Récyclage des matériaux
La thématique "recyclage des matériaux", vise l’optimisation de la réutilisation de déchets, qu’ils soient issus de la déconstruction (via, par exemple, le tri des différents composants constituant un bâtiment) ou non (telle que l’utilisation des rebuts de caoutchouc dans les sols « alternatifs »).
Deux procédés sont investiguées de façon spécifique : (i) le tri sélectif automatisé (tri gravimétrique «jigue», tri par capteur, ...) et (ii) la carbonatation accélérée pour l’amélioration des caractéristiques mécaniques.
Cette thématique présente de nombreux verrous scientifiques. Par exemple, le cas du tri des déchets de la déconstruction nécessite de mettre en évidence les mécanismes de
ségrégation d’un matériau granulaire dont les éléments diffèrent non seulement par la taille mais également par la densité, les propriétés micromécaniques, etc.
Procédés de séparation et de pre-traitement des granulats de C&D
Nouveaux procédés destinés aux déchets inertes du BTP pour réduire leur impact environnemental
(contact : Alexis Cothenet, Bogdan Cazacliu)
Le recyclage des déchets du BTP réduit la pression environnementale en évitant l’augmentation de surface dédiée à l’accueil des déchets et les risques induits. Cela réduit également la surface dédiée à l’exploitation des matières premières remplacées. À ce jour, les déchets inertes du BTP sont principalement valorisés dans la construction routière, le renflouement des carrières et l’enfouissement en Installation de Stockage de Déchets Inertes (ISDI). Ces trois voies répondent à la règlementation à court terme mais ne répondent pas aux véritables enjeux socio-économiques de l’économie circulaire. Ne permettant pas de traiter tout le volume pour la première voie et ne pouvant être une solution du long terme pour la seconde voie, la problématique environnementale exige de trouver d’autres pistes de valorisation pour le futur. Il faut ainsi créer de nouvelles filières de valorisation, objet de l’économie circulaire. Nous travaillons, en partenariat avec de sociétés privées, au développement ou à l’amélioration d’un éventail de produits innovants, pour aider à la création de ces nouvelles filières. Pour chaque innovation « produit », il est nécessaire d’adapter ou d’inventer des procédés de fabrication spécifiques, fiables, économes et socialement acceptables pour que ces déchets deviennent alors des coproduits voire des Matières Premières Secondaires (MPS). Nous développons donc des recherches d’une part, de formulation avec des matériaux issus du recyclage et, d’autre part, de mise en place de procédés adaptés.
Concassage
(contacts : Bogdan Cazacliu, Erwan Hamard, Riccardo Artoni)
La courbe granulométrique et la composition en mortier des fractions crées lors du concassage des bétons de démolition dépendent à la fois du type de concassage (géométrie, énergie) et des caractéristiques du béton entrant. L'analyse de ce procédé est réalisée à la fois par des expériences en laboratoire sur matériaux réel ou modèle que par des simulations numériques. Dans cette activité nous analysons les caractéristiques des matériaux sortants par des essais traditionnels (Los Angeles, Micro-Deval, absorption …) qu’on essaie à mieux adapter aux granulats de béton recyclés.
Procédés de tri innovants
(contacts : Bogdan Cazacliu, Florian Huchet)
Sur la base des procédés de tri utilisés dans le domaine minier, des procédés de tri innovants (tri « optique » par des méthodes infrarouge, rayons X, laser, et jig à air ou à eau) sont adaptés aux déchets du BTP. L’étude phénoménologique dans les procédés de tri gravimétrique et l’adaptation des procédés optiques aux déchets du BTP conduisent à s’intéresser tant aux caractéristiques des matériaux (e.g. masse volumique, porosité, composition) qu’aux paramètres opérationnels des équipements pour comprendre leur fonctionnement et améliorer leur performance.
Sur la base d’études réalisées à l’échelle laboratoire, les phénomènes physiques mis en œuvre sont observés et modélisés. Il reste, par la suite, à s’adapter à l’échelle industrielle qui exige un changement d’échelle tant du point de vue de la quantité de matière à traiter qu’au point de vue des dimensions de l’unité de traitement.
Carbonatation accélérée des granulats de béton recyclé
Carbonatation accélérée des granulats de béton recyclé
(contacts : Bogdan Cazacliu, Florian Huchet, Nicolas Roquet)
Le cas de la carbonatation accélérée des granulats de béton recyclé est abordé de manière expérimentale, cette recherche pouvant s’ouvrir à des applications plus larges dans le domaine du béton. L'accélération de la carbonatation en milieu agité est plus spécifiquement étudié. La comparaison avec un code numérique générique de transport/diffusion en milieux poreux a été développé et validé à partir de mesures micro- et milli-fluidiques. Par ailleurs, cette recherche est l’occasion pour développer des méthodes innovantes d’évaluation du niveau de carbonatation des matériaux hydrauliques, en particulier en tenant compte du volume représentatif d’échantillonnage.
Réacteurs de carbonatation
(contacts: Bogdan Cazacliu, Riccardo Artoni, Patrick Richard)
Dans le cadre de différents projets (PN FASTCARB, ANR CO2NCRETE), nous travaillons sur l'étude de différentes configurations de réacteurs industriels de carbonatation, à la fois d'un point de vue numérique (simulation discrète) et expérimental. Des configurations analysées sont le lit fixe, le moving bed reactor, le tambour tournant. Le couplage entre avancement des réactions, rhéologie des matériaux et changement de taille par attrition est particulièrement étudié.
Sols composites sable-caoutchouc
Les déchets issus du caoutchouc (pneus usagés, rebut de production…) sont produits en quantité par nos industries et par notre mode de vie. Afin de réduire leur impact sur l’environnement et de s’inscrire dans une logique d’économie circulaire, nous étudions la possibilité de réduire ces déchets sous forme granulaire et de les mélanger avec d’autres matériaux granulaires « naturels » afin d’obtenir des sols composites alternatifs aux propriétés remarquables.
Le cas des mélanges sable-caoutchouc est particulièrement adapté à une utilisation dans des ouvrages d’infrastructures tels que les murs de soutènement (masse volumique faible, haute compressibilité…). D’un point de vue fondamental, un tel sol composite est difficile à décrire. Il s’agit en effet d’un milieu hétérogène dont les constituants diffèrent fortement par certaines propriétés (le module d’Young ou le coefficient de Poisson) et qui a une forte propension à la ségrégation. Cette dernière modifie t’elle significativement les propriétés mécaniques de mélanges ? Si oui, comment peut-elle être évitée ? Peut-on prédire les propriétés mécaniques de tels mélanges ?.
Nous cherchons à quantifier l’effet du mélange sur les propriétés mécaniques de sols composites sable-caoutchouc. Contrairement aux études précédentes qui se sont bornées à des analyses macroscopiques (à l’échelle du matériau) des propriétés mécaniques, on s’attache ici à relier ces dernières à la texture des matériaux (arrangement des grains, propagation des forces etc.).
Nous avons tout d’abord développé un modèle théorique reproduisant les résultats expérimentaux de compression isotrope de ces mélanges pour des proportions de caoutchouc inférieures à 50%. Il repose sur l’hypothèse suivante : lors d’une compression, les grains de caoutchouc se déforment et remplissent partiellement les pores du mélange. Il s’en suit une diminution de l’espace des vides d’autant plus importante que la sollicitation mécanique et la fraction de grains de caoutchouc sont importantes (Platzer et al., Granular Matter, 2018).
Nous avons également combiné des expériences de caractérisation mécanique à des simulations numériques dans le but de quantifier l’effet de l’homogénéité du mélange sur les propriétés mécaniques du sol composite ainsi obtenu. Ceci permet d’adapter le soin et la dépense énergétique apportés à l’élaboration du mélange aux exigences mécaniques demandées.
contact : Patrick Richard, Bogdan Cazacliu, Riccardo Artoni
collaborations: Erdin Ibraim, University of Bristol, UK