les cours d’eau qu’ils traversent. Les principaux granulats alluvionnaires en
France sont les alluvions silico-calcaires ainsi que les alluvions siliceuses.
Extraction des granulats alluvionnaires :
C’est à proximité des vallées où sont implantées les agglomérations que leurs
exploitations a lieu, ce qui diminue le coût du transport et donc leur coût de production est
faible.
Caractéristiques des granulats alluvionnaires :
A cause de l’érosion que ces granulats subissent, ils ont une forme arrondie. En effet,
c’est grâce à cette forme arrondie qu’ils confèrent au béton frais une bonne maniabilité. (voir
annexe 1 pour les caractéristiques).
1.1.2. Les granulats marins
Ces granulats sont issus des sédiments meubles des plateaux continentaux. Leurs quantités
sont assez importantes en France. En effet, les ressources en granulats marins sont évaluées à
45 milliards de tonnes dont seulement 15 milliards sont exploitables [5]. Pour ce qui est de
l’exploitation actuelle des granulats marins, la production nationale en 2001 était de 5
millions de tonnes, ce qui représente environ 1% de la production totale des granulats en
France. On distingue principalement deux types de granulats marins en France :
- les dépôts alluvionnaires fluviatiles : ils sont composés de sables plus ou moins fins,
de gravillons roulés et de galets de taille variable.
- les dépôts sédimentaires marins : ceux-ci constituent la partie superficielle du plateau
continental et ont une composition sableuse ou sablo-graveleuse. On notera toutefois
qu’à proximité du littoral et notamment au droit des estuaires, ils sont plutôt composés
de sédiments vaseux.
Caractéristiques des granulats marins :
Ils ont une masse volumique réelle et une absorption similaires aux granulats
alluvionnaires (voir annexe 2). En comparaison avec les sables alluvionnaires, les sables
marins nécessitent généralement 3% d’eau supplémentaire. Les bétons à base de sable marins
6
ont des résistances inférieures comparé aux bétons à base de sable alluvionnaire, à cause de
l’augmentation du rapport E/C [6 ; 7].
1.1.3. Les granulats concassés de roche massive
Ces granulats naturels sont issus des carrières et sont obtenus par abattage et
concassage. Ceci leur confère des formes angulaires. Ces roches peuvent être d’origine
magmatique (granite, porphyre, basalte et diorite), métamorphique (quartzite et marbre) ou
encore sédimentaire (le calcaire). Leurs extractions se font à l’explosif et les roches obtenues
sont ensuite concassées pour avoir les dimensions souhaitées.
Caractéristiques des granulats concassés :
Ces granulats sont plus anguleux et plus écaillés que les granulats alluvionnaires, ce
qui leur confère un coefficient d’aplatissement plus élevé (voir annexe 3 pour les
caractéristiques). Cependant, leurs formes anguleuses entraînent une maniabilité plus réduite
par rapport aux bétons à base granulats alluvionnaires. Par contre, les bétons utilisant ces
granulats (de type basaltique essentiellement) ont des résistances mécaniques plus importantes
comparées à ceux incorporant des granulats alluvionnaires.
1.1.4. Les granulats recyclés
En France, même si le secteur de la démolition produit chaque année plus de 20
millions de tonnes de gravats, seulement 10 à 15 millions de tonnes peuvent être utilisées pour
produire des matériaux de recyclage. Cependant, malgré ce potentiel, la quantité de granulats
issus du recyclage était seulement de 5 millions de tonnes en 2001. La carte suivante montre
la répartition en France de l’exploitation des granulats recyclés.
Figure 1-1 : Production régionale des granulats recyclés en France (source : UNPG)
On peut voir sur cette carte que les régions les plus productrices en granulats recyclés
sont l’île de France et le Nord-Pas-de-Calais. La raison principale d’une si grande exploitation
des granulats recyclés en île de France est le prix élevé des granulats naturels. On observe ces
7
dernières années une augmentation sur l’ensemble de la France de la production de granulats
recyclés (voir carte ci-dessous).
Figure 1-2 : Evolution de la production de granulats recyclés en France entre 1998 et 2008
(source : UNPG)
1.1.4.1. La sélection et le tri des matériaux de démolition
Tout déchet issu du secteur de la démolition n’est pas recyclable. Ainsi, on distingue cinq
catégories de matériaux de démolition (source :UNICEM) :
- bétons armés ou non armés sans enduit ni plâtre,
- matériaux composés de briques, de tuiles, de graves, de pierres et de blocs rocheux,
- matériaux mélangés avec une faible teneur en plâtre, bois, plastique,
- mauvais matériaux avec une teneur en bois, plâtre, plastique supérieure à 10%,
- autres matériaux n’entrant pas dans les catégories précédentes,
1.1.4.2. Etat des lieux des granulats recyclés en France
En France, les granulats sont principalement naturels (source : CERIB), c’est à dire
qu’ils sont issus de roches meubles ou massives et qu’ils ne subissent pas d’autre traitement
que les traitements mécaniques (source : norme XP P 18-540).
Les granulats recyclés sont surtout constitués des matériaux issus de la démolition. Ainsi, la
carte suivante montre la répartition de la nature des matériaux recyclés pour chaque région.
8
Figure 1-3 : Répartition de la nature des matériaux recyclés suivant les régions (source :
UNPG)
Zoom sur l’Alsace :
Figure 1-4 : Nature des matériaux recyclés en Alsace (source : UNPG)
En Alsace, 2.1 millions de tonnes de granulats recyclés ont été produits en 2009. Bien
que cela ne représente que 8% de la production de granulats en Alsace, on notera que ce
chiffre est bien supérieur à la moyenne nationale qui est d’environ 5%. De plus, ce chiffre est
plutôt encourageant car les ressources naturelles en granulats sont abondantes en Alsace, ce
qui traduit une sensibilité locale forte pour le développement durable.
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1.1.4.3. Caractéristiques des granulats recyclés
Les granulats recyclés ont une masse volumique moins importante que les granulats
alluvionnaires. Ceci est dû à la gangue de ciment qui adhère aux granulats, leur masse
volumique réelle étant faible, la masse volumique des granulats recyclés s’en retrouve
amoindrie (Pour l’ensemble des caractéristiques, voir annexe 4).
Lors du projet de fin d’étude, j’ai pu mesurer quelques caractéristiques principales des
granulats recyclés pour les comparer aux valeurs données par le fournisseur. Les granulats
recyclés en question provenaient de Ferrari Démolition, une filiale de SCREG. Nous avons
obtenu un coefficient de Los Angeles de 29 alors que ce coefficient est d’environ 22 pour les
granulats alluvionnaires (source :CERIB). Pour l’absorption, nous avons mesuré celle-ci à 30
minutes, une heure, deux heures, quatre heures et 24 heures. Les résultats sont dans le tableau
suivant :
Tableau 1-5 : Absorption et masse volumique des granulats recyclés (Essais réalisés à
Niedernai)
On peut voir que la valeur d’absorption est assez stable et tourne autour de 7%, ce qui
est très supérieur à la valeur d’absorption des granulats alluvionnaires qui est d’environ 0,8%.
La valeur de 7% d’absorption correspond à ce qu’on trouve dans les recherches
bibliographiques. L’intérêt de ces essais est double ; on a non seulement montré que
l’absorption était bien supérieure à la valeur affichée par Materials and Applications Center
(MAC), qui était de 4.3%, mais on a également montré que les granulats recyclés absorbaient
l’eau dans la première demi-heure d’exposition à l’eau. Cette durée d’une demi-heure
correspond à peu près au temps de livraison du béton par les camions toupies. L’absorption
est très importante car elle entraîne le changement de l’ouvrabilité du béton. Un autre
problème est la mauvaise hydratation du ciment : une partie de l’eau de gâchage qui était
destinée à hydrater les grains de ciment se retrouve piégée par les granulats recyclés poreux.
De plus, lorsqu’on pense à ajouter dès le départ plus d’eau dans le malaxeur, le phénomène de
relargage peut avoir lieu et ainsi, le béton frais obtenu aura une ouvrabilité plus importante à
celle désirée, ceci étant dû au phénomène osmotique entre l’eau dans le granulat recyclé et la
pâte de ciment qui est concentrée en produits dissous (le ciment). Comme l’illustre la figure
1-6, notre granulat recyclé à l’instant T0 de la gâchée est peu chargé en ciment par rapport à la
pâte de ciment. Un état d’équilibre va donc se créer. En effet, l’eau qui était dans le granulat
recyclé va aller dans la pâte de ciment pour que la concentration en ciment dans le granulat
recyclé tende vers la même valeur que celle dans la pâte de ciment. La membrane semi-
perméable de la figure 1-6 est dans notre cas d’étude le granulat recyclé.
Absorption (%) Masse volumique (T/m3)
30 minutes 6,87 2,27
1 heure 6,89 2,27
2 heures 6,92 2,27
4 heures 7,46 2,24
24 heures 6,77 2,28
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Figure 1-6 : Illustration du phénomène osmotique (source : Wikipedia)
La masse volumique réelle donnée par MAC est également différente de celle mesurée
expérimentalement ; en effet, celle-ci est de 2.27 T/m3 au lieu des 2.34 T/m3 affichée. Ces
résultats nous montrent également la corrélation que nous suspections entre la masse
volumique et l’absorption ; plus cette dernière est importante et plus la masse volumique est
réduite. L’ensemble de ces caractéristiques ainsi que la connaissance du temps de prise place
nos granulats recyclés 6/20 provenant de chez Ferrari démolition sous le code CRb du projet
de révision de la norme EN 206-1.
Remarque :
La différence d’absorption mesurée entre mes essais et ceux de MAC est importante.
Lors des essais d’absorptions, nous avons utilisé la norme NF EN 1097-6 article 8 et nous
pouvons nous demander si cette norme est adaptée aux granulats recyclés. En effet, la
différence d’absorption trouvée peut être due à la procédure de cette norme. Par exemple le
séchage des grains en surface peut être uns source d’erreur pour la détermination de la valeur
d’absorption ; si l’on sèche beaucoup le matériau recyclé, on risque d’enlever le ciment à la
surface de ces grains, ce qui modifierait l’absorption. Le séchage à l’étuve peut également être
une source d’erreur pour la détermination de la valeur d’absorption : en chauffant comme le
recommande la norme 1097-6 à 105 °C, on provoque des réactions physico-chimiques au
niveau du ciment qui faussent les résultats. En effet, après avoir réalisé le même essai en
préchauffant les granulats recyclés à 105°C avant de commencer l’essai, nous avons obtenu
une absorption de 6.2%, ce qui prouve qu’il y a bien réactions physico-chimiques en
chauffant à 105°C. Ainsi, il est plus judicieux de sécher le matériau en réglant la température
de l’étuve à 30 °C par exemple (nous laisserons sécher le matériau pendant un mois à cette
température). En répétant l’essai d’absorption plusieurs fois et en séchant les échantillons à
30°C à l’étuve, nous trouvons une absorption à 24h de 5.6% (essai réalisé trois fois). On peut
donc affirmer que la valeur à considérer pour l’absorption est de 5.6%. Cependant, il est
probable qu’à une température de chauffe aussi faible, nous ne parvenons pas à sécher le cœur
du matériau, même si on le laisse sécher plusieurs semaines.
Pour ce qui est de la résistance des bétons à base de granulats recyclés, des baisses de 20%
ont été enregistrées lorsqu’on remplaçait entièrement les granulats naturels par ceux issus du
11
recyclage (source : CERIB). Cette baisse de résistance peut être attribuée à plusieurs
facteurs :
- la porosité du mortier
- caractéristiques mécaniques faibles des granulats recyclés
- liaisons granulats-mortier affaiblies dans le béton recyclé
Le retrait peut être de 20% à 50% plus important comparé à un granulat alluvionnaire. Ce
retrait est dû aux effets combinés de la quantité importante de mortier dans le béton et de la
plus grande quantité d’eau de gâchage que l’on utilise (source : CERIB).
La vitesse d’absorption des granulats recyclés :
Afin de mesurer la vitesse d’absorption de l’eau par les granulats recyclés, des essais ont été
réalisés à l’INSA de Strasbourg.
Mode opératoire :
L’essai a été réalisé trois fois, avec deux échantillons de granulats recyclés séchés à
l’étuve à 30°C et un échantillon de granulat 4/16R du site de Valff séché à la même
température. La masse sèche de granulats recyclés a été pesée puis placée sur une grille reliée
à une balance précise à 0.01g. De l’eau a été mise dans une bassine jusqu’au contact de la
grille. Nous avons ensuite pesé la masse sèche de granulat et nous avons ensuite placé ces
derniers sur la grille. Nous avons choisi d’introduire des petites quantités sur la grille de
manière à pouvoir placer les granulats en une seule fois et de démarrer le chronomètre en
même temps. Pour finir, nous mesurons l’évolution de la masse des granulats recyclés toutes
les minutes et nous obtenons le graphique 1-8.
Figure 1-7 : Illustration du mode opératoire (source : Essai réalisé à l’INSA de Strasbourg)
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Figure 1-8 : Vitesse d’absorption d’eau par les granulats recyclés (source : Essai réalisé à
l’INSA de Strasbourg)
Figure 1- 9: Vitesse d’absorption d’eau par le mortier (source : Essai réalisé à l’INSA de
Strasbourg)
Remarque :
Cet essai que nous avons effectué à l’INSA de Strasbourg n’est pas un essai normalisé. Il
est intéressant de constater que pour les trois essais, nous retrouvons la même allure ;
l’évolution de l’absorption est brusque au départ tandis qu’elle finit par stagner au bout d’une
heure environ. Nous noterons également que les masses sèches indiquées sur la figure 1-8
correspondent aux valeurs données par la balance lorsque nous introduisons instantanément
les granulats sur la grille. En effet, les masses de départ des échantillons sont légèrement plus
élevées (M=23.73 g pour l’échantillon de 4/16, M = 18.45 g pour l’échantillon de recyclé n°1
et M = 13.80 g pour l’échantillon de recyclé n°2).Cette différence résulte de plusieurs effets :
le premier est la poussée d’Archimède, cette force va diminuer la valeur de la masse de
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l’échantillon en fonction du poids du volume d’eau déplacé par les granulats. Un autre
paramètre est la rigidité du câble soutenant la grille : en effet, en introduisant les granulats à la
main sur la grille, nous les déposons à une vitesse plus ou moins importante, ce qui affecte
directement la sollicitation du câble. Cette vitesse de pose des granulats sur la grille affecte
bien sûr la poussée d’Archimède qui sera plus forte lorsque les granulats sont posés
rapidement. Ceci explique pourquoi nous gardons comme masse de départ, la valeur affichée
par la balance lorsque les granulats viennent d’être posés sur la grille à l’instant T0. En outre,
nous observons au bout d’une heure un gain en eau de 0.23 g pour l’échantillon de 4/16R, un
gain de 0.75 g pour l’échantillon de granulat recyclé n°1 et un gain de 0.54 g pour
l’échantillon de granulat recyclé n°2. Ceci correspond à un gain de :
- 0.23 / 23.17 = 0.0099 soit environ 0.99% pour le granulat 4/16R
- 0.75 / 18.22 = 0.041 soit environ 4.1% pour l’échantillon de granulat recyclé n°1
- 0.54 / 12.92 = 0.042 soit environ 4.2% pour l’échantillon de granulat recyclé n°1
Nous pouvons faire une analogie entre ces valeurs et les valeurs d’absorption : par
exemple, pour le granulat 4/16R, nous trouvons un gain de 0.99% et la fiche technique de ce
produit (FTP) nous fournit une valeur de 1.12% en absorption, ce qui est assez proche. Pour
ce qui est des granulats recyclés, nous avons 4.1% et 4.2% (sachant que les granulats recyclés
avaient été séchés à 30°C) et la valeur d’absorption de ce granulat est de 5.6% (absorption de
5.6% lorsque l’essai est réalisé dans les mêmes conditions que dans la norme NF EN 1097-6
mais en séchant les granulats à 30°C au lieu de 105°C). L’écart constaté est, entre autres, du à
la taille des granulats : en effet, lors de l’essai, nous prenons des granulats assez grand, pour
que ceux-ci ne passent pas à travers la grille mais aussi pour pouvoir les mettre sur celle-ci en
une seule fois. Ainsi, la valeur de 5.6% trouvée tient compte des fines du matériau. A titre
comparatif, la teneur en fine du granulat 4/16R est de 0.18% alors qu’elle est de 2.2% pour le
granulat recyclé (valeur mesurée au laboratoire de Niedernai lors des granulométries).
La figure 1-9 quant à elle nous montre la capacité d’absorption importante de la pâte de
ciment. En effet, nous avons 5.2 g d’eau absorbée pour 59.84 g de mortier, cela nous donne
donc 1.58 g d’eau absorbée pour 18.22 g de mortier. De même, pour le granulat 4/16R, nous
avons 0.23 g d’eau absorbée pour 23.17 g de matériau, nous avons donc 0.18 g d’eau
absorbée pour 18.22 g de matériau. Or, nous avons 33 % de pâte de ciment dans notre
granulat recyclé (voir l’étude de proportion de pâte de ciment du granulat recyclé ci-dessous),
calculons alors l’eau qu’absorberait un mélange de 33% de mortier et de 67% de 4/16R : Mw
= 0.33 * 1.58 + 0.67 * 0.18 = 0.64 g d’eau. Cette valeur est assez proche de la quantité d’eau
absorbée par les 18.22 g de granulat recyclé, en effet, nous pouvons voir que nous avons 0.75
g d’eau absorbée sur la graphique 1-8.
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Etude de la proportion de pâte de ciment dans le granulat recyclé :
Afin de déterminer la proportion de pâte de ciment dans notre matériau recyclé, nous
avons procédé à un polissage puis une analyse au microscope sur une vingtaine de granulats
recyclés. Après avoir pris des photos au microscope, nous les avons analysées à l’aide du
logiciel ImageJ.
Figure 1-10 : Exemple d’une analyse avec le logiciel ImageJ pour déterminer la proportion
de pâte de ciment (source : Essai réalisé à l’INSA de Strasbourg)
Figure 1-11 : Proportion de pâte de ciment en fonction de la taille des granulats recyclés
(source : Essai réalisé à l’INSA de Strasbourg)
Remarque :
La figure 1-11 nous montre bien que la proportion de pâte de ciment a tendance à
augmenter lorsque la dimension des granulats recyclés diminue. En faisant cette analyse de
proportion de pâte de ciment sur une vingtaine de granulats recyclés de dimensions variées et
15
après pris en compte la courbe granulométrique du matériau, nous avons affecté un coefficient
pour chaque dimension de grain et nous obtenons ainsi 33% de pâte de ciment. Ce taux de
pâte de ciment est en concordance avec la réalité ; en effet, bien qu’il soit difficile de
connaître l’origine des bétons parents des granulats recyclés, nous pouvons estimée la
proportion de pâte de ciment : V = 100L (ciment) + 180 L (eau) = 280 L soit environ 28% de
pâte de ciment.
1.2. Production des matériaux recyclés
1.2.1. Processus de fabrication des matériaux issus de la démolition
Bien que les granulats recyclés soient produits avec des équipements très similaires à
ceux des granulats naturels issus du concassage des roches, des traitements supplémentaires
sont à prévoir. Ainsi, le schéma suivant montre une synoptique de production courante des
granulats recyclés utilisés en Lorraine.
Figure 1-12 : Processus de fabrication de matériaux recyclés (source : LRPC Nancy)
Phase 1 Phase 2
16
On peut voir sur le schéma ci-dessus les différentes phases de la production des matériaux
recyclés issus de la démolition :
- Phase 1 : On fait un premier tri et un stockage des matériaux à recycler. Ce stockage
est plus ou moins sélectif en fonction du nombre de catégories de matériaux présents,
- Phase 2 : On effectue un prétraitement avec un brise-roche et une pince dans le but de
réduire les gros éléments. Cette phase sert également à couper les éléments longs et à
retirer les grosses impuretés,
- Phase 3 : Concassage primaire avec un concasseur, déferraillage magnétique (voir
photo ci-dessous). Puis vient le criblage pour éliminer les matériaux dont les
caractéristiques ne nous intéressent pas et peut être suivi d’un tri destiné à retirer les
impuretés résiduelles,
- Phase 4 : Concassage secondaire sur la fraction supérieure (dans le dessin ci-dessus
sur la fraction 20/D).
Figure 1-13 : Déferraillage magnétique par « overband »
Figure 1-14 : Retrait des contaminants légers par jet d’air
17
Figure 1-15 : Retrait des contaminants légers par flottation (source : PN Recybéton, Etude de
faisabilité, Recyclage complet des bétons, 2011)
Les installations de recyclages :
Ces installations peuvent être fixes ou mobiles, suivant l’importance des flux de matériaux
à traiter :
- Les installations fixes sont situées à proximité des grands centres de production. Elles
permettent de produire massivement et sont munis d’équipements de traitement
comme le lavage, la décantation ou encore le tri manuel,
- Les installations mobiles quant à elles permettent d’intervenir de manière ponctuelle
sur les chantiers de démolition lorsque les quantités à recycler sont comprises entre 10
000 et 15 000 tonnes. L’intérêt de cette technique est qu’elle permet de réduire les
coûts de traitements et d’adapter les plates-formes de regroupement aux besoins
locaux sans le souci de limiter le transport routier.
1.2.2. Les produits de recyclage
Après traitement des matériaux issus de la démolition, nous obtenons différentes
catégories de granulats recyclés. L’essentiel de la production est composé de graves 0/D ; de
sables, de gravillons et de cailloux. L’ensemble est repris dans le tableau suivant avec les
normes permettant de classer ces matériaux.
Tableau 1-16 : Les installations nécessaires par rapport aux types de matériaux désirés
(source :Guide technique pour l’utilisation des matériaux régionaux d’île de France)
18
1.2.2.1. Les graves de recyclages (G.R.)
Cinq catégories ont été définies pour caractériser les graves de recyclage : GR0, GR1,
GR2, GR3 et GR4. Les caractéristiques de ces graves sont dictées par les normes et sont
reprises dans le tableau suivant :
Figure 1-17 : Caractéristiques des graves de recyclages définies par les normes (source :
Guide technique pour l’utilisation des matériaux régionaux d’île de France)
Remarque :
Pour être classé dans l’une des catégories GR1, GR2, GR3 ou GR4, les matériaux
recyclés doivent satisfaire à tous les critères relatifs à la catégorie concernée.
Utilisation des graves de recyclage :
Graves GR0 :
Ces graves sont inutilisables en couche de forme. Ils sont cependant utilisables en remblai
avec les conditions suivantes :
- ils doivent être assimilés à la classe de sol naturel de mêmes caractéristiques
géotechniques (norme NF P 11-300)
- application des conditions d’emploi définies dans le GTR (Guide des Terrassements
routiers) pour cette classe à l’exclusion des solutions avec traitement à la chaux ou aux
liants hydrauliques
- si le remblai est réalisé avec plusieurs natures de sols, les graves GR0 ne doivent pas
être en contact avec des sols traités
- ils ne doivent pas être employés dans les remblais contigus aux ouvrages
- ils ne doivent pas être employés en PST (Partie Supérieure des Terrassements) si la
couche de forme est prévue en sols traités
- ils ne doivent pas être utilisés en partie basse de remblais réalisés en zone inondable
19
Graves GR1 :
Il est possible de les utiliser en remblai selon les conditions d’emploi définies dans le GTR
pour les sols naturels si leurs caractéristiques géotechniques peuvent y être assimilées. Notons
également que les graves GR1 sont utilisables dans les cas où l’utilisation des graves GR0 est
interdite.
Graves GR2, GR3 et GR4 :
Il est possible de les utiliser en assise de chaussées, avec deux formes possibles :
- soit sous sa forme brut (GNT)
- soit après traitement au liant hydraulique (GH)
1.2.2.2. Graves non traitées
Ce type de graves est défini dans la norme NF P 98-129. Les conditions d’emploi de ces
graves sont fonction de :
- leurs positions dans l’assise, c’est à dire savoir s’ils sont dans la couche de fondation
ou dans la couche de base
- l’intensité du trafic (voir tableau ci-dessous)
Figure 1-18 : Les classes de trafic en fonction de la moyenne journalière annuelle des poids
lourds (MJA), (source : Guide technique pour l’utilisation des matériaux régionaux d’île de
France)
Figure 1-19: Tableau résumant le domaine d’emploi des GR2, GR3 et GR4 non traitées
(source :Guide technique pour l’utilisation des matériaux régionaux d’île de France)
20
Les graves traitées aux liants hydrauliques (GH) :
Ces graves sont définies dans la norme NF 98-116. Leurs conditions d’emploi
dépendent également de leurs positions dans l’assise ainsi que de l’intensité du trafic. Le
tableau suivant montre le domaine d’utilisation pour chacune de ces graves :
Figure 1-20 : Domaine d’utilisation des graves traitées aux liants hydrauliques
(source :Guide technique pour l’utilisation des matériaux régionaux d’île de France)
1.3. Analyse de l’offre et de la demande en granulats en France
1.3.1. Offre en granulats
Le marché des granulats est régi par le caractère régional de leur exploitation. En effet,
il faut savoir que les maîtres d’œuvres ont tendance à utiliser les granulats proches des
chantiers concernés car le coût du transport est prépondérant. En 2001, la France a produit
environ 415 millions de tonnes de granulats (source : CERIB). Parmi ces granulats, 53% sont
issus des roches massives concassées, par exemple les roches éruptives et calcaires, 42% sont
issus des roches meubles. Par roches meubles, on entend les granulats alluvionnaires, les
granulats marins et autres sables naturels. En troisième position arrivent les granulats
recyclés. Ils sont surtout constitués des matériaux issus de la démolition.
L’offre en granulats marins :
Comme il a été dit plus haut, la France produit environ 5 millions de tonnes
annuellement de granulats marins. La carte ci-dessous présente la répartition géographique
des extractions de ces granulats.
21
Figure 1-21 : Extractions des granulats marins (hors dragages) (source : CERIB)
Cette carte nous montre bien que les granulats marins sont surtout utilisés au niveau
des littoraux, lieux où ces granulats sont justement extraits. On distingue ainsi trois zones : la
façade Atlantique qui représente environ 80% des extractions, la façade bretonne avec 1 % et
pour finir la façade normande avec environ 19%.
Tableau 1-22 : L’offre des différents types de granulats suivant les régions (source : CERIB)
Remarque :
On peut voir sur le tableau 1-22 que l’île de France reste le principal fournisseur en
granulats recyclés. La raison principale d’une si grande exploitation des matériaux de
22
démolition en île de France reste le prix prohibitif des granulats alluvionnaires. On peut aussi
penser que le développement relativement important des matériaux recyclés dans cette région
est soutenu par la densité des constructions et bien sûr par la faible distance de transport des
granulats recyclés. De manière générale, on voit que les régions Pays de Loire et Rhône-Alpes
sont les plus gros producteurs de granulats. On voit bien le caractère régional de l’exploitation
des granulats ; certaines régions dépourvues en ressources alluvionnaires privilégient
l’exploitation des granulats concassés, par exemple la région du nord. Pour ce qui est de
l’Alsace, c’est le contraire ; la production des granulats concassés est bien moindre que celle
des granulats alluvionnaires.
1.3.2. La demande en granulats
Sur les 415 millions de tonnes de granulats que produit chaque année la France,
environ 26 millions sont destinés à l’industrie du béton. Ainsi, le tableau suivant reprend le
besoin en granulats de chaque région pour produire du béton.
Figure 1-23 : La demande de granulats en France par région (source : Fédération de
l’industrie du béton)
On peut voir que la région Rhône-Alpes est celui qui consomme le plus de granulats pour
produire du béton.
Il est particulièrement difficile en France de développer les granulats recyclés en
raison de la compétitivité des granulats naturels. La figure 1-24 montre bien que la France est
l’un des rares pays où les granulats recyclés sont plus chers que les granulats naturels. Ceci
peut s’expliquer par les ressources importantes dont dispose la France. Ainsi, on enregistre
des différences de prix de l’ordre de 20 à 40% en faveur des granulats naturels.
23
Tableau 1-24 : Comparaison des prix entre les granulats naturels et les granulats recyclés
dans quelques pays d’Europe (source : Congrès européen éco-technologies pour le futur)
Conclusion de l’offre et de la demande en granulat :
Nous avons vu que même si certaines régions en France développent la production des
granulats recyclés, leur utilisation reste mince. Ceci est entre autre du à l’abondance des
granulats dits naturels et leurs coûts relativement faibles. En France, on peut voir que les prix
moyens des granulats recyclés sont proches, voire légèrement supérieur aux prix des granulats
naturels. On peut donc penser que l’avenir des agrégats recyclés en France repose sur la
sensibilité des clients d’agrégats vis à vis de l’écologie et du développement durable.
24
2. Aspect normatif et réglementaire
Définition du béton recyclé :
Un béton de recyclage conforme à la norme SN EN 206-1 est un béton dont le granulat
est constitué d’au moins 25% de sa masse de béton recyclé et/ou de granulats non trié au sens
de la directive de l’OFEV (Office Fédérale de l’Environnement) pour la valorisation des
déchets de chantiers minéraux.
2.1. Aspect réglementaire concernant la gestion des déchets
Les articles L.541-1 à L.541.50 du code de l’environnement fournissent des
dispositions relatives à l’élimination des déchets du BTP. Les responsabilités des producteurs
de déchets y sont par exemple définies. Le principe de base de cette politique est que les
producteurs sont responsables de l’élimination des déchets et qu’ils doivent limiter
l’enfouissement des déchets ultimes* et favoriser leur valorisation. Quant à la circulaire
relative à la gestion des déchets du 15 février 2000, elle reprend les objectifs principaux à
atteindre en vue de la bonne gestion des déchets.
Remarque :
* « Est ultime un déchet résultant ou non du traitement d’un déchet qui n’est plus susceptible
d’être traité dans les conditions techniques et économiques du moment », (source : cours de
Mme BRAYMAND)
Les versions 2008 des normes EN 13242 +A1 et EN 12620+A1 intègrent déjà quelques
dispositions spécifiques aux granulats recyclés. D’autres normes reprennent également en
partie certaines caractéristiques des granulats recyclés, par exemple : (source : UNPG)
- EN 1744-1 § 10.2 : reprise de la norme française XP P 18-581 (sulfates solubles dans
l’eau des recyclés)
- EN 933-11 : Classification des recyclés
- EN 1744-5 : Chlorures solubles dans l’acide
- EN 1744-6 : Influence des recyclés sur le temps de prise
La norme NF EN 12620 permet d’utiliser les granulats recyclés dans le béton. Pour
permettre cette utilisation, la norme XP P 18-545 est en cours de modification. Cependant,
cette dernière est une norme expérimentale, elle a donc un statut inférieur aux normes
européennes (source : comité français pour les techniques routières). Quant à la norme NF EN
206-1, elle est en cours de révision au niveau français et européen pour permettre l’utilisation
des granulats recyclés (voir paragraphe 2.2. ci-dessous).
2.2. Projet de révision de la norme NF EN 206-1
Afin de connaître les caractéristiques minimales que doivent avoir les granulats recyclés,
un projet de révision de la norme NF EN 206-1 a été établi. Dans ce projet, il est spécifié que
les granulats recyclés doivent être en accord avec les normes NF EN 12620, NF P 18-545 et
doivent compléter les dispositions suivantes. Ainsi, il a été défini 3 types de gravillons
recyclés :
- type 1 : ces granulats ont toutes les caractéristiques du code CRb
25
- type 2 : ces granulats ont toutes les caractéristiques du code CRb ou CRc
- type 3 : ces granulats ont toutes les caractéristiques du code CRb ou CRc ou CRd
Les codes CRb, CRc et CRd sont définis par leurs constituants principaux et secondaires (voir
tableau ci-dessous)
Tableau 2-1 : Constituant des gravillons recyclés (source : Projet de révision de la norme NF
EN 206-1)
Cependant, pour déterminer le type de granulat recyclé, on doit rechercher le pourcentage en
masse des constituants principaux (voir tableau 2-2 ci-dessous).
Tableau 2-2 : Catégories des constituants des granulats recyclés (source : Amendement n°1
SS EN 12620 – 2008)
26
Ainsi, on peut voir que les constituants principaux RCU95, RCU90 et RCU70 des
codes CRb, CRc et CRd, ont tous les trois comme constituants principaux « Rc + Ru » , qui
sont définis dans le tableau 2-3 ci-dessous :
Constituant Description du matériau
Rc Béton, produits en béton, mortier, élément de maçonnerie en béton
Ru Granulats non-liés, pierre naturelle, granulats liés hydrauliquement
Tableau 2-3 : Description des constituants (source : Amendement n°1 SS EN 12620 – 2008)
Une fois le code du matériau connu, la figure 2-4 nous donne quelques-unes des
caractéristiques à satisfaire pour chacun de ces codes. Ainsi, on peut lire que dans le cas d’un
granulat recyclé avec le code CRd par exemple, celui-ci doit être au minimum dans la
catégorie LA50 pour le coefficient de Los Angeles.
Figure 2-4 : Caractéristiques conventionnelles normalisées des gravillons recyclés (source :
Projet de révision de la norme NF EN 206-1)
Les taux limites de substitution par les granulats recyclés :
Lorsqu’on connaît le type de granulat recyclé en question et la classe d’exposition du
béton dans lequel on désire incorporer ces granulats recyclés, le projet de révision de la norme
NF EN 206-1 prévoit des taux maximaux de granulats recyclés à ne pas dépasser. L’ensemble
de ces valeurs limites est repris dans la figure 2-5 :
Tableau 2-5 : Taux de substitution limites par type de granulat recyclé (source : Projet de
révision de la norme NF EN 206-1)
27
Remarque :
Les granulats recyclés de type 2 et 3 ne peuvent être utilisés que pour des bétons de
résistances inférieures à C25/30. Nous noterons que le projet de révision de la norme NF EN
206-1 prévoit l’utilisation des granulats recyclés pour plusieurs classes d’expositions. De plus,
le fait de rendre possible l’utilisation des granulats recyclés pour la classe d’exposition XS1
laisse suggérer que cette norme rend possible l’utilisation de ce matériau même pour la classe
de résistance C30/37 (classe de résistance minimale pour la classe d’exposition XS1, voir
annexe 5).
Conclusion sur l’aspect normatif des granulats recyclés :
L’étude de l’aspect normatif entourant les granulats recyclés montre bien à quel point les
normes sont exigeantes vis à vis des caractéristiques de ces matériaux et que leurs
applications permettraient une valorisation importante des granulats recyclés.
2.3. La classification des déchets
Le secteur du BTP génère environ 350 millions de tonnes de déchets par an. Les
chantiers du bâtiment à eux seuls produisent 31 millions de tonnes de déchets par an. Le
diagramme suivant montre l’origine de ces déchets (L’annexe 6 reprend les modes
d’éliminations pour chaque type de déchet) :
Figure 2-6 : Origine des déchets (source : ADEME)
Les déchets issus du bâtiment (31 millions de tonnes par an) peuvent être répartis de la façon
suivante :
- 20.3 millions de tonnes de déchets minéraux (inerte). On peut par exemple citer les
bétons, les briques, les tuiles…
- 8.8 millions de tonnes de déchets non dangereux (DIB). Entre dans cette catégorie les
plastiques, les métaux ou encore les bois non-traités
- 1.6 millions de tonnes de déchets dangereux, par exemple l’amiante
- 300 mille tonnes d’emballages
28
2.3.1. Définition des différents types de déchets [8]
2.3.1.1. Déchets inertes
Il s’agit de la classe de déchet la moins dangereuse. Ce sont des déchets minéraux qui
n’ont pas été pollués. Ils ont la particularité de ne pas se décomposer et de ne pas brûler. Ils ne
sont pas biodégradables et ne produisent aucune réaction chimique ou physique. Les déchets
inertes dans le secteur du bâtiment sont principalement :
- le béton
- les briques
- les tuiles
- les céramiques
- les carrelages
- les matériaux à base de gypse
Pour ce qui est des travaux publics, les déchets inertes peuvent être :
- les cailloux
- les terres, déblais
- déchets minéraux de démolition d’ouvrages d’art
- certains enrobés (en fonction de leurs compositions)
La collecte des déchets inertes :
Une manière efficace de collecter les déchets inertes est la mise en place d’un tri sur
les chantiers, par l’intermédiaire des bennes par exemple. Ces bennes seront ensuite
transportées vers les filières de traitement.
Les terres et les déchets minéraux peuvent être :
- Réutilisés sur chantier
- Dirigés vers un centre de recyclage
- Réutilisés hors chantier et faire l’objet d’un accord de remblaiement de carrière
- Evacués vers un remblaiement quelconque ou un dépôt après un arrêté municipal de la
commune concernée et d’une autorisation préalable au titre du droit des sols
Remarque :
Ces déchets là ont la possibilité d’être transformés en granulats recyclés pour être
ensuite utilisés en remblais ou encore en couche de forme dans le domaine routier. Ainsi, leur
élaboration consiste à réduire les gros éléments de sorte à obtenir la granulométrie désirée.
(source ADEME). Les déchets inertes peuvent être évacués vers une décharge de classe III à
contraintes d’aménagement faibles.
29
2.3.1.2. Les déchets industriels banals
Les déchets industriels banals (DIB) sont des déchets qui ne sont ni inertes, ni dangereux.
Ces déchets sont à évacuer en décharge de classe II ou éventuellement valorisés par
incinération et récupération d’énergie. On peut citer comme déchets industriels banals :
- les placoplâtres
- les métaux
- les bois non-traités
- les plastiques
- les caoutchoucs
- P.V.C.
- Moquettes
Les déchets industriels banals non triés sur chantier peuvent être dirigés :
- vers une plate-forme de regroupement avec centre de tri qui devra au minimum
séparer les emballages pour les valoriser
- vers un incinérateur avec récupérateur d’énergie
2.3.1.3. Les déchets industriels spéciaux (DIS)
Ces déchets sont à évacuer en décharge de classe I. Leur évacuation et leur traitement ont
un coût élevé et ils présentent un risque pour la personne qui le manipule et pour
l’environnent si la réglementation n’est pas respectée. On peut citer comme DIS :
- les bois traités
- les amiantes libres ou dans les produits isolants
- les peintures et les vernis
- les solvants
- les huiles (vidange, décoffrage…)
- des produits chimiques divers
Ces déchets dangereux doivent être évacués vers des filières de traitement des DIS. Pour
ce qui est des déchets dangereux simples, il est recommandé de prévoir des stockages par
mode de traitement ou d’évacuation. De plus, en cas de pluie ou de fuite, les stockages
doivent empêcher la pollution des sols. Il faut donc utiliser des bennes fermées ou encore des
fûts fermés avec bac de rétention.
2.3.1.4. Les emballages
Il est obligatoire de les valoriser et de les réutiliser. Ils peuvent être classés :
- En DIB : dans ce cas, ils peuvent être collectés dans une benne unique. Cette benne
sera ensuite évacuée, soit pour être valorisée après tri, soit pour être valorisée
directement.
- En DIS : dans le cas d’emballages qui doivent être valorisé.
30
Lorsqu’ils sont classés en DIB, on peut citer quelques exemples :
- plaquettes bois
- boîtes carton
- papier
Dans le cas où ils sont classés DIS, il peut s’agir :
- d’emballages ayant contenu un produit étiqueté F, F+, T ou encore Xn
- d’emballages souillés par des résidus solides, liquides, pâteux ou en poudres
2.4. Le marquage CE
Depuis le 1er
joint 2004, le marquage CE est obligatoire pour la mise sur le marché des
granulats. Ainsi, le producteur doit déclarer que le granulat satisfait aux exigences des normes
européennes. Deux niveaux d’attestation de conformité ont été définis :
- sans certificat de maîtrise de la production : niveau 4
- avec certificat de maîtrise de la production, délivré par un organisme notifié : niveau
2+
Remarque :
Les marquages CE et NF sont à différencier : ainsi le but du marquage NF-Granulats
est de vérifier la conformité à la norme XP P 18-545 via un organisme agréé. Les normes
européennes sont une base commune pour les différents pays européens et doivent donc
proposer un large éventail de caractéristiques et de catégories tandis que la norme XP P 18-
545 propose une sélection de ces caractéristiques pour que celles-ci soient adaptées au marché
français.
2.5. Le projet national Recybéton
Le projet national Recybéton a été lancé le 27 janvier 2011. Seule une petite partie des
300 millions de tonnes de déchets de chantiers produits annuellement est utilisée
actuellement. Ce projet a donc l’ambition d’accroître l’utilisation de matériaux recyclé de
bétons. Le contexte de développement durable ainsi que les coûts de mise en décharge
toujours plus élevés font également partie de l’intérêt de ce projet. Deux objectifs ambitieux
ont ainsi été définis : réutiliser l’intégralité des matériaux de bétons déconstruits pour faire de
nouveaux bétons et recycler ces matériaux issus de la déconstruction des bétons comme
matière première dans le but de produire des liants hydrauliques.
Ce programme qui durera quatre ans sera axé sur les cinq thèmes de travail suivant [9] :
- « technologies et procédés » : étude des tris sélectifs et des procédés de séparation des
différents constituants du béton. Il s’agira également d’étudier les procédés permettant
31
d’utiliser certains de ces constituants pour produire des nouveaux bétons et des
ciments
- « matériaux et structures » : Réflexion sur l’utilisation des granulats issus du
concassage de béton de déconstruction pour produire des bétons traditionnels, par
exemple des bétons de structure
- « développement durable » : Mieux connaître les impacts du recyclage du béton, que
ce soit sur les critères économiques, sociétaux ou encore sur la santé
- « aspects réglementaires et normatifs » : Etudier les incidences de la réglementation au
niveau européen et français dans le but de proposer ultérieurement des modifications
de la réglementation et élaborer un guide de recommandations sur les granulats
recyclés en fonction des types de bétons souhaités
- « valorisation » : promouvoir le projet par la création d’un site internet, par des
conférences, des formations et l’édition de guides
Ce projet de fin d’études est donc une étude qui s’inscrit dans les thèmes du projet national
Recybéton.
32
3. Etudes préliminaires
Dans le but d’élaborer des compositions de béton valorisant les granulats recyclés,
deux objectifs de composition de béton ont été fixés. Le premier objectif est l’élaboration
d’une formulation de béton de structure et le second objectif est la formulation d’un béton de
voirie. Nous avons fixé deux critères pour chacun de ces objectifs, qui sont l’affaissement et
la résistance. Ainsi, le béton de structure devait avoir un affaissement au cône d’Abrams de
180 mm et une classe de résistance fixée à C25/30, soit 25 MPa sur cylindre. Pour ce qui est
du béton VRD, celui-ci aura une classe de résistance C16/20 et un affaissement au cône
d’Abrams de 30 mm.
Remarque :
Le ciment utilisé est du CEM II/A 42.5 N car c’est le ciment disponible à Guebwiller, là où
l’on compte développer l’usage des bétons à base de granulats recyclés.
3.1. Dosage à 100% en granulats recyclés
Pour connaître les caractéristiques d’un béton incorporant des granulats recyclés, nous
avons choisi dans un premier temps de doser au maximum la proportion de granulat recyclé,
soit 100% du volume de granulat (nous ne considérons pas le sable comme un granulat). Nous
avons ainsi commencé par faire des bétons de voiries sans adjuvant et des bétons de
structures sans adjuvant pour connaître le dosage en eau dans chacun des cas. Nous avons
répété les essais plusieurs fois afin de caler nos formules à 1000 L. En effet, lors des
premières gâchées, nous estimons la quantité d’eau pour les bétons VRD et les bétons de
structures et au fur et à mesure de nos essais, nous ajustons la quantité d’eau ainsi que la
quantité de sable et de granulats recyclés de sorte à avoir 1000 L.
Remarque :
Bien que les quantités de sable et de granulats recyclés varient pour chaque
composition de béton, nous avons gardé constant le rapport G/S (granulat/sable). Ceci nous
permet d’avoir un point de comparaison. Ainsi, pour les premières compositions, nous avons
choisi un rapport G/S = 0.88. Nous avons obtenu les résultats suivants :
Tableau 3-1 : Compositions de bétons VRD et de structure
F12 (C25/30) F11 (C16/20) F10(C16/20)
Sable 0/4R
Niedernai (kg) 849 931 956
Granulats recyclés
(Ferrari démolition) (kg) 751 823 846
Ciment CEM II 42,5N 300 220 200
Eau totale (l) 314 317 279
Eau efficace (l) 254 252 212
Adjuvant (kg) Prelom 520 0 0 0
E / C 0,85 1,14 1,06
Masse volumique théorique
(kg/m3) 2214 2291 2281
Masse volumique réelle
(kg/m3) 2228 2222 2249
Affaissement (mm) à T = 0 180 180 30
Affaissement (mm) à T = 30 min 175 180 30Volume(l) 1004 1039 1012
R = (masse vol. th.)/
(masse vol. réelle) 0,994 1,031 1,014
33
Figure 3-2 : Dosage en eau pour un béton avec 100 % de granulats recyclés sans adjuvant et
pour un béton classique sans adjuvant, en fonction de l’affaissement au cône d’Abrams
Remarque :
Le béton F12 avec un dosage en ciment de C = 300 kg/m3 correspond à notre béton de
structure et le béton F10 correspond à notre béton VRD. Nous avons également réalisé un
autre béton, noté F11, qui a un dosage en ciment de C = 220 kg/m3 qui va nous servir de
comparatif. On peut voir qu’entre un béton de voirie (Affaissement au cône d’Abrams de 30
mm) et un béton de structure (Affaissement au cône d’Abrams de 180 mm), on a une
différence de dosage en eau de : Δ = 314 – 279 = 35 L d’eau. Le béton F11, qui est un béton
sous dosé en ciment a un dosage en eau de 317 L d’eau. On peut donc en déduire que le
dosage en eau dépend surtout de l’affaissement visé et qu’elle est d’environ 320 L pour le
béton de structure et 280 L pour le béton VRD. Rappelons que nous n’avons pas utilisé
d’adjuvant dans cette étude.
La figure 3-2 quant à elle, nous montre la différence de dosage en eau entre un béton
classique et un béton avec 100 % de granulats recyclés. On peut voir qu’à affaissement égal,
la formule de béton avec 100 % de recyclé nécessite environ 130 L d’eau supplémentaire, ce
qui est très important. Rappelons que l’absorption de nos granulats recyclés est de 7%. Pour
notre béton VRD, nous avons 846 kg/m3 de granulats recyclés et pour notre béton de
structure, nous avons 751 kg/m3 de recyclés. Nous en déduisons donc un volume d’eau
absorbée pour notre béton VRD de 846 * 0.07 = 59.22 L et pour notre béton de structure 75 L
* 0.07 = 52.57 L, soit environ 55 L pour nos deux bétons. Or, les bétons à base de 100 % de
granulats recyclés nécessitent 130 L d’eau supplémentaires par rapport aux bétons classiques,
il y a donc 130 – 55 = 75 l d’eau libre supplémentaires dans la formule avec 100 % de
recyclés. Nous pouvons donc penser que ces 75 L d’eau supplémentaire sont dus à la forme de
nos granulats ainsi qu’aux grains de ciment présents en surface de ces granulats. De plus,
l’absorption de 7% que nous avions trouvée pendant nos essais est peut être sous estimée ;
lors de nos essais nous séchions la surface de nos granulats recyclés avec un chiffon, ce qui a
pour conséquence de sécher les grains de ciment qui sont potentiellement anhydres.
Cependant, sécher les granulats recyclés avec le chiffon a une autre conséquence : on peut
avoir des pertes importantes de ciment en surface. L’ensemble de ces éléments peut nous
amener à sous estimer la valeur d’absorption, qui serait supérieure à la valeur 7% trouvé.
Comme nous l’avons dit plus haut, la forme des granulats recyclés peut également influencer
la valeur des 75 L d’eau libre supplémentaire car, contrairement aux granulats alluvionnaires
des bétons classiques, nous n’avons pas une forme arrondie et lisse, ce qui augmente la
surface spécifique de nos granulats et donc le besoin en eau libre supplémentaire.
34
3.2. Béton de structure
3.2.1. Généralités sur les adjuvants
Définition :
L’adjuvant est un produit que l’on incorpore au béton avec un dosage inférieure ou
égale à 5% en masse du dosage en ciment pour modifier les propriétés du béton à l’état frais
et/ou à l’état durci.
Les adjuvants sont classés en plusieurs catégories, nous pouvons notamment cités :
- les adjuvants qui influent sur la rhéologie du béton (plastifiants et superplastifiants)
- les adjuvants qui influent sur la prise du béton (accélérateurs de prise et retardateurs de
prise)
- les autres adjuvants normalisés (hydrofuges et entraîneurs d’air)
Principe de fonctionnement des plastifiants et superplastifiants :
L’intérêt d’ajouter des plastifiants ou superplastifiants dans le béton est qu’il permet
de réduire la quantité d’eau d’environ 5 à 10% pour les plastifiants et 10 à 30% pour les
superplastifiants.
Plastifiant et superplastifiants traditionnels :
Figure 3-3 : Mécanisme d’action des plastifiants et superplastifiants traditionnels (source :
BASF)
35
Remarque :
Dans les plastifiants et superplastifiants traditionnels, la réduction d’eau est atteinte
par la dispersion des grains de ciments, cette dispersion est due dans ce cas uniquement à la
répulsion électrostatique. Lorsque l’hydratation du ciment va commencer et que les cristaux
vont se former sur le ciment, la répulsion électrostatique sera moins importante, ce qui
entraînera une perte de l’ouvrabilité du béton.
Plastifiant et superplastifiants de nouvelles générations :
Pour les plastifiants et superplastifiants de nouvelles générations, le mécanisme
d’action repose sur une chimie de type polycarboxylate. En effet, il y aura non seulement la
répulsion électrostatique mais également un effet stérique.
Figure 3-4 : Mécanisme d’action des plastifiants et superplastifiants de nouvelles générations
(source : BASF)
Remarque :
Lorsque l’hydratation du ciment va commencer et que les cristaux vont se former sur
le ciment, les chaînes hydrophiles du polymère vont améliorer la dispersion des grains de
ciment, ce qui va maintenir l’ouvrabilité plus efficacement.
36
3.2.2. Influence du dosage en adjuvant
Dans le but d’étudier l’influence du dosage en adjuvant pour notre béton de structure,
nous avons fait varier la teneur en adjuvant. L’adjuvant utilisé pour cette étude était du
PRELOM 520, qui est un plastifiant réducteurs d’eau produit par BASF. Rappelons que dans
cette partie de l’étude, notre béton est dosé à 100% en granulats recyclés. On obtient le
graphique suivant :
Figure 3-5 : Graphique montrant le dosage en eau en fonction du dosage en adjuvant Prelom
520
Figure 3-6 : Graphique montrant la résistance en compression à 28 jours en fonction du
dosage en adjuvant Prelom 520
Remarque :
On observe trois zones sur la figure 3-5 :
- teneur en adjuvant entre 0 et 0.6% : on observe une légère baisse du dosage en eau, il
manque donc de l’adjuvant
37
- teneur en adjuvant entre 0.6 et 1.2% : c’est la plage optimale, l’adjuvant a été très
efficace
- teneur en adjuvant entre 1.2 et 1.5% : le dosage en eau stagne, l’adjuvant est en excès
Pour les teneurs en adjuvant importantes (1.2 à 1.5%), la stagnation du dosage en eau peut
s’expliquer par le manque en eau. En effet, on ne peut réduire indéfiniment le dosage en eau
car l’adjuvant a besoin de se diffuser dans le béton, et ceci est possible avec un dosage
minimum en eau. La figure 3-6 quant à elle nous montre que l’évolution de la résistance en
compression en fonction du taux d’adjuvant est assez linéaire. Nous noterons qu’à partir d’un
taux de 0.3 % en adjuvant, nous atteignons la résistance en compression de 25 MPa, on peut
donc penser que notre ratio économique se situe entre 0.3% et 0.6% de teneur en adjuvant.
Nous pouvons également penser à séparer notre béton de structure en deux sous-catégories :
- bétons XC1 et XC2 qui doivent avoir une classe de résistance minimale de C20/25
- bétons XC3, XC4, XF1, XD1 et XS1 qui doivent avoir une classe de résistance
minimale de C25/30 (C30/37 pour la classe XS1)
Ainsi, nous pouvons penser qu’il est plus approprié de doser l’adjuvant entre 0.3% et
0.6% lorsque nous voulons faire un béton C20/25 (adapté aux fondations) et de doser
l’adjuvant à 1.2% pour faire des bétons C25/30 puisque la résistance en compression
moyenne obtenue est supérieure à 30 MPa pour ce dosage (béton pour structures peu
importantes).
Nous en concluons donc que pour faire des bétons performants mécaniquement avec
100% de granulats recyclés, le dosage en adjuvant doit se situer à environ 1.2% et pour faire
des bétons un peu moins performants mécaniquement (C20/25, béton pour fondation) mais
plus intéressants d’un point de vue économique, ce dosage doit se situer entre 0.3% et 0.6%
d’adjuvant. La raison économique se justifie par le prix élevé des adjuvants. C’est une des
raisons pour laquelle durant nos essais, nous n’avions jamais dépassé le dosage de 1.5% en
adjuvant car pour des taux d’adjuvants importants, le prix du mètre cube de béton devient
prohibitif même si ces bétons affichent des performances très intéressantes. Il ne faut
cependant pas oublier que cette étude préliminaire considère un taux de granulats recyclés de
100% dans le béton, dans le but d’étudier les limites de ce matériau. Le projet de révision de
la norme EN 206-1 prévoit une substitution maximale de 60% en granulats recyclés pour le
type 1 et pour la classe X0, notre étude avec 100% de granulats recyclés a donc un but
informatif et est donc hors normes.
3.2.3. Influence du dosage en ciment
La teneur usuelle en ciment des bétons de structures au sens de la NF EN 206-1 varie
généralement entre 260 kg/m3 pour un C25/30 et 385 kg/m3 pour un C40/50 en fonction des
classes d’expositions (tableau NA-F1 de la norme NF EN 206-1).
Avec notre teneur en adjuvant optimale, nous avons cherché à comprendre l’influence
du dosage en ciment afin d’optimiser le rapport E/C, c’est à dire optimiser la résistance de
notre béton (voir annexe 7 pour le détail des compositions de béton). Ainsi, nous avons repris
notre composition de béton de structure adjuvanté à 1.2 % de Prelom 520 et nous avons fait
varier le dosage en ciment uniquement (les quantités de sable et de granulat recyclé ont été
38
ajustés pour obtenir une composition de béton de 1000 L). Nous avons obtenu les résultats
suivants :
Figure 3-7 : Dosage en eau pour le béton de structure en fonction du dosage en ciment, avec
un dosage en adjuvant de 1.2% de Prelom 520 (Essais réalisés à Niedernai)
Remarque :
Pour un dosage en ciment de C = 250 kg/m3, le dosage en eau est important (environ
260 L) mais le béton a une meilleure rhéologie. L’importance du dosage en eau est due à
l’absence de l’effet fluidificateur du ciment. Il manque des fines correctrices dans la
formulation (fillers, cendres volantes…). En effet, le spectre granulaire n’est pas optimisé et
donc la compacité maximale n’est pas atteinte. La compacité optimale n’étant pas atteinte,
nous avons beaucoup de vide dans le béton, ce qui réduit la plasticité du béton et justifie donc
le dosage en eau supplémentaire pour arriver à l’ouvrabilité de référence. La rhéologie quant à
elle n’est pas mauvaise (Affaissement au cône d’Abrams de 155 mm à 30 minutes) car
l’absorption des granulats recyclés est moins pénalisante : après l’absorption d’une partie de
l’eau par les granulats recyclés, l’eau libre a moins de grains de ciment à hydrater.
Lorsque le dosage en ciment est trop important (C = 350 kg/m3), le dosage en eau
reste encore important ; il faut beaucoup d’eau pour hydrater le ciment fortement dosé. De
plus, la rhéologie est mauvaise dans ce cas (Affaissement au cône d’Abrams de 135 mm à 30
minutes) car l’absorption des granulats recyclés est plus visible : lorsque les granulats recyclés
vont absorber une partie du dosage en eau, l’eau libre restante va devoir hydrater une quantité
plus importante de ciment, d’où la chute de la rhéologie.
Conclusion :
Le dosage en ciment C = 300 kg/m3 s’avère être le dosage optimal lorsque l’adjuvant
est dosé à 1.2%. On obtient ainsi la composition d’un béton de structure à base de 100 % de
granulats recyclés (voir annexe 8). Dans le rapport de son séminaire intitulé « Gravier pour
des générations », Holcim Suisse était arrivé à la conclusion que pour obtenir l’ouvrabilité
voulue, il fallait augmenter le dosage en ciment, en eau et en adjuvant. Ainsi, si nous avons
bien montré pendant nos essais qu’il fallait effectivement accroître le dosage en eau et en
adjuvant pour obtenir l’ouvrabilité voulue, nous avons également montré qu’il fallait
augmenter le dosage en ciment jusqu’à un certain taux après quoi le dosage en eau augmentait
39
de nouveau (à affaissement égal). Ce dernier point n’est cependant pas cité dans le séminaire ;
ainsi le rapport d’Holcim Suisse prévoyait peut-être que l’ouvrabilité était sans cesse accrue
lorsqu’on augmentait le dosage en ciment, ce qui est en contradiction avec nos résultats.
3.2.4. Dosage variable en granulats recyclés
Courbes granulométriques :
Figure 3-8 : Courbes granulométriques des granulats recyclés et des granulats 4/16 du béton
témoin (Essais réalisés à Niedernai)
Remarque :
Nous pouvons voir que notre granulat recyclé contient plus d’éléments fins ; en effet,
la courbe granulométrique de celui-ci est au dessus de la courbe granulométrique du 4/16 issu
du site Valff jusqu’au tamis 10 mm. Cette proportion d’éléments fins dans notre granulat
recyclé contribue au besoin important en eau que nécessite ce type de granulat. En effet, les
éléments fins ayant une surface spécifique plus importante, ils ont besoin de plus d’eau
lorsqu’ils sont incorporés dans le béton pour le même affaissement. On observe également
que notre granulat recyclé présente un manque en élément plus grossier par rapport à la
coupure 4/16 car, à partir du tamis 10 mm, la courbe granulométrique du granulat recyclé est
en dessous de celle du granulat 4 /16. Cette analyse granulométrique nous amène à deux
conclusions. La première est qu’il faudrait mettre moins de sable pour les bétons à base
de granulats recyclés car celui-ci présente déjà des taux importants de passage au tamis
4 mm. La seconde conclusion est qu’il faudrait rajouter des granulats naturels de
dimensions supérieures à 10 mm, par exemple du 8/16 dans notre granulat recyclé. Pour
finir, nous noterons que le taux de fines est de 0.18% pour le granulat 4/16 et qu’il est de
2.2% pour le granulat recyclé. Le taux de fines aussi important du granulat recyclé explique
entre autres son absorption élevé. En effet, la surface spécifique des fines est beaucoup plus
importante que celle des grains de dimensions plus grande, d’où un besoin en eau
supplémentaire pour hydrater ces fines.
40
Afin d’analyser nos courbes bétons avec les différents dosages en granulats recyclés, nous
nous sommes aidés de la norme EN 206-1 modifiée et complétée par le document national
d’application luxembourgeois de l’EN 206-1. Nous obtenons les courbes bétons suivants :
Figure 3-9 : Courbes bétons en fonction des différents taux en granulats recyclés (Essais
réalisés à Niedernai)
Remarque :
Le document national d’application luxembourgeois de l’EN 206-1 définit plusieurs
fuseaux granulométriques en fonction de la taille maximale des grains. Ces fuseaux sont
définis pour aider les utilisateurs à avoir une courbe béton qui permet d’avoir non seulement
des performances mécaniques optimales mais également des bonnes rhéologies. On peut par
exemple citer les zones :
- 1 : Défavorable
- 2 : Utilisable
- 3 : Favorable
On peut voir que pour l’ensemble des courbes bétons, nous nous situons surtout dans la
zone 3 excepté pour la courbe d’un béton de structure d’Holcim, où celui-ci est dans la zone 2
jusqu’au tamis 1 mm. Nous pouvons voir de manière générale que la courbe béton incorporant
100 % de granulat recyclé est assez proche de la courbe béton sans granulat recyclé, ce qui est
en contradiction avec nos courbes granulométriques. L’explication est le dosage en sable et en
granulat ; dans le cas avec 100 % de granulats recyclés, le dosage en sable est de 739 kg/m3
alors que ce dosage est de 806 kg/m3 pour le cas sans granulat recyclé, ceci étant nécessaire
pour conserver notre rapport G/S à 1.25. Ainsi, le fait d’avoir réduit le dosage en sable dans le
cas du béton recyclé et de l’avoir augmenté dans le cas du béton classique a permis de
rapprocher nos deux courbes bétons (voir en annexe 9 la formule complète).
41
3.2.4.1. Influence sur le dosage en eau et sur la rhéologie
Dans cette partie, nous avons cherché à étudier l’influence du taux de granulats
recyclés sur la résistance ainsi que sur la rhéologie de notre béton de structure. Nous avons
pour cela fixé le taux d’adjuvant à 0.9 % en Prelom 520 et le dosage en ciment est
maintenu constant à C= 300kg/m3 (béton de structure). Nous avons fixé le rapport G/S à
1,25 pour étudier entre autres l’influence de ce rapport. Après avoir calé nos formules (voir
annexe 10 pour les compositions obtenues), nous obtenons les résultats suivants :
Figure 3-10 : Influence du taux de recyclé sur l’affaissement au cône d’Abrams(Essais
réalisés à Niedernai)
Figure 3-11 : Influence du taux de recyclé sur le dosage en eau (Essais réalisés à Niedernai)
Remarque :
On peut voir qu’à partir d’un taux de 35 à 40 % de granulats recyclés dans le béton, on
observe une chute de la rhéologie et une augmentation importante pour le dosage en eau.
Cette limite de 40 % qu’on a trouvé coïncide avec la bibliographie, rappelons que le projet de
révision de la norme NF EN 206-1 préconisait les taux de substitution suivant :
42
Tableau 3-12 : Taux de substitution par type de granulat recyclé (source : Projet de révision
de la norme NF EN 206-1)
Remarque :
Le Materials and Applications Center après analyse a conclu que le granulat recyclé que
nous avons utilisé est de type 1. D’après le projet de révision de l’EN 206-1 et comme le
montre la figure 3-12, notre granulat recyclé peut substituer :
- 60 % des granulats pour des bétons X0
- 30 % des granulats pour des bétons XC1 et XC2
- 20 % des granulats pour des bétons XC3, XC4, XF1, XD1, XS1
Nous sommes donc en accord avec les données du projet de révision de l’EN 206-1 même
si celui-ci prévoit que nous puissions aller jusqu’à 60 % pour les bétons X0, ce qui est
ambitieux au vu de nos résultats obtenus. Ceci peut nous suggérer deux explications :
- le projet de révision de la norme NF EN 206-1 surestime les performances
rhéologiques des bétons à base de granulats recyclés, notamment si ces derniers sont
de moins bonne qualité que le granulat recyclé de référence utilisé pour rédiger cette
norme
- notre matériau serait peut être de type 2 ; ceci impliquerait que le MAC aurait prélevé
un échantillon qui n’est pas représentatif de nos granulats recyclés
Pour ce qui est des autres classes d’expositions, nous pouvons voir que les taux maximaux
de granulats recyclés préconisés sont en accord avec nos résultats : ainsi une limite de 30 %
est suggérée pour les classes XC1 et XC2 tandis qu’elle est de 20% pour les classes XC3,
XC4, XF1, XD1 et XS1. Rappelons qu’avec un taux de substitution de 20% en granulats
recyclés, nous avions une rhéologie quasi-inchangée par rapport au béton sans granulats
recyclés et que les performances mécaniques étaient réduites d’environ 2.5 % seulement ; le
taux limite de 20% du projet de révision est donc justifié.
43
3.2.4.2. Influence sur la résistance
En réalisant les essais plusieurs fois, nous avons réussi à ajuster les formules de bétons
avec les différents taux de granulats recyclés (voir en annexe 10 les résultats des formules
bétons trouvées). La figure 3-13 reprend les résistances en compression à 28 jours :
Figure 3-13 : Influence du taux de granulats recyclés sur la résistance en compression
(Essais réalisés à Niedernai)
Remarque :
On peut voir que la résistance en compression à 28 jours avec 40 % de recyclés est
légèrement supérieure à ce qu’on devrait avoir. En effet, on peut voir en annexe 10 que la
quantité d’eau efficace, c’est à dire l’eau libre dans notre béton avoisine les 190 L pour tous
nos bétons excepté le cas à 40 % de recyclés où nous avons 182 L. Ceci permet de confirmer
que la valeur de résistance que nous trouvons à 40 % n’est pas représentative car même si l’on
fait varier le taux de granulats recyclés, l’eau libre ne devrait pas varier pour le même
affaissement. On peut expliquer cet écart de 8 L par nos imprécisions de dosage en eau. En
effet, nous réalisons lors de nos essais des gâchées de 20 L dans le malaxeur et il suffit
d’ajouter 100 ml de plus ou de moins pour que notre dosage en eau varie de : 0.1 * 50 = 5 L.
Si l’on considère que cette valeur à 40 % est erronée et qu’elle n’est pas représentative, nous
obtenons la figure 3-14 :
44
Figure 3-14 : Influence de taux de granulats recyclés sur la résistance en compression(Essais
réalisés à Niedernai)
Remarque :
On peut voir que la suppression de la valeur à 40 % permet d’avoir des résultats plus
cohérents ; nous obtenons une droite qui modélise assez bien le comportement de notre béton.
Nous pouvons voir que pour l’ensemble des différents taux de granulats recyclés, nous avons
des résistances supérieures à 25 MPa à 28 jours, ce qui prouve que notre matériau est dans la
classe de résistance C25/ 30, voire supérieure. En utilisant la formule de modélisation affichée
sur la figure 3-12, on peut estimer la valeur de la résistance en compression pour un taux de
100 % en granulats recyclés : y = 35.214 – 0.0418 * 100 = 31.034, soit environ 31 MPa. On
en déduit ainsi la perte de résistance lorsqu’on remplace un béton classique sans recyclés par
un béton à base de 100 % de granulats recyclés : 100 – (31*100) / 35 = 11.5 %. Cette perte de
11.5 % n’est pas loin de ce qu’on trouve dans nos recherches bibliographiques, en effet, le
syndicat national du béton prêt à l’emploi affiche des réductions des performances
mécaniques allant de 10 à 30 %. On notera toutefois le lien entre la performance mécanique et
la masse volumique :
- pour un granulat naturel, nous avons une masse volumique d’environ 2600 kg/m3 et
une résistance en compression d’environ 35 MPa pour le béton sans granulats recyclés
- Pour nos granulats recyclés, on a une masse volumique d’environ 2270 kg/m3 et une
résistance en compression d’environ 31 MPa pour le béton avec 100 % de granulats
recyclés
L’écart relatif des deux masses volumiques est donc de : 100 – (2270*100) / 2600 = 12.69
%, soit environ 13 %. On peut donc penser que la résistance en compression du granulat
recyclé est proportionnelle à sa masse volumique.
Remarque 2 :
Les formules bétons trouvées en annexe 10 sont déjà optimisées : en effet, nous
pouvons voir que notre E/C est d’environ 0.63, ce qui est proche de la limite de E/C = 0.65 de
la norme EN 206-1 (tableau NA-F1 de la norme EN 206-1). Il est donc difficile de réduire
davantage le dosage en adjuvant car ceci impliquerait une augmentation du dosage en eau
pour la même ouvrabilité, ce qui est difficile étant donné notre proximité avec la limite de E/C
= 0.65. Hors, nous pouvons voir qu’au niveau de la résistance, nous nous situons largement
au-dessus de notre classe de résistance C25/30. Ceci nous laisse donc une piste d’amélioration
de nos formules de béton pour que ces dernières soient moins chères : utiliser un ciment
45
moins performant, par exemple un ciment de classe 32,5 et vérifier que nous arrivons à la
classe C25/30 avec ce ciment.
3.2.5. Recherche des adjuvants optimaux pour le béton de structure
3.2.5.1. Cahier des charges de l’étude
Les critères de choix de l’adjuvant optimal sont :
- le prix du m3 de béton obtenu avec cet adjuvant
- l’efficacité du produit en termes d’ouvrabilité et de maintien de l’ouvrabilité
- l’impact du produit sur la résistance mécanique du béton
L’efficacité du produit en termes d’ouvrabilité et de maintien de l’ouvrabilité est mesurée
par l’affaissement au cône d’Abrams entre le début de la réalisation du béton et après une
heure. Nous pouvons également affecter des coefficients pour chacun de ces critères qui
pourront nous aider dans le choix de l’adjuvant optimal.
3.2.5.2. Première campagne d’essai chez BASF
Nous avons réalisé une première campagne d’essais chez BASF dans le but de voir s’il
y avait des meilleurs adjuvants que celui qu’on avait utilisé depuis de le début du projet, le
PRELOM 520. Nous sommes partis pour cela d’une formule béton de référence (voir annexe
11). Nous avons mesuré dans le temps l’évolution de l’ouvrabilité en mesurant l’affaissement
au cône d’Abrams. Nous obtenons ainsi les résultats suivants :
Tableau 3-15 : Comparaison de plusieurs adjuvants (Essais réalisés dans les laboratoires de
BASF à Lisses)
Remarque :
On peut voir sur la dernière ligne du tableau 3-15 que le PRELOM 520 est une bonne
référence ; en effet, on ne perd que 9 cm au cône d’Abrams au bout d’une heure. De manière
générale, nous observons pour l’ensemble des adjuvants une chute de l’ouvrabilité à une
heure. Ceci étant du à l’hydratation du ciment qui va générer des cristaux à la surface des
grains de ciment [10]. En outre, cette première comparaison nous permet de voir que le
rétenteur est efficace ; nous avons un écart de seulement 7 cm pour l’affaissement entre T0 et
T60. En comparant l’essai n° 1 et n° 9, nous pouvons voir l’influence de l’adjuvant PRELOM
520 ; en effet, en réduisant l’adjuvant tout en augmentant la quantité d’eau, nous avons perdu
11.5 cm en affaissement à une heure, ceci montre non seulement que l’adjuvant PRELOM
520 permet de réduire le dosage en eau mais qu’il agit aussi efficacement sur la rhéologie du
béton.
46
Figure 3-16 : Résultat en compression des premiers essais chez BASF (Essais réalisés dans
les laboratoires de BASF à Lisses)
Remarque :
On peut voir que quel que soit l’adjuvant utilisé, l’influence sur la résistance en
compression reste relativement faible. Ainsi, pour le même dosage en eau, l’écart maximal
constaté à 7 jours pour la résistance en compression est de : 28.9 – 27.5 = 1.4 Mpa, soit une
différence d’environ 5%. Dans tous les cas, on observe que la classe de résistance C25/30 est
largement atteinte. On notera une perte d’environ 15% dans le cas où l’on rajoute 10 L d’eau,
ce qui est normal.
Figure 3-17 : Comparaison des différentes compositions de bétons (Essais réalisés dans les
laboratoires de BASF à Lisses)
* Le prix indiqué correspond uniquement au coût de(s) adjuvant(s) en tenant compte des
dosages respectifs de chaque composition de béton pour 1m3 de béton
Figure 3-18 : Comparaison des différentes compositions de bétons : recherche des adjuvants
optimaux (Essais réalisés dans les laboratoires de BASF à Lisses)
47
Remarque :
Nous avons affecté pour chaque paramètre un coefficient. Nous avons arbitrairement
choisi de fixer un coefficient de 2 pour la rhéologie du béton, un coefficient de 3 pour la
résistance en compression et un coefficient de 5 pour le prix. En effet, il semble judicieux que
le choix de l’adjuvant optimal passe surtout par son prix, ensuite par la résistance du béton
dans lequel il est incorporé et pour finir par sa rhéologie. La dernière ligne de la figure 3-18
nous montre la note obtenue pour chacune des compositions (une note élevée signifie que
l’adjuvant est efficace suivant les paramètres et suivant nos attentes qui sont représentées par
nos coefficients). Cette étude nous montre une fois de plus que le PRELOM 520 est une
bonne référence pour faire des bétons à base de granulats recyclés.
3.2.5.3. Deuxième campagne d’essai chez BASF
Durant la deuxième campagne d’essai chez BASF, nous n’avons pas travaillé à 1000 L
de béton (voir en annexe 12 les formules bétons témoins). En effet, en faisant le calcul du
volume, le technicien de BASF a remarqué que nous n’avions pas pris en compte le volume
qui entrait à l’intérieur des granulats, c’est à dire l’eau absorbée. Il s’agit en fait d’un
problème de compréhension du volume ; d’après BASF, tout ce que nous ajoutons dans le
béton compte dans le volume, alors que jusqu’à présent, nous n’avions pas pris en compte
dans le volume l’eau absorbée par les granulats. Ainsi, les études qui ont été faites pendant la
deuxième campagne chez BASF était fausses car nous avions comparé une formule béton
sans recyclés et une formule béton avec du recyclé. Comme les granulats naturels et les
granulats recyclés ont des absorptions complètement différentes, le volume respectif de ces
bétons différait d’environ 50 L. Ainsi, l’étude nous avait amené à la conclusion que pour faire
du béton avec 100% de granulats recyclés, il fallait mettre environ deux fois moins
d’adjuvants par rapport à un béton classique, ce qui n’est bien sur pas cohérent. Pour finir, un
simple contrôle de la masse volumique réelle nous a prouvé que si l’on prenait en compte
l’eau absorbée dans le volume comme l’avait prévu BASF, nous obtenions des masses
volumiques réelles et théoriques complètement différentes. Cette erreur est sans doute due à la
mauvaise connaissance du matériau recyclé ; en effet, jusqu’à maintenant, BASF n’avait
probablement pas eu le problème de prendre en compte ou pas le volume d’eau absorbée,
étant donné la faible valeur du coefficient d’absorption des granulats naturels. Une autre façon
de voir le problème est de comparer les granulats recyclés à une éponge ; quand celle-ci est
sèche, elle occupe un volume V1. Lorsqu’elle est mouillée, elle occupe le même volume V1
et pourtant la masse diffère. L’erreur commise chez BASF était de compter le volume d’eau à
l’intérieur de l’éponge.
48
3.2.6. Chantier expérimental chez Ferrari démolition
Dans le but d’avoir un exemple concret de l’utilisation des granulats recyclés, nous
avons réalisés des murs de soutènement chez Ferrari démolition. Ces murs devaient avoir une
classe de consistance S3 et une classe de résistance C25/30. Nous avons utilisés deux
formules de béton pour réaliser ces murs : la première avec un dosage en granulats recyclés de
20% et la seconde avec un dosage de 100% en granulats recyclés. L’intérêt du dosage à 20%
en granulats recyclés est de montrer un mur conforme au projet de révision de la norme EN
206-1. L’objectif du dosage à 100% en granulats recyclés est de prouver que même en allant
au dosage extrême en recyclés, nous parvenons à avoir un mur qui est esthétique tout en
respectant la classe de consistance et de résistance.
Pour ce qui est de la mise en œuvre du béton, les ouvriers n’ont pas eu plus de mal à réaliser
ces murs avec des granulats recyclés.
Figure 3-19 : Aspect final du mur de soutènement (Murs de soutènement chez Ferrari
démolition)
3.3. Béton VRD
Ce béton n’entre pas dans la norme NF EN 206-1 et sert principalement pour le calage
de bordures. Dans notre étude, nous avons visé une classe de résistance C16/20 et une classe
de consistance S1. Le fait que ce béton soit hors norme permet un dosage de 100% en
granulats recyclés, ce qui peut être très intéressant pour la valorisation de ces matériaux. Ce
béton arrivant très sec sur le chantier, il est humidifié après que l’on a posé les bordures
dessus. Il est donc arrosé jusqu’à ce que les ouvriers puissent le talocher. Pour caler ce béton,
nous avons visé un affaissement au cône d’Abrams de 30 mm en laboratoire, ce qui
correspond à peu près à l’état mouillé sur le chantier. En effet, il aurait été beaucoup plus
difficile de caler ce béton si l’on visait un cône d’Abrams de 0 mm, c’est à dire tel qu’il arrive
sur le chantier. En effet, un affaissement au cône d’Abrams de 0 mm peut être obtenu pour
une plage de dosage en eau assez importante, ce qui rend difficile le calage du béton. Après
ces essais, nous obtenons la formule VRD suivante (béton avec affaissement de 0mm tel qu’il
arrive sur le chantier) :
49
Figure 3-20 : Formule de béton VRD initiale
Remarque :
Après avoir utilisé cette formule sur un chantier de bordure (voir 3.3.1. Réalisation
d’un chantier de bordure avec la formule recyclé) et un retour d’expérience de la part des
ouvriers, nous avons amélioré cette formule. En effet, les ouvriers pensaient que le premier
béton VRD était très caillouteux et qu’il serait mieux s’il y avait plus de pâte de ciment, ce qui
faciliterait la mise en œuvre de ce béton. Nous avons pour cela ajouté à la formule des cendres
volantes et nous avons diminué le rapport G/S, qui passe de G/S = 0.88 à G/S = 0.80.
Tableau 3-21: Comparaison des bétons VRD recyclés et référence d’Holcim sur béton C16/20
(Essais réalisés à Niedernai)
Remarque :
Nous noterons que dans les deux cas, le taux de fines est de 250 kg/m3 (200 kg de ciment +
50 kg de cendres pour le VRD recyclé et 160 kg de ciment + 90 kg de cendres pour la
référence Holcim). Il est également intéressant de noter qu’il y a 30 L d’eau efficace
supplémentaire dans la formule avec du recyclé. En effet, on peut penser que cette eau est
nécessaire pour garder hydratée la surface des granulats recyclés et aussi parce que les
granulats recyclés sont concassés et ont donc une surface spécifique plus importante. Nous
50
noterons également que le fait d’avoir réduit le rapport G/S pour notre béton VRD amélioré
augmentera le prix de ce béton (voir 3.4. Calcul du prix unitaire des granulats recyclés).
3.3.1. Réalisation d’un chantier de bordure avec la formule recyclé
Nous avons utilisé notre formule de béton VRD sur un chantier de COLAS pour caler
des bordures. Nous noterons que la mise en œuvre de ce béton n’était pas plus difficile que
celle du béton VRD classique d’après les commentaires de l’équipe de COLAS. Ce béton a
donc ainsi pu se travailler pendant plus d’une heure sans avoir séché.
Figure 3-22 : Déchargement par le camion du béton VRD et calage de bordure sur celui-ci
(Travaux réalisés à Rouffach, chantier de COLAS)
Figure 3-23 : Arrosage du béton VRD et aspect final(Travaux réalisés à Rouffach, chantier de
COLAS)
3.4. Calcul du prix unitaire des granulats recyclés
Nous nous sommes intéressé dans cette partie à calculer le prix à la tonne pour les
granulats recyclés. Nous sommes pour cela parti des prix de références des matériaux
composants le béton (voir tableau 1-11) et nous avons commencé par calculer le prix d’un
mètre cube de béton sans granulats recyclés, qui était en fait le prix de notre composition de
référence. Nous avons ensuite calculer le prix du mètre cube de béton de nos différents
compositions de bétons à base de granulats recyclés. Ce dernier prix ne prend toutefois pas en
51
compte le prix des granulats recyclés ; on va déterminer celui-ci par différence avec le prix du
mètre cube de référence.
Tableau 3-24 : Calcul du coût unitaire des granulats recyclés dans le cas des bétons de
structures, G/S = 1,25 dans les deux cas (source : Prix unitaire d’Holcim)
Tableau 3-25 : Calcul du coût unitaire des granulats recyclés dans le cas des bétons VRD
(source : Prix unitaire d’Holcim)
Remarque :
Nous pouvons voir sur le tableau 3-24 que le prix du mètre cube de notre béton de
référence (sans granulat recyclé) est de 49,53 € et celui de la formule avec 40% de granulats
recyclés est de 45,92 €. La différence nous donne le prix à partir duquel notre béton recyclé
devient plus cher que notre béton de référence. Nous en déduisons ainsi le prix unitaire du
granulat recyclé à ne pas dépasser : P = (49,53-45,92) * (1000/405) = 8,92 € / t .
En utilisant ce même raisonnement pour le béton VRD, nous trouvons un prix unitaire
de 9,68 € / t pour le granulat recyclé. Ce prix par rapport à la valeur de 8,92 € / t s’explique
par la proportion de sable plus importante dans la formule du VRD témoin. En effet, le
rapport G/S n’est pas le même entre le VRD témoin et le VRD à base de 100% de granulats
recyclés. Dans le cas du VRD témoin, on a G/S = 885/1065 = 0,83 tandis que pour le VRD
recyclé, on a G/S = 842/957 = 0,88. Le prix du sable étant plus élevé que celui du granulat
4/16R, la diminution du rapport G/S creuse l’écart entre ces deux formules, ce qui augmente
le prix maximal du granulat recyclé.
Ce petit calcul que nous avons effectué montre bien qu’en Alsace, le développement
des bétons à base de granulats recyclés reste difficile car le prix unitaire de ce matériau
permet au mieux d’avoir un prix équivalent voire un peu plus cher que celui des bétons
classiques. De plus, il paraît plus intéressant d’utiliser les granulats recyclés pour les bétons
VRD car pour un prix unitaire de granulat recyclé fixé, le bénéfice sera plus intéressant à
cause du rapport G/S de notre formule VRD qui est plus élevé par rapport au VRD témoin.
52
CONCLUSION
L’objectif de ce projet était de montrer qu’il était possible de valoriser les granulats
recyclés en les incorporant dans le béton tout en ayant des performances rhéologiques et
mécaniques acceptables. Ainsi, nous avons travaillé sur deux types de béton : les béton de
structures C25/30 et les béton VRD C16/20. Nous avons donc commencé par mesurer
quelques caractéristiques principales de nos granulats recyclés comme l’absorption, la
proportion de pâte de ciment dans ces granulats ou encore la granulométrie. Nous avons
globalement constaté que l’ensemble de ces caractéristiques mesurées dans ce matériau
recyclé était moins bon que celles des granulats classiques, ce qui rend difficile
l’incorporation d’un tel matériau dans le béton. Nous avons également découvert que l’essai
d’absorption qui caractérise ces granulats et qui est une des caractéristiques clés de ce
matériau n’était pas adapté aux granulats recyclés lorsqu’il était appliqué à la lettre. Ainsi,
lorsque cet essai était réalisé en respectant tous les points de la norme, des réactions physico-
chimiques avaient lieu à cause de la température de chauffe trop importante. Nous pouvons
donc affirmer que cet essai doit être modifié pour qu’il soit plus adapté aux granulats recyclés,
par exemple en séchant les granulats recyclés à 30°C au lieu de 105°C en fin d’essai. En
outre, nous avons découvert que ces granulats recyclés avaient une proportion de pâte de
ciment de 33% et une masse volumique de 2300 kg/m3, ce qui correspond aux
caractéristiques d’un béton classique ; la pâte de ciment représente ainsi le volume de ciment
ajouté au volume d’eau et la masse volumique est assez proche de la masse volumique du
béton.
Cette étude nous a permis de faire ressortir plusieurs résultats importants. Ainsi, nous
avons découvert que les bétons à base de granulats recyclés avaient des rhéologies mauvaises
comparées aux bétons classiques. Ce problème d’ouvrabilité du béton nous a amené à ajouter
et à optimiser notre dosage en adjuvant. La recherche du dosage optimal en adjuvant a fait
ressortir deux idées. La première est que la plage optimale de dosage en adjuvant pour un
béton de structure avec 100% de granulats recyclés se situe entre 0.6% et 1.2%. Cependant,
une autre idée serait de doser l’adjuvant en fonction de deux sous-catégories de bétons de
structures. Ainsi, entre 0.3% et 0.6% de dosage en adjuvant, nous pouvons produire des
bétons de fondations C20/25 car il est inutile de doser fortement en adjuvant pour avoir cette
classe de résistance. Pour faire des bétons de structures un peu plus performants, nous nous
situerons entre 1.2% et 1.5% d’adjuvant, ce qui correspondrait à une classe de résistance
C25/30. Une autre étude chez BASF a été réalisé dans le but de comparer différents adjuvants
sur le marché ; nous avons constaté par le biais de cette étude que l’adjuvant PRELOM 520
était une bonne référence vis à vis du cahier des charges que nous avions établi.
L’étude du dosage en ciment nous a montré que celui-ci aussi devait être optimisé.
Ainsi, pour un béton donné, on s’est rendu compte que lorsqu’il était sous-dosé ou sur-dosé en
ciment, la rhéologie était mauvaise. Effectivement, le manque en ciment empêche le bon
glissement des granulats les uns sur les autres et le surplus de ciment accentue les problèmes
d’absorption d’eau par les granulats recyclés. En effet, lorsque nos granulats recyclés vont
commencer à absorber une partie de l’eau, l’eau libre restante ne pourra pas bien hydrater le
surplus de ciment.
Quant à l’étude du taux d’incorporation de granulats recyclés dans le béton, elle a
permis de dégager une valeur limite de 35% à 40% pour le dosage en granulats recyclés, après
quoi nous observions une chute de la rhéologie. Ces valeurs coïncident avec ce que l’on
53
trouve dans les recherches bibliographiques, notamment dans le projet de révision de l’EN
206-1 qui recommande par exemple de ne pas dépasser 30% de granulats recyclés de type 1
pour les classes XC1 et XC2.
Notre étude a donc permis d’avoir des formules de bétons de structures et des formules
de bétons VRD, que nous avons ensuite testé dans des chantiers à titre expérimental. Par
exemple, nous avons utilisé deux formules de béton de structure chez Ferrari démolition ; la
première avec un dosage de 20% en granulats recyclés et la seconde avec un dosage de 100%
en granulats recyclés. Quant au béton VRD, il a été testé sur un chantier de COLAS pour caler
des bordures. Dans l’ensemble, nous avons vérifié sur ces deux chantiers que la mise en
œuvre ainsi que l’aspect final du béton étaient de bonne facture. Pour finir notre analyse, une
étude financière nous donne une limite de 9 € / t à ne pas dépasser par les granulats recyclés
pour qu’ils restent compétitifs par rapport aux granulats naturels. Cette limite est toutefois
repoussée dans le cas des bétons VRD ; d’un point de vue financier, il est donc plus
intéressant de valoriser les granulats recyclés dans les bétons VRD.
Il serait intéressant d’approfondir à l’avenir ce présent projet en étudiant par exemple
l’influence des granulats recyclés sur le cycle de vie des structures afin de montrer leur impact
sur l’environnement. Une autre étude qui peut être intéressante serait d’étudier les
caractéristiques des granulats recyclés issus d’un béton ayant lui-même été produit avec des
granulats recyclés, il s’agirait en fait de l’étude du multi-recyclage du béton.
Schéma récapitulatif de notre approche expérimentale :
Etude du dosage en eau d’un béton à base de 100% de granulats
recyclés, quel que soit l’affaissement visé
Réalisation de quelques essais pour caractériser les granulats
recyclés (absorption, granulométrie, Los Angeles, …)
Influence du dosage en adjuvant Prelom 520 (notre adjuvant de
référence) pour trouver le dosage optimal
Influence du dosage en ciment
Influence de la proportion de granulats recyclés
Vérification de nos résultats + Recherche des
adjuvants optimaux chez BASF
Coulage des murs expérimentaux chez Ferrari
démolition et utilisation de notre formule de béton
VRD pour caler des bordures sur un chantier de
COLAS
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ANNEXES
ANNEXE 1 : Caractéristiques moyennes des granulats alluvionnaires
ANNEXE 2 : Caractéristiques des granulats marins
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ANNEXE 3 : Caractéristiques des granulats issus des roches massives concassées
ANNEXE 4 : Caractéristiques des granulats issues des déchets de démolition (source :
CERIB)
56
ANNEXE 5 : Caractéristiques des bétons en fonction des classes d’expositions
ANNEXE 6 : Schéma résumant les modes d’éliminations des déchets (source : Fédération
française du bâtiment)
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ANNEXE 7 : Influence du dosage en ciment sur un béton de structure avec une teneur
adjuvant de 1.2% (Prelom 520)
ANNEXE 8 : Recette d’un béton de structure à base de 100 % de granulats recyclés
ANNEXE 9 : Formules bétons avec 100 % de granulats recyclés et formule témoin
Béton avec 100% de
granulats recyclés Béton témoin sans granulats
recyclés
Ciment (kg) 300 300
Eau totale 285 205
Eau efficace 214 190
E/C 0,71 0,63
Sable 0/4R Valff (kg) 739 806
Granulats recyclés (kg) 924 0
Adjuvant (kg) Prelom 520 2,7 2,7
Substitution par les granulats recyclés (%) 100 0
Masse volumique (kg/m3) 2248 2318
Rapport G/S 1,25 1,25
coupure 4/16 0 1007
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ANNEXE 10 : Compositions de béton avec taux variable de granulats recyclés (il s’agit de
pourcentage en masse)
ANNEXE 11 : Formule témoin pour la recherche de l’adjuvant optimal (formule calée à 1000
L)
ANNEXE 12 : Formule béton témoin lors de la deuxième campagne d’essai chez BASF
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REFERENCES
[1] : Circulaire du 15 février 2000 relative à la planification de la gestion des déchets de
chantier du bâtiment et des travaux publics NOR : ATEP9980431C
[2] : Loi n°92-646 du 13 juillet 1992 relative à l’élimination des déchets ainsi qu’aux
installations classées pour la protection de l’environnement. NOR : ENVX9200049L
[3] : PN Recybéton, Etude de faisabilité, Recyclage complet des bétons, 2011
[4] : L.MORET, Précis de géologie, Masson et Cie, 1992
[5] : Les préoccupations des armateurs extracteurs français de matériaux marins, Equipements
mécaniques carrières matériaux, 1979
[6] : P.F.G. BANFILL et M.P. CARR, The properties of concrete made with very fine sand,
Concrete n°3, 1987
[7] : A. KAZUHIKO, An experimental study on the mixed fine aggregate composed of
crushed sand and sea sand, 30ème congrès général CAJ, TOKYO, 1976
[8] : Tri et classement des déchets de chantier, en ligne :
http://variance.free.fr/notes%20techniques/dechets%20de%20chantiers/motscles/textedechets.
htm
[9] : F. VERGNE, Le projet national Recybéton ouvre de nouvelles perspectives au béton de
déconstruction, Le Moniteur, 2012
[10] : La technologie du béton, BASF
