Les bétons à faible teneur en CO₂ souffrent différemment selon le climat
Des chercheurs de l'EPFZ ont développé une nouvelle approche permettant de prédire la durée de vie du béton armé en fonction des conditions météorologiques. Ainsi, le béton à faible émission de CO₂ pourrait être utilisé à plus grande échelle sans entraîner de problèmes d’entretien supplémentaires par la suite.
Crédit image: Ueli Angst / l’EPFZ Zurich.
La durée de vie du béton armé ne dépend pas seulement du matériau, mais aussi du climat du site. C'est précisément cette influence que les chercheurs de l'EPFZ souhaitent mieux prévoir à l'avenir.
Le béton est indissociable du monde moderne. Comme il est utilisé en quantités colossales partout dans le monde, sa fabrication, et en particulier celle du ciment qu’il contient, génère beaucoup de CO₂ – un gaz à effet de serre qui accélère le changement climatique. Les ciments dont la fabrication génère moins de CO₂ constituent donc un levier important pour une construction plus respectueuse de l’environnement.
Crédit image: Ueli Angst / l’EPFZ Zurich.
Le CO₂ qui pénètre dans le béton modifie d’abord sa structure. Ensuite, l’humidité et les conditions météorologiques déterminent la vitesse de corrosion de l’acier.
Les normes de construction actuelles misent donc sur la protection de l’acier contre ces altérations pendant le plus longtemps possible. Cette approche désavantage toutefois les types de béton modernes et écologiques par rapport au béton traditionnel, ce qui freine leur mise en œuvre dans la pratique. Pour les chercheurs, l’approche normative actuelle s’avère donc insuffisante : selon Cristhiana Albert, de l’Institut des matériaux de construction de l’EPFZ, ce qui est déterminant, c’est plutôt la vitesse à laquelle l’acier rouille effectivement par la suite.
Tests climatiques
C’est avant tout l’humidité qui détermine la vitesse à laquelle l’acier rouille dans le béton. Selon Albert, lorsque le béton est humide, ce processus peut se dérouler jusqu’à cent fois plus vite que lorsqu’il est sec. En comparaison, la composition des mélanges de béton étudiés a eu un impact nettement moindre.
Recherches poussées Les chercheurs ont étudié trois mélanges de béton sur quatre sites présentant des conditions climatiques différentes : Zurich, Bergen (Norvège), Manaus (Brésil) et Huailai (Chine). Ils ont intégré des données météorologiques détaillées dans un modèle qui reproduit les variations temporelles de l'humidité dans le béton et montre ainsi à quelle vitesse l'acier à l'intérieur se rouille.
Pour Ueli Angst, professeur spécialisé dans la durabilité des matériaux à l’EPFZ, l’un des résultats s’est avéré particulièrement surprenant : « Le climat joue un rôle bien plus important que nous ne l’avions prévu. Un même béton peut se comporter de manière totalement différente selon le climat. » Pourtant, les normes européennes actuelles classent ces quatre sites dans la même catégorie « alternance de périodes humides et sèches ».
La quantité de pluie à elle seule ne veut pas dire grand-chose
Cela apparaît particulièrement clairement à Bergen et à Manaus : ces deux villes enregistrent environ 2500 mm de précipitations par an. Pourtant, selon les calculs, l’acier se corrode à des vitesses différentes. En effet, le béton absorbe rapidement l’eau, mais ne sèche que lentement. L’alternance entre les phases pluvieuses et sèches est donc déterminante. Les simulations montrent en outre que certains types de béton à faible teneur en CO₂ étudiés peuvent, selon le site, durer 50 ans ou plus, mais subir des dommages plus tôt dans d’autres conditions. La quantité annuelle de pluie ou l’humidité moyenne de l’air ne suffisent donc pas à elles seules à déterminer dans quelle mesure l’acier présent dans le béton est attaqué.
Crédit image: Wikimedia Commons, Maesi64, travail personnel, CC0.
A l'Estadio Manuel Fuentes Borges de Barcoa, à Cuba, la carbonatation a laissé des traces.
Ces résultats ne signifient pas que le béton à faible teneur en CO₂ ait, par principe, une durée de vie plus courte ou qu’il soit même dangereux. En termes de résistance, ce type de béton n’a rien à envier au béton traditionnel. La question cruciale est plutôt de savoir comment il évolue au fil des décennies. Certes, il peut perdre plus rapidement sa protection naturelle de l’acier. Mais si le béton n’est pas constamment humide, l’acier ne rouille ensuite que très lentement pendant longtemps.
« Nous devons mieux comprendre comment les types de béton respectueux du climat se comportent à long terme dans différentes conditions climatiques », explique Albert. Au lieu d’utiliser partout le même béton selon les mêmes règles, il faudra à l’avenir tenir davantage compte de l’emplacement d’un ouvrage. Il n’y aura plus de solution unique fonctionnant aussi bien partout. Dans les régions particulièrement humides, par exemple, des mesures supplémentaires pourraient s’avérer nécessaires pour réduire la pénétration de l’eau.
Cette nouvelle approche pourrait ainsi lever un obstacle à l’utilisation de matériaux de construction à faibles émissions de CO₂. De nombreuses méthodes d’essai actuelles ont été développées pour les ciments traditionnels et ne tiennent de plus en plus pas compte des propriétés spécifiques des types de béton respectueux du climat. « Les normes actuelles peuvent ainsi devenir un obstacle pour les matériaux nouveaux et plus respectueux de l’environnement », explique Angst.
Du modèle à la pratique
Pour l’instant, l’approche développée n’est pas encore adaptée à la pratique de la conception : les calculs sont complexes et doivent encore être validés sur des ouvrages réels.
A long terme, les chercheurs souhaitent mettre au point une méthode plus simple permettant d’évaluer plus rapidement de nouveaux types de béton, sans devoir attendre des décennies pour disposer d’expériences issues de ouvrages réels.
C’est également important dans le contexte du changement climatique: si la fréquence et la durée des périodes pluvieuses et sèches évoluent, la vitesse à laquelle l’acier rouille dans le béton peut également changer. A l’avenir, un tel « test climatique » pourrait permettre de déterminer quel béton à faible teneur en CO₂ est adapté à quel site sur le long terme.
