Utilisation synergique de poudre de verre issue de déchets pour un béton résistant au feu et faiblement activé alcalinement

Transformer le verre jeté en bâtiments plus résistants

Chaque année, des montagnes de bouteilles et de bocaux en verre deviennent des déchets, tandis que de nombreux bâtiments en béton restent vulnérables aux incendies intenses et portent une lourde empreinte carbone. Cette recherche explore une manière d’aborder ces deux problèmes simultanément : réduire le verre de rebut en poudre et l’utiliser pour fabriquer un nouveau type de béton qui est non seulement plus résistant, mais aussi mieux à même de supporter des températures extrêmes, tout en réduisant les produits chimiques et l’énergie habituellement nécessaires.

Pourquoi le béton ordinaire peine face à un incendie

Le béton utilisé dans la plupart des constructions est à base de ciment Portland ordinaire, dont la fabrication émet de grandes quantités de dioxyde de carbone. En situation d’incendie, ce béton traditionnel peut se fissurer, perdre de la résistance et même céder, mettant en danger les structures et les personnes. Les ingénieurs développent des liants alternatifs qui remplacent le ciment par des sous-produits industriels tels que les cendres volantes des centrales à charbon et les laitier de la production d’acier. Lorsque ces poudres sont « activées » avec des solutions alcalines, elles forment un béton activé alcalinement, qui a déjà montré de meilleures performances à haute température que le béton traditionnel, mais qui présente encore des limites et peut nécessiter des doses élevées de produits chimiques caustiques.

Comment le verre de déchet s’intègre au mélange

L’étude se concentre sur la poudre de verre issue de déchets, finement broyée, comme troisième ingrédient dans ce béton alternatif. Le verre est riche en une forme de silice qui réagit facilement en milieu alcalin, contribuant à lier les autres particules en un réseau interne plus compact. Les auteurs ont ajusté systématiquement la proportion de poudre de verre remplaçant soit les cendres volantes soit le laitier, ainsi que la quantité d’hydroxyde de sodium (un alcalin courant) nécessaire. Ils ont ensuite coulé des cubes de béton et les ont exposés à des températures allant de la température ambiante jusqu’à un redoutable 1000 °C, mesurant la part de résistance conservée et la déformation sous charge.

Trouver le compromis optimal entre résistance et résistance à la chaleur

Parmi cinq mélanges clés, un s’est démarqué : un assemblage où 25 % des cendres volantes ont été remplacées par de la poudre de verre tout en conservant la teneur en laitier. Ce mélange, nommé M3C5 dans l’étude, a atteint une résistance en compression impressionnante d’environ 69 mégapascals à température normale — nettement supérieure au meilleur témoin sans ciment qui n’utilisait pas de verre. Fait crucial, le mélange à base de verre a obtenu cette performance avec seulement 8 % d’hydroxyde de sodium, alors que le témoin nécessitait 10 % pour s’en approcher. Lors d’un chauffage à 1000 °C, le béton enrichi en verre a conservé un peu plus de 40 % de sa résistance initiale, surpassant le mélange témoin, et a montré une meilleure capacité à se déformer sans rupture brutale, une propriété précieuse en situation d’incendie où les structures sont poussées à leurs limites.

Examen de l’intérieur du nouveau béton

Pour comprendre pourquoi le béton contenant du verre se comportait si bien, les chercheurs ont examiné sa structure interne à l’aide de microscopes et de techniques par rayons X. Dans le mélange témoin, ils ont observé des poches de cendres volantes non réagies et un gel liant les grains plus irrégulier et poreux. En revanche, le mélange avec poudre de verre présentait une matrice plus dense et plus homogène, avec moins de vides et un meilleur contact entre les particules. Le verre à haute teneur en silice a favorisé la formation de gels solides et entrelacés qui résistaient à la fissuration et limitaient la perte d’eau et de matière lors du chauffage. En conséquence, les échantillons contenant du verre ont perdu moins de masse et développé moins de fissures de surface à mesure que la température augmentait.

Ce que cela signifie pour les bâtiments de demain

Pour le grand public, la conclusion est simple : la poudre de verre finement broyée peut aider à créer un nouveau type de béton plus solide, qui reste plus fiable sous de fortes chaleurs et utilise un activateur chimique moins agressif. En intégrant des bouteilles jetées dans la structure de bâtiments résistants au feu, cette approche favorise une économie circulaire, réduit le fardeau environnemental de la production de ciment et de l’élimination du verre, et ouvre la voie à des villes plus sûres et plus durables.

Citation: Deepti, Y., Kumar, S., Bandyopadhyay, A. et al. Synergic utilization of waste glass powder for fire-resilient and low alkali-activated concrete. Sci Rep 16, 4989 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35338-3

Mots-clés: béton avec verre recyclé, matériaux résistants au feu, construction à faible empreinte carbone, béton activé alcalinement, économie circulaire