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La technologie des couches-culottes pour des tunnels sans fuites

La technologie du béton autocicatrisant pourrait être utilisée dans les tunnels, dans les garages souterrains ou sur les ponts. ©Wouter Van Vooren

Le chercheur Didier Snoeck a mis au point un béton où les fissures internes se referment d’elles-mêmes. Il utilise pour ce faire des polymères super absorbants, comme dans les couches-culottes.

"Sous certains aspects, notre laboratoire ressemble à une installation de production de drogues", explique en riant le chercheur Didier Snoeck, spécialisé dans la technologie du béton. Cela s’explique par les barils et petits pots de poudre blanche qui traînent dans son laboratoire. Cette poudre – aux propriétés très absorbantes – joue un rôle crucial dans ses recherches sur un nouveau type de béton.

"L’avenir se trouve dans le béton autocicatrisant, inspiré de la technologie des couches-culottes." Ingénieur civil, Didier Snoeck a commencé à s’intéresser au sujet il y a dix ans. Il fait partie d’un laboratoire de l’Université de Gand qui emploie 50 personnes. Et il pourra bientôt constituer sa propre équipe à l'ULB.

Des recherches dans le monde entier

"Les choses bougent. Le béton est un matériau à la mode", explique-t-il. "En dehors de l’eau, il est le matériau le plus utilisé au monde." De fait, partout dans le monde, des chercheurs étudient le béton. Pour remplacer le ciment, un des plus gros émetteurs de CO2 au monde, par un meilleur matériau. Pour rendre le béton plus résistant aux chocs et aux tremblements de terre grâce à des fibres de lin, de chanvre ou de plastique. Pour imprimer les bâtiments, couche par couche, en 3D. Et pour donner au béton des propriétés autocicatrisantes, à l’image du corps humain.

Le béton peut réparer lui-même de petites fissures de maximum 30 micromètres. Mais en cas de fissures plus importantes, les choses dégénèrent.

"Une coupure au doigt se referme après quelques jours. Les os fracturés se ressoudent avec un peu d’aide. Ce principe semble aussi fonctionner avec le béton", explique Didier Snoeck, qui nous livre un cours accéléré sur le béton.

Un matériau fragile

Le béton est à la fois un matériau rigide capable de supporter une pression énorme, mais aussi une matière fragile et vulnérable aux fissures. Le béton peut réparer lui-même de petites fissures de maximum 30 micromètres. Mais en cas de fissures plus importantes, les choses dégénèrent. "Dès que de l’eau ou d’autres matières indésirables s’infiltrent, l’armature se corrode et la structure se désagrège progressivement."

Prenons les tunnels bruxellois, où des morceaux de béton sont tombés sur le sol. Les travaux de réparation sont alors non seulement très chers, mais ils provoquent également de nombreux embarras de circulation – et beaucoup de frustration chez les riverains.

Absorber comme une éponge

Le béton autocicatrisant est un sujet brulant. Imaginez du béton contenant des mini-capsules remplies de polyuréthane qui commencent à s’émulsifier au contact de l’eau et comblent ainsi les fissures.

À Anvers, un chantier préparatoire aux travaux de la liaison Oosterweel teste du béton comportant des bactéries. Celles-ci se "réveillent" lorsqu’elles entrent en contact avec de l’eau et de l’oxygène. Elles provoquent la formation de calcaire et colmatent ainsi les fissures.

"Nos polymères absorbent une partie de l’eau qui se trouve dans le béton et la restituent après un jour ou deux (...)."
Didier Snoeck
Chercheur à l’Université de Gand

Didier Snoeck adopte, pour sa part, une approche différente: l’utilisation de polymères super absorbants. Ces derniers sont notamment utilisés dans les couches-culottes pour absorber l’urine. "Nous ajoutons cette poudre au béton, qui est un mélange de ciment, de sable, de gravier et d’eau. Chaque petit grain peut, comme une éponge, absorber jusqu’à 20 fois son poids en eau."

Cela a un double effet. "Normalement, le béton se rétracte lorsqu’il sèche, ce qui provoque des microfissures, y compris dans le béton armé", précise-t-il. "Nos polymères absorbent une partie de l’eau qui se trouve dans le béton et la restituent après un jour ou deux, ce qui permet au béton de durcir plus progressivement, avec moins de risques de fissures. Si celles-ci font malgré tout leur apparition plus tard et que de l’eau s’infiltre, c’est la même magie qui opère. Les polymères se gonflent, l’eau réagit avec le CO2 et le calcium contenu dans le béton, forme des cristaux de carbonate de calcium – comme dans les coquilles d’œufs – et comblent la fissure. Il s’agit des mêmes dépôts de cristaux blancs que l’on voit parfois dans les endroits où le béton fuit dans les tunnels et les garages."

Commercialisation dans 5 ans

Ces trois dernières années, près de 700.000 euros ont été investis dans le projet. L’étape suivante comprend une période de suivi qui permettra de collecter des données supplémentaires et de demander une certification. Il faudra donc attendre encore cinq ans pour que le nouveau béton soit commercialisé.

+15%
Le béton autocicatrisant coûte 10 euros de plus par m3 que le béton traditionnel, soit près de 15%.

Didier Snoeck ne pense pas que ce nouveau béton fasse immédiatement son entrée sur le marché des particuliers, mais il est convaincu qu’il existe bien un marché. Il songe avant tout à une application dans les tunnels ou garages souterrains, où l’eau constitue souvent un problème. Mais aussi dans des ponts, où les réparations sont souvent difficiles et coûteuses.

"Ce béton coûte 10 euros de plus par m3 que le béton traditionnel, soit près de 15%. C’est acceptable. Il faut regarder le coût total. Vous pouvez économiser au niveau des armatures et de l’entretien. Vous gagnez sur les deux tableaux. Et vous évitez beaucoup de problèmes."

Le résumé

Didier Snoeck (photo) a mis au point un béton où les fissures internes se referment d’elles-mêmes. Il utilise pour cela des polymères super absorbants, comme dans les couches-culottes.

Le béton autocicatrisant est utile dans les tunnels ou garages souterrains pour prévenir les infiltrations d’eau et la corrosion du béton armé. Les tests, réalisés en collaboration avec Inter-Beton et l’entreprise Artes Group, sont concluants.

La recherche sur le béton a le vent en poupe. Songez aux alternatives au ciment, à l’impression du béton en 3D ou au béton antisismique avec fibres de lin.

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