Production de béton géopolymère en utilisant des cendres d’étang non traitées comme granulats fins et des cendres d’étang broyées comme liant

Transformer les déchets des centrales électriques en ressource de construction

Les centrales au charbon laissent derrière elles des montagnes de cendres souvent évacuées dans de larges bassins et stockées pendant des années. Ces lagunes de cendres occupent des terrains, laissent fuir des polluants et représentent une ressource considérable, mais sous-exploitée. Cette étude examine si ces cendres d’étang peuvent être transformées en un ingrédient clé d’un béton plus respectueux du climat, réduisant potentiellement les émissions de carbone tout en assainissant un déchet industriel tenace.

Des bassins de cendres au nouveau béton

Les cendres de charbon stockées dans des étangs sont un mélange de particules fines et grossières qui ont trempé dans l’eau pendant de longues périodes. Les auteurs appellent le matériau prélevé directement dans ces bassins « cendres d’étang non traitées » et examinent deux façons de l’utiliser dans le béton géopolymère, un type de béton s’appuyant sur des sous-produits industriels plutôt que sur le ciment traditionnel. D’abord, ils remplacent le sable naturel normalement utilisé dans le béton par des cendres d’étang non traitées, par étapes allant d’une petite fraction jusqu’à 100 %. Ensuite, ils broient mécaniquement une partie des cendres d’étang en une poudre plus fine, dite cendres d’étang broyées, et l’utilisent pour remplacer partiellement ou totalement les cendres volantes, un liant courant dans les formulations géopolymères.

Concevoir un mélange plus écologique

Dans tous les mélanges, la matrice liant est formée en activant des poudres aluminosilicatées avec une solution d’hydroxyde de sodium et de silicate de sodium, tandis qu’une proportion fixe de laitier de haut fourneau apporte du calcium supplémentaire pour accélérer la prise. Les chercheurs ont coulé de nombreuses séries de bétons, en faisant varier la part de sable naturel remplacée par les cendres d’étang non traitées et la part de liant à base de cendres volantes remplacée par des cendres broyées. Ils ont ensuite durci les échantillons à température ambiante, évitant le chauffage énergivore souvent associé aux géopolymères, et mesuré la maniabilité du béton frais, son évolution de résistance dans le temps et sa tenue face à des expositions chimiques agressives.

Résistance avec moins de sable naturel

Le remplacement du sable naturel par des cendres d’étang non traitées a rendu le béton frais plus raide et plus difficile à travailler, principalement parce que les particules de cendre sont très poreuses et beaucoup plus fines que le sable classique, absorbant davantage de liquide. Cependant, l’impact sur la résistance s’est avéré étonnamment modeste : même lorsque les cendres d’étang ont remplacé entièrement le sable naturel, la résistance en compression à 28 jours n’a diminué que d’environ 7 % et a atteint approximativement 40 mégapascals après un durcissement prolongé — suffisant pour de nombreuses applications structurelles. Des analyses microscopiques et par infrarouge ont révélé que les cendres d’étang ne sont pas totalement inertes ; leurs composants réactifs s’intègrent au réseau géopolymère au fil du temps, comblant les pores et contribuant au gain de résistance entre 28 et 56 jours.

Broyage des cendres et exposition à des conditions sévères

Le broyage des cendres d’étang en une poudre plus fine a augmenté leur teneur en silice réactive, mais elles restaient en deçà des cendres volantes conventionnelles comme liant. Lorsque les cendres volantes ont été progressivement remplacées par des cendres d’étang broyées, les résistances à jeune âge sont restées comparables parce que le laitier dominait la réaction initiale. À plus long terme, toutefois, les mélanges contenant davantage de cendres broyées ont développé une résistance légèrement inférieure et une microstructure quelque peu plus grossière. Les essais de durabilité dressent un tableau nuancé : tous les bétons géopolymères ont montré une meilleure résistance à l’acide sulfurique que le béton au ciment ordinaire, lequel a subi d’importantes pertes de masse et de résistance avec la formation de gypse et d’autres produits expansifs. En revanche, dans un essai de perméabilité aux ions chlorure, le béton au ciment s’est montré le meilleur, les mélanges géopolymères — en particulier ceux riches en cendres d’étang broyées — présentant une perméabilité modérée.

Ce que cela signifie pour la construction future

Pour le grand public, l’essentiel est que beaucoup des cendres stagnantes dans les bassins des centrales peuvent être valorisées comme ingrédient utile pour un béton plus vert. En utilisant des cendres d’étang non traitées comme la totalité du sable et des cendres d’étang broyées comme partie du liant, les chercheurs ont obtenu un béton géopolymère durci à température ambiante de résistance structurelle modérée, avec jusqu’à environ 37 % de ses constituants solides provenant de ce déchet. Il est moins maniable et un peu plus perméable au sel que le béton standard, mais il résiste bien mieux aux environnements acides, ce qui le rend prometteur pour les sols industriels ou les canalisations d’égout. Avec des améliorations supplémentaires — comme des additifs plus réactifs et des activateurs secs plus sûrs et plus faciles à manipuler — cette approche pourrait aider à transformer un vaste problème de pollution en une ressource précieuse pour la construction.

Citation: Vidyadhara, V., Gowda, T.S. & Ranganath, R.V. Geopolymer concrete production by utilizing unprocessed pond ash as fine aggregate and ground pond ash as binder. Sci Rep 16, 9041 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38814-y

Mots-clés: béton géopolymère, cendres d’étang, réutilisation des cendres de charbon, construction durable, béton résistant aux acides