Le béton à faible teneur en CO₂ soumis à un test climatique

Les ciments dont la fabrication génère moins de CO₂ constituent un levier important pour une construction plus respectueuse du climat. Cependant, ce type de béton se carbonate souvent plus rapidement que le béton traditionnel : le carbone présent dans l’air pénètre dans le béton et modifie sa composition chimique. Cela peut entraîner la corrosion de l’acier qui, à l’intérieur, contribue de manière essentielle à la capacité portante de la structure.

Les normes de construction actuelles visent donc à protéger l’acier le plus longtemps possible contre ces altérations. Cette approche désavantage toutefois les types de béton modernes et écologiques par rapport au béton traditionnel, ce qui freine leur adoption dans la pratique. Pour les chercheurs de l’EPFZ, l’approche normative actuelle ne va donc pas assez loin : selon Cristhiana Albert, de l’Institut des matériaux de construction de l’EPF, ce qui est déterminant, c’est plutôt la vitesse à laquelle l’acier rouille effectivement par la suite.

C’est surtout l’humidité qui détermine la vitesse à laquelle l’acier rouille dans le béton. Selon Mme Albert, lorsque le béton est humide, ce processus peut se dérouler jusqu’à cent fois plus vite que lorsqu’il est sec. En comparaison, la composition des mélanges de béton étudiés a eu une influence nettement moindre.

Les chercheurs ont étudié trois mélanges de béton sur quatre sites présentant des conditions climatiques différentes : Zurich, Bergen, Manaus et Huailai. Ils ont intégré des données météorologiques détaillées dans un modèle qui reproduit les variations temporelles de l’humidité dans le béton, et montre ainsi à quelle vitesse l’acier rouille à l’intérieur.

Pour Ueli Angst, professeur spécialisé dans la durabilité des matériaux à l’ETH Zurich, l’un des résultats s’est avéré particulièrement surprenant : « Le climat joue un rôle bien plus important que nous ne l’avions prévu. Un même béton peut se comporter de manière totalement différente selon le climat. » Pourtant, les normes européennes actuelles classent ces quatre sites dans la même catégorie « alternance de phases humides et sèches ».

Cela apparaît particulièrement clairement à Bergen et à Manaus : ces deux villes enregistrent environ 2'500 millimètres de précipitations par an. Pourtant, selon les calculs, l’acier rouille à des vitesses différentes. En effet, le béton absorbe rapidement l’eau, mais ne sèche que lentement. L’alternance entre les phases pluvieuses et sèches est donc déterminante. Les simulations montrent en outre que certains types de béton à faible teneur en CO₂ étudiés peuvent, selon le site, durer 50 ans ou plus, mais subir des dommages plus tôt dans d’autres conditions. La quantité annuelle de pluie ou l’humidité moyenne de l’air ne suffisent donc pas à elles seules à déterminer dans quelle mesure l’acier présent dans le béton est attaqué. 

Ces résultats ne signifient pas que le béton à faible teneur en CO₂ ait systématiquement une durée de vie plus courte, ni qu’il soit dangereux. En termes de résistance, ce type de béton n’a rien à envier au béton traditionnel. La question cruciale est plutôt de savoir comment il se comporte sur plusieurs décennies. Certes, il peut perdre plus rapidement sa protection naturelle de l’acier. Mais si le béton n’est pas constamment humide, l’acier ne rouille ensuite que très lentement pendant une longue période.

« Nous devons mieux comprendre comment les types de béton respectueux du climat se comportent à long terme dans différentes conditions climatiques », explique Albert. Au lieu d’utiliser partout le même béton selon les mêmes règles, il faudra à l’avenir tenir davantage compte de l’emplacement d’un ouvrage. Il n’y aura plus de solution unique fonctionnant aussi bien partout. Dans les régions particulièrement humides, par exemple, des mesures supplémentaires visant à réduire la pénétration de l’eau pourraient s’avérer nécessaires.

Cette nouvelle approche pourrait ainsi lever un obstacle à l’utilisation de matériaux de construction à plus faible empreinte carbone. De nombreuses méthodes d’essai actuelles ont été développées pour les ciments traditionnels et ne tiennent de plus en plus pas compte des propriétés spécifiques des types de béton respectueux du climat. « Les normes actuelles peuvent ainsi devenir un obstacle à l’utilisation de matériaux nouveaux et plus respectueux de l’environnement », relève Angst.

L’approche développée n’est pas encore adaptée à la pratique de la conception : les calculs sont complexes et doivent encore être validés sur des ouvrages réels. À long terme, les chercheurs souhaitent mettre au point une méthode plus simple permettant d’évaluer plus rapidement les nouveaux types de béton, sans avoir à attendre des décennies pour disposer d’expériences tirées d’ouvrages réels. Cela revêt également une importance particulière dans le contexte du changement climatique : si la fréquence et la durée des périodes de pluie et de sécheresse changent, la vitesse à laquelle l’acier rouille dans le béton peut également varier. À l’avenir, un tel « test climatique » pourrait indiquer quel béton à faible émission de CO₂ est adapté à quel emplacement sur le long terme.