Les travaux de Génie Civil sont demandeurs de gros volumes de matériaux souvent acheminés sur de longues distances. La production, l’utilisation et la fin de vie de ces matériaux ont un impact majeur sur l’environnement par la ressource non-renouvelable nécessaire à leur composition (matières premières), par l’énergie nécessaire dans les procédés de transformation et par les émissions associées (gaz à effet de serre, composés organiques, métaux lourds, particules fines). Dans le cadre des politiques d’économie des ressources naturelles, de réduction des gaz à effet de serre et des volumes de déchets, la France, comme de nombreux pays, se fixe des objectifs chiffrés en termes d’optimisation de leurs usages dans le domaine du BTP. Cependant devant les puissances financière et commerciale des producteurs des matières premières et des opposants aux politiques climatiques, les objectifs fixés seront difficilement atteints si les régions ne se mobilisent pas pour relever le défi. En se basant sur une recherche ligérienne bien avancée dans le domaine de l’Eco-construction, il parait très opportun de profiter de ce projet structurant pour mettre en place une structure de recherche technologique basée sur les forces vives de la recherche en génie civil en pays de la Loire (CSTB, GeM et l’IFFSTAR) et des Entreprises.

Nous proposons de traiter cette problématique selon trois principaux axes qui sont détaillés ci a^près. Pour chaque action, l'impact potentiel sur l'environnement sera évalué par des éco-comparateurs qui reposent sur le calcul d'indicateurs quantifiant les activités à l'origine de la réalisation et de l'entretien d'infrastructures. En effet, l'analyse de cycle de vie (ACV), méthodologie qui a fait ses preuves depuis les années 1980 fournit un cadre scientifique international reconnu par les experts de la SETAC1, ne peut être ignorée de toute discussion sur le sujet. L’évaluation des impacts sur l’environnement selon la démarche ACV, consiste à traduire les flux élémentaires de ressources consommées et rejets et déchets recensés en impacts sur l’environnement, à l’aide d’indicateurs quantitatifs, dans la mesure du possible, et en particulier en fonction de la disponibilité des données.

1- Optimisation de l'utilisation des ressources naturelles et alternatives locales dans le BTP

La mise en œuvre d’une exploitation optimisée de la ressource en matériaux naturels et alternatifs implique de prendre en compte les ressources sur un plan quantitatif et qualitatif. Sur un plan quantitatif, on cherchera à formaliser des critères économiques et environnementaux (base énergétique de l’élaboration et transport à l’échelle du territoire) pour organiser les filières de valorisation des ressources. Sur un plan qualitatif, des développements spécifiques en termes d’assurance qualité dans la gestion de stocks, de certification de la qualité des matériaux produits (vis-à-vis des usages et des retombées environnementales à long terme) doivent être envisagés de la part des fournisseurs, de la même façon que des garanties de traçabilité et de respect des conditions d’emploi doivent être prises de la part de l’utilisateur.

Aussi, on cherchera à développer des connaissances en matière de réemploi de tous les matériaux, notamment les matériaux marginaux déclarés inaptes au réemploi selon les règles de l’art qui prévalent encore aujourd’hui2. En région Pays de la Loire, c’est le cas par exemple des matériaux locaux micaschisteux qui ne peuvent être valorisés en couche de forme sous les chaussées, même traités à la chaux et/ou aux liants hydrauliques. En parallèle, ces recherches seront orientées vers la description et la hiérarchisation de la suite des mécanismes (à l’échelle microscopique) induits par l’addition d’un liant hydraulique selon une approche physico-chimique. Cette approche couplée géotechnico-physico-chimique et multi-échelle des sols traités constitue l’originalité mise en œuvre dans ce projet.

2. Développement de matériaux du BTP à faible impact environnemental. Nouveaux composants, nouvelles formules, nouveaux procédés

Afin de favoriser l’évolution des matériaux et des procédés utilisés dans le BTP vers un meilleur respect de l’environnement on doit d’une part proposer des nouvelles formulations et de nouveaux équipements et, d’autre part, adapter ces innovations aux pratiques industrielles. 

Les différentes voies d’amélioration possibles – substitution de composants traditionnels par des composants plus respectueux de l’environnement, optimisation des compositions et des procédés de fabrication – sont interdépendantes. L’innovation « environnementale » dans le BTP doit s’appuyer sur une bonne compréhension des pratiques industrielles actuelles et des ressources disponibles afin de proposer des solutions utiles et acceptables à court ou moyen terme.

Nous proposons de mettre en place de nouvelles méthodes d’évaluation environnementales et performantielles, adaptées à un spectre plus large de matériaux (traditionnels et innovants). Ces projets seront donc nécessairement vastes et généreront un besoin d’interdisciplinarité. Les compétences du génie civil seront utilement complétées par des compétences d’autres disciplines scientifiques: chimie, génie des procédés, traitement du signal, biologie …

Certains verrous normatifs et techniques sont également à lever. En effet, le contexte normatif est souvent peu favorable car prescriptif, fondé sur une obligation de moyens censés garantir une mise en œuvre et une durabilité convenables. Cela limite le recours à des composants alternatifs, et ne permet pas toujours d’optimiser les compositions en bénéficiant des améliorations sur les procédés et les composants eux-mêmes. Pour innover en vue de répondre aux défis environnementaux et sociétaux, il est donc plus judicieux de qualifier les matériaux par leurs performances. L’approche performantielle nécessite cependant de très bien comprendre le comportement et les mécanismes de vieillissement des matériaux et des structures, afin de spécifier des critères pertinents. Par ailleurs les procédés d’élaboration et de mise en œuvre doivent être adaptés afin d’obtenir des produits industriels fiables malgré les fluctuations des propriétés des matières premières.

Il faut faire remarquer l’originalité de l’association entre les recherches sur la conception de nouveaux matériaux et celles sur les procédés d’élaboration nécessaires à leur mise en ouvre au niveau industriel. Il faut rappeler également l’effort de recherche encore nécessaire pour élaborer des méthodes d’évaluation environnementales capables de prendre en considération l’innovation technologique.

3- Recyclage des matériaux de construction dans le BTP

Dans les prochaines décennies, on devrait observer une croissance importante du volume des déchets de construction ; ceci en raison de l’augmentation probable du nombre d’ouvrages à démolir ou à réhabiliter. De plus, les sources de granulats naturels devraient se raréfier et la mise en décharge devenir de plus en plus couteuse.

D’une manière générale, le recyclage est bien inférieur à ce qu’il pourrait être d’un point de vue technique. Les raisons sont souvent à la fois économiques et liées à un a priori négatif vis-à-vis des matériaux recyclés. Mais lorsque les normes environnementales sont élevées et lorsqu’une volonté politique s'exerce en faveur du recyclage, celui-ci a plus de succès, et peut s’avérer rentable. Le besoin est donc réel de développer et de promouvoir dés aujourd’hui des filières de recyclage et de valorisation de ces matériaux.

L’objectif scientifique principal de cet axe est d’évaluer et d’élaborer des méthodologies d’optimisation des matériaux de construction (route, bâtiment…) incorporant des recyclés d’un point de vue mécanique, environnemental et économique dans un contexte de développement durable.

La seconde tache consiste à définir le potentiel de recyclabilité des constituants à la fois pour les matériaux neufs, à recycler, ou ayant été déjà recyclés. Dans tous les cas, la recherche visera à prédire l’évolution des matériaux par recyclages successifs. Ce type d’approche pourra conduire à des choix a priori sur les matériaux neufs à mettre en œuvre pour assurer leur recyclabilité future.

Ces thématiques ont d’ores et déjà motivé un certain nombre d’études et opérations de recherche sur différents matériaux. La complémentarité des équipes de l’IFSTTAR et du GeM, aussi bien au niveau des outils de modélisation qu’au niveau des équipements expérimentaux, permettra d’aborder ces questions de manière globale, depuis la caractérisation du constituant jusqu’au comportement mécanique et physicochimique des matériaux obtenus et de poursuivre les recherches entamées. L’implication des industriels sera également primordiale

_{1 Society of environmental toxicology and chemistry : Cette association, regroupant à la fois des universitaires et des industriels, a posé les bases de l’ACV et constitue encore aujourd’hui l’instance de référence pour de nouveaux développements (http://www.setac.org/lca.html) : c’est donc une sorte d’enceinte de réflexions R&D, en amont de la normalisation internationale ISO (http://www.iso.org)}

_{2 C’est le souhait du Syndicat Professionnel des terrassiers de France, mais également les ministères de tutelles.}