Vers un ciment vert · béton, fines issues du lavage des camions, boue de ciment, fines béton recyclé comme cru dans le clinker - Céramiques broyées 2- Des alternatives au Portland,

VERS UN CIMENT « VERT » LʼESPOIR DES ALTERNATIVES ECOLOGIQUES

Constance MEURICE R8 – séminaire de recherche AMC2 « Matériaux pour lʼéco-conception » Enseignants : R. Leroy, L. Dimitriadi

ENSA Paris Malaquais

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Le protocole de Copenhague de 2009, vise à lutter contre le réchauffement climatique à lʼéchelle mondiale, en stabilisant la hausse de la température à laquelle la planète se trouve exposée. Dans cette optique, les pays industrialisés ont pour objectif de réduire leurs émissions de gaz à effet de serre de 40% dʼici 2020. Le protocole de Kyoto (de 1997) prévoyait déjà pour 2012 une baisse de 5,2 % des émissions de CO2 des pays industrialisés par rapport à leurs émissions de 1990. Afin de parvenir aux objectifs fixés à Copenhague, diverses actions ont été mises en œuvre et se mettent en place aujourdʼhui dans le secteur industriel dans le but de développer de nouvelles solutions qui minimiseraient les impacts environnementaux, tels que la consommation des ressources et des énergies, les émissions de CO2 ou encore la pollution de lʼair. Dans le domaine du bâtiment, le béton est le matériau le plus largement produit. Son utilisation par les communautés du monde entier le place comme la seconde matière la plus utilisée dans le monde après lʼeau. La production mondiale de béton étant de 5 milliards de m3/an, il se trouve être le produit manufacturé le plus employé au monde, se plaçant largement devant les autres matériaux de constructions tels que le bois et lʼacier. Néanmoins ce matériau reste un gros consommateur dʼénergies et son impact environnemental nʼest pas moindre puisque sa fabrication émet une quantité non négligeable de CO2. Suite aux objectifs fixés par le protocole de Copenhague le domaine du bâtiment se trouve fortement concerné par les recherches de réduction des impacts environnementaux. Il devient donc nécessaire de se demander quelle est réellement la place du béton dans le domaine de la construction et dans les démarches actuelles dʼéco-conception. Si le béton est en réalité un matériau qui présente un impact environnemental élevé, ceci sʼexplique par lʼutilisation du ciment Portland en tant que liant, matière dont la fabrication nécessite une quantité importante dʼénergies. De plus, la confection du ciment Portland sʼaccompagne de nombreuses émissions de dioxyde de carbone (CO2), augmentant ainsi fortement lʼempreinte écologique du béton. La production de ciment est depuis ces quinze dernières années en hausse. Ainsi en 2011, elle était de 3,4 millions de tonnes/an, ce qui représenterait environ 7% des émissions mondiales de CO2 de lʼannée. Pour avoir une idée des quantités des émissions de gaz à effet de serre dû à la fabrication du béton, en 2012 les émissions de CO2 liées au ciment Portland ont atteint les 3 milliards de tonnes/an. Ces chiffres trop peu connus révèlent la nécessité et lʼurgence dʼagir sur ce matériau de construction tant utilisé et dont lʼempreinte écologique pèse dans la balance de lʼimpact environnemental. Il devient donc urgent de se pencher sur les limites que présente lʼusage mondial du béton afin de trouver des solutions qui réduiraient lʼempreinte écologique de celui-ci. En France, deux solutions se développent actuellement. La première vise à réduire la quantité de béton fabriqué par la production dʼun béton de meilleure qualité, pour une résistance égale, ces bétons plus performants permettraient ainsi de réduire le volume de matière nécessaire. Le béton fibré ultra haute performance (BFUP) en est le meilleur exemple. La deuxième solution quant à elle a pour objectif de substituer au maximum le clinker Portland par des additions minérales parfois issues des déchets industriels. Une grande partie des bétons utilisés dans la construction contiennent déjà dans leur ciment une quantité plus ou moins importante de matériaux de substitution au clinker Portland. La deuxième solution sʼavère être plus réaliste dans le sens où elle propose de limiter au maximum lʼusage de clinker Portland tandis que la première solution évoquée propose

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plutôt une augmentation de la résistance des bétons, ce qui correspondrait à une hausse du taux de ciment soit à une production plus importante du clinker Portland. Les recherches actuelles sʼintéressent au ciment puisquʼil est en lʼélément responsable des émissions de gaz à effet de serre liés à la production de béton. De nombreuses études sont donc menées pour développer des liants susceptibles de substituer partiellement ou totalement au clinker portland. Elles constituent une source dʼinnovation importante. Le sujet de cette recherche sʼinscrit donc dans la continuité de ces recherches actuelles, rejoignant la deuxième solution évoquée précédemment, puisquʼelle sʼintéresse à la nécessité de trouver des alternatives au ciment Portland. Elle tente de répondre à la question suivant : Quel(s) liant(s) pour un béton à empreinte écologique minimale ? Quel(s) liant(s) pour un béton écologiquement efficace ? Depuis la fin du 20e siècle, certains chercheurs et ingénieurs sʼintéressent au problème de lʼimpact environnemental du béton. Ce sujet fait donc parti de questionnements majeurs dans domaine de la construction. Cette recherche sʼinscrit donc dans le prolongement de ces nombreuses études effectuées sur dʼéventuelles solutions pour des bétons à empreinte écologique minimale. Elle propose de croiser les multiples connaissances disponibles sur le sujet des liants avec les diverses recherches et découvertes plus récentes effectuées sur ce même sujet, dans le but dʼéclaircir lʼavenir des bétons et de faire émerger les pistes prometteuses qui aboutiraient à la création de nouveaux liants qui seraient quant à eux plus respectueux de lʼenvironnement. Ainsi, ce sujet tente dʼapporter des éclaircissements sur la recherche de liants alternatifs au ciment Portland en effectuant une classification des principaux liants de substitution partielle ou alternatif au clinker Portland qui font lʼobjet de récentes recherches. Ce classement sʼeffectuera selon deux critères : le premier sera la résistances à la compression, révélateur des propriétés mécaniques du matériau, le second se trouve être lʼimpact environnemental des bétons, ce qui permettra de vérifier lʼintérêt que pourrait trouver les divers liants étudiés dans une démarche environnementale. Cette classification révélera si les nouveaux liants développés sont réellement intéressants tant sur le plan écologique que sur le plan constructif. Dans un premier temps, les bétons actuels utilisés dans la constructions seront présenter, permettant ainsi dʼexposer le contexte dans lequel sʼinscrivent ces recherches de liants alternatifs. Par la suite, nous présenterons les récentes études qui sont menées sur les liants alternatifs au ciment Portland, apportant ainsi des précisions sur lʼétat dʼavancée des recherches sur ce sujet. Dans un second temps, les liants cités auparavant seront classés selon leurs résistances, ont en déduira alors les applications auxquelles chaque ciment est plus particulièrement voué. Enfin une seconde classification sera effectuée selon des critères environnementaux par un calcul dʼAnalyse de Cycle de Vie pour chacun des liants, prenant en compte le bilan carbone et calcul des énergies nécessaires à la fabrication. Le croisement de ces deux classifications permettra dʼélaborer des hypothèses sur les liants qui présentent un avenir prometteur en tant que substituant du clinker Portland.

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PLAN DU MÉMOIRE : (description brève du plan du mémoire) I - LE BÉTON, UN MATÉRIAUX ÉCOLOGIQUE ?

1- Le béton, le matériau de construction le plus employé au monde : 1.1 Un marché en pleine expansion 1.2 Le ciment Portland

2- Vers une volonté de réduire lʼimpact environnemental du béton :

2.1 Vers des bétons plus performants 2.2 Béton avec ajouts minéraux en substitution au clinker

II - LE BÉTON DURABLE EN PLEINE EXPANSION, VERS DE NOUVEAUX LIANTS PLUS « VERTS »

1- Vers des substitutions partielles du clinker Portland

2- Des alternatives au Portland, vers des substitutions totales : III - CLASSIFICATION DES LIANTS : ENTRE PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES ET IMPACT ENVIRONNEMENTAL

1- Vers de nouveaux liants plus résistant ?

2- Vers de nouveau liant plus respectueux de lʼenvironnement ? PROTOCOLE DU CALCUL DʼACV

IV - LE CIMENT DE GYPSE, UN PISTE PROMETTEUSE

1- Le gypse, maniabilité intéressante 2- Une piste à expérimenter: Protocole de lʼexpérience CONCLUSION ANNEXES : Fiches « dʼidentité » des liants. BIBLIOGRAPHIE

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PLAN DU MÉMOIRE : Description brève du plan du mémoire. Les compléments et la rédaction seront apportés par la suite.

I - LE BÉTON, UN MATÉRIAUX ÉCOLOGIQUE ? 1- Le béton, le matériau de construction le plus employé au monde :

1.1 – Un marché en pleine expansion Introduction sur les bétons et sur leur utilisation à lʼéchelle mondiale. Evolution du marché.

La production de ciment est depuis ces quinze dernières années en hausse comme le montre le diagramme effectué par Lafarge. Cette augmentation résulte de lʼaccroissement considérable de la production de béton dans les pays en voie de développement, comme en Asie et en Afrique. Quelques chiffres : empreinte écologique du béton (émission de CO2…)

1.2 - Le ciment Portland Le ciment Portland est le liant le plus utilisé au monde. Description du ciment Portland : brève histoire de sa création, ses caractéristiques, ses applications…

2- Vers une volonté de réduire lʼimpact environnemental du béton : En France, deux stratégies se développent dans le but de réduire lʼempreinte écologique du béton. Comme il lʼa été évoqué précédemment, la première vise à réduire la quantité de béton fabriqué par la production dʼun béton de meilleure qualité. Ces bétons plus performants permettraient ainsi de réduire le volume de matière nécessaire. La deuxième solution quant à elle a pour objectif de substituer au maximum le clinker Portland par des additions minérales issues des déchets industriels. (* www.infociments.fr)

2.1 - Vers des bétons plus performants Le béton fibré Ultra Haute Performance (BFUP) est pour le moment le béton le plus résistant. Il permet de réaliser de réelles prouesses techniques. Développement du BFUP, ses caractéristiques ainsi que quelques exemples dʼapplication.

2.2 - Béton avec ajouts minéraux en substitution au clinker

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Une grande partie des bétons utilisés dans la construction contiennent dans leur ciment une quantité plus ou moins importante de matériaux de substitution au clinker Portland : Cendres de hauts fourneaux (CEMIII A, B et C) …

II – LE BÉTON DURABLE EN PLEINE EXPANSION, VERS DE NOUVEAUX LIANTS PLUS « VERTS »

1- Vers des substitutions partielles du clinker Portland :

Chacun des liants qui seront évoqués dans cette étude comporte une fiche « dʼidentité » dans laquelle sont indiqués leurs caractéristiques, leurs résistances (mesurées à diverses jours), quelques informations concernant les émissions de CO2 et lʼénergie consommée, des précisions sur leurs applications ainsi que dʼéventuelles remarques. Les diverses données renseignées sur ces fiches sont le résultat du travail bibliographique, elles sont donc issues des diverses recherches effectuées sur chacun des liants. Dans certains cas, les recherchent étant trop récentes, des informations sont manquantes. Les fiches des liants évoqués ci-après se trouvent en annexe.

- Métakaolin (1) - Géopolymère : A base de roche (volcanique), Laitier de Hauts fourneaux (bien connu et

utilisé), fumée de Silice… - Déchets :

- Fines de béton (2) (déchets béton broyé) : diverses pistes tester : les évoquer, en choisir une à étudier plus précisément.(« Reclinkerisation » des fines obtenues par broyage de béton, fines issues du lavage des camions, boue de ciment, fines béton recyclé comme cru dans le clinker - Céramiques broyées

2- Des alternatives au Portland, vers des substitutions totales :

Suppression du clinker Portland dans le liant - Béton dʼOxyde de Magnésium (3) - Liant à base de gypse (avec présence de ciment sulfo-alumineux) (4)

Entre capacités techniques et intérêt environnementaux. Les liants alternatifs ou de substitution permettent-ils réellement de réduire lʼempreinte environnementale ? Tous ces nouveaux liants sont-ils vraiment « verts » ? Pour que ces liants soient écologiquement efficaces, il faut quʼils présentent des propriétés mécaniques intéressantes tout en permettant une réduction de lʼempreinte écologique du béton. Les classifications qui vont suivre sʼintéressent à ces deux critères et permettront dʼy voir plus clair sur les intérêts de tous ces nouveaux liants qui voient le jour.

(1) « Un ciment écologique voit le jour grâce au métakaolin », avril 2013 (2) L.Nelfia, P.Y Mahieux, Ph. Turcry, Y. Amine, O. Amiri, « Incorporation de fines de béton de démolition dans la fabrication de mortier par substitution du ciment » (3) “Novacem produit un ciment à carbone négatif ”, juin 2011, http://etsinnovation.wordpress.com/2011/06/27/novacem-produit-un-ciment-a-carbone-negatif/

(4) C.Broussillou et M.Caruel, « Un Liant hydraulique à base de gypse pour les parpaings marocains », Ecole Nationale des ponts et chaussées, 2004

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III – CLASSIFICATION DES LIANTS : ENTRE PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES ET IMPACT ENVIRONNEMENTAL

Comme évoqué précédemment, ce mémoire aboutit à une classification des liants, laquelle se fera selon deux critères : La résistance et lʼimpact environnemental (lʼémission de CO2 et la consommation dʼénergies) des bétons utilisant divers ciment. Le protocole de classification qui va être adopté par la suite a pour but dʼêtre les premiers pas dʼun processus de classification qui permettrait lʼajout de nouveaux liants au fur et à mesure de lʼavancée des recherches dans ce domaine. Certains résultats des études qui seraient effectuées sur les liants du béton dans le cadre du séminaire AMC2 pourront ainsi y être intégrées. Cette bibliothèque et cette classification trouvent leurs intérêts si elles sont sans cesse mises à jours afin de devenir un réel outil pour les architectes et les industriels, les éclairant ainsi sur lʼévolution du monde du béton en matière dʼéco-conception et les invitant à se tourner vers lʼutilisation de nouveaux matériaux plus respectueux de lʼenvironnement.

1- Vers de nouveaux liants plus résistant ?

Cette partie sʼintéresse à la résistance à la compression de mortiers ou bétons fabriqués à partir de différents liants. Ainsi lʼétude des résistances permettra de savoir à quelles applications architecturales lʼutilisation de chacun de ces liants peut mener. Cette classification sʼappuie sur les nombreuses recherches et expériences effectuées en matière de nouveaux liants alternatifs au ciment portland. Les données en terme de résistance sont donc les résultats de ces diverses expériences, soit du travail bibliographique effectué. La résistance dʼun mortier est directement dépendante du type de ciment. Il sʼagit donc de définir les qualités de résistance dʼun ciment plutôt que dʼun mortier. Dans un tel mortier la seule variable est la nature de liant hydraulique; la résistance du mortier est alors considérée comme significative de la résistance du ciment.

Divers liants on été répertoriés, chacun donnant lieu à une fiche comportant leurs principales caractéristiques. Le graphique ci-dessous permet de percevoir comment chacun de ces liants, actuellement utilisés dans la construction ou qui font objets de recherches, se positionnent les uns par rapport aux autres en terme de résistance.

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2- Vers de nouveau liant plus respectueux de lʼenvironnement ?

Une deuxième classification mise en parallèle avec la première permettra de classer des liants selon les critères environnementaux, soit selon la quantité CO2 émis au cours de la fabrication et selon lʼénergie nécessaire à la fabrication. Lʼobjectif de cette partie est de calculer lʼAnalyse de Cycle de Vie dʼun maximum de mortiers ou bétons dont les liants sont constitués de substitutions partielles au clinker Portland ou sont des alternatives à ce clinker. Lʼanalyse de Cycle de Vie est une technique dʼaide à la décision environnementale. LʼACV permet de calculer lʼimpact environnemental dʼun produit, dʼen avoir une vision plus précise, dans le but de minimiser par la suite cet impact. Elle consiste à mesurer les ressources nécessaires à la fabrication dʼun produit ou dʼun dispositif destiné et à quantifier les impacts sur lʼenvironnement de cette fabrication. Mais lʼACV ne sʼintéresse pas seulement à la fabrication dʼun produit, elle prend en compte également la maintenance nécessaire à la durée de vie du produit ainsi que la fin de vie du produit. Son calcul sʼappui sur de nombreux critères, nous nous intéresserons à deux de ces critères, qui en sont les deux principaux :

- Le Bilan Carbonne - La consommation dʼénergies / bilan énergétique renouvelables / non renouvelables

LʼACV dépend de la quantité des données, la fiabilité des résultats dépendra donc de la qualité et de la quantité des données.

Des premiers calculs ont été effectués sur ces différents liants donnant déjà un premier aperçu des futurs résultats des analyses de cycle de vie de chacun de ces liants. Lʼénergie consommée ainsi que la quantité de gaz à effet de serre émis par la fabrication dʼ1 m3 de béton ont été calculées pour différents bétons dont chacun est constitué à partir dʼun liant différent. Ces premiers calculs nʼont pas pris en compte le transports, soit lʼénergie tout comme les émissions qui en sont liées, des matières premières qui sont à acheminer jusquʼau site de fabrication de ciment. Cependant ces données seront prises en compte dans le calcul plus précis que propose lʼACV.

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Les graphiques ci-après permettent de se rendre compte que tous les liants étudiés qui se veulent être des alternatives au clinker portland présentent tous en effet une réduction de la consommation énergétique et des émissions de gaz à effet de serre. La calcul plus poussé de lʼACV permettra se vérifier cʼest premiers résultats. De plus, lʼACV prendra en compte la résistance de chacun de ces bétons, qui nʼest pas pris en compte dans ces premiers calculs, ceci permettra dʼeffectuer la classification sur des valeurs plus précises.

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PROTOCOLE DU CALCUL DʼACV Pour permettre une bonne comparaison des données, le calcul de lʼAVC sʼeffectuera sur un élément porteur vertical, surement poteau de 3 m de haut, dont la résistance à la compression souhaitée est de 25 MPa, résistance minimale pour un élément de structure dans un bâtiment. Le dimensionnement de cet élément sera une conséquence des ciments utilisés, puisque selon la résistance du ciment une quantité plus ou moins grande de matière sera nécessaire. Le béton de référence sera du BFUP (Béton Ultra Haute Performance), puisque ce béton est celui qui comporte la plus grande quantité de ciment, ce qui lui donne une résistance très élevée permettant ainsi dʼobtenir des éléments fins et très résistants. Pour un béton fabriqué avec un liant x a - Calcul du volume nécessaire de béton. On en déduit le volume nécessaire de liant x b - Calcul de la quantité de CO2 émise au cours de la fabrication du liant x (clinkérisation…) c - Calcul des émissions de CO2 liée à la fabrication du béton (liée au sable, au transport…) d - Calcul de lʼénergie consommée lors de la fabrication du liant x (clinkérisation, transport, broyage…) e - Calcul de lʼénergie consommée pour de la fabrication du béton et de lʼélément de structure (liée au sable, au transport)

Le calcul de lʼAVC de chacun des bétons réalisés avec des liants différents pour un même élément porteur permettra dʼavoir une vision plus juste de lʼimpact environnemental de chaque liant et cela remettra peut être en cause les préjugés sur les qualités « écologiques » de certains des liants qui voient le jour.

IV – LE CIMENT DE GYPSE, UN PISTE PROMETTEUSE 1 – Le gypse, maniabilité intéressante :

Cette dernière partie plus expérimentale vient en second plan après le protocole de classification. Elle propose, par une approche plus pratique, dʼexpérimenter la matière, qui dans ce cas se trouve être un liant alternatif au ciment Portland, un liant hydraulique à base de gypse. Cette expérience viendra vraiment, si le temps le permet, en tant que complément de la classification précédente. Bien que le ciment de gypse (Ciment Sulfoalumineux CSA + gypse) ne présente pas une très bonne résistance lorsquʼil contient une grande teneur en gypse, il présente des intérêts sur le plan environnemental. Ce ciment est tout de même une piste qui semble prometteuse parmi les multiples liants verts qui se développent aujourdʼhui. Ce liant en fonction de sa quantité de gypse ne trouve pas forcément grand intérêt à être utilisé pour des structures porteuses nécessitant de hautes résistances. Cependant il présente des propriétés qui trouveraient leur intérêt dans le domaine de la construction. Sa maniabilité et sa facilité de mise en œuvre serraient intéressantes à explorer afin de tester également les limites de ce matériau. La malléabilité

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du gypse permettrait peut être par un coulage spécifique du béton dʼobtenir une finesse de la construction. De nombreux travaux ont déjà été effectué sur ce liant hydraulique à base de gypse (1), néanmoins aucun nʼa exploré cette matière et ses limites en terme de malléabilité.

2 – Une piste à expérimenter:

Cette partie vise donc à expérimenter un mortier ou un béton à base de ciment de gypse afin dʼexplorer lʼintérêt plastique que ce ciment présente, lʼobjectif étant de tester les limites de cette matière dans sa finesse. Dans lʼétude « Un liant hydraulique à base de gypse pour parpaing » effectuée par C.Broussillou et M. Caruel, certains de leurs résultats, sur la formulation des blocs de parpaing, mènent au constat que pour deux quantités différentes de granulats ils arrivent au même résultats en terme de résistance (soit 13 MPa). Ainsi ils choisissent pour la confection de leurs blocs la formulation qui utilise le moins de liant. Etant donné que lʼintérêt de lʼexpérience qui va être réalisée ne porte pas directement sur la résistance du liant de gypse mais plutôt sur sa plasticité et ses limites, la formulation du mortier utilisé sera donc celle adoptée dans lʼétude évoquée précédemment, qui propose un mortier de résistance de 13 MPa dont les caractéristiques sont les suivantes.

Composition du mortier :

- Liant : 8,97% dont : 6,71% de gypse et 2,26% de Ciment sulfo-alumineux

- Granulats : 91 % dont 41,1% de grains de riz, 33,6% de sable concassé et 16,3% de sable dʼOued

- Eau : 4,49%

La granulométrie des granulats, qui seront utilisés pour lʼexpérience, sera déterminée en fonction du choix de lʼexpérimentation et de la finesse recherchée du mortier. Les granulats seront remplacés par des sables équivalents. La composition du liant évoluera et sera adapté en fonction des premiers résultats et du but recherché.

PROTOCOLE DE LʼEXPÉRIENCE

Lʼidée serait de créer un élément qui pourrait, telle une brique, sʼassembler pour construire une paroi. Cet élément dont la forme sera simple devra permettre le tester la plasticité du matériau. Réflexion sur lʼépaisseur de lʼélément. Peut-être faudra-t-il jouer sur lʼépaisseur de lʼélément pour tester les limites de la matière. Lʼexpérience, encore flou reste à définir.

(1) Ambroise J et Pera J, « Développement de matériaux de construction à partir de phosphogypse ». INSA Lyon France ; nov 2003 (1) Barki S, « Fabrication de blocs en béton à partir de liant hydraulique à base de gypse », Etude de faisabilité technique, EHTP Casablanca Maroc, juin 2004 (1) C.Broussillou et M.Caruel, « Un Liant hydraulique à base de gypse pour les parpaings marocains », Ecole Nationale des ponts et chaussées, 2004

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CONCLUSION - UN BÉTON « BILAN CARBONE NUL », EST-CE POSSIBLE ?

La conclusion apportée sur ces classifications permettra de révéler quʼelles sont les pistes de recherches les plus prometteuses en matière de liants écologiquement efficace et quels sont les liants qui peuvent réellement venir substituer le ciment ou qui sont de réelles alternatives au clinker Portland, offrant des caractéristiques structurelles intéressantes tout en présentant un intérêt environnemental.

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ANNEXES Fiche « dʼidentité type des liants »

CIMENT PORTLANDCEM I 42,5 et CEM I 52,5

COMPOSITION DU LIANT

EMPLOIS / APPLICATIONS ARCHITECTURALES

REMARQUES

Émissions de CO2 : environ 0,85 tonnes de CO2 pour 1 tonne de ciment.Provient à 61% des matières premières et à 39% des combustibles

Énergies : consommation très variable selon les procédés de fabrication

Clinkérisation Clinker Portand = 3,845 GJ/t (1450°C, formation alite). Broyage = 162 à 180 MJ/t

Clinker Portland : 80% de calcaire et 20% d’argile soit 65% de chaux, 21% de silice, 6% d’alumine et 3% d’oxyde de fer

CEM I 42,5 : contient 97 % de clinker Portland. 3% de composants secondaires

CEM I 52,5 : contient 97 % de clinker Portland. 3% de composants secondaires

2 jours 28 jours42,5

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10.018.018.028.0

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Résistance moyenne mesurée à 28jours est proche de 55 MPa


CEM I 42,5 :- Béton armé coulé sur place ou préfabriqué- Béton précontraint- Décoffrage et mise en service rapide (classe «R»)- béton étuvé ou auto-étuvé

CEM I 52,5 : Même emplois que le CEMI 42,5 plus :- Bétonnage par temps ordinaire ou froid- Ouvrages nécessitant des résistances élevées- Béton à hautes performances

- Temps de début de prise supérieur à 1h- Retrait inférieur à 1000 micromètres/m- CEM I 42,5 : Précautions à prendre contre la dessication pendant le durcissement ( travaux en plein air ou ouvrage à faible épaisseur) : protection contre vent et soleil

RÉSISTANCE À LA COMPRESSION (valeur minimale garantie) en MPa

ANALYSE DU CYCLE DE VIE (Emissions CO2 - Consommation d’énergies)

CIMENT PORTLAND AVEC AJOUTS CIMENTAIRES

CEM II/A ou B 32,5



REMARQUES

Emissions de CO2 : Dès l’instant où il y a substitution d’une partie du clinker Portlant, il y a réduction des émissions de CO2. Cette réduction dépend donc du taux de substitution qui reste faible dans ce cas.

Energies : l’énergie nécessaire à la production de ce clinker est diminuée en fonction du taux de substitution.

CEM II/A : contient 80 à 94% de clinkerCEM II/B : contient 65 à 79% de clinker.Le reste est composé d’un ou plusieurs des composants suivants : cendres (V ou W), laitier (L), pouzzolanes (Z), calcaires (L), schistes calcinés (T).Ciment classe «R» (CEMII A ou B 32,5R) c’est un ciment à prise rapide ce qui implique une résistance minimale garantie à 2 jours.

2 jours 7 jours32,5

32,5 R 12,017,5

- Ces ciments sont les plus souvent utilisés- CEM II 32,5R : Travaux nécessitant une résistance initiale élevée- Béton armé ou non, ouvrages courants- Fondations ou travaux souterrains en milieux non agressifs. Stabilisation des sols- Dallages, sols industriels- Maçonnerie

28 jours30,030,0

- Temps de début de prise supérieur à 1h30- Retrait inférieur à 800 micromètres/m- Précautions à prendre contre la dessication pendant le durcissement ( travaux en plein air ou ouvrage à faible épaisseur) : protection contre vent et soleil


SUBSTITUTION PARTIELLE DU

CLINKER PORTLAND


CIMENT PORTLAND AVEC AJOUTS CIMENTAIRES

CEM II/A ou B 42,5 et 52,5



REMARQUES


42,5 R52,5

52,5 R

10.018.018.028.0

40.040.050.050.0



CEM I 42,5 :- Béton armé coulé sur place ou préfabriqué- Béton précontraint- Décoffrage et mise en service rapide (classe «R»)- béton étuvé ou auto-étuvé

CEM I 52,5 : Même emplois que le CEMI 42,5 plus :- Bétonnage par température d’au moins 5°C- Ouvrages nécessitant des résistances

- Béton à hautes performances

- Temps de début de prise supérieur à 1h. Ces ciments sont très employés en préfabrications- Retrait inférieur à 1000 micromètres/m (CEM II 42,5)- Précautions à prendre contre la dessication pendant le durcissement ( travaux en plein air ou ouvrage à faible épaisseur) : protection contre vent et soleil

CEM II/A : contient 80 à 94% de clinkerCEM II/B : contient 65 à 79% de clinker.Le reste est composé d’un ou plusieurs des composants suivants : cendres (V ou W), laitier (L), pouzzolanes (Z), calcaires (L), schistes calcinés (T).Ciment classe «R» (CEMII A ou B 32,5R) sont des ciment à prise rapide ce qui implique une résistance minimale garantie à 2 jours.



CLINKER PORTLAND

ANALYSE DU CYCLE DE VIE (Emissions CO2 - Consommation d’énergies)Emissions de CO2 : Dès l’instant où il y a substitution d’une partie du clinker Portlant, il y a réduction des émissions de CO2. Cette réduction dépend donc du taux de substitution qui reste faible dans ce cas.

Energies : l’énergie nécessaire à la production de ce clinker est diminuée en fonction du taux de substitution.

CIMENT PORTLAND COMPOSÉ AUX FUMÉES DE SILICE

CPJ-CEM II/A (D) 52,5



REMARQUES

Emissions de CO2 : Dès l’instant où il y a substitution d’une partie du clinker Portlant, il y a réduc-tion des émissions de CO2. Cette réduction dépend donc du taux de substitution.Réduction des émissions comprise entre 5 et 10%

Energies : les laitiers de haut fourneaux étant un déchet, l’énergie nécessaire à la production de ce clinker est diminuée en fonction du taux de substitution. Réduction des énergies consommées comprise entre 5 et 10%

CPJ-CEM II/A : contient au moins 90% de clinker, le reste est de la fumée de silice (D)


52,5 R18,028,0

50,050,0


- Bétons à hautes performances et toutes ses utilisations, pour les ouvrages exceptionnels vis-à-vis des sollicitations mécaniques et de la durabilité.- Béton amé et béton précontraint

- Attention au bétonnage par temps chaux, et aux travaux de grandes masses, nécessité de précautions particulières.

- Temps de début de prise supérieur à 1h. Ces ciments sont très employés en préfabrications

- Il ne sont pas destinées aux travaux courants- Plus forte viscoosité des bétons utilisants ce ciment, cela nécessite une mise en place adaptée.



CLINKER PORTLAND


CIMENT AVEC LAITIERS DE HAUT FOURNEAU

CHF-CEM III/A 32,5/ 42,5/ 52,5




REMARQUES

Emissions de CO2 : réduction maximum de 80 % par rapport au ciment Portland lors de la fabri-cation, soit une émission de 0,21 t de CO2 par tonne de ciment fabriqué avec des sous produits industriels (70% si laitier fabriqué).

Energies : réduction de 59% de l’énergie nécessaire soit un consommation de 1 965 MJ/t de ciment dont les laitiers sont de sous produits industriels (43% si laitier fabriqué).

CHF-CEM III/A : contient 35% à 64% de clinker.36 à 65% de laitier de haut fourneau.Eventuellement 0 à 5% de constituants secondaires.

- Travaux en béton armés ou non. Hydrauliques et souterrains. Stabilisation des sols.- Travaux souterrains en milieu agressifs, terrains gypseux, eaux pures, acides, industrielles.- Ouvrages en milieu sulfaté- Travaux à la mer - Béton de masse- Travaux nécessitant une faible chaleur d’exploitation

- Le temps de début de prise supérieur à 1h30 pour les 32,5 et à 1h pour les 42,5 et 52,5- Des sels solubles peuvent être incorporés jusqu’à 1%

2 jours 7 jours32,542,552,5

10,018,0

17,5

50,0

Résistance moyenne mesurée à 28jours est proche respectivement

de 45,55 et 65 MPa

28 jours30,040,0


CLINKER PORTLAND


Matrice Cimentaire du Béton Fibré Ultra Haute Performance

Premix BFUP




REMARQUES

- CEM I 52,5 dosé entre 700 et 1000 kg/m3 de béton- Fumées de silice : 20 à 30 % du ciment

- BFUP non armé, BFUP armé, BFUP précontraint- Ouvrages d’art et structures grandes portées- Clos et couvert des bâtiments, couverture étanche en béton- Façade (architectonique, thermique)- Poutre aqueduc, écoduc. Canaux, réservoir, silos. Ouvrages maritimes- Installations industrielles

- e/c très faible, 0,21 à 0,26- Autoplaçant- Grande durabilité car porosité très faible

24 h 7 jours20 à 100 Résistance d’un BFUP qui contient

28 jours150 à 250


CLINKER PORTLAND



CHK-CEM III/C 32,5




REMARQUES

Emissions de CO2 : Dès l’instant où il y a substitution d’une partie du clinker Portlant, il y a réduc-tion des émissions de CO2. Cette réduction dépend donc du taux de substitution.Réduction des émissions comprise entre 81 et 95%

Energies : les laitiers de haut fourneaux étant un déchet, l’énergie nécessaire à la production de ce clinker est diminuée en fonction du taux de substitution. Réduction des énergies consommées comprise entre 81 et 95%

CHK-CEM III/C : contient 5% à 19% de clinker.81 à 95% de laitier de haut fourneau.Eventuellement 0 à 5% de constituants secondaires.


- Le temps de début de prise supérieur à 1h30- Des sels solubles peuvent être incorporés jusqu’à 1%

ciments)

2 jours 7 jours32,5 17,5 Résistance moyenne mesurée à

28jours est proche de 45 MPa

28 jours30,0

- Par temps froid, on peut utiliser un accélérateur de prise- Eviter toute dessication prématurée


CLINKER PORTLAND



CHF-CEM III/B 32,5/ 42,5/ 52,5




REMARQUES

Emissions de CO2 : Dès l’instant où il y a substitution d’une partie du clinker Portlant, il y a réduction des émissions de CO2. Cette réduction dépend donc du taux de substitution.Réduction comprise entre 66 et 80%.

Energies : les laitiers de haut fourneaux étant un déchet, l’énergie nécessaire à la produc-tion de ce clinker est diminuée en fonction du taux de substitution. Réduction de l’énergie consommée comprise entre 66 et 80%.

CHF-CEM III/B : contient 20% à 34% de clinker.66 à 80% de laitier de haut fourneau.Eventuellement 0 à 5% de constituants secondaires.


- Le temps de début de prise supérieur à 1h30 pour les 32,5 et à 1h pour les 42,5 et 52,5- Des sels solubles peuvent être incorporés jusqu’à 1%- On peut par temps froid utiliser un accélérateur de prise

2 jours 7 jours32,542,552,5

10,018,0

17,5

50,0

Résistance moyenne mesurée à 28jours est proche respectivement

de 45,55 et 65 MPa

28 jours30,040,0


CLINKER PORTLAND


CIMENT AU LAITIER ET AUX CENDRESCLC-CEM V/A 32,5




REMARQUES

Emissions de CO2 : Dès l’instant où il y a substitution d’une partie du clinker Portlant, il y a réduction des émissions de CO2. Cette réduction dépend donc du taux de substitution.

Energies : les laitiers de haut fourneaux et les cendres étant des déchets, l’énergie néces-saire à la production de ce clinker est diminuée en fonction du taux de substitution.

CHK-CEM III/C : contient 40% à 64% de clinker.18 à 30% de laitier de haut fourneau.18 à 30% de pouzzolanes naturelles et/ou cendres volantes silicieuses0 à 5% de constituants secondaires.Sa teneur en CaO ne doit pas excéder 50%


- Par temps froid il est possible d’utiliser un accélérateur de prise

2 jours 7 jours32,5 17,5 Résistance moyenne mesurée à

28jours est proche de 45 MPa

28 jours30,0


CLINKER PORTLAND


CIMENT ALUMINEUX FONDUCA





REMARQUES

Mélange principalement composé d’alumine, de chaux, d’oxyde de fer et de siliceAu moins 30% d’alumine

- Ouvrages exigeants une résistance élevée à court terme.- Bétonnage par temps froid- Pour les bétons devant subir des chocs thermiques ou une forte abrasion- Bétons devant résister à des températures allant jusqu’à 1250°C- Travaux en milieu sulfatique, en milieu fortement agressifs et très fortement agressif (composition précises)

- Le dosage ne doit pas être inférieur à 400 kg/m3 et la rapport E/C doit être inférieur ou égal à 0,4 en éléments de structure.

nécessité de précautions par temps chaud.

6 h 24 h Test 1

Test 2

30

6 h37

50

1 jour

Essais sous cycle thermiques simu-lant un échauffement lié à une hy-

dratation en masse

28 jours60

28 jours42 44

Résultas obetenus sur un micro-béton de granulats, silico-calcaire

0-8mm (465 kg/m3) - E/C = 0,4

CIMENT AVEC FINES DE BÉTONS RECYCLÉS




REMARQUES

25 à 75 % de clinker Portland

- Elements structuraux- chute de la résistance pouvant aller jusqu’à 35% selon le taux de substitution

- Emission de vapeur d’eau

2 jours 7 jours32,7

10,7

38,9

14 16,4

28 jours48,1


CLINKER PORTLAND

Emissions de CO2 : réduction des émissions en fonction du taux de substitution du clinker Protland

24,8 32,7 38,4


CIMENT AVEC DE LA CÉRAMIQUE RECYCLÉE




REMARQUES

Céramique et Porcelaine broyéesSolution d’hydroxyde de sodium et de silicate de soduim pour l’activation des maté-riaux ou cendres de balles de riz.

2 jours 7 jours? ?

28 jours?


CLINKER PORTLAND


Energies : La réduction de énergies est proportionnelle au taux de substitution. Néanmoins, l’énergie nécessaire pour le broyage de la céramique doit être prise en compte.

Amélioration des propriétés mécaniques, meilleure résis-tance.


CIMENT AVEC DE LA CÉRAMIQUE RECYCLÉE




REMARQUES

Céramique et Porcelaine broyéesSolution d’hydroxyde de sodium et de silicate de soduim pour l’activation des maté-riaux ou cendres de balles de riz.

2 jours 7 jours? ?

28 jours?


CLINKER PORTLAND


Energies : La réduction de énergies est proportionnelle au taux de substitution. Néanmoins, l’énergie nécessaire pour le broyage de la céramique doit être prise en compte.

Amélioration des propriétés mécaniques, meilleure résis-tance.


CIMENT AVEC CENDRES D’ECORCES DE RIZ




REMARQUES

85 à 90 % de clinker Portland10 à 15% (max) de cendres d’écorce de riz, composées de 90% de silice amorphe et d’une micro-structure très poreuse et absorbante. (calcination à 500 - 700°C.Effet pouzzolanique de ces cendres

- Offre au ciment des propriétés similaires aux ciments contenant des fumées de silices

- Meilleure durabilité des bétons hautes performances (10 % de substitution) éviter la ségrégation et remplace l’effet des adjuvants.- améliore les propriétés à l’état frais des bétons autoplaçant.- Si plus de 20% de substitution, cela entraine des problèmes de maniabilité

2 jours 7 jours? ?

28 jours?


CLINKER PORTLAND


Propriétés mécaniques peu affectées

Recherches récentes ne donnant pas de données précises.


avec 6% de CPJ45 dans le mortier

Avec du Gypse Blanc

sans 6% de CPJ45 dans le mortier

CIMENT AVEC CENDRES RÉSIDUTS INDUSTRIELS DU

SUCRE DE CANNES




REMARQUES

90 à 85 % de clinker Portland20 à 40% de cendres de sucre de cannes

2 jours 7 jours? ?

28 jours?


CLINKER PORTLAND

Les cendres sont les déchets de la combustion des déchets agricole de cannes à sucre. La combustion de ces derniers permet de produire de l’énergie. Emissions de CO2 : Réduction de 20 à 40% selon le taux de substitution.

Energies nécessaire à la fabrication : Réduction de 20 à 40% selon le taux de substitution.

Augmente la résistance

Recherches récente ne donnant pas de données


CIMENT D’OXYDE DE MAGNÉSIUM (MAGNÉSINE)

Ciment à «carbone négatif»




REMARQUES

Oxyde de magnésium (chauffé à 650°C)

- Elements préfabriqués. Panneaux isolants et structuraux

- Matériau réfractaire (conserve sa résistance même si il est exposé à des températures élevées)- 7 fois plus cher que le Portland

28 jours long termeminmax

4080

ALTERNATIVE AU CIMENT PORTLAND

SUBTITUTION TOTALE

Emissions de CO2 : réduction d’environ 50 % par rappport au ciment Portland, soit une quantité de 0,46t de CO2 par tonne de ciment fabriqué.De plus, il absorbe 100 kg à 0,4t de CO2 par tonne de ciment fabriqué.

Energie : réduction de 80% des énergies nécessaires à la fabrication du ciment par rapport au Portland.

Il serait 12 fois plus résistant que le ciment Portland.Permet une économie de matière

- Bonne résistance au feu, à l’humidité et aux moisissure- oxyde de magnésiul : résiste à la corrosion, a une grande conductivité thermique


CIMENT AVEC MÉTAKAOLIN




REMARQUES

40 à 90 % de clinker Portland10 à 60 % de métakaolin

- Ouvrages à contraintes modérées

- Emission de vapeur d’eau

28 jours long terme47 57


CLINKER PORTLAND

Emissions de CO2 : réduction de 30 à 80 % par rappport au ciment Portland, cela dépend du taux de substitution.

Réduction de la consommation énergétique de 29% (pour une réduction de 30%)


CIMENT À BASEDU GYPSE




REMARQUES

20 à 40 % de clinker Sulfo-alumineux (accepte une très grande quantité de gypse lors des réactions d’hydratation)60 à 80% de gypse bruts ou transformés (plâtres, anhydrites, sous-produits industriels de type phosphogypses…)

- Fabrication de bloc de béton à base de ciment de gypse pour des constructions de petites tailles.

- ajout de 0 à 6% de ciment CPJ 45, considéré comme adjuvant- Un pourcentage inférieur à 20% de clinker ne garanti pas la stabilité du matériau

avoir lieu.

2 jours 7 jours80% de gypse60% de gypse

2,50

3,97

2,80

4,92

28 jours

6,07


SUBTITUTION TOTALE

Emissions de CO2 : Dès l’instant où il y a substitution d’une partie du clinker Portlant, il y a réduction des émissions de CO2. Cette réduction dépend donc du taux de substitution.En raison de la plus faible température de clinkérisation du CSA, les émissions sont au moins réduite de 10% par rapport à un ciment ordianire. S’y ajoute la substitution d’une partie de ce ciment par le gypse.

Energies : Clinkérisation sulfoalumineux = 3,305 GJ/t (1200°C, formation bélite)broyage : 72 à 108 MJ/t

80% de gypse60% de gypse

avec 6% de CPJ45 dans le mortier

3,6511,50 12,56 13,76

Avec du Gypse Blanc

sans 6% de CPJ45 dans le mortier

13,33 16,99 18,10


CIMENT SULFOALUMINEUX - GYPSE





REMARQUES

Emissions de CO2 : réduction de 10 à 40 % par rapport au ciment Portland lors de la fabrication (température de clinkérisation plus basse, quantité plus faible de calcaire)Faible quantité de dioxyde de carbone émis lors de sa décarbonatationPlus il y a de gypse, plus la quantité de CO2 émis est faible

Energies : clinkérisation sulfoalumineux = 3,305 GJ/t (1200°C, formation bélite)broyage : 72 à 108 MJ/t

Clinker sulfaoalumieux : matière première; bauxite de calcaire et sulfate de calciumGypse (CaSO4, H2O / sulfate de calcium hydraté)

- pas utilisable pour des ciments réfractaires- Mise en oeuvre à moins de 65°C

- Ces bétons avec une maniabilité 2 à 3 fois plus faible que le béton portland à même résistance.- Résistant à la corrosion. Bonne durabilité dans les environnements sulfatés.- L’augmentation des proportions de gypse permet de passer d’un ciment à prise rapide à un ciment à retrait compensé.

3 h 1 jour18% de gypse20% de gypse 29,4

44,249,0 82,5

3 jours53,9


SUBTITUTION TOTALE

28 jours

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BIBLIOGRAPHIE ETUDES

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Vers un ciment vert · béton, fines issues du lavage des camions, boue de ciment, fines béton recyclé comme cru dans le clinker - Céramiques broyées 2- Des alternatives au Portland,