Le « Béton à contenu recyclé » ou BCR est un matériau de construction contenant environ 30 % de rebuts industriels. Ces rebuts sont alors souvent dénommés MCS pour « matériaux cimentaires supplémentaires » ou parfois Petitpain, M., Dehaudt, S., Jacquemot, F., & Rougeau, P. (2016), Utilisation de matières premières secondaires dans les bétons/Using alternative raw materials in concrete. In Annales du Bâtiment et des Travaux Publics (Vol. 68, No. 4, p. 7). Editions ESKA résumé). Le BCR est plus couramment et simplement dénommé « béton ternaire ». Cette notion ne doit pas être confondue avec celle de béton recyclé.
La nature des composants ajoutés (et la recette utilisée) varient selon les fabricants. Les rebuts recyclés comme « ajouts cimentaires » ou « matériaux cimentaires » peuvent par exemple être brasques d'aluminerie, des cendres industrielles, des fumées de silice…). Il en va de même pour les quantités de déchets ainsi valorisés et utilisés en remplacement d'une partie du ciment. La part d’ajout cimentaire est généralement d'une trentaine de pourcents mais peut atteindre 80 % du produit finalBéton à contenu recyclé(aussi appelé béton ternaire), consulté 28 oct 2017.
Histoire Ajouter au sable et au ciment un ou plusieurs matériaux « chimiquement compatibles » avec le ciment existe depuis l'Antiquité et sans doute depuis l'invention du ciment.
Un béton à contenu recyclé tel qu'on en parle aujourd'hui (c'est-à-dire en tant que filière industrielle s'inscrivant dans l'économie circulaire) serait né d'une invention française de 1951, qui a industriellement émergé au début des années 1980, mais qui ne s'est développé à large échelle au sein de l'industrie du béton que bien plus tard (surtout à partir des années 2000 dans la perspective d'une Construction bas-carbone et de croissance verte, avec comme matériaux alternatifs des cendres volantes et de la fumée de silice). Plus récemment ont été développés, dont en France par la Guilde Sable vert, des granulats « végétaux » à base de ligneux ou autres végétaux, éventuellement issus de filières de recyclage).. De nombreux efforts sont faits dans le monde pour intégrer dans le béton du sable ou des granulats issus de béton de démolition/déconstruction.. Cette “Guilde du Sable Vert” est un groupe de travail créé au sein du secteur du BTP français sur le développement et déploiement de matériaux de construction innovants, dont « bétons végétaux » présentés comme réponse aux défis climatique, environnemental et socio-économique du secteur de la construction qui recherche des alternatives au sable de qualité béton (qui se raréfie) et aux granulats classiques qui ont une très mauvaise empreinte carbone et environnementale. Dans les années 2010, face à un besoin émergeant dans contexte encore caractérisé par , on commence à évoquer l'Intelligence artificielle pour la formulation de matériaux de construction à base de Sous-produits industriels (sujet qui a fait l'objet d'une thèse de doctorat à Université Lille 1 et à l'école des Mines de Douai)Sadok, Abdelfeteh (2016) Formulation de matériaux de construction à base de Sous-produits industriels avec des méthodes issues de L’intelligence artificielle (Doctoral dissertation, Thèse de doctorat, Université Lille 1-Mines de Douai)..
Utilisations Le « béton ternaire » plus couramment dénommé « ternaire » est un matériau de construction de plus en plus utilisé, notamment en fond de couche routière ; pour divers types de fondations coulées ; pour la fabrication de dalles, etc.. Le béton est dit ternaire quand il contient 3 composants au lieu de 2 dans le béton binaire Marcel Tremblay Le béton prend la voie verte ! revue InfraStructures, consulté 27 octobre 2017 (sable ou gravier + ciment)Les professionnels parlent aussi de « béton quaternaire » quand un quatrième composant est ajouté en quantité significative (certains bétons quaternaires proposés pour de futurs barrages hydroélectriques pourraient avoir une durée de vie doublée selon leurs concepteurs (ex : Tagnit-Hamou cité par M. Tremblay) .
Des ciments spéciaux ternaires (plus performants que les ciments classiques) ont récemment été utilisés pour des bâtiments de très grande hauteur.
Le « béton de cendres » Au début des années 1950, P. Fouilloux teste en France avec succès le remplacement d'une partie du clinker par des cendres volantes de charbon (l'un des résidus laissés par les centrales électriques au charbon, avec les mâchefers). Le béton additionné de cendre se montre plus résistant aux sulfates et moins perméable (et donc moins percolant, moins sensible à la lixiviation). La cendre diminue en outre la teneur en eau nécessaire au mélange. On continue à chercher à comprendre et améliorer le béton de cendreMasuda Y (2007). Carbonatation du béton de cendres volantes et objectif de résistance pour formuler un béton durable. In Actes de la 5ème conférence internationale sur les structures en béton sous conditions extrêmes d'environnement et de chargement, CONSEC'07, TOURS, 4-6 JUIN 2007 (Vol. 1)|résumé.. Selon Siddique & Noumowé (2006) le remplacement du sable par des cendres de classe F à hauteur de 35 %, 45 % et 55 % en masse améliore la résistance à la compression (de 25 à 41 %), la résistance à la traction par fendage (de 12 à 21 %), la résistance à la flexion (de 14 à 17 %) et le module d'élasticité (de 18 à 23 %) et sa résistance à l'abrasion. Dans ces proportions, plus le taux de cendre est élevé, plus le béton est amélioréSiddique R & Noumowé A (2006) Résistances mécaniques et abrasion de bétons de cendres volantes | Revue européenne de génie civil, 10(10), 1217-1233. | résumé mais la cendre peut aggraver le phénomène de retrait (), ce phénomène peut être limité en conservant le béton en situation humide les premiers jours de priseBallim Y (1993) Conservation et durabilité de béton de ciment de Portland ordinaire, de béton de cendres volantes et de béton de laitier | Materials and Structures, 26(158)|résumé..
Or il se trouve que la cendre volante reste au début du l’un des déchets et des matériaux anthropiques les plus complexes et abondants sur la planète« It is one of the most complex and abundant of anthropogenic materials “ in Yao, Z. T., Xia, M. S., Sarker, P. K., & Chen, T. (2014). A review of the alumina recovery from coal fly ash, with a focus in China. Fuel, 120, 74-85|résumé. S'en débarrasser dans le béton présente donc de nombreux avantages.
« Matériaux cimentaires supplémentaires » (MCS) Ces matériaux sont par exemple des cendres volantes d'origine industrielle ; du laitier en granulé ou en poudre provenant de haut-fourneau, des cendres de balles de riz ou encore de la fumée de silice, ou des déchets de verre broyés en poudre de verreChang, X., Yang, X., Zhou, W., Xie, G., & Liu, S. (2015). Influence of glass powder on hydration kinetics of composite cementitious materials. Advances in Materials Science and Engineering, 2015.Shi, C., & Wu, Y. (2005). Mixture proportioning and properties of self-consolidating lightweight concrete containing glass powder. ACI materials Journal, 102(5), 355-363|résumé. (qui présentent d'intéressantes propriétés pouzzolaniquesShayan & Xu (2006). Performance of glass powder as a pozzolanic material in concrete: A field trial on concrete slabs. Cement and concrete research, 36(3), 457-468., et renforcent le bétonSchwarz N, Cam H & Neithalath N (2008). Influence of a fine glass powder on the durability characteristics of concrete and its comparison to fly ash. Cement and Concrete Composites, 30(6), 486-496., sans être polluants comme le sont les cendres volantes). En 2000 rien qu’au Québec ce sont environ de verre qui ont été récupérées, dont presque 40 000 étaient de type « mixte » (un peu plus difficile à recycler). Tous ces matériaux peuvent partiellement remplacer le clinker.
Le contenu ajouté est présenté en pourcentage de la masse totale (ex : ciment dit « quaternaire » composé de 65 % de clinker, de 5 % de gypse (qui contrôle de la prise) 15 % de laitier, 10 % de cendres volantes et 5 % de fumée de silicePierre-Claude Aïtcin & Sidney Mindnes (2013) Écostructures en béton: Comment diminuer l'empreinte carbone des structures| Éditions Eyrolles, 23 août 2013 - 276 page.