Vers la normalisation de la gueuse de zinc comme substitut durable aux granulats fins dans le béton

Pourquoi les déchets pourraient aider à sauver nos rivières

Le sable semble infini, mais le boom de la construction racle les lits de rivières et les côtes à un rythme alarmant. Parallèlement, les fonderies métallurgiques du monde entier produisent des montagnes de résidus industriels difficiles à réutiliser. Cette étude pose une question apparemment simple mais aux enjeux environnementaux majeurs : la gueuse de zinc — sous-produit abondant du raffinage du zinc — peut-elle remplacer en toute sécurité et fiabilité le sable naturel dans le béton, sans compromettre la résistance, la durabilité ni la sécurité ?

Du sable de rivière aux résidus d’usine

Le béton est composé de ciment, d’eau, d’agrégats grossiers et, surtout, d’éléments fins comme le sable. À mesure que les villes s’étendent, la demande en sable explose, endommageant rivières, deltas et écosystèmes côtiers et faisant grimper les coûts. Dans le même temps, les usines modernes de fusion du zinc, notamment dans des pays comme la Corée du Sud, produisent d’importantes quantités de gueuse de zinc. Ce matériau granuleux est constitué de gouttelettes refroidies et écrasées issues du procédé de fusion. Sa granulométrie, sa densité et sa composition minérale suggèrent qu’il pourrait se comporter de façon proche du sable dans le béton. Cependant, les normes dans de grandes régions, y compris en Corée, ont jusqu’ici ignoré la gueuse de zinc, principalement par crainte des métaux lourds et de la variabilité de qualité.

Examen détaillé de la gueuse

Les chercheurs ont commencé par traiter la gueuse de zinc comme un nouvel ingrédient devant être minutieusement vérifié avant d’être incorporé au mélange. Ils ont mesuré la masse volumique des particules, leur absorption d’eau, la distribution granulométrique et leur aspect au microscope électronique. Ils ont aussi analysé la composition élémentaire et la structure cristalline, et recherché des impuretés indésirables comme l’argile, la poussière libre, les sels et des fragments de charbon. Enfin, ils ont contrôlé la teneur totale et le comportement de lessivage d’éléments dangereux tels que le plomb, le cadmium et l’arsenic pour vérifier si l’un d’entre eux pourrait s’échapper dans l’environnement.

La gueuse s’est révélée dense et bien classée, avec des particules couvrant une gamme de tailles qui s’emboîtent efficacement. Son absorption d’eau était très faible — bien inférieure à celle du sable naturel — ce qui signifie qu’elle ne prive pas le béton frais de l’eau de gâchage. Les images au microscope montraient majoritairement des grains anguleux, ainsi que quelques billes plus lisses et arrondies susceptibles d’améliorer l’écoulement du mélange. Sur le plan chimique, la gueuse ressemblait à d’autres scories industrielles déjà acceptées par les normes, et les tests de teneur en éléments nocifs et de lessivage étaient tous nettement inférieurs aux limites réglementaires. En termes pratiques, le matériau se comportait comme un sable manufacturé propre et stable.

Performance du béton contenant de la gueuse

Armée de ces informations, l’équipe a préparé deux familles de bétons : un mélange de résistance normale et un mélange haute performance, tous deux courants dans les projets réels. Pour chacun, ils ont remplacé le sable naturel par de la gueuse de zinc à des niveaux allant de 10 % jusqu’à 100 % en volume. Ils ont ensuite évalué le comportement du béton frais — sa maniabilité, l’eau nécessaire pour atteindre une consistance standard et la quantité d’air piégé — puis effectué des essais sur éprouvettes durcies pour la résistance en compression, le retrait de séchage et la résistance à la pénétration du dioxyde de carbone (un facteur clé de corrosion des armatures avec le temps).

À mesure que la proportion de gueuse augmentait, le béton nécessitait en fait moins d’eau pour atteindre la même consistance, grâce à la faible absorption de la gueuse et à l’effet « rouleaux-billes » de ses grains arrondis. Les mélanges restaient stables, sans séparation visible des particules lourdes. La résistance en compression non seulement atteignait les objectifs de conception mais s’en trouvait souvent améliorée : à 28 jours, le béton de résistance normale avec gueuse était jusqu’à environ 8 % plus résistant que le témoin à base de sable seul, et le béton haute performance jusqu’à environ 6 % de plus. Le retrait sur 60 jours restait dans la même fourchette étroite que le béton ordinaire, et la profondeur de carbonatation après exposition accélérée au dioxyde de carbone montrait virtualement aucune variation pour tous les niveaux de remplacement par la gueuse.

Sécurité, durabilité et implications pour les normes

Pour les organismes de normalisation et les régulateurs, la sécurité environnementale peut être un obstacle décisif. Ici, la gueuse de zinc a donné de bons résultats. Les métaux lourds n’étaient présents qu’à l’état de traces, et les essais de lessivage selon des conditions standardisées ont presque tout détecté dans le liquide environnant, à l’exception de faibles quantités de bore très inférieures aux limites prescrites. La gueuse a également montré une réactivité négligeable avec les alcalis du ciment, ce qui signifie qu’elle ne devrait pas déclencher les dilatations lentes et dommageables parfois observées avec des granulats réactifs. Ensemble, ces résultats suggèrent que, d’un point de vue structurel et environnemental, la gueuse de zinc se comporte de façon comparable à d’autres scories métallurgiques déjà intégrées aux codes du bâtiment.

Transformer un déchet industriel en ressource pour la construction

Pour le grand public, le message clé est simple : cette étude montre que la gueuse de zinc, matériau généralement considéré comme un déchet, peut remplacer en toute sécurité le sable de rivière dans des bétons courants et performants sans affaiblir les ouvrages ni réduire leur durée de vie. Dans de nombreux cas, les mélanges contenant de la gueuse sont légèrement plus résistants et demandent moins d’eau, tout en maintenant le retrait, l’air piégé et la résistance au dioxyde de carbone dans des limites acceptées. Parce que la gueuse passe des tests stricts concernant la teneur en métaux lourds et le lessivage, elle ne présente pas de risque de pollution notable. Ces résultats fournissent des données robustes nécessaires à de futures révisions des normes de construction, permettant potentiellement de transformer un sous-produit industriel problématique en un ingrédient courant et plus durable du matériau de construction le plus utilisé au monde.

Citation: Yoon, J.C., Shivaprasad, K.N., Min, T.B. et al. Towards standardisation of zinc slag as a sustainable fine aggregate substitute in concrete. Sci Rep 16, 5961 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36155-4

Mots-clés: gueuse de zinc, béton durable, remplacement du sable, sous-produits industriels, matériaux de construction