Quantificatiοn du potentiel de stockage du carbone dans les bétons à granulats recyclés

Dans le but de réduire les émissions du secteur de la construction, cette thèse doctorale vise à évaluer la capacité de stockage du CO2 de différents mélanges de béton autoplaçant (BAP) incorporant des matières premières alternatives, notamment de la poudre de coquille Saint-Jacques (SSP) en remplacement de la poudre de calcaire (LS) dans le liant, et des agrégats grossiers recyclés (RCA) en remplacement des agrégats grossiers naturels (NCA). Pour ce faire, le durcissement par carbonatation a été adopté comme protocole de stockage du CO2 dans les mélanges SCC.L’approche expérimentale a débuté par la caractérisation des matières premières, dans le but de comprendre les propriétés minéralogiques et physiques des constituants conventionnels ainsi que de leurs substituts. Cette étape visait à identifier les principales différences entre les matériaux, à anticiper leur comportement dans le béton autoplaçant, tant à l’état frais qu’à l’état durci, et à évaluer leur influence potentielle sur le stockage du CO2.Sur la base de la caractérisation des matières premières, quatre formulations BAP ont ensuite été développées et durcies dans des conditions environnementales optimales pour le développement microstructural, à savoir un durcissement standard à l’eau. Cette étape visait à évaluer les propriétés à l’état frais et durci des mélanges, afin de garantir que l’incorporation de SSP et de RCA conférait une rhéologie stable et une résistance mécanique suffisante avant d’explorer leur potentiel pour le stockage du CO2. Ces substitutions ont amélioré la stabilité du SCC frais, tout en n’affectant que modérément les propriétés durcies. L’utilisation de RCA a entraîné une réduction de 8% à 11% de la résistance à la compression à 28 jours, selon la formulation du mélange. Quant au SSP, bien qu’il ait permis un développement de résistance supérieur jusqu’à 28 jours, il a entraîné une diminution modérée de la résistance à 90 jours. Ces effets ont été attribués aux caractéristiques intrinsèques de chaque précurseur.L’étape suivante a été consacrée à l’étude du comportement des BAP durcis lors de la carbonatation, dans le but d’identifier les principaux facteurs influençant leur absorption de CO2. Pour ce faire, un protocole de cure à la carbonatation a été soigneusement élaboré, débutant par une étape de pré-conditionnement visant à éliminer une partie de l’eau libre, suivie de la sélection précise des conditions environnementales dans la chambre de carbonatation. Cette approche visait à maximiser le stockage de CO2 tout en assurant les meilleures performances possibles du BAP. Dans l’ensemble, les échantillons contenant des RCA et du SSP ont montré une absorption de CO2 plus élevée que celle de leurs homologues à base de NCA et de LS. Bien que le type de précurseurs et d’agrégats grossiers ait influencé la rétention d’eau lors du préconditionnement, leur impact global est resté limité. En revanche, l’interaction entre les processus d’hydratation et de carbonatation a été le principal déterminant de l’étendue et de l’efficacité de l’absorption de CO2.La dernière étape de l’approche expérimentale s’est articulée en deux volets principaux. Le premier avait pour objectif d’évaluer l’effet du durcissement par carbonatation sur les propriétés physiques et mécaniques du SCC, ainsi que sur les modifications microstructurales induites. De manière générale, le durcissement par carbonatation a amélioré les propriétés étudiées pour l’ensemble des échantillons. Toutefois, l’ampleur de ces améliorations ne dépendait pas uniquement de la teneur en CaCO3 formée ; la fraction de C-S-H préservée après carbonatation a également joué un rôle essentiel dans le maintien de la cohésion microstructurale. Par ailleurs, les observations au MEB ont mis en évidence que la distribution spatiale des précipitations de CaCO3 contribuait fortement à la densification de la matrice, favorisant l’affinement de la porosité et l’amélioration des performances mécaniques. Le seco