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Les cimenteries rejettent un gaz concentré en CO2 et à haute température. La capacité des granulats de béton recyclés (GBR) à fixer du CO2 par carbonatation pourrait permettre de réduire ces émissions de CO2. De plus, la carbonatation diminue l’absorption d’eau des GBR améliorant ainsi leur recyclabilité. Cette étude a pour objectif de clarifier l’effet de la température entre 20 et 80°C sur la séquestration du CO2 afin de sélectionner la température optimale pour carbonater les GBR avec des gaz rejetés par les cimenteries. Le model « shrinking-core » avec un contrôle diffusif est utilisé pour prédire la vitesse de carbonatation d’un granulat de rayon 10 mm. Les résultats montrent que la température augmente la diffusion gazeuse dans le grain, et par conséquent la carbonatation principalement grâce à la baisse du degré de saturation en eau., Academic Journal of Civil Engineering, Vol 40 No 2 (2022): Special Issue - NoMaD 2022

Les granulats de béton recyclé (GBR) contiennent une part de pâte cimentaire qui peut être carbonatée. Le projet national FastCarb vise à minéraliser le CO2 au sein des GBR, améliorant ainsi la qualité de ces granulats par le colmatage de la porosité et enfin diminuer l'impact CO2 du béton dans les structures. Il a deux objectifs principaux : optimiser en laboratoire le processus de carbonatation accélérée et montrer qu’il peut être transposé à l'échelle industrielle. Ce document présente les recommandations du projet, en termes de paramètres optimisant le process, de modélisation du phénomène, de réalisation de deux démonstrateurs industriels, de résultats sur les bétons fabriqués avec des GBR carbonatés et, enfin, de bilan environnemental et économique. Les résultats montrent clairement l’intérêt du procédé pour la fraction fine (sable recyclé) qui est peu recyclé actuellement dans les bétons et qui pourrait présenter grâce à la carbonatation un bilan environnemental favorable et permettant de diminuer significativement celui des bétons.

Parmi les stratégies de l’association Cembureau pour réduire l’impact carbone des matériaux cimentaires, l’une d’elle repose sur le piégeage du CO2 par carbonatation des granulats de béton recyclé (GBR) provenant du concassage de structures en fin de vie. Les gaz à forte concentration en CO2 rejetés par les cimenteries pourraient être utilisés pour un tel procédé. La température de ces gaz pouvant atteindre 150°C, il est important de comprendre l’impact de la température sur la carbonatation. Le but de cette étude est ainsi d’examiner l’effet de la température sur les deux principales étapes limitantes de la carbonatation : la diffusion du CO2 à l’état gazeux dans le matériau et les réactions de carbonatation des hydrates dans sa solution interstitielle. Pour cela, des études expérimentales ont été réalisées en conditions isothermes pour déterminer, d’une part, le coefficient de diffusion gazeuse de mortiers secs et, d’autre part, les vitesses de réactions de poudres de mortier immergées en solution carbonatée. Les résultats montrent que la température favorise faiblement la diffusion gazeuse et les cinétiques en solution entre 25 et 60°C.

Dans le cadre de la réglementation énergétique RE2020, le secteur du bâtiment français se se doit de produire des bâtiments à énergie positive et bas carbone en prenant en compte l'analyse du cycle de vie des matériaux (de la conception des bâtiments à leur démolition). Avec cette nouvelle approche, tout laisse à penser que les structures en béton armé sont impactées négativement puisque les émissions de gaz à effet de serre se situent entre 300 et 400 kg en éq. CO2/m3 de béton (de la fabrication du ciment à la mise en œuvre du béton sur chantier). Si de multiples leviers sont possibles pour réduire l'impact environnemental comme, par exemple, l'utilisation de ciments à faible teneur en clinker ou la réduction du volume des éléments de structure en favorisant l'utilisation de béton à haute performance, il existe un autre levier sur lequel il est également possible de réduire leur empreinte environnementale : le piégeage du CO2 par carbonatation naturelle du béton tout au long de la durée de vie de l'ouvrage. Si la carbonatation reste un phénomène inducteur de corrosion pour les structures en béton armé, elle permet en revanche le piégeage d'une certaine quantité de CO2 atmosphérique. Le bâtiment présenté dans cette étude de cas est une résidence universitaire, nommée AZIYADE, totalement préfabriquée en usine. Les éléments porteurs verticaux et horizontaux ont été assemblés à sec sur le chantier. Les parois extérieures et les intérieures sont en béton brut, matricé ou poli. La carbonatation atmosphérique de ce bâtiment a été modélisée à l'aide du modèle proposé par la fib, et aussi avec le guide de calcul proposé sur la norme européenne NF EN 16757 en vue de calculer le piégeage de CO2 par carbonatation naturelle. La masse de CO2 piégé a été évaluée à partir des profondeurs de carbonatation prévues pour les différents éléments de construction. Pour une durée de vie de 50 ans, ce bâtiment devrait être capable de stocker entre 23 et 32 tonnes eq. CO2, ce qui représente au plus 12 % des émissions de CO2 dues à la décarbonatation du calcaire émis pour sa construction., Academic Journal of Civil Engineering, Vol 40 No 3 (2022): Special Issue - FastCarb 2022

La carbonatation des granulats de béton recyclés avec un gaz riche en CO2 pourrait être un procédé efficace pour accélérer le piégeage de ce gaz à effet de serre par des ouvrages en béton en fin de vie. Un tel procédé soulève nombre de questions qui sont étudiées ici aux moyens de simulations numériques. Le modèle utilisé est basé principalement sur les équations de conservation du CO2 et de l’eau. Une première étude s’intéresse à la carbonatation à l’air libre des granulats après concassage. Les simulations ne montrent pas d’impact majeur de la carbonatation naturelle pendant 90 jours de stockage sur le piégeage de CO2 par carbonatation accélérée a posteriori. Une seconde étude s’intéresse à l’influence de différents paramètres sur le procédé : la porosité, le degré de saturation en eau, la teneur en éléments carbonatables et le diamètre du granulat. Il ressort des simulations que la teneur en éléments carbonatables a une influence majeure sur la quantité de CO2 fixé. Le diamètre et le degré de saturation ont des effets couplés. Proche de la saturation en eau, la carbonatation est contrôlée par la diffusion gazeuse : le piégeage dépend beaucoup du diamètre du granulat. Loin de la saturation, ce dernier a peu d’influence : la carbonatation devient homogène dans le grain car contrôlée par les cinétiques chimiques., Academic Journal of Civil Engineering, Vol 40 No 3 (2022): Special Issue - FastCarb 2022

Dans le contexte du projet Fastcarb, cet état de l’art vise à apporter un éclairage sur les différents mécanismes physico-chimiques gouvernant le processus de carbonatation en température. Trois paramètres, tous impactés par l’augmentation de la température, sont abordés de manière découplée : les transferts et équilibres hydriques, le transport de CO2 et l’évolution des propriétés de solubilité du CO2 et des phases hydratées. Concernant les transferts hydriques, il en ressort que les propriétés physiques de l’eau et les propriétés de transport (perméabilité et diffusivité) évoluent de manière à favoriser les transferts sous forme gazeuse. De fait, si la diffusion gazeuse du CO2 est intrinsèquement peu impactée par la température, la baisse avec la température de degré de saturation en eau du matériau à l’équilibre à une humidité relative donnée, va augmenter fortement la diffusivité. La température affecte aussi la solubilité des réactifs. Dans le cas de l’eau pure, le CO2 et les principaux hydrates (portlandite et CSH) sont moins solubles à haute température. Dans le cas d’une eau chargée comme l’eau interstitielle du béton, l’effet de la température sur les solubilités est en revanche beaucoup plus complexe du fait du couplage entre les différents phénomènes de dissolution gazeuse et solide., Academic Journal of Civil Engineering, Vol 40 No 3 (2022): Special Issue - FastCarb 2022

International audience; Rising greenhouse gas emissions are causing increasing worldwide impacts and changes on climate patterns, sea level, food production, human lives and livelihoods. Maintaining or improving the ability of coastal aquatic ecosystems and oceans to remove CO2 from the atmosphere is a crucial aspect for climate mitigation. The vegetated coastal ecosystems are able to catch and to sequestrate carbon, the so-called Blue Carbon. These ecosystems are key exchange zones that mediate the biogeochemical cycles across the continent, the ocean and the atmosphere. Given the importance of these ecosystems in biogeochemical cycles and their sensitivity to natural and anthropogenic pressures, the carbon cycle within and between compartments (e.g. pelagos, benthos…) and across the interfaces (e.g. atmosphere, ocean…) need to be addressed. On a regional scale, in the extended urban area of La Rochelle located on the French Atlantic coast (La Rochelle metropolitan area), lack in situ measurements within the wetlands and littoral zone make very uncertain their role as a sink or a source of CO2 to the atmosphere. We will first present a vast research project “La Rochelle Territoire Zéro Carbone” project (https://www.agglo-larochelle.fr/projet-de-territoire/territoire-zero-carbone), that target the ambition of carbon neutrality in La Rochelle metropolitan area by 2040 through a holistic approach (from measuring CO2 to raising people's awareness and assessing the impact of exogenous natural factors). Second, we will present some first results on the Blue Carbon dynamics within the freshwater and salt marshes, and seagrasses.

Dans le cadre du Projet National PERFDUB, un vaste programme expérimental a été lancé sur des corps d’épreuve en béton armé positionnés dans différents milieux naturels. Un suivi du vieillissement du béton et de la corrosion des aciers est prévu sur 20 ans. Les objectifs de l’étude sont multiples : caractériser les performances des bétons en carbonatation et/ou en milieu marin, constituer une base de données sur différentes compositions, évaluer les modèles de prédiction de la durabilité des bétons et de la propagation de la corrosion, évaluer des méthodes d’auscultation non destructive des structures en béton armé. L’article présente le programme expérimental ainsi que les premiers résultats., Academic Journal of Civil Engineering, Vol 40 No 1 (2022): Special Issue - RUGC 2022

Dans un environnement urbain, les pièges à carbone naturels et artificiels peuvent être des leviers intéressants pour tendre vers la neutralité carbone d’un territoire. Cette étude s’intéresse au potentiel de piégeage de CO2 d’un stock de granulats recyclés, fabriqués sur une plateforme de recyclage à partir de déchets inertes du BTP, entre deux campagnes de concassage. Grâce au développement d’une cellule de carbonatation naturelle et d’une cellule de diffusion de O2 en laboratoire, la quantité de CO2 piégé par un stock de 2000 m3 pendant 4 mois est estimée à plus de 630 kg, soit 0,2 kg de CO2/t de GR en stock. Cette faible valeur montre que même si le potentiel de piégeage de CO2 à l’échelle du grain est estimé à 23 kgCO2/t de GR, la capacité réelle d’un stock de GR à en piéger en condition atmosphérique est très dépendante du process de fabrication, du stockage sur plateforme et des conditions météorologiques., Academic Journal of Civil Engineering, Vol 40 No 1 (2022): Special Issue - RUGC 2022

L'objectif du comité Rilem « TC GDP » est d'apporter un nouvel éclairage sur la détermination du coefficient de diffusion gazeuse des matériaux cimentaires. Un état de l'art, de la physique de la diffusion aux applications, est en cours de rédaction. Un benchmark a été lancé pour comparer deux familles de méthodes expérimentales. Ces essais croisés sont encourageants car les coefficients de diffusion déterminés par les participants sont du même ordre de grandeur. Les différences proviennent non seulement de la démarche expérimentale mais aussi de la méthode de calcul du coefficient. Un travail de modélisation doit aider à mieux comprendre les sources d'incertitudes et les différences entre méthodes. Sont présentés ici quelques résultats du comité qui mèneront à des recommandations sur les protocoles d'essai de diffusion.

Cette étude est relative à la détermination des cinétiques de précipitation/dissolution des principaux minéraux constitutifs du Géocorail, un éco-matériau formé à partir d’un dépôt calco-magnésien et destiné au renforcement des ouvrages côtiers et à la lutte contre le recul du trait de côte. Pour ce faire, la dissolution d’une poudre de Géocorail, constituée d’un mélange de brucite, d’aragonite et d’une faible quantité de calcite, dans une solution d’eau de mer naturelle pendant 5 jours a été modélisée à partir du code PHREEQC Version 3. Les résultats obtenus ont été ensuite ajustés à partir des données expérimentales issus d’une étude antérieure afin d’obtenir un modèle cinétique fidèle au procédé en conditions réelles. L’analyse comparative des résultats découlant de cette démarche met en évidence une différence notable avec les paramètres cinétiques issus de la littérature. Une bonne concordance est cependant obtenue avec les données expérimentales et permet de déduire les constantes cinétiques de chaque minéral ainsi que le rapport de concentration Mg/Ca au-delà duquel l’aragonite précipite au détriment de la calcite. Ces cinétiques doivent néanmoins être validées sur des temps plus courts., Academic Journal of Civil Engineering, Vol 38 No 1 (2020): Special Issue - RUGC 2020 Marrakech

Les granulats recyclés sont des matériaux de construction obtenus par concassage et criblage des déchets inertes du BTP sur des plateformes de recyclage. Ce sont des matériaux complexes et majoritairement composés de matière minérale, telles que les bétons de démolition. En raison de cette spécificité cimentaire, ces travaux de recherche se sont focalisés sur la capacité de fixation du CO2 par carbonatation minérale de sable recyclé compacté. Des éprouvettes cylindriques ont été placées dans quatre enceintes à humidité relative contrôlée, incluant une condition de carbonatation accélérée (53±5% HR, 95±5% HR, 65±5% HR et 65±5% HR avec 3% de CO2). Les résultats montrent que ce sable recyclé compacté fixe jusqu’à 58 kgCO2 par m3 de sable recyclé compacté en 1 an et que cette capacité de fixation est d’autant plus importante que l’humidité relative est faible ou que la concentration en CO2 est élevée. Les granulats de béton contenus dans les granulats recyclés sont donc encore en mesure de se carbonater même s’ils sont issus de la démolition., Academic Journal of Civil Engineering, Vol 38 No 1 (2020): Special Issue - RUGC 2020 Marrakech

Une solution pour réduire les émissions de CO2 des structures en béton est d’utiliser la capacité des granulats de béton recyclés (GBR), produits par concassage du béton de démolition, à piéger du CO2 par carbonatation accélérée. Dans l’étude présentée ici, nous cherchons à évaluer, à l’échelle d’un GBR, l’influence de différents paramètres sur la vitesse de piégeage du CO2. Cette évaluation est faite à l’aide d’un modèle numérique simulant la carbonatation d’un grain de géométrie sphérique., Academic Journal of Civil Engineering, Vol 38 No 1 (2020): Special Issue - RUGC 2020 Marrakech

La durabilité d’un ouvrage en béton est en grande partie liée à l’aptitude de ses matériaux poreux constitutifs à résister à la pénétration des agents agressifs. Les mécanismes de dégradation des matériaux cimentaires impliquent très souvent un processus de transport d’espèces agressives en phase gazeuse, tels que le dioxyde de carbone et l’oxygène. Par conséquent il est primordial de considérer le coefficient de diffusion de ces espèces dans le réseau poreux du matériau cimentaire comme l’un des propriétés fondamentales (indicateurs de durabilité) pour l’évaluation et la prédiction de son comportement vis-à-vis de divers processus de dégradation. Le présent travail décrit une méthode pour évaluer expérimentalement le coefficient de diffusion effectif de l’oxygène dans des échantillons de pâte de ciment (disques de 4 cm de diamètre, 0,3 cm d’épaisseur). La méthode d’essai repose sur l’accumulation de la concentration d’O2 gazeux dans un compartiment aval d’une demicellule de diffusion à l’intérieur d’une chambre climatique (compartiment amont), jusqu’à l’état stationnaire. L’effet de la cure et de la saturation en eau sur le coefficient de diffusion effectif de l’oxygène a été étudié sur des pates d’OPC : celui varie sur quatre ordres de grandeur, de 10-6.à 10-10 m2/s-1., Academic Journal of Civil Engineering, Vol 35 No 1 (2017): Special Issue - RUGC 2017 Nantes

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Le principal constituant des ouvrages en béton armé est le ciment Portland qui se compose lui-même en grande partie de clinker. Ce dernier est produit lors d'un processus industriel énergivore et très émetteur de gaz à effet de serre. L'utilisation de sous-produits industriels, comme les laitiers de haut fourneau, en substitution partielle du ciment Portland, permet de réduire significativement l'impact environnemental des bétons. Cependant, il convient de vérifier que la substitution du ciment Portland par des additions minérales ne réduit pas la durabilité des ouvrages en béton armé en deçà de l'exigence normative. Parmi les phénomènes de vieillissement des structures, la carbonatation est sans doute le plus courant, car il résulte de la fixation du dioxyde de carbone atmosphérique engendrant une baisse du pH de la matrice cimentaire et un risque de corrosion des armatures en acier. Une manière d'évaluer la durabilité du béton armé consiste donc à modéliser le processus de carbonatation pour prédire son comportement à long terme. Le coefficient de diffusion effectif du CO2 gazeux est l'un des paramètres clés pour modéliser la carbonatation. En effet, le phénomène est contrôlé par la diffusion du gaz dans la porosité du matériau. Dans les modèles de la littérature, ce coefficient provient de relations empiriques déduites de données expérimentales, qui ont été obtenues principalement par des essais de diffusion gazeuse sur des échantillons à base de ciment Portland. Dans le cas de matériaux contenant des additions minérales, la relation entre coefficient de diffusion et différents paramètres microstructuraux (porosité, degré de saturation en eau) est a priori différente de celle calibrée pour des matériaux à base de ciment Portland. La finalité de nos travaux est de modéliser le coefficient de diffusion du CO2 dans les bétons à fort taux de substitution en laitier de haut fourneau. Pour cela, un montage expérimental a été développé par le LaSIE pour déterminer le coefficient de diffusion effectif du CO2 sur des matériaux cimentaires (pâtes, mortiers). Cette cellule de diffusion se compose de deux chambres assemblées par vissage et séparées par l'échantillon étudié. En maintenant une concentration constante dans la chambre amont, on mesure en continu à l'aide d'une sonde l'évolution de la concentration en CO2 dans la chambre aval. Le coefficient de diffusion du CO2 est déduit d'une analyse inverse en résolvant la seconde loi de Fick, pour un régime non stationnaire, dans le cas où le matériau aura été préalablement séché. Dans le cadre de la présente étude, différentes compositions de pâtes ont été testées, pour 3 rapports E/C, avec ou sans substitution du ciment par un laitier de haut fourneau. Après une conservation sous eau de 2 mois, une partie des échantillons a subi une carbonatation accélérée. Notre objectif est de mettre en évidence l'influence, en plus de la nature du liant, d'une carbonatation sur la diffusion. Au préalable des essais de diffusion, tous les échantillons ont été séchés en étuve à 80 °C. Nos premiers résultats montrent que des additions telles que les laitiers de haut fourneau entrainent des résultats bien différents de ceux obtenus dans le cas du ciment Portland. Il semble donc qu'un modèle universel, exprimant par exemple le coefficient de diffusion en fonction de la porosité, ne suffit pas à prédire la propriété de transfert de ces différents matériaux. Par ailleurs, au-delà de l'influence du liant, la carbonatation a elle-même un effet non négligeable sur la structure poreuse et donc sur la diffusivité.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; La carbonatation par fixation du CO2 atmosphérique est l'un des vieillissements les plus courants des structures en béton armé. La prédiction de la durée de vie d'un ouvrage soumis à la carbonatation passe par la modélisation des deux phénomènes : la diffusion du CO2 gazeux et les réactions chimiques entre CO2 et matrice cimentaire. Nous nous intéressons ici à l'influence de l'état hydrique du matériau sur la cinétique apparente de ces dernières. Si l'influence de l'humidité sur la carbonatation est connue, beaucoup d'études ont été réalisées sur des ciments Portland et peu pour des liants à faible teneur en clinker. En outre, les contradictions entre certains résultats de la littérature résident dans les différences de traitements appliqués aux matériaux au préalable de la carbonatation. De fait, atteindre un équilibre hydrique entre matériau et ambiance avant carbonatation est une condition sine qua non pour pouvoir étudier correctement l'influence des conditions hydriques. Dans le souci de satisfaire cette condition, nous avons mené des expérimentations sur des échantillons de pâtes de ciment de faibles dimensions, placées à différentes humidités relatives sur une longue période. Une fois l'équilibre atteint, ces échantillons ont été soumis à une carbonatation accélérée à la même hygrométrie. Deux pâtes ont été étudiées : l'une contenant un ciment CEMI, l'autre un mélange de laitier de haut fourneau et de CEMI. Cette campagne expérimentale, associant suivis de masse et analyses thermogravimétriques (ATG), nous a fourni des informations sur la cinétique de carbonatation, supposée contrôlée par les réactions chimiques et non par la diffusion gazeuse. A cette échelle, la diffusion du CO2 a un temps caractéristique très faible au regard de la cinétique de carbonatation observée. - Une bonne corrélation entre prise de masse et variation de concentration en CO2 a été observée pour la pâte au CEMI. Au contraire, l'évolution massique de la pâte au laitier n'est pas uniquement due à la fixation du CO2 mais également à un séchage, à cause de modifications des propriétés microstructurales et de cinétiques chimiques plus lentes. - Une bonne corrélation a été observée entre les variations de concentration de portlandite et celles des carbonates, sans influence notable de l'état hydrique ni du temps. Pour la pâte au CEMI, les carbonates de calcium formés proviennent en majorité de la portlandite, qui se carbonate environ 10 fois plus vite que les CSH. Pour la pâte au laitier, les carbonates sont formés en majorité à partir des CSH. Dans ce matériau, Ca(OH)2 et CSH se carbonatent avec des cinétiques apparentes proches. Les carbonates des deux pâtes présentent des morphologies bien différentes. - Le degré de carbonatation est beaucoup plus élevé pour la pâte au laitier que pour la pâte au CEMI. L'influence de l'état hydrique est plus faible pour la pâte au laitier. - A partir de l'évolution des concentrations en CO2, nous avons montré l'influence du degré de saturation initiale sur la vitesse de production de carbonates. Ces vitesses sont inférieures à celles issues d'un modèle calé sur des données de carbonatation accélérée. Si les données acquises lors de cette campagne expérimentale sont intéressantes et la méthode d'investigation prometteuse, cette dernière devra encore être améliorée. L'état de carbonatation des échantillons, notamment sa répartition spatiale, pourra être étudié au moyen d'autres techniques, comme la diffraction de rayons X, qui permettrait de mettre en évidence la manière dont progresse la carbonatation.

n.a.