Pour atteindre l’objectif de diminution de l’empreinte carbone des bétons au moyen de la carbonatation accélérée, le projet FastCarb comprendra deux versants, l’un amont et l’autre orienté vers l’aval. L’objectif de la partie amont est de valider, sur les plans théorique et expérimental, la preuve de concept technique déjà apportée en laboratoire de carbonatation accélérée des granulats de bétons recyclés.
Pour atteindre ces objectifs, le GT1 comprend 3 sous GT :

Approche expérimentale

Le GT1.1 est consacré à l’approche expérimentale en laboratoire. Il apportera les données expérimentales nécessaires à l’analyse des phénomènes mis en jeu lors de la carbonatation accélérée des granulats de béton recyclé, et à la connaissance de l’influence des facteurs majeurs (teneur en eau par exemple, température, pression) afin de pouvoir modéliser le phénomène, dans un but d’optimisation. Plus précisément seront développés les points suivants :

  • Développement d’un protocole de recarbonatation accélérée des GBR, plusieurs procédés à l’échelle laboratoire seront proposés, le choix des paramètres tels que : la teneur en eau des GBR, l’empilement granulaire, la taille des grains, la teneur en CO2, le flux du gaz, la pression du gaz et la durée du traitement dépendra de la capacité de fixation du CO2 par les GBR.
  • Compréhension du mécanisme de la recarbonatation accélérée des GBR, évaluation de la cinétique de la carbonatation des GBR à partir des paramètres cités précédemment et les propriétés des GBR (la taille, la surface spécifique, la porosité, la connectivité des pores et la nature chimique des composants des GBR). Une étude comparative sera réalisée entre le mécanisme de recarbonatation accélérée et naturelle des GBR.
  • Etude de l’effet du traitement des GBR par carbonatation accélérée sur l’évolution des propriétés physiques, chimiques et mécaniques des GBR telles que la teneur en mortier attaché, la densité, la cinétique d’absorption d’eau, la surface spécifique, la porosité… Le projet évaluera aussi l’influence du traitement par carbonatation sur la diminution de la variabilité des propriétés des granulats recyclés.

Modélisation

Le GT1.2 traitera de la modélisation du phénomène de carbonatation accélérée. Une comparaison de différents modèles de carbonatation adaptés à la carbonatation accélérée sera faite. Nous profiterons également du fait que plusieurs équipes de recherche spécialistes de la carbonatation sont réunies dans le projet pour apporter des éléments concernant la prise en compte de la carbonatation naturelle dans la partie bilan environnemental de la future norme « Product Category Rules for concrete », la carbonatation naturelle pouvant avoir un impact non négligeable sur le bilan en gaz à effet de serre. Plus précisément, les tâches suivantes seront traitées :

  • Tâche 1. Benchmark : identification des modèles de carbonatation disponibles dans la littérature et adaptables à la modélisation de la carbonatation de granulats recyclés, validation des modèles sur des résultats expérimentaux de la littérature.
  • Tâche 2. Étude paramétrique afin d’optimiser le processus de carbonatation accélérée des GBR, modélisation de la carbonatation d’un granulat recyclé de géométrie simplifiée (sphère) à l’aide du ou des modèles identifiés en phase 1.
  • Tâche 3. Étude de l’influence de la géométrie du granulat et de l’empilement sur l’efficacité du processus de carbonatation accélérée, modélisation de la carbonatation d’un GBR de géométrie complexe, modélisation de la carbonatation d’un empilement granulaire.
  • Tâche 4. Modélisation de la durabilité des bétons incorporant des GBR traités, passage à l’échelle béton (matrice cimentaire + squelette granulaire composé de granulats recyclés en différentes proportions), étude comparative et influence du pré-traitement des granulats recyclés pour deux environnements agressifs pour les armatures : carbonatation (XC) et Chlorures (XS), lien avec cas pratiques (GT2-2).
  • Tâche 5. Étude de la carbonatation naturelle du béton avant et après concassage, établissement des données d’entrée pour l’ACV sur la fixation du CO2 due à la carbonatation naturelle des structures en béton, dans les phases de « vie en œuvre » et de « fin de vie », évaluation de l’état de carbonatation initiale des granulats (avant carbonatation accélérée).

Bio-carbonatation

Le GT1.3 portera sur un traitement spécifique – la bio-carbonatation – beaucoup plus prospectif. L’objectif est ici d’accélérer la carbonatation des granulats de bétons recyclés par l’intervention de bactéries. Pour cela, quatre points seront développés :

  • la détermination des conditions optimales de culture des microorganismes pour la production de carbonate de calcium ainsi que la capacité bactérienne à précipiter le carbonate de calcium en contact avec les granulats de bétons recyclés ;
  • l’étude des propriétés physico-chimiques des granulats traités par les bactéries ;
  • la caractérisation physico-mécanique de mortiers et bétons incorporant les granulats de bétons recyclés traités ;
  • l’amélioration du procédé et industrialisation du procédé.