Étude de la valorisation des fines de béton recyclés dans les matériaux de construction

Le stage se déroulera à l’ESTP à Cachan dans le cadre de la Chaire Ingénierie des Bétons, en collaboration avec le laboratoire ICube de l'Université de Strasbourg.

Contexte : Les défis liés à l'épuisement des ressources naturelles et aux impacts environnementaux de leur exploitation nécessitent une transition vers une économie circulaire. Le secteur de la construction, en particulier, est responsable de presque la moitié de la consommation mondiale de matières premières. La réduction de cette consommation, associée à une conservation des performances des matériaux mis en œuvre, est cruciale pour atténuer les impacts environnementaux.

Cette étude s'inscrit dans les travaux menés au sein de l'Institut de recherche de l'ESTP, dans le cadre de la Chaire Ingénierie des Bétons et en partenariat avec le laboratoire ICube de l'Université de Strasbourg. Elle porte sur la valorisation des fines de béton recyclé (FBR) dans les matériaux cimentaires. Les FBR dont la valorisation est étudiée résultent de deux principaux traitements : (i) un traitement thermomécanique par broyage à haute énergie, permettant d'obtenir des poudres avec des cristallites de taille nanométrique et de développer des structures particulières grâce à des chocs mécaniques successifs ; et (ii) un traitement par broyage résultant du frottement et du choc créés par la chute de boulets (broyeur à boulet). Il est également envisagé de proposer un mélange de fines issues d’un broyage et d’un mélange intime de FBR avec d'autres additions minérales. Ces approches visent à optimiser les propriétés des fines et à explorer leur potentiel dans des applications cimentaires innovantes.

Objectifs : L'objectif de ce stage est de :

• Évaluer l'efficacité des différents modes de broyage pour l'activation/l’utilisation des fines de béton recyclé en tant que substituant au ciment
• Quantifier l'empreinte carbone de chaque processus d'activation à l'aide de compteurs d'énergie mesurant la consommation énergétique.
• Proposer plusieurs variantes de préparation des fines traitées par broyage, incluant l'ajout d'additions minérales et de comparer le potentiel d’'activation des FBR et de leurs variantes.
• Valider la fabrication de mortiers à base d’un mélange constitué d’un liant dont le ciment est partiellement substitué par les fines produites. Deux procédés d’obtention du liant (ciment + fines) sont envisagés : prémélange des fines avec le ciment, ou ajout lors de la confection du mortier.

Missions :

• Préparer les FBR traitées par broyage à boulets et/ou broyage planétaire.
• Mesurer la consommation d'énergie associée à chaque mode de broyage.
• Préparer des échantillons des variantes de FBR traitées (avec différentes additions).
• Caractériser les matériaux d’étude (DRX, ATG, granulométrie laser…)
• Déterminer le potentiel d’activation des FBR traitées (par exemple calorimétrie…) et analyser les résultats
• Confectionner et caractériser des pâtes et des mortiers en substituant une partie du ciment par les fines activées, avec une caractérisation à l'état frais (essais de prise, maniabilité) et à l'état durci (résistance mécanique). Analyser les résultats obtenus au regard des conditions de préparation des fines et des mélanges réalisés.
• Effectuer des analyses de microstructure par diffraction des rayons X (DRX) et analyse thermogravimétrique (ATG) pour évaluer l'influence de la substitution de ces fines sur les propriétés microstructurales des mortiers.