Innovation du matériau béton

Le béton, tout comme le secteur de la construction, n’en finit pas d’évoluer. Les progrès dans le domaine des adjuvants et de la formulation des bétons ont conduit à une évolution spectaculaire de ce matériau.

Aujourd’hui, des bétons particulièrement innovants répondent aux nouvelles exigences normatives et réglementaires ainsi qu’aux attentes des parties prenantes : facilité de mise en œuvre des systèmes constructifs, durabilité et faible entretien des ouvrages, accessibilité économique des logements et infrastructures, confort thermique et acoustique et sécurité (séisme, incendie, …) des bâtiments.

Face aux enjeux croissants d’urbanisation, de décarbonation, d’économie circulaire et de digitalisation, le béton dispose de nombreux atouts.

L’innovation au cœur de la filière béton

Eco-conception

Les innovations en termes de formulation du béton concernent aussi bien l’ouvrage (sa conception et son dimensionnement), le produit fini, ses constituants (matières premières issues du recyclage) ainsi que le process de fabrication du liant (substitution partielle du clinker par des déchets ou co-produits industriels).

Recyclage

Les conclusions du projet national Recybéton, un programme de recherche qui a réuni près de 50 partenaires entre 2012 et 2018, ont favorisé la réutilisation des matériaux issus des bétons déconstruits, y compris les fines, comme constituants de nouveaux bétons. Les avantages sont nombreux : économie de ressources naturelles, valorisation de déchets, limitation de mises en décharge et réduction du transport de matériaux.

Décarbonation

La règlementation environnementale RE2020

Son objectif est d’améliorer la performance énergétique et le confort des bâtiments neufs, tout en diminuant leur impact carbone. Elle s’articule autour de trois principaux axes :

  • Poursuivre l’amélioration de la performance énergétique et la baisse des consommations des bâtiments neufs, notamment grâce à la performance de l’isolation et au renforcement des exigences sur l’indicateur de besoin bioclimatique.
  • Diminuer l’impact sur le climat des bâtiments neufs en prenant en compte l’ensemble des émissions du bâtiment sur son cycle de vie, de la phase de construction à la fin de vie (matériaux de construction, équipements), en passant par la phase d’exploitation (chauffage, eau chaude sanitaire, climatisation, éclairage…), via une analyse en cycle de vie.
  • Permettre aux occupants de vivre dans un lieu de vie et de travail adapté aux conditions climatiques futures en poursuivant l’objectif de confort en été. Les bâtiments doivent mieux résister aux épisodes de canicule, qui seront plus fréquents et intenses du fait du changement climatique.

La RE2020 repose sur une transformation progressive des techniques de construction, des filières industrielles et des solutions énergétiques, afin de maîtriser les coûts de construction et de garantir la montée en compétence des professionnels.

Le béton répond à l’ensemble des exigences de cette nouvelle règlementation environnementale.

 

Le bon béton au bon endroit

Pour concevoir un bâtiment durable, la méthodologie multicritères « le bon béton au bon endroit » prend en compte la classe d’exposition de l’ouvrage, la classe de résistance nécessaire pour chaque partie de l’ouvrage, les caractéristiques du chantier (localisation, accès, organisation, …), la disponibilité locale des matériaux ainsi que leurs données environnementales et sanitaires. Cette méthode nécessite un travail collaboratif bien en amont du projet entre le maître d’ouvrage, l’architecte, l’économiste, les bureaux d’études et le fournisseur de béton prêt à l’emploi.

 

Cette méthode permet de prescrire les bétons les plus adaptés lors de la construction d’un bâtiment intégrant une démarche bas carbone, garantissant ainsi un coût maîtrisé et un confort préservé.

L’impression 3D ou la fabrication additive

Les travaux se multiplient pour rendre le procédé d’impression 3D du béton toujours plus efficace. Laboratoires universitaires, entreprises, start-ups : ils sont nombreux à anticiper une demande croissante pour une technologie permettant de concevoir rapidement des pièces complexes, avec une économie de matière certaine.

Un équipement spécifique et une formulation de béton particulière sont nécessaires. Ce mode de construction est un nouveau point d’étape intéressant, il offre des perspectives nouvelles en matière d’équipements.

Le béton connecté

Une startup française a imaginé un moyen de communiquer avec le béton grâce à un smartphone standard afin de simplifier l’accès à l’information dans un bâtiment. La technologie, dérivée de la RFID, est efficace à très courte portée (quelques centimètres) et transmet une quantité de données limitée.

En approchant son smartphone de la surface, une fenêtre du navigateur Internet s’ouvre automatiquement. Elle contrôle l’identité de l’utilisateur et donne ensuite accès – ou non – à un ensemble de contenus web, selon les droits accordés.

L’accès à l’information est simple, économique et peu technologique. L’ouvrage devient ainsi l’interface en communiquant via un simple smartphone. L’intérêt de cette innovation est par exemple l’accès à des informations techniques sur les produits de construction en place, les dimensions d’un ouvrage ou encore les dates de visites de vérification. C’est une révolution en termes de traçabilité, de maintenance et de valorisation des ouvrages.

Nouveaux types et applications innovantes du béton

Les bétons fibrés à ultra hautes performances (BFUP)

Les BFUP sont des matériaux à matrice cimentaire, renforcés par des fibres et offrant des résistances en compression comprises entre 150 et 250 MPA pour les BFUP structurels. Leur formulation fait appel à des adjuvants superplastifiants et des compositions granulaires spécifiques ainsi qu’à des fibres (métalliques ou organiques). Pour les BFUP structuraux, la présence de fibres et les performances en traction conduisent à un comportement pseudo-ductile permettant de s’affranchir de tout ou partie des armatures passives.

Ces innovations bétons révolutionnent les techniques et méthodes de construction et permettent la conception de nouvelles structures. Ils offrent des performances exceptionnelles en termes d’ouvrabilité, de compacité, de résistance à la compression, résistance mécanique au jeune âge, durabilité, ductilité, de résistance à la microfissuration, dureté de surface, de résistance à l’abrasion et aux chocs. Ils présentent par ailleurs une perméabilité, un retrait de dessiccation et un fluage faible. Ils sont reconnus pour leurs qualités des parements exceptionnelles.

Les BFUP permettent une optimisation des frais de maintenance et d’entretien des ouvrages et de nouvelles perspectives constructives. Leurs applications sont très variées : parement de façade, résille décorative, brise-soleil, renforcement de structures, structures mixtes acier/BFUP, mobilier urbain, …

Les bétons autoplaçants (BAP)

Les BAP sont des bétons très fluides, qui se mettent en place sans vibration. Homogènes et stables, ils présentent des résistances, des performances à l’état durci et une durabilité analogue à celles des bétons traditionnels mis en œuvre par vibration.

Ils se distinguent des techniques habituelles par leurs propriétés à l’état frais. Grâce à leur formulation, ils offrent des caractéristiques exceptionnelles de mobilité et de remplissage des coffrages tout en conservant leur homogénéité lors de l’écoulement et une fois en place.

L’offre des BAP couvre toute la gamme des performances mécaniques (des résistances courantes à très élevées), permettant d’obtenir une très grande variété de textures, de teintes et d’aspects de surface.

Les BAP sont la réponse à l’évolution :

Des exigences techniques et esthétiques des maîtres d’ouvrage, maîtres d’œuvre et architectes ;
Des contraintes économiques des entreprises : amélioration de la productivité des chantiers, augmentation des cadences de production, suppression des opérations coûteuses en main-d’œuvre (vibration, ragréage…) ;
Des exigences environnementales liées à la réduction des impacts sonores des chantiers tout en contribuant pleinement à l’amélioration des conditions de travail et à la sécurité sur les chantiers, en réduisant la pénibilité de mise en œuvre par exemple.

Les bétons isolants

Les bétons isolants sont des matériaux de construction innovants conçus pour répondre aux besoins croissants en matière d’efficacité énergétique et de confort thermique dans les bâtiments. Ils offrent une alternative prometteuse aux bétons traditionnels en combinant les propriétés structurelles du béton avec des caractéristiques isolantes avancées. Grâce à leur conductivité thermique réduite, les bétons isolants permettent de minimiser les pertes de chaleur et de maintenir des températures intérieures stables.

Ces solutions peuvent convenir à de nombreux types d’applications, telles que : les logements individuels et collectifs, les immeubles de bureaux, et ce, aussi bien pour des projets de construction que de rénovation.

Les bétons isolants structurels permettent en outre l’édification du squelette des bâtiments.

Les bétons dépolluants et autonettoyants

Ces bétons nouvelle génération font appel à la technologie de la photocatalyse qui permet de réduire les pics de pollution atmosphérique liés à la présence du dioxyde d’azote (NO2) généré par les automobiles, le chauffage et l’industrie.

Leur principe repose sur l’utilisation du dioxyde de titane (TiO2), qui joue le rôle de photo-catalyseur, accélérant la destruction des substances gazeuses nocives. Il s’agit d’un phénomène d’oxydo-réduction. Ces substances gazeuses nocives, une fois réduites à l’état de sels, sont évacuées par le ruissellement des eaux de pluie ou par un nettoyage à l’eau.

Les performances des bétons dépolluants sont impressionnantes. Une surface de 1 000 m2 recycle en équivalent carbone autant que 80 arbres ou encore compense les émissions de 30 voitures à l’année. Appliqué en parement sur les façades d’une ville, il permettrait de diminuer la pollution de l’air de manière importante.

Le béton translucide

Le béton translucide est un matériau de construction innovant qui permet de transmettre la lumière à travers le béton grâce à des éléments optiques intégrés, généralement des fibres optiques. Il présente les mêmes caractéristiques de résistance et de durabilité que le béton traditionnel, tout en offrant des effets de transparence et de jeu d’ombres et de lumière. Il peut être utilisé aussi bien en intérieur qu’en extérieur, pour des applications variées comme des façades, escaliers, comptoirs, éléments décoratifs ou architecturaux.

Il répond aussi bien à des besoins esthétiques que fonctionnels. L’apport de luminosité naturelle dans une pièce ou un bâtiment est en effet une solution pour réduire l’éclairage artificiel et donc la consommation d’énergie.

Le béton translucide existe en plusieurs coloris (gris clair, gris foncé et blanc) et peut être éclairé par des ampoules LED pour créer des ambiances lumineuses personnalisées.

Le béton drainant

Le béton drainant est un matériau perméable qui permet à l’eau de pluie de s’infiltrer directement dans le sol, réduisant ainsi le ruissellement et la formation de flaques. Cette caractéristique participe activement à la lutte contre l’imperméabilisation des sols, un enjeu environnemental majeur car elle entraîne une modification du cycle naturel de l’eau et des conséquences dommageables pour l’environnement et la société, comme l’augmentation des écoulements, les risques d’inondation, le transfert rapide des polluants vers les milieux aquatiques, la modification du régime des rivières, …

Le béton drainant offre une solution alternative au système traditionnel de collecte et de transport souterrain des eaux pluviales. Il permet de favoriser l’infiltration locale des eaux de pluie, de réduire les besoins en réseau d’assainissement, de limiter les rejets polluants, de préserver les ressources en eau souterraine et de créer des espaces urbains plus agréables.

C’est également un matériau esthétique et résistant, qui peut être utilisé pour réaliser des aménagements extérieurs variés, comme des allées, des terrasses, des parkings, des pistes cyclables, etc.

Le béton drainant est un béton à structures ouvertes permettant de réaliser des revêtements perméables qui absorbent et stockent les eaux pluviales dans leur structure, et les redistribuent progressivement vers la nappe phréatique ou vers un autre exutoire. Sa formulation repose sur des constituants et des granulats spécifiques.

Il présente une porosité ouverte utile constituée d’un pourcentage élevé de vides communicant entre eux et avec l’extérieur. L’objectif de sa formulation est de maximiser ces vides et leurs connexions grâce à des granulométries discontinues sans nuire à la stabilité du matériau et réduire ses performances mécaniques. Les vides, obtenus grâce à cette formulation spécifique, sont d’une taille suffisante pour permettre absorber l’eau, la laisser circuler rapidement en facilitant son cheminement dans la masse du béton puis de la restituer.

Les bétons à impact réduit

Recourir aux bétons à plus faible impact (appelés couramment « bas carbone »), avec des ciments à faible empreinte carbone est une solutions pour aider les maîtres d’ouvrage et les maîtres d’œuvre à respecter les exigences de la construction durable.

Les appellations béton « bas carbone », « très bas carbone » ou encore « ultra bas carbone » ne font pas à ce jour l’objet d’une définition officielle s’appuyant sur un cadre normatif ou réglementaire. Il est cependant convenu que les bétons « bas carbone » correspondent à des produits qui, pour des propriétés, des performances, des qualités d’usage et une durabilité équivalente à celles d’un béton de référence, génèrent moins d’émissions de gaz à effet de serre.

Dans une volonté de transparence sur les impacts environnementaux, et plus particulièrement sur l’empreinte carbone, la filière béton met à disposition depuis 2008 les fiches de déclaration environnementale et sanitaire (FDES) de leurs produits, en conformité avec la réglementation en vigueur.

Ces bétons peuvent être formulés à l’aide de ciments à empreinte carbone réduite, composés de clinker et d’ajouts comme le calcaire, l’argile calcinée, les cendres volantes ou les laitiers de hauts fourneaux. Suivant les formulations utilisées, il est possible d’atteindre des réductions de l’empreinte carbone des bétons jusqu’à 70%.

La recherche et développement ne cessant d’évoluer, nous pouvons espérer de futures voies de progrès pour cette gamme de bétons à impact réduit.