Recyclage de débris de

pare-brise automobiles

dans le béton

Auteurs :

Alex GRANDGIRARD

Stéphane CAZIN

Préface

Le présent article est le fruit d’une

collaboration de chercheurs de l’UFES,

Université Fédéral de l’Espírito Santo, et de

deux stagiaires de l’ESTP, Ecole Spéciale des

Travaux Publics. L’étude se déroule en

portugais et dans le cadre des normes

brésiliennes. S’adressant à un public français,

les auteurs signalent que l’article est écrit en

fonction des normes brésiliennes.

Introduction

Le secteur de la construction civile

occupe une place primordiale au sein de notre

société moderne. C’est en effet l’une des

activités les plus importantes en termes de

développement économique et social.

Malheureusement, ce secteur consomme de

grandes quantités de ressources naturelles et

d’énergie tout en générant de beaucoup de

résidus. Cependant, il possède aussi

l’étonnante capacité de pouvoir réutiliser les

déchets en les incorporant aux autres

matériaux de construction, notamment le

béton.

Une grande partie des études actuelles

visent à substituer partiellement une partie

du liant ou des agrégats par des matériaux

provenant de résidus industriels comportant

des caractéristiques pouzzolaniques. Elles ont

pour objectif de réduire le besoin en

extraction de matières premières pour la

production du ciment Portland tout en

permettant un recyclage adapté de ces

déchets.

Outre les avantages environnementaux

et économiques, ces ajouts permettent

d’améliorer certaines propriétés de la matrice

cimentaire. En effet, ils sont directement liés à

la production de béton à hautes

performances. Cela est dût à la formation de

silicate de calcium hydraté (C-S-H), un

élément responsable de la haute résistance de

la pâte de ciment. Cette substitution permet

aussi l’occupation des espaces vides par de

petites particules de résidus, minimisant la

perméabilité et par conséquent augmentant la

durabilité.

Le verre est un matériau qui peut se

recycler indéfiniment, sans altération de ses

caractéristiques. Mais lorsque différents types

de fragments de verre sont mélangés, la

disparité des compositions chimiques rend ce

matériau impropre au recyclage. Cependant,

plusieurs entreprises se sont penchées sur

l’utilisation du verre dans le béton car ce

matériau possède certaines caractéristiques

pouzzolaniques dues à l’existence d’une

grande quantité de silices amorphes dans sa

composition.

Préparation et analyse du résidu

Dans cette étude le résidu de verre

feuilleté (noté RVF) utilisé provient d’une

usine de recyclage de pare-brise automobiles

située à São Paulo. Il s’agit d’un verre

composée de deux plaques planes (ou plus) de

verre reliées par un film de polyvinyle de

butyral (PVB) durant le processus de

laminage. Le recyclage d’un tel type de verre

s’effectue par broyage au cours duquel la

quasi-totalité du PVB est séparée du verre.

Cependant, de petites particules de PVB

restent accolées au verre écrasé limitant sa

réutilisation dans l’industrie verrière. Ces

échantillons ont été reçus au laboratoire de

matériau de construction de l’UFES.

Le résidu est homogénéisé puis

conservé dans une cuve pendant 24 heures

pour être enfin réduit en poudre par

échantillons de 50g à l’aide d’un moulin à

anneaux durant 40 secondes. Des tests

normalisés ont permis de déterminer les

caractéristiques suivantes du RVF : une masse

spécifique de 2,31 g/cm3 et une surface

spécifique de 9051,42 cm2/g

Pour toutes les expériences suivantes,

il fût utilisé du ciment CEM V à haute

résistance initiale bien que la norme NBR

5752 préconise l’usage de ciment CEM I, non

disponible lors des essais. Ce choix a été fait

au regard de la moindre teneur en additifs du

CEM V.

Essais physico-chimiques

L’indice d’activité pouzzolanique du

RVF fût déterminé suivant les normes NBR

5751 en ce qui concerne la chaux et NBR 5752

en ce qui concerne le ciment Portland. Les

résultats obtenus seront analysés en

comparaison avec la norme NBR 12653 pour

confirmer ou infirmer la viabilité technique de

l’utilisation de ce résidu comme matériau

pouzzolanique en remplacement partiel du

ciment Portland dans le béton.

Indice d’activité pouzzolanique avec la

chaux

La chaux utilisée est de type CH I et de

masse spécifique 2,23 g/ cm3 conformément à

la norme NBR 5751. Le mortier est préparé en

substituant 67,4% de la chaux par du RVF.

Matériau Valeurs CH I 104 g

Résidu de verre feuilleté 215,46 g Sable Normal 936 g

Eau 190 g cohérence 230 mm

Tableau 1 Composition du mortier de chaux

Trois spécimens ont été moulés puis

curés pendant 7 jours. Ils sont restés à une

température de 23±2 °C durant les premières

24 heures puis à une température de 55±2°C

durant les 144 heures suivantes et ce jusqu’à

4 heures avant l’essai de rupture en

compression. Les résultats de ces essais ont

permis de calculer une valeur moyenne de

résistance à la compression axiale de 2,11

MPa, avec un écart-type de 4,55%. Cependant

la norme NBR 12653 stipule que la résistance

des éprouvettes doit atteindre au minimum 6

MPA au bout de 7 jours. Aucun des

échantillons d’essai n’a atteint cette valeur.

Ainsi le RVF, mélangé à la chaux, n’est pas un

matériau pouzzolanique satisfaisant.

Indice d’activité pouzzolanique avec du

ciment

Pour ce test, il a été préparé un

premier mortier de référence sans

substitution, et un second avec 35% en

volume de ciment substitué par du RVF.

Matériau mortier témoin (g)

mortier avec résidu (g)

Ciment Portland 312 202,8 Matériau

pouzzolanique - 82,71

Sable Normal 936 936 Eau 159,63 159,69

Tableau 2 Composition des mortiers de ciment

Six spécimens ont été

préparés conformément à la norme NBR

5752 ; trois à partir du mortier témoin et trois

à partir du mortier avec résidu. Les valeurs

moyennes de résistance à la compression à 28

jours sont répertoriées dans la table suivante.

Echantillon Resistance moyenne (MPa)

Ecart-type relatif (%)

Eau requise (%)

Mortier témoin

11,14 0,93 100

Mortier avec résidu

9,62 3,9 100,04

Tableau 3 Moyennes des essais pouzzolaniques avec le ciment Portland

La quantité d’eau nécessaire à la

préparation des deux mortiers étant presque

égale, elle n’est pas responsable de la

différence entre les résistances moyennes.

Selon la norme NBR 12653, pour que

les résidus de verres feuilletés soient

considérés comme matériau pouzzolanique

pour l’essai, l’indice d’activité pouzzolanique

doit être supérieur à 75%. Les tests ont

permis de calculer un indice de 86,36%. Ainsi

un mortier de ce type pourrait constituer une

solution viable d’utilisation du RVF, alliant

performance et recyclage. Cependant, d’autres

caractéristiques doivent encore être testées.

Essais mécaniques

Afin de pouvoir utiliser le RVF dans la

construction, il faut maintenant déterminer de

quelle façon il affecte les propriétés

mécaniques du béton. Les tests ont été

réalisés à partir du béton de référence

suivant.

Matériau Quantité (Unité de volume) Ciment 1

Eau 0,53 Sable normal 1,96

Gravillon (diamètre 19mm) 2,63 Tableau 4 Composition du béton de référence

Quatre bétons ont été préparés ; un

béton témoin sans substitution et 3 bétons où

l’on a remplacé 5%, 10%, et 15% en volume

de ciment Portland par du RVF. Six

échantillons de chacun de ces bétons ont été

soumis à des tests normalisés au bout de 3, 7

et 28 jours. Les carottes ont été moulées

suivant la norme NBR 5738 et ont été

conservées en chambre humide. Les essais

mécaniques ont été réalisés suivant le

protocole décrit dans la norme NBR 5739.

Les résultats des essais de

compression ont permis de réaliser le

graphique suivant.

Graphique 1 Valeurs moyennes de résistance en compression

On remarque que les bétons substitués

à 5% et 10% subissent une évolution de leur

résistance proche de la normale, bien

qu’inférieure en valeur de l’ordre de

respectivement 6,67% et 7,07%. Le béton

substitué à 15% voit quant à lui son évolution

stoppée au bout de 7 jours. La résistance

acquise au bout des 28 jours est inférieure de

26,66% à la normale, ce qui est faible et donc

limite grandement ses utilisations dans le

BTP.

D’autres tests ont montré que la

résistance en traction n’est quant à elle pas

fondamentalement modifiée par l’ajout de

RVF. Ce ne sera donc pas un facteur

déterminant quant à savoir si un tel béton est

viable ou non pour l’industrie du bâtiment.

Conclusion

Les résultats obtenus jusqu’à

maintenant indiquent que l’utilisation du RVF

en tant que matériau pouzzolanique est

possible, mais que les proportions de

substitution admissibles restent à priori

limitées. Cela laisse donc entrevoir une réelle

nouveauté concernant le traitement des

débris de verre de l’industrie automobile. Ceci

permettrait une réutilisation utile et

respectueuse de l’environnement de ce

déchet. D’autres tests devront néanmoins être

effectués afin de confirmer la viabilité d’une

utilisation à grande échelle des résidus de

verre feuilleté dans le béton.

Remerciements

Les auteurs remercient le programme BRAFITEC-CAPES pour leur avoir permis de rejoindre l’équipe de chercheurs composée de : L.S. Jordoni et A.S. Sauer, doctorantes en génie civil ; ainsi que de F.A. Tristão, J.L. Calmon et G.L. Vieira, professeurs du département de génie civil.

Annexes

Toutes les normes utilisées sont issus

de L’Association Brésilienne des Normes

Techniques (Associação Brasileira de Normas

Técnicas – ABNT).

NBR 5738 : Moulage et cure d’échantillons

cylindriques ou prismatiques de béton.

NBR 5739 : Béton – Essai de compression

d’échantillons cylindriques.

NBR 5751 : Matériaux pouzzolaniques –

Détermination de l’indice d’activité

pouzzolanique avec la chaux.

NBR 5752 : Matériaux pouzzolaniques –

Détermination de l’indice d’activité

pouzzolanique avec le ciment Portland.

NBR 12653 : Matériaux pouzzolaniques –

Spécifications.