Newsletter FastCarb – Décembre 2020

Carbonatation des GBR par un suivi de masse en continu (M. SERENG, UGE)

Le suivi de masse en continu de la carbonatation des GBR démontre la présence de 2 phases bien distinctes (figure 1) : Une première phase qui correspond à la perte de masse initiale due au vide imposé lors de la carbonatation. Une seconde phase de carbonatation (injection du CO₂ en continu) divisée en deux parties : le gain de masse de carbonatation par la formation des CaCO₃ et l’évaporation de l’eau générée pendant la carbonatation. M. Sereng soutiendra sa thèse le 15 décembre, en direct sur Youtube (lien de connexion disponible prochainement).

Carbonatation des GBR à base de gaz multi-constituants : CO₂, SO₂ et NOx (J. JEONG, ESTP)

L’évolution du front de carbonatation en fonction du temps montre que l’utilisation d’un gaz multi-composants accélère la cinétique de carbonatation (Figure 2). En conséquence, on a observé la carbonatation quasi-totale du GBR soumis au gaz multi-composants à 3 jours (photo a) comparativement au GBR soumis à un CO₂ pur (photo b).

Carbonatation de gravillons en tambour tournant (G.SIMOES DOS REIS, UGE)

Le taux de stockage en CO₂ des granulats de béton recyclé augmente fortement avec la vitesse de rotation du tambour. L’attrition des granulats sous cisaillement ouvre des fronts de carbonatation en surface des granulats et participe ainsi à l’accélération du procédé (Figure 3)

Après un benchmark destiné à la comparaison de modèles de carbonatation, une campagne de simulations numériques a été lancée en juillet 2019. Il s’agit de modéliser la carbonatation accélérée d’un granulat recyclé de géométrie simplifiée. L’objectif est d’évaluer l’influence de nombreux paramètres contrôlant le processus. Citons les propriétés du matériau (dimension, état hydrique, composition, état de carbonatation initial) et les conditions de carbonatation (concentration en CO₂, humidité ambiante). La figure 1 donne l’exemple de résultats de simulations montrant l’influence du diamètre du granulat sur la fixation du CO₂. Cette campagne numérique viendra compléter les résultats du GT1.1. Il est d’ailleurs prévu de comparer les résultats de simulations avec les résultats expérimentaux du GT1.1.

Le GT1.2 s’intéresse également à la modélisation de la fixation du CO₂ au cours de la vie d’un ouvrage en béton armé par carbonatation atmosphérique. Pour évaluer la quantité de CO2 recaptée pendant la phase de service de l’ouvrage, plusieurs méthodes et modèles sont utilisés comme le modèle de la norme EN 16757 ”Sustainability of construction works – Environmental product declarations – Product Category Rules for concrete and concrete elements” (2017) ou le modèle numérique SDReaM-crete (Cerib) (figure 2).

A titre d’exemple, pour un bâtiment type R+5 à base de CEM II/A, en considérant une surface de béton brut exposée de 730 m², la quantité recaptée en 50 ans est de 2,2 T. Cela représente environ 13 % de la quantité émise lors de la décarbonatation ce qui est en accord avec la littérature.

Les deux équipements industriels installés dans les cimenteries de Créchy (Vicat) et Val d’Azergues (LafargeHolcim) sont maintenant opérationnels ; après la phase de mise en place et de réglages préliminaires, les premières tonnes de granulats recyclés ont pu être carbonatées. Les premières observations démontrent la faisabilité du procédé utilisant directement les gaz des cimenteries puisqu’il est possible de piéger quelques dizaines de kg de CO2 par tonne de granulat. Des améliorations sont encore possibles mais ces premiers résultats sont encourageants. Les granulats  recyclés carbonatés serviront ensuite à fabriquer des bétons courants dont les propriétés seront évaluées fin 2020 / début 2021.

L’ANR a retenu le projet CO₂ncrete déposé dans le cadre de l’appel à projets générique 2020. Le projet regroupe cinq laboratoires académiques reconnus pour leurs travaux dans les domaines de la carbonatation, la valorisation des déchets de déconstruction, la modélisation multi-échelles et la thermochimie des complexes : ESTP Paris (Ecole Spéciale des Travaux Publics, du Bâtiment et de l’Industrie,  Institut de Recherche en Constructibilité), GeM (Institut de Recherche en Génie civil et Mécanique, UMR 6183 CNRS, Centrale Nantes, Université de Nantes), LaSIE (Laboratoire des Sciences de l’Ingénieur, UMR 7356 CNRS, La Rochelle Université), LGC (Laboratoire de Génie Chimique, UMR 5503 CNRS, INP Toulouse) et UGE (Université Gustave Eiffel, Nantes). Le CERIB complète cette équipe pour faire le lien avec le secteur du béton. Le projet est coordonné par le LaSIE. Prévu pour débuter en février 2021, il s’inscrit dans la continuité du projet national FastCarb. Son ambition est une compréhension fondamentale du piégeage de CO₂ par des granulats recyclés pour des gaz riches en CO₂ à des températures et/ou des pressions élevées. Le résultat attendu est l’identification des leviers d’accélération et maximisation de la carbonatation. A cette fin, CO₂ncrete est organisé en cinq tâches proposant des approches originales, allant de l’expérimentation à la modélisation de la carbonatation en conditions sévères, de l’échelle du granulat à celle du milieu granulaire. Une tâche est également consacrée à l’évaluation de l’efficacité des procédés du point de vue environnemental et économique.

Les partenaires du Projet National FastCarb ont organisé le 12 novembre 2019 une journée de présentation des principales avancées du projet. Preuve s’il en était besoin de l’intérêt suscité par ce sujet, 117 personnes ont participé à cette manifestation. Les résultats expérimentaux de carbonatation accélérée des granulats recyclés obtenus au cours de cette première phase ont notamment discutés. Autant d’éléments utiles à la mise au point des démonstrateurs industriels. Sur la base de ces éléments, de premières estimations du potentiel de carbonatation des bétons et des granulats recyclés ont été partagées.

• initié par l’Université Gustave Eiffel,
• administré par l’IREX (Institut pour la Recherche appliquée et l’expérimentation en génie civil),
• soutenu par le MTES (Ministère de la Transition Ecologique et Solidaire)