Des déchets au matériau de construction : à Cordoue, ils ont développé un pavé sans sable naturel ni ciment
L’industrie de la construction est aujourd’hui soumise à une forte pression pour réduire les émissions de dioxyde de carbone et la consommation de matières premières non renouvelables, tout en devant livrer suffisamment de matériaux pour répondre aux besoins croissants du logement et des infrastructures. Le ciment est particulièrement problématique : sa production est énergivore et chimiquement « verrouillée » dans des processus qui génèrent du CO2, si bien que le secteur est cité dans de nombreuses stratégies de décarbonation comme l’un des domaines les plus difficiles pour une réduction rapide des émissions. Dans ce contexte, les chercheurs tentent de plus en plus de concilier deux besoins – la gestion des sous-produits industriels et la réduction de la part des liants classiques à forte intensité carbone – au moyen de solutions relevant de l’économie circulaire.
C’est précisément dans cette logique qu’est né un nouveau type de pavé perméable (pervious paving block) développé par une équipe de l’École des sciences de l’ingénieur de Belmez (Escuela Politécnica Superior de Belmez, EPSB) de l’Université de Cordoue. Leur objectif était ambitieux : remplacer dans la formulation à la fois l’agrégat (sable/gravier) et le ciment, de sorte que le produit final ne contienne plus d’agrégats naturels ni de ciment conventionnel, mais utilise exclusivement des matériaux recyclés et des surplus industriels.
Ce qu’ils voulaient changer et pourquoi
Dans les mortiers et bétons classiques, les agrégats naturels représentent le plus grand volume. Cela signifie que chaque tonne de béton « exige » une grande quantité de sable et de gravier, des ressources localement limitées, de plus en plus coûteuses et liées à des pressions écologiques sur les cours d’eau, le littoral et les carrières. Parallèlement, le ciment, en tant que liant, représente la plus grande part de l’empreinte carbone du béton. Selon des rapports industriels et publics, la production mondiale de ciment est associée à une part importante des émissions totales de CO2, faisant du ciment une cible clé pour les technologies de réduction des émissions et de captage du carbone.
La combinaison de ces deux problèmes – forte demande d’agrégats et émissions élevées liées au ciment – explique pourquoi la recherche se tourne de plus en plus vers des substituts : au lieu de matières premières « vierges », on utilise des déchets et des sous-produits d’autres industries, souvent difficiles et coûteux à gérer.
Agrégat de coquilles : les déchets de l’industrie de la conserve comme substitut du sable
L’élément le plus reconnaissable de la solution de Belmez est le remplacement de l’agrégat naturel par un matériau issu des coquilles du mollusque marin Acanthocardia tuberculata. Il s’agit d’une espèce comestible de bivalve produite et consommée commercialement, notamment sous forme de conserve. L’industrie de la conserve, comme le souligne l’autrice de l’étude Ágata González-Caro, génère de grandes quantités de ce type de déchet, qui finit souvent en décharge faute de valeur industrielle stable.
Les chercheurs ont broyé mécaniquement les coquilles et les ont préparées afin d’obtenir un agrégat calcaire (calcáreux) capable de remplacer le sable naturel dans les mortiers et le béton. Dans un article scientifique publié dans la revue Materials and Structures, il est montré que le « seashell sand » peut être utilisé comme substitut total du sable naturel dans des pavés perméables vibro-compactés, sans ajout d’agrégat naturel.
Une telle approche a un double effet. D’une part, elle réduit la demande de sable naturel et la pression sur l’extraction. D’autre part, le déchet industriel obtient une « adresse » de marché – au lieu d’un coût d’enfouissement, il devient une matière première. Dans les régions où la transformation des produits de la mer est développée, cela peut être particulièrement intéressant, car la logistique de collecte des coquilles existe déjà et le problème de gestion est permanent.
Sans ciment : activation alcaline des cendres et des résidus miniers
La deuxième étape, plus exigeante sur le plan technologique, consistait à éliminer le ciment conventionnel. À sa place, l’équipe utilise un mélange de sous-produits industriels – des cendres volantes (fly ash) et des résidus de stériles miniers (coal mining tailings) de la zone élargie de Guadiata. Dans un scénario standard, de tels matériaux deviennent souvent une charge pour l’environnement : les terrils occupent de l’espace, peuvent poser des problèmes d’eaux de lixiviation et de poussières, et les cendres exigent une gestion contrôlée.
Le processus clé par lequel « le déchet devient un liant » s’appelle l’activation alcaline. Simplifié, c’est une réaction chimique dans laquelle des matériaux aluminosilicatés, au contact d’une solution fortement alcaline, se réorganisent et forment de nouvelles phases liantes similaires à celles qui confèrent leur résistance au ciment classique. L’article décrit la combinaison de l’activation alcaline avec le vibro-compactage, ce qui est essentiel car les pavés perméables doivent présenter une porosité contrôlée : suffisamment de vides pour laisser passer l’eau, mais aussi suffisamment de résistance pour supporter les charges.
Le CO2 comme partie du procédé : cure carbonatée accélérée
Un élément intéressant de l’étude est aussi la stratégie de cure en présence de CO2 (accelerated carbonation curing). Au lieu de laisser les blocs simplement « sécher » ou d’être curés de manière standard, les auteurs appliquent une carbonatation accélérée pour améliorer les propriétés mécaniques tout en favorisant la fixation d’une partie du dioxyde de carbone dans des phases carbonatées. Dans l’article, cette étape est présentée comme l’un des trois « piliers » de la durabilité : remplacement total du sable par un agrégat de coquilles, liant issu de cendres et de résidus miniers, et cure au CO2 pour augmenter la résistance et potentiellement capter du CO2.
Il est important de souligner que cela ne signifie pas automatiquement « un béton qui nettoie l’atmosphère », mais un étape technologique contrôlée qui peut améliorer les performances et réduire une partie de la charge d’émissions – selon la source de CO2, l’énergie du procédé et l’ensemble du cycle de vie du produit. C’est précisément pourquoi des analyses détaillées de cycle de vie et des comparaisons avec des solutions classiques en conditions réelles de production sont cruciales pour ce type d’innovations.
Ce qui a été obtenu et quelles sont les limites de la solution
Selon les résultats publiés, les pavés développés répondent aux exigences clés généralement demandées pour ce type de produit : résistance mécanique, durabilité et sécurité d’utilisation. Les auteurs soulignent qu’il s’agit d’un produit « entièrement recyclé » du point de vue de sa composition – sans agrégats naturels et sans ciment classique – ce qui est rare, car la plupart des formulations « vertes » conservent tout de même une partie de composants conventionnels.
Parallèlement, les chercheurs indiquent ouvertement qu’il faut encore optimiser certaines étapes de production. Sont notamment mentionnées les questions de compactage et de démoulage (compaction and demolding), qui, en production industrielle, déterminent la vitesse, le coût et le taux de rebut. Un autre sujet concerne des activateurs « plus verts » : les solutions alcalines qui déclenchent les réactions sont souvent chimiquement exigeantes et portent leur propre empreinte environnementale, si bien que la littérature et l’industrie recherchent des alternatives permettant de réduire la dépendance à des produits chimiques conventionnels ou d’utiliser des sous-produits aussi dans cette partie du procédé.
Pourquoi c’est important pour les villes et les infrastructures
Les pavés perméables ne sont pas seulement un élément esthétique. En milieu urbain, ils font partie d’une politique plus large de gestion des eaux pluviales : ils permettent l’infiltration, réduisent le ruissellement de surface et peuvent aider à atténuer la charge des réseaux d’assainissement lors de fortes pluies. À l’ère de précipitations extrêmes de plus en plus fréquentes, les villes recherchent des solutions qui combinent une fonction de circulation et une capacité « éponge » du sol. Si l’on peut en plus réduire l’empreinte carbone du matériau, le bénéfice se multiplie.
Au niveau de l’Union européenne, les déchets de construction et de démolition (C&DW) sont reconnus comme le plus grand flux de déchets, avec des taux de valorisation élevés, mais aussi de nombreux problèmes de qualité du recyclage – une grande part de la valorisation se résume à des usages à faible valeur comme le remblaiement. C’est pourquoi les innovations qui transforment les déchets en produits à forte valeur (upcycling) ont une importance stratégique : elles peuvent améliorer la qualité du recyclage, soulager les décharges et stimuler des chaînes de valeur locales.
Belmez comme « point » de recherche sur la carte minière de l’Andalousie
Le contexte géographique n’est pas négligeable. Belmez fait partie de la Haute vallée de Guadiata (Alto Guadiato), avec une tradition minière, et l’EPSB est un campus de l’Université de Cordoue situé hors de la ville de Córdoba. L’université souligne que l’école est située à environ 70 kilomètres de Córdoba, dans la zone de la Sierra Morena, et qu’elle constitue une référence culturelle et académique importante pour la communauté locale. Dans un tel environnement, l’idée d’utiliser des résidus miniers comme ressource pour de nouveaux matériaux acquiert aussi une dimension sociale : la science s’appuie sur le patrimoine industriel local, mais tente de le réorienter vers des pratiques plus durables.
Tendance plus large : les matériaux déchets comme norme, pas comme exception
Bien que le projet de Belmez soit spécifique par sa combinaison de coquilles, de cendres et de résidus miniers, il s’inscrit dans une tendance plus large qui s’accélère ces dernières années. Les agences internationales et les acteurs industriels avertissent que le ciment et le béton auront du mal à atteindre des objectifs de zéro net sans une combinaison de mesures : réduction de la part de clinker, utilisation de liants alternatifs, amélioration de l’efficacité énergétique, recours à des combustibles à faible teneur en carbone, et captage, utilisation et stockage du CO2. Cela explique pourquoi les projets de laboratoire et pilotes sur les matériaux activés alcalinement sont de plus en plus nombreux : ils offrent un potentiel d’émissions plus faibles, mais exigent une normalisation, des essais de longue durée et une adaptation aux lignes industrielles.
Dans ce sens, le pavé de Belmez doit être lu comme une étape démontrant la faisabilité du concept. La question clé pour la prochaine phase sera la confirmation des performances en conditions réelles (gel–dégel, salage, usure), la stabilité de l’approvisionnement en matières premières issues de déchets, l’économie de production et le cadre réglementaire qui autorise et encourage de tels matériaux. Actuellement, selon les informations disponibles de l’article scientifique, la recherche s’oriente vers l’optimisation du procédé et la recherche d’activateurs à plus faible empreinte environnementale, ce qui déterminera largement la possibilité d’une application plus large.
Sources :- Materials and Structures (Springer Nature) – article scientifique sur des pavés perméables activés alcalinement, durcis au CO2, avec « seashell sand » ( link )- Materials and Structures (PDF) – texte intégral et méthodologie, incluant la description des matières premières et du procédé ( link )- University of Córdoba – EPSB, localisation et informations de base sur le campus de Belmez ( link )- International Energy Agency (IEA) – analyses de la transition du ciment et du béton et des besoins en technologies de réduction des émissions ( link )- U.S. Department of Energy – aperçu du secteur du ciment, contexte des émissions et technologies de captage du CO2 ( link )- European Environment Agency (EEA) – briefing sur les déchets de construction et de démolition et la qualité de la valorisation dans l’UE ( link )
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