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HP2A vs CIMENT

L’utilisation d’un liant HP2A
en alternative au ciment Portland
permet de diviser au minimum par 5
les émissions de CO2.

L’industrie de la construction est responsable de 20 % des émissions de CO2 dans le monde et ce chiffre augmente chaque année.

Depuis la découverte du plâtre au Néolithique jusqu’aux technologies d’aujourd’hui, en passant par le ciment Romain, l’Humanité a toujours utilisé les propriétés de la matière pour construire des édifices. En effet, tailler la roche et la transporter est un travail pénible et complexe. De plus, les gisements de roches adaptées étaient souvent très loin des centres d’habitation. Les hommes ont donc très vite compris que la solution la plus facile était de réassembler des sables et des graviers à l’aide de liants pour leur donner la forme voulue. Les siècles d’Histoire ont ainsi permis l’élaboration de très nombreux liants minéraux aux propriétés diverses pour toutes sortes d’applications.

L’empreinte écologique des liants HP2A
répond aux besoins et aux attentes actuels

Cependant, sans doute pour la première fois dans son Histoire, l’Humanité est confrontée de manière globale à la fois à un épuisement générale des ressources et aux conséquences des impacts environnementaux de l’utilisation et de la transformation de ces ressources (réchauffement climatique, pluies acides, déforestation, bioaccumulation de micro-polluants, etc…). La nécessité d’intégrer ces impacts dans le calcul des coûts économiques d’un projet se fera donc de plus en plus pressante.

COMPARAISON TECHNOLOGIQUE CIMENT PORTLAND / HP2A

LE CIMENT PORTLAND

Le ciment Portland a été inventé au cours du XIX ème siècle par les Européens. Le principe de fonctionnement de ce ciment est de type « hydraulique » ce qui signifie qu’il nécessite la présence d’eau pour que la réaction de durcissement ait lieu.
Le ciment Portland de base est une poudre composée principalement de clinker Portland et d’un peu de régulateur. Le clinker Portland est obtenu par cuisson vers 1450°C pendant plusieurs heures d’un mélange de calcaire et d’argile dont la composition doit répondre à un cahier des charges précis et est éventuellement ajustée à l’aide d’additifs minéraux.
Pendant la cuisson plusieurs phénomènes réactionnels se produisent qui aboutissent à la clinkerisation du mélange. Après refroidissement, le produit intermédiaire est ensuite broyé finement et additionné d’un ou plusieurs éléments pour lui donner ses propriétés finales.

Le ciment Portland contient ainsi plusieurs « phases » principales dont :

– Le silicate tricalcique anhydre, composant majoritaire, de formule brute (CaO)3.SiO2, abrégée en notation cimentière C3S
– Le silicate dicalcique anhydre, de formule brute (CaO)2.SiO2, de notation cimentière C2S
– L’aluminate tricalcique anhydre, de formule brute (CaO)3.Al2O3, de notation cimentière C3A
– L’aluminoferrate tetracalcique anhydre, de formule brute (CaO)4.Al2O3.Fe2O3, de notation cimentière C4AF

Ces composés anhydres ont une solubilité plus grande que leur formes hydratées. Les réactions d’hydratation qui se produisent donc pour chacun de ces composés en présence d’eau aboutissent alors à une recristallisation ordonnée et forment ainsi un bloc.
La nature exacte de ces réactions est très complexe mais il est admis que le principal composé structurant est le disilicate de calcium hydraté, communément appelé CSH. Pour le silicate tricalcique anhydre on a donc l’équation bilan suivante :
(CaO)3.SiO2 + 3 H2O CaSiO3.H2O + 2 Ca(OH)2

En plus du silicate de calcium hydraté, on voit donc que l’on forme de la chaux hydratée, nommée Portlandite. La chaux donne au ciment son caractère alcalin (pH de 12.5), elle catalyse la réaction d’hydratation et stabilise l’hydrate de silicate de calcium formé.
Les bétons et les mortiers sont, à la base, un mélange de ciment Portland et de fines, sables et gravillons, globalement nommés « granulats ». Les hydrates structurants produits pendant les réactions d’hydratation « collent » ainsi les particules de granulats les unes aux autres pour former le bloc final.

UNE NÉCESSAIRE ALTERNATIVE

La construction représente une fraction non négligeable de la production de gaz à effet de serre dans le monde notamment du fait de l’utilisation de ciment Portland. En effet, ce type de ciment, bien que performant et ayant rendu de nombreux services, nécessite, pour sa fabrication, d’une part, la consommation de nombreuses ressources et, d’autre part, produit une quantité non négligeable de polluants responsables, entre autres, du réchauffement climatique et des pluies acides. De plus, dans le mix combustible utilisé pour sa fabrication, il y a une part très importante de déchets dangereux. Enfin, sa durée de vie, bien que longue, est limitée par les multiples dégradations, notamment liées à la pollution atmosphérique, qu’il peut subir au cours du temps. Toutes ces particularités font que le ciment Portland s’inscrit de moins en moins dans une démarche de développement durable.

LE HP2A : UN GÉOPOLYMÈRE

Les géopolymères ont été inventés vers la fin des années 70 par le professeur Davidovits. Leurs propriétés en termes de durabilité, de performances mécaniques et de développement durable ont récemment mis ces liants de nouvelle génération sur le devant de la scène.

M. David HOFFMANN, a développé sur la base des géopolymères, la technologie HP2A qui permet de réaliser industriellement ce type de liants à des coûts en accord avec la logique économique.

La réaction de géopolymérisation est similaire dans son principe à la fabrication de polymères minéraux. En effet, pour fabriquer un plastique, on utilise souvent un copolymère, composé de grandes molécules contenant des sites réactionnels, sur lesquels on fait réagir un agent qui va provoquer la réaction des molécules de copolymères entre elles selon un mécanisme appelé réticulation. Un exemple bien connu de ce type de procédé est la vulcanisation du caoutchouc par le soufre, le produit de la réaction possède des propriétés différentes des réactifs de départ.

D’une manière tout à fait similaire, on forme un géopolymère à partir d’une matrice minérale contenant des sites réactionnels sur lesquels on fait réagir les agents de réticulation contenus dans une solution dite d’activation. Cette réaction produit un gel qui enrobe les granulats et durcit au fur et à mesure de l’avancement réactionnel. A la fin, on obtient donc un bloc monolithique composé d’un « verre » dans lequel sont englobés les granulats.

Un bloc de construction de type HP2A est réalisé à partir de 3 composants de bases :
– Une matrice minérale ;
– Une solution d’activation, qui contient les réactifs qui vont permettent aux sites réactionnels de se « coller » ensemble ;
– Un squelette granulaire, autour duquel le futur géopolymère va former son réseau tridimensionnel.

AVANTAGES TECHNIQUES FACE AU CIMENT PORTLAND

Au niveau de la vitesse de prise : un ciment Portland commence à durcir au bout de quelques heures mais le développement de résistances mécaniques importantes sont très progressives et se font sur plusieurs jours. Un béton HP2A commence à durcir après 15 à 120 minutes et les résistances mécaniques apparaissent beaucoup plus rapidement. Ainsi, en fonction des formulations, on considère que plus de 50% de la résistance à 28 jours d’un béton HP2A est obtenue dès la 1ère journée. Cette propriété permet un démoulage beaucoup plus rapide.

Tenue au feu : on considère qu’un béton à base de ciment Portland se désagrège très rapidement dès 650°C. Les bétons à base HP2A, si tant est que les granulats soient adaptés, peuvent supporter plus de 850°C et jusqu’à 1200°C. De plus, la présence d’eau dite, zéolithique, confère aux produits réalisés à partir de la technologie HP2A des propriétés ignifuges.

Résistance aux agents chimiques : la résistance aux agents chimiques est aussi un avantage bien connu de la technologie HP2A. Ainsi, contrairement au cas d’un ciment Portland, les ions sulfate et chlorure n’ont aucun effets destructeurs significatifs. On observe aussi une résistance bien plus importante aux attaques acides. Cette particularité est un avantage important en milieu marin ou dans l’industrie chimique.

Passivation des aciers : le pH alcalin d’un ciment Portland qui protège les armatures métalliques a une durée limitée dans le temps. En effet, la chaux présente dans le béton Portland finit par se carbonater ce qui, à plus ou moins long terme, conduit à la corrosion des armatures et à la déstabilisation des édifices. Ce phénomène bien connu n’a pas lieu dans un béton à base HP2A puisque le pH alcalin se stabilise vers 11 ce qui est suffisant pour assurer la passivation des aciers.

Perméabilité à la vapeur d’eau : la capacité importante d’échange en vapeur d’eau d’un béton à base HP2A permet de créer un décalage thermique qui améliore le confort intérieur. Ce phénomène n’est pas observé sur des bétons Portland.

Retrait au séchage : Le retrait d’un béton à base HP2A est bien plus faible que celui observé sur une base Portland. Cet avantage permet, par exemple, de réaliser des formes précises à l’aide de moules.

AVANTAGES ÉCOLOGIQUES FACE AU CIMENT PORTLAND

La technologie HP2A utilise des matériaux naturels, abondants, non issus de la pétrochimie. Sa consommation en ressources naturelles, calculée à l’aide de l’indice ADP, est très faible.
Par rapport au Ciment Portland, c’est une division par 5.

Chiffres clés
du ciment dans le monde en 2017
107 t/sec
la production totale mondiale
90 %
de la demande vient des pays émergents
1400°c
la température minimale de chauffe du Clinker
2 nd
industrie la plus émettrice de CO2