Évaluation mécanique et de durabilité du béton au sable de marbre et fibres, assistée par des prédictions ML

Transformer les déchets de construction en ressource utile

Le béton est l’épine dorsale des villes modernes, mais la fabrication de son ingrédient clé, le ciment, émet de grandes quantités de dioxyde de carbone. Parallèlement, les industries génèrent d’importants volumes de poussière de marbre et de déchets plastiques difficiles à éliminer en toute sécurité. Cette étude examine si ces deux problèmes peuvent se compenser mutuellement : la poussière de marbre issue des déchets et des fibres plastiques recyclées peuvent‑elles être incorporées dans le béton pour le rendre non seulement plus écologique, mais aussi plus résistant et durable, avec l’aide d’outils modernes d’apprentissage automatique ?

Mélanger de la poudre de pierre et des fils plastiques dans le béton

Les chercheurs se sont concentrés sur deux matériaux de rebut. La poussière de marbre, une poudre fine riche en carbonate de calcium, provient de la découpe et du polissage de la pierre. Les fibres de polypropylène sont de courts brins découpés à partir de produits plastiques mis au rebut. Dans l’étude, le ciment d’un béton structurel standard a été partiellement remplacé par de la poussière de marbre à des taux de 0 à 20 pour cent, tandis que les fibres ont été ajoutées en petites fractions volumiques de 0 à 1 pour cent. Cela a donné 25 combinaisons de mélange différentes, toutes préparées avec les mêmes granulats et la même teneur en eau afin que toute variation de comportement puisse être attribuée à la poussière et aux fibres.

Tester la résistance, le fissurage et la résistance à l’eau

Chaque mélange a été soumis à une série complète d’essais qui reproduisent les sollicitations réelles subies par un ouvrage. L’équipe a mesuré la facilité avec laquelle le béton frais coulait dans les moules, puis vérifié sa masse et sa compacité. Après cure, ils ont mesuré la pression que le béton pouvait supporter avant écrasement, sa résistance au cisaillement et à la flexion, et la facilité avec laquelle l’eau pouvait s’y imbiber ou y circuler. Ils ont également exposé des éprouvettes à des solutions acides pour observer leur vitesse de dégradation. Cette vue d’ensemble a permis aux auteurs d’identifier non seulement les mélanges les plus résistants, mais aussi ceux qui trouvaient un compromis entre résistance, durabilité et maniabilité.

Trouver le juste équilibre de performance

Les résultats montrent que la poussière de marbre et les fibres plastiques peuvent agir de manière complémentaire — jusqu’à un certain point. Une teneur modérée en poudre, autour de 10 pour cent du ciment, a aidé les particules fines à combler les vides microscopiques du béton, le rendant plus compact et renforçant la résistance. Simultanément, des fibres comprises entre environ 0,6 et 0,8 pour cent en volume ont agi comme de petites agrafes retenant les microfissures sous charge, augmentant à la fois la résistance à la fissuration et à la flexion d’environ un quart à un tiers par rapport au béton ordinaire. Ces combinaisons ont aussi absorbé moins d’eau et l’ont laissé traverser plus lentement, signes d’une structure interne plus dense et plus durable. Lorsque l’un des ingrédients était poussé trop loin, toutefois, le mélange devenait plus difficile à travailler, emprisonnait davantage d’air et perdait progressivement en résistance.

Laisser les algorithmes guider des formulations plus vertes

Plutôt que de s’en remettre uniquement à la méthode par essais‑erreurs, l’équipe a entraîné plusieurs modèles d’apprentissage automatique sur leurs données expérimentales. Ces algorithmes ont appris comment les variations de poussière de marbre, de teneur en fibres et d’autres variables de mélange affectaient des propriétés clés telles que la résistance, l’absorption d’eau et la perméabilité. Les modèles les plus performants, basés sur des réseaux de neurones artificiels et des forêts aléatoires, ont reproduit très fidèlement les résultats d’essai. Ils ont ensuite été intégrés à une routine d’optimisation pour explorer l’espace des formulations et rechercher la recette la plus équilibrée. L’optimum suggéré par le modèle — environ 10 pour cent de poussière de marbre et 0,6 pour cent de fibres — correspondait au « juste milieu » observé expérimentalement, confirmant que les outils pilotés par les données peuvent orienter de manière fiable la conception de bétons écologiques futurs sans campagnes de laboratoire exhaustives.

Ce que cela signifie pour les bâtiments de demain

Pour le grand public, la conclusion est simple : le béton n’a pas à être un simple mélange de pierre, de sable et de ciment. En incorporant intelligemment des sous‑produits industriels comme la poussière de marbre et des fibres plastiques recyclées, les ingénieurs peuvent réduire l’usage de ciment, valoriser des déchets et en même temps produire un béton qui fissure moins et résiste mieux à l’eau. Cette étude montre que les meilleurs résultats proviennent de proportions soigneusement équilibrées, et que l’intelligence artificielle peut aider à les identifier. Si ces formulations optimisées sont largement adoptées, elles pourraient progressivement réduire l’empreinte environnementale de la construction tout en améliorant la résilience des ouvrages dont nous dépendons au quotidien.

Citation: Sai, A.N., Sakthivel, M., Arunvivek, G.K. et al. Mechanical and durability assessment of marble dust–fiber concrete supported by ML prediction. Sci Rep 16, 10106 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40874-z

Mots-clés: béton durable, sable de marbre, fibres plastiques recyclées, durabilité, apprentissage automatique