Transformation et fabrication du béton
Le béton rend possible l’édification de constructions solides et durables. De part sa composition personnalisable à l’infini qui fait varier les propriétés, l’aspect du béton suivant l’usage voulu et l’ajout potentielle d’armatures métalliques ou de fibres dans leurs procédés de transformation et de fabrication font du béton l’un des matériaux prépondérant dans la construction.
Face aux nouveaux enjeux climatiques, d’importants efforts sont menés par les industriels afin de réduire la consommation en eau, en énergie et en ressources dans les procédés de transformation et fabrication du béton.
La fabrication du béton
Une longue marche vers un mode de production du béton plus vertueux de l’environnement s’engage. Si l’on se réfère aux chiffres, celle-ci est en bonne voie ! En effet, en 2015 dans le cadre de sa directive-cadre « déchet », l’Union européenne avait fixé l’objectif de 70 % de valorisation des déchets du BTP. Alors que l’échéance était fixée à fin 2020, l’Union nationale des industries des carrières et des matériaux de construction (Unicem) a annoncé en 2019, lors d’un communiqué de presse, que l’objectif avait été atteint dès 2018. L’État prévoit donc un nouveau défi à l’horizon 2025.
La transformation et fabrication des bétons par les centrales à béton prêt à l’emploi
En France, il existe 1 875 unités de production de béton prêt à l’emploi (BPE). Le béton y est produit de manière industrielle, c’est-à-dire en grosse quantité. Le process de fabrication est précis et tout automatisé. La qualité du béton est toujours identique et très contrôlée.
La BPE est une véritable usine qui comporte :
- Des silos de stockage pour les granulats (de 20 à 150 tonnes), pour le ciment (de 30 à 300 tonnes) et des cuves pour les adjuvants (de 200 à 10 000 litres) ;
- Granulat : fragment de roche d’une taille inférieure à 125mm (sables, gravillons, graviers).
- Adjuvant : corps facilitant une réaction chimique ou la cristallisation d’un composé.
- Des systèmes de manutention automatisés par monte-charges, vis ou bande transporteuse (« skip ») et des équipements pour peser (systèmes à bascule) ;
- Un malaxeur (d’une capacité de 6 à 8 m³) ;
- Une zone de lavage pour les camions-malaxeurs ;
- Des bassins de décantation pour recueillir les résidus des camions de transport, l’eau de lavage et de ruissellement.
Hormis sa taille imposante, l’impact environnemental de la centrale de béton est relativement faible. Le béton est produit localement et livré rapidement (à moins de 30 km). Les centrales, généralement situées en zone urbaine, se veulent le plus discrètes possible (bruits, poussières, etc.). Elles tentent de s’intégrer au mieux dans le paysage, avec notamment la création d’espaces arborés tout autour. L’eau et les boues sont recyclées et réutilisées.
Les centrales de chantier de béton
Les centrales de chantier de béton sont des versions miniatures de centrales de béton « prêt à l’emploi ». À la différence de ces dernières, celles-ci s’implantes directement sur le lieu du chantier pour couvrir uniquement les besoins liés à son activité. Dans ces centrales de béton « mobiles », la production est à flux tendu. L’idée est de produire la juste quantité nécessaire et de n’être jamais en rupture de stock.
Les contraintes environnementales des centrales de chantier sont importantes. En effet, la centrale se situe parfois à proximité des zones d’habitation et devient alors une source de nuisances, de bruits et de poussières. L’approvisionnement et le traitement de l’eau (recyclage) sont également plus complexes à réaliser sur site. L’avantage écologique majeur de ce procédé est la diminution du transport et du nombre de camions transporteurs.
La transformation et fabrication du béton des usines de produits préfabriqués.
Les usines de produits préfabriqués produisent des objets en béton « prêts à poser » qui seront assemblés sur place. Des moules réutilisables ou des coffrages permettent d’obtenir la forme souhaitée selon l’usage recherché (poutres, parpaings, escaliers, etc.). Le béton est fabriqué sur place ou dans une exploitation proche de l’usine. Un bureau d’études et des contrôleurs de fabrication sont également présents pour assurer la qualité structurelle et la conformité des produits.
L’usine de préfabrication demande une place importante, plusieurs hectares sont parfois nécessaires. Une unité de préfabrication comprend des machines automatiques de distributeurs de béton, de démoulage, des traceurs, des dispositifs de découpe, etc. La consommation en énergie requise est très importante.
Les bétonnières
L’usage d’une bétonnière permet de réaliser un béton « artisanal » au plus proche du chantier. Cet équipement convient bien pour des petites quantités de béton (de 1 à 2 m³). Comme le béton durcit rapidement, ce procédé évite la surconsommation et limite les déchets de surplus. La bétonnière est un malaxeur de petite taille (de 30 à 300 litres). La cuve en se mettant en rotation, brasse et mélange les constituants incorporés manuellement. La consommation électrique de la bétonnière est très faible. Il existe même des bétonnières manuelles équipées d’un volant à crans d’arrêt qui fonctionne sans électricité.
La transformation du béton
Le procédé de fabrication du béton reste toujours assez similaire. Selon le dosage des agrégats et des adjuvants, une grande variété de bétons avec des propriétés très spécifiques est rendue possible. 95 % des bétons contiennent des adjuvants.
Les bétons courants :
Le béton courant est un « béton frais » qui provient majoritairement des centrales à béton « prêt à l’emploi ». Pour limiter la pollution liée au transport, le béton peut également être effectué sur place grâce à une centrale de chantier. L’usage de bétonnières, en revanche, n’est envisageable que pour les petits chantiers qui ne nécessitent pas une qualité homogène de béton. Le béton courant permet de fabriquer des dalles, des murs banchés (entre 2 planches de coffrage), etc. Pour augmenter la résistance mécanique des constructions ou pour respecter les normes parasismiques, s’ajoute au béton du ferraillage ou d’une armature métallique. Il devient alors un « béton armé » solide et durable, qui peut également provenir d’une usine de préfabrication. L’usage de l’acier, bien que nécessaire pour assurer la solidité de l’ouvrage, alourdit le bilan carbone du béton.
Les bétons légers et les bétons lourds
Le béton léger, comme son nom l’indique, est allégé. Dans ce type de béton, les gravillons sont remplacés par des billes de polystyrène ou des billes de schistes expansés. Un adjuvant de type « entraîneur d’air » est aussi utilisé pour créer des microbulles d’air, on obtient alors un béton cellulaire. L’entraîneur d’air est un tensioactif qui contient des sulfates d’alkyle-éther. Même s’il s’agit d’un produit chimique comparable à un détergeant, il permet en réalité de produire un béton à plus faible impact environnemental. En effet, en optimisant les propriétés mécaniques du béton, il est possible de limiter les émissions de CO2. À l’inverse, les bétons lourds sont composés de granulats à forte densité, de type plomb ou roches massives.
Exemple de composition d’un béton léger
| Ciment | 400 kg |
| Sable | 950 kg |
| Billes PSE | 350 litres |
| Adjuvants | De 1 à 4 % |
| Eau de gâchage | 170 litres |
Exemple de composition d’un béton lourd
| Ciment | 250 kg |
| Granulats (type hématite) | De 900 à 1 700 kg |
| Adjuvants | De 0 à 4 % |
| Eau de gâchage | 120 litres |
Les bétons autoplaçants
Les bétons autoplaçants contiennent des adjuvants de type « superplastifiant » incorporés dans le mélange afin de rendre le béton plus fluide. Un superplastifiant est un polymère hydrosoluble qui permet de réduire jusqu’à 30 % des besoins en eau. L’eau est l’un des principaux constituants du béton. L’incorporation de cet élément chimique permet d’économiser cette ressource. Ce type de béton se lisse sous l’effet de la gravité, ce qui simplifie grandement le travail des ouvriers sur le chantier. Il peut être également armé avec des armatures en acier pour augmenter la résistance mécanique, bien que l’usage de l’acier augmente son bilan carbone. La composition du béton autoplaçant est assez similaire à un béton simple. Il se différencie simplement par la présence de « fines » (gravillons de très faible densité) et de gravillons. La dose d’adjuvants est également plus importante.
Exemple de composition d’un béton autoplaçant
| Ciment | 350 kg |
| Sable | 800 kg |
| Gravillons | 900 kg |
| Fines | 200 kg |
| Adjuvants | 21 kg |
| Eau de gâchage | 180 litres |
Les bétons fibrés
Les bétons fibrés sont conçus pour résister à la fissuration et au feu. Ils sont composés de fibres métalliques, organiques ou céramiques. Les fibres remplacent, dans certains cas, les armatures traditionnelles et rendent le béton plus facile à découper. La résistance au feu et à la fissuration est améliorée. Écologiquement, ce procédé évite le recours à des matériaux au bilan carbone plus lourd, tel que l’acier.
Les différents types de fibres
| Types de fibres | Description | Quantité à ajouter dans le béton |
| Micro-fibres synthétiques | Non structurelles, en polypropylène d’une longueur de 6 à 12 mm et d’un diamètre de quelques dizaines de micromètres | De 0,6 à 0,9 kg/m³ |
| Macro-fibres synthétiques | Structurelles, en polypropylène d’une longueur de 25 à 60 mm et d’un diamètre d’environ 100 micromètres | De 2 à 6 kg/m³ |
| Fibres métalliques | Structurelles, en acier, d’une longueur de 30 à 60 mm et d’un diamètre de 0,4 à 1 mm | De 10 à 50 kg/m³ |
Les bétons décoratifs
Les bétons décoratifs combinent solidité et esthétisme. Il existe plusieurs façons de créer un béton décoratif :En modifiant le type de granulés et en ajoutant des adjuvants. Ainsi, le béton désactivé présente un aspect granuleux et rugueux qui résiste aux intempéries, grâce à l’ajout d’un durcisseur. Les bétons colorés et imprimés utilisent un durcisseur coloré et des pigments naturels ou artificiels. Un moule d’empreintes permet de réaliser des motifs ou des rosaces. Le béton ciré est composé en partie de résines dérivées du pétrole.
Avec pas ou peu d’adjuvants ou en remplaçant certains constituants. Ainsi, le béton lavé, qui donne l’impression d’une allée en gravier, ne comporte pas d’adjuvant, mais demande beaucoup d’eau. Le lavage se fait en surface sous l’action d’un jet d’eau à faible pression, mais à fort débit. Le béton minéral, qui se rapproche de l’aspect de la pierre, contient des éléments naturels, comme de la poudre de marbre et de la chaux.
Les bétons bitumineux
Le béton bitumineux se fabrique dans une centrale d’enrobage. Il permet de concevoir des routes. Appliqué à chaud (à environ 150 °C), le béton bitumineux devient élastique et facile à appliquer. Les activités des usines d’enrobage sont très polluantes et nocives pour la santé des habitants vivant à proximité de l’usine.
Les bétons à haute performance ou les bétons fibres à ultra hautes performances
Les bétons à haute performance (BHP) ou à ultra hautes performances (BFUHP) possèdent des caractéristiques spécifiques telles qu’une meilleure résistance à la compression, une plus grande fluidité et une meilleure résistante au gel et au dégel. Ce sont des matériaux très denses et très peu poreux. Le BFUHP est fortement dosé en liants chimiques. Toutefois, l’emploi d’adjuvants reste négligeable d’un point de vue écologique, compte tenu de toutes les propriétés qu’ils confèrent au béton. Les adjuvants permettent de produire une meilleure qualité de béton avec moins de ressources. La météo (chaleur ou pluie) peut rapidement modifier la qualité du béton. Les retardateurs de prise, par exemple, évitent que le béton ne durcisse trop rapidement. Mieux utilisé, le béton est moins gâché ! Les bétons à haute performance présentent en réalité un faible impact environnemental. Leur usage est conseillé en remplacement de bétons moins performants (de type béton armé, simple, etc.).
