Étude de la carbonatation des granulats de béton recyclé altéré par la réaction alcali-silice

L’utilisation croissante des granulats de béton recyclé (GBR) vise à réduire la consommation de ressources naturelles et à promouvoir une économie circulaire dans la construction. Toutefois, leur emploi à grande échelle reste limité par des enjeux de durabilité, notamment la réaction alcali-silice (RAS) lorsque les GBR proviennent de bétons contenant des granulats réactifs. Dans ce contexte, la carbonatation accélérée apparaît comme un traitement prometteur, associant séquestration du CO₂ et amélioration potentielle de la durabilité.
Cette thèse étudie la carbonatation accélérée comme stratégie de réduction de la sensibilité des GBR à la RAS, en combinant expérimentation et modélisation chemo-mécanique.
Les résultats expérimentaux montrent que les GBR présentent une capacité significative de séquestration du CO₂, mise en évidence par les gains de masse et l’analyse thermogravimétrique, et gouvernée par la teneur en pâte cimentaire, l’état initial et l’humidité relative. La carbonatation induit des transformations physico-chimiques majeures (consommation de portlandite et formation de carbonates de calcium), conduisant à une densification microstructurale avec une diminution de la porosité et de l’absorption d’eau et une augmentation de la densité.
Ces modifications influencent fortement le comportement vis-à-vis de la RAS. Des essais accélérés sur mortier, réalisés en conditions fortement alcalines, montrent une nette réduction de l’expansion, tandis que des mesures à long terme sur béton indiquent des expansions quasi négligeables dans les conditions étudiées. Des indicateurs de dégradation mécanique issus des essais mécaniques (SDT) ainsi que des observations microscopiques basées sur le Damage Rating Index (DRI) confirment également la réduction de l’endommagement.
Les mécanismes de mitigation sont attribués à des modifications globales de l’environnement physico-chimique du matériau. Afin d’en préciser la contribution respective, un modèle chemo-mécanique a été développé pour simuler la RAS dans des bétons contenant des GBR. Le modèle reproduit correctement les cinétiques d’expansion observées et apporte un éclairage sur les mécanismes dominants. Il met notamment en évidence le rôle central de la portlandite dans le maintien de l’alcalinité et montre comment la carbonatation agit via des effets couplés sur l’alcalinité, les propriétés de transport et la fixation des alcalis. Bien que le modèle ne reproduise pas entièrement l’inhibition quasi totale observée expérimentalement, il permet d’identifier les principaux mécanismes à l’origine des effets bénéfiques de la carbonatation.
Globalement, la carbonatation accélérée modifie significativement les propriétés des GBR et réduit leur réactivité vis-à-vis de la RAS, constituant une voie prometteuse pour améliorer la durabilité des bétons recyclés tout en contribuant à la séquestration du CO₂.