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 aval sera de concevoir et mettre en œuvre un procédé de carbonatation accélérée à échelle pré-industrielle, de vérifier que les bétons fabriqués à l’aide des granulats traités ont les propriétés requises et de caractériser la viabilité environnementale et économique du procédé industriel de recyclage envisagé.
Le GT2 comprend 3 sous GT :
Application du procédé à échelle industrielle
Le GT2.1 a pour objectif de mettre en œuvre le principe de carbonatation accélérée par la mise en place de démonstrateurs à l’échelle industrielle. Le principe de travail n’est pas de faire du développement d’équipement spécifique mais de détourner des équipements industriels existants pour les configurer en carbonateur. Deux familles d’équipements ont été mise en place, d’une part un système statique (matière et gaz) avec un conteneur reconfiguré relié à une source de CO2 industriel pur et deux systèmes dynamiques. C’est ainsi que l’usine Vicat de Créchy a connecté aux gaz du four un sécheur à tambour rotatif alimenté en sable et gravillon de béton concassé (figure 1) alors que l’usine LafargeHolcim de Val d’Azergues mis en œuvre un sécheur à lit fluidisé (Figure 2).
Par ailleurs, la coordination avec les expérimentations du GT1.1, va également permettre d’expérimenter à l’échelle du laboratoire la technologie du filtre à gravier, équipement courant en cimenteries dans les années 1970 pour dépoussiérer les gaz de four.
L’intérêt de ces trois technologies réside d’une part dans leur relative simplicité de mise en œuvre et d’autre part dans le fait qu’elles sont facilement automatisables.
Les installations se sont déroulées dans le courant du dernier trimestre 2019 et les premiers essais ont débuté dans la foulée à partir de matériaux locaux et les gaz industriels, de manière à réaliser une première faisabilité des dispositifs et identifier les éventuelles voies de progrès. Les premiers résultats sans optimisation indiquent un taux de captation de CO2 de l’ordre de 3 à 4%, c’est-à-dire 30g de CO2 par kilo de béton concassé. Par ailleurs, les forts taux d’humidité des fumées engendrent un quantité importante d’eau pure agressive par condensation et il est apparu indispensable de mieux gérer cet aspect du procédé. La mise en place des modifications ont été réalisée dans le courant du 1er semestre 2020 avec une prévision de redémarrage en Juillet 2020 avec une production de granulats ciblée pour septembre 2020 à destination des essais sur béton (GT2-2). Les granulats ainsi traités seront caractérisés et les résultats seront comparés à ceux obtenus en laboratoire notamment afin de vérifier l’applicabilité des modèles développés par le GT1.2. Enfin, les conséquences sur la normalisation des granulats seront tirées de ces expérimentations.
Figure 1 : tambour rotatif à l’usine de Créchy
Figure 2 : sécheur à lit fluidisé à l’usine de Val d’Azergues
Passage au béton et applications à l’échelle 1
Le GT2.2 est consacré au passage au béton et à l’application aux pièces préfabriquées et aux ouvrages coulés en place. Dans un premier temps, des bétons C25/30 et C45/55 seront réalisés en laboratoires avec les granulats fabriqués (sable et gravillon) selon les process développés dans deux cimenteries : Val d’Azergues et Créchy. Des essais comparatifs seront menés sur des granulats recyclés carbonatés et non carbonatés, pour différents taux d’incorporation. Cela permettra de mesurer l’impact de la carbonatation des granulats recyclés sur les principales propriétés des bétons : comportement à l’état frais, compacité des squelettes granulaires, performances mécaniques et durabilité. Concernant la durabilité, il sera vérifié que le traitement des granulats n’impacte pas le risque de corrosion des armatures de béton armé. Dans un deuxième temps, des essais d’incorporation de granulats recyclés carbonatés dans des bétons à l’échelle 1 seront menés. Il s’agit de réaliser différents produits préfabriqués (blocs, bordures, escaliers) et des parties d’ouvrages coulées in-situ (réalisation de voiles, analyse du parement notamment). L’objectif est de vérifier la faisabilité d’utiliser en situation réelle ces granulats et de préciser les éventuelles différences de comportement avec les granulats recyclés non carbonatés.
Evaluations économiques et environnementales
Le GT2.3 examine si les procédés de carbonatation accélérée envisagés pour être lancés à une échelle industrielle sont acceptables d’un point de vue environnemental et viables sur le plan économique. Comme trois solutions technologiques faisant appel à des procédés différents ont été retenues, l’objectif de ce groupe de travail est de repérer le procédé le plus performant sur les dimensions environnementales et économiques (rapport coûts / bénéfices). L’évaluation environnementale s’appuiera sur la méthode Analyse de Cycle de Vie permettant de quantifier les impacts environnementaux. Les trois solutions envisagées seront évaluées afin d’identifier la solution la plus « pertinente », ou d’être à même de mettre en évidence les leviers d’amélioration. Cette étude sera aussi prospective puisqu’elle intégrera les évolutions potentielles du prix du carbone (le prix de la tonne de CO2 atteignait environ 26 euros à la fin 2019 alors qu’il stagnait autour du seuil des 5 euros, avant 2018). Ceci permettra d’apprécier la sensibilité des scénarios retenus aux évolutions du prix du carbone.