Béton performant et durable : valoriser le caoutchouc recyclé et le laitier pour la résistance et l’éco‑responsabilité

Transformer de vieux pneus et des déchets industriels en béton plus résistant

Le béton est omniprésent dans la vie moderne — des ponts et des tours aux trottoirs et tunnels — mais la production de son ingrédient principal, le ciment, émet d’importantes quantités de dioxyde de carbone dans l’atmosphère. Cette étude explore une question intrigante : peut‑on utiliser des sous‑produits d’usine et des pneus hors d’usage comme ingrédients d’un béton haute performance qui reste résistant et sûr, tout en étant moins coûteux et bien meilleur pour la planète ?

Pourquoi repenser le béton est important

La production de ciment à elle seule est responsable d’environ 8 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone, ce qui en fait une cible majeure pour l’innovation climatique. Parallèlement, des millions de tonnes de laitier issu de la sidérurgie et de caoutchouc jeté provenant de pneus en fin de vie s’accumulent comme déchets. Les chercheurs ont cherché à concevoir un type de béton haute performance remplaçant une part importante du ciment par du laitier granulé de haut fourneau et de la poudre de caoutchouc finement broyée. Leur objectif : réduire autant que possible la teneur en ciment — et donc les émissions et le coût — tout en respectant les exigences strictes de résistance et de durabilité des infrastructures modernes.

Comment les nouveaux mélanges ont été testés

L’équipe a mis au point une série de formulations en substituant progressivement le ciment par jusqu’à 50 % de laitier et, dans le mélange au laitier le plus prometteur, en ajoutant jusqu’à 30 % de poudre de caoutchouc. Ils ont ensuite moulé et durci des éprouvettes standard et mesuré leur capacité à résister à l’écrasement, à la flexion et à la rupture par fendage — trois indicateurs fondamentaux de la performance structurelle. Outre les essais de résistance, ils ont évalué la maniabilité du béton frais, la masse du matériau durci et la manière dont il se fissure sous charge, ce qui révèle s’il se rompt de façon fragile ou plus ductile. Pour comprendre ce qui se passe à l’intérieur du matériau, ils ont également utilisé des techniques de laboratoire sondant la structure cristalline et la microstructure de la pâte durcie.

Résistance, flexibilité et meilleure recette

Les résultats ont montré que le laitier est un substitut particulièrement compatible au ciment. Remplacer jusqu’à 30 % du ciment par du laitier entraînait une baisse d’environ 5 à 10 % seulement des résistances en compression, en traction et en flexion, tout en améliorant le remplissage du béton frais et en réduisant légèrement sa masse. Au‑delà de 30 % de laitier, la résistance diminuait plus nettement. La poudre de caoutchouc se comportait différemment : même à faibles dosages elle réduisait la résistance, mais rendait le béton beaucoup plus déformable et meilleur pour absorber l’énergie avant rupture — propriétés utiles en cas d’impacts ou de séismes. Une substitution de 10 % par du caoutchouc, combinée à 30 % de laitier, a réduit la résistance en compression d’environ 89 à 73 mégapascals tout en doublant approximativement le déplacement à rupture et en maximisant l’énergie de fracture, indiquant un matériau plus tenace et moins fragile.

Ce qui se passe à l’intérieur du matériau

Les études microscopiques ont expliqué ces compromis. Le laitier participe aux mêmes réactions chimiques qui confèrent la résistance au béton conventionnel, formant un gel liant supplémentaire qui densifie la matrice interne. Le caoutchouc, en revanche, est chimiquement inerte et hydrophobe. De minuscules particules de caoutchouc interrompent le réseau continu du ciment, créant des zones de contact plus faibles et de petites poches de porosité autour d’elles. Des analyses avancées ont montré que les mélanges contenant du caoutchouc produisaient moins des phases clés responsables de la résistance et présentaient une texture plus hétérogène et plus poreuse. Cela explique pourquoi le matériau devient plus flexible et capable d’absorber de l’énergie, mais moins apte à supporter des charges extrêmes.

Bénéfices climatiques et économiques

En dehors du laboratoire, les chercheurs ont évalué les implications environnementales et économiques de leurs formulations. Grâce à une analyse du cycle de vie complète, ils ont constaté que remplacer le ciment par du laitier pouvait réduire l’empreinte carbone du béton d’environ 42 % au maximum, tandis que des ajouts de caoutchouc jusqu’à 30 % diminuaient les émissions d’environ 37 %, grâce à la réduction du ciment et à la réutilisation des pneus usés. Une fois les prix des matériaux pris en compte, les mélanges riches en laitier s’avéraient clairement moins coûteux par mètre cube que le béton haute performance traditionnel, le mélange à 30 % de laitier offrant le meilleur rapport résistance/coût. Le caoutchouc réduisait encore le coût des matériaux, mais la perte de résistance qu’il entraînait limitait l’intérêt pour des projets requérant une capacité portante très élevée.

Ce que cela signifie pour les bâtiments de demain

Pour le grand public, la conclusion principale est que le béton n’a pas à être un choix binaire entre résistance et durabilité. Ce travail montre que des mélanges soigneusement ajustés utilisant environ 30 % de laitier sidérurgique et 10 % de poudre de caoutchouc recyclé peuvent produire un béton encore suffisamment résistant pour des applications exigeantes, tout en étant plus léger, plus tenace, moins cher et beaucoup moins carboné que les formulations haute performance traditionnelles. Avec des études complémentaires sur la durabilité à long terme et des mises à jour des codes du bâtiment, ces recettes pourraient permettre de transformer les déchets industriels et les pneus hors d’usage en ponts, bâtiments et autres infrastructures plus sûrs et à empreinte environnementale fortement réduite.

Citation: Bahmani, H., Mostafaei, H. Sustainable high-performance concrete: harnessing recycled rubber and slag for strength and eco-friendliness. Sci Rep 16, 7376 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35362-3

Mots-clés: béton durable, caoutchouc recyclé, laitier de haut fourneau, construction bas carbone, béton haute performance