Solutions FRP économiques pour améliorer la résistance et la déformation du béton durable fabriqué avec du caoutchouc de pneus usagés

Transformer les vieux pneus en bâtiments plus solides

Des montagnes de pneus de voiture usés s'accumulent dans le monde, générant des risques d'incendie et une pollution durable. Parallèlement, l'industrie de la construction consomme d'énormes quantités de sable et de granulats pour produire du béton. Cette étude explore une solution permettant d'aborder ces deux problèmes simultanément : broyer les pneus hors d'usage en petits fragments, les incorporer dans le béton, puis envelopper ce béton d'une fine enveloppe de fibres de verre et de résine. Le résultat est un matériau de construction plus écologique qui peut se déformer et absorber de l'énergie au lieu de rompre brusquement.

Pourquoi incorporer du caoutchouc dans le béton ?

Quand les vieux pneus sont déchiquetés et utilisés pour remplacer une partie du sable dans le béton, le matériau devient plus léger et beaucoup meilleur pour amortir les chocs et les vibrations — utile pour les barrières routières, les voies ferrées et les ouvrages résistants aux séismes. Mais il y a un inconvénient : le caoutchouc n'adhère pas bien à la pâte cimentaire et il est beaucoup plus souple que les granulats. À mesure que la teneur en caoutchouc augmente, le béton perd généralement en résistance et en raideur, ce qui en a limité l'emploi dans des éléments porteurs sérieux. Cette étude se concentre sur une recette pratique : maintenir une teneur modérée en caoutchouc (20 % des granulats fins en volume) tout en contrôlant soigneusement la taille des particules pour comprendre comment elles influencent la résistance et la facilité d'amélioration par un renfort externe.

Envelopper le béton d'une jaquette en fibre de verre

Pour restaurer les performances mécaniques du béton riche en caoutchouc, les auteurs ont utilisé des jaquettes en polymère renforcé de fibres de verre (GFRP). Ces jaquettes sont des feuilles minces de fibres de verre tissées imbibées de résine, enroulées autour de cylindres de béton puis durcies. Elles sont beaucoup plus légères et plus résistantes à la corrosion que l'acier, et nettement moins coûteuses que des systèmes en fibre de carbone. Dans les essais, 42 cylindres de béton — certains avec des granulats minéraux normaux et d'autres contenant du caoutchouc de pneus fin ou grossier — ont été moulés puis soit laissés sans enveloppe, soit entièrement enveloppés de haut en bas, soit enveloppés seulement par des bandes espacées. En comprimant ces cylindres jusqu'à rupture, l'équipe a pu observer comment les jaquettes modifiaient la façon dont le béton se fissurait, supportait la charge et se déformait.

De la rupture brutale à l'échec progressif

Les cylindres non enveloppés, qu'ils contiennent ou non du caoutchouc, se comportaient comme du béton ordinaire : ils supportaient la charge jusqu'à un pic puis cédaient brusquement avec de longues fissures verticales et des morceaux se détachant. Les spécimens enveloppés de GFRP racontent une histoire complètement différente. Les jaquettes complètes ont transformé ce comportement fragile en une réponse plus lente et contrôlée. Des fissures se sont toujours produites à l'intérieur, mais la coquille en fibre de verre maintenait l'ensemble et a forcé le béton à gonfler progressivement au lieu d'éclater. Pour le béton normal, l'enveloppement complet a augmenté la résistance jusqu'à environ 63 % et multiplié par plus de dix la déformation à l'effondrement. Le béton caoutchouté a montré des gains encore plus spectaculaires en déformabilité : dans le mélange contenant des particules de caoutchouc très fines, la déformation ultime a augmenté de plus de 1300 %. L'enveloppement par bandes, qui laisse certaines régions nues, a fourni des améliorations modérées mais significatives tout en utilisant moins de matériau, illustrant un compromis entre performance et coût.

Ce que révèlent les chiffres et les modèles

Au-delà des essais en laboratoire, les chercheurs ont développé des formules mathématiques pour prédire le comportement du béton confiné, en fonction de sa résistance sans enveloppe, de sa teneur en caoutchouc et de la pression de confinement que la jaquette GFRP peut fournir. Ils ont ajusté ces formules aux données expérimentales et ont montré qu'elles peuvent reproduire de près les courbes contrainte-déformation complètes — comment le matériau se raidit, atteint un pic puis s'adoucit sous charge — pour les bétons naturels et caoutchoutés. Les modèles ont donné les meilleurs résultats pour le système de fibre de verre utilisé ici et pour les teneurs et tailles de particules étudiées. Ils ne sont pas destinés à être appliqués aveuglément à d'autres fibres ou à des teneurs en caoutchouc beaucoup plus élevées, mais offrent des outils de conception aux ingénieurs souhaitant spécifier ces matériaux plus écologiques en toute confiance.

Du béton plus vert avec des limites pratiques

Pour un non‑spécialiste, le message clé est simple : les vieux pneus peuvent être transformés d'un problème de déchets tenace en composants d'ouvrages plus sûrs et durables, si le béton caoutchouté résultant est équipé d'une fine jaquette en fibre de verre. Cette combinaison non seulement restaure une grande partie de la résistance perdue, mais rend aussi le matériau beaucoup plus tolérant sous fortes charges et chocs. L'enveloppement complet offre la plus grande marge de sécurité, tandis que l'enveloppement par bandes peut encore produire des gains importants à moindre coût. Les auteurs notent que leur travail porte sur des essais de compression à court terme et un seul niveau de remplacement, donc la durabilité à long terme et d'autres conditions de chargement méritent encore d'être étudiées. Même ainsi, les résultats ouvrent la voie à un avenir où ponts, poteaux et barrières protectrices pourraient stocker discrètement les déchets de pneus tout en offrant de meilleures performances que le béton conventionnel.

Citation: Saingam, P., Chatveera, B., Hussain, Q. et al. Cost-effective FRP solutions for enhancing strength and strain of sustainable concrete made with waste tyre rubber. Sci Rep 16, 13540 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42110-0

Mots-clés: béton caoutchouté, recyclage des pneus usagés, confinement GFRP, construction durable, renforcement structurel