Projet conjoint "Béton à basse énergie"

À l’échelle mondiale, le secteur de la construction représente près de 40 % de la consommation d’énergie, dont la majeure partie est liée au fonctionnement des bâtiments. L’amélioration continue de l’efficacité énergétique des constructions a permis de réduire la part de l’énergie de fonctionnement, augmentant ainsi l’importance de l’énergie grise des matériaux intégrés dans les bâtiments. D’après les critères de construction durable de la société à 2000 watts, la consommation d’énergie des nouveaux bâtiments devrait provenir à 70 % de leur construction et à 30 % de leur fonctionnement. En Suisse, le béton demeure le matériau le plus utilisé dans la construction et la réduction de l’énergie grise et des émissions carbone associées est une priorité pour faciliter la transition énergétique.

Le projet conjoint visait à réduire l’impact des matériaux de construction utilisés, en particulier dans les ouvrages en béton. S’il est possible de réduire davantage les émissions liées à la production de ciment en intensifiant la substitution du clinker, cette solution reste toutefois limitée en raison de la perte de résistance mécanique et du risque de corrosion des fers d’armature qu’elle entraîne. Les projets visaient par conséquent à réduire la teneur en clinker des matériaux sans perte de leur résistance initiale, ainsi qu’à développer en parallèle des solutions structurelles où l’acier est remplacé par des matériaux non ferreux.

Au niveau matériel, un nouveau ciment à mélange ternaire a été mis au point, dans lequel la réduction de clinker atteint jusqu’à 65 % sans perte des propriétés de résistance initiales. Sur le plan structurel, de nouveaux types de béton à armatures non métalliques ont été testés et développés dans le but d’éviter les problèmes de durabilité. Les résultats ont montré que la substitution d’une grande part de ciment par des ajouts cimentaires permettait de réduire les émissions de jusqu’à 50 %, tandis qu’au niveau structurel l’optimisation de l’hybridation matérielle et structurelle permettait d’économiser 80 % de carbone.

Importance pour la recherche

Le projet a permis d’obtenir des résultats intéressants du point de vue de la recherche. Il a notamment démontré qu’une forte substitution du clinker dans le béton était possible sans perte de résistance initiale. Le faible pH du nouveau mélange de béton n’affecte pas nécessairement la corrosion due à la carbonatation des structures traditionnelles à armature d’acier. Si une bonne résistance à la corrosion a été mesurée dans des conditions environnementales standard, un risque accru est probable dans des conditions de forte humidité. Les nouvelles structures de béton innovantes permettent de réduire à la fois l’énergie grise et les émissions de carbone sur l’ensemble du cycle de vie d’un bâtiment, tandis que la future dématérialisation peut conduire à une baisse supplémentaire des émissions de carbone.

Importance pour la pratique

Les technologies de béton ciblées permettent des économies d’énergie significatives pour la transition énergétique si les solutions sont mises en œuvre. L’influence des parties prenantes sera essentielle pour une transition rapide. Au niveau matériel, le ciment à faible teneur en clinker peut être produit en utilisant les équipements et installations déjà utilisées pour la production de ciment traditionnel. Aucun changement n’est donc nécessaire au niveau des installations des cimenteries. Des tests de durabilité constants sur des structures réelles en béton armé permettent de procurer des données utiles aux concepteurs et aux prestataires. Leurs résultats fourniront des données essentielles pour démontrer la sécurité des nouvelles structures en béton et contribuer à venir à bout des résistances que l’on rencontre habituellement dans un secteur aussi conservateur que la construction.

Concrete Solutions

Ce projet conjoint se compose de cinq projets de recherche

Formulation, use and durability of concrete with low clinker cements

• Prof. Robert J. Flatt, Institut für Baustoffe, ETH Zürich; Prof. Bernhard Elsener, Prof. Karen Scrivener, Dr. Marta Palacios

Next generation UHPFRC for a sustainable built environment

• Dr. Emmanuel Denarié, Laboratoire de maintenance, construction et sécurité des ouvrages, EPF Lausanne; Prof. Eugen Brühwiler, EPF Lausanne

Beech wood concrete hybrid structures

• Prof. Andrea Frangi, Institut für Baustatik und Konstruktion, ETH Zürich; Prof. Ingo Burgert

Low-clinker, high-performance concrete elements pre-stressed with carbon-fiber reinforced polymer reinforcement (LCHPC)

• Prof. Pietro Lura, Abteilung Analytische Chemie, EMPA Dübendorf; Dr. Giovanni Pietro Terrasi

Getting more out of Structures through Monitoring and Simulation

• Prof. Eleni Chatzi, Institut für Baustatik und Konstruktion, ETH Zürich; Prof. Eugen Brühwiler, EPF Lausanne