Podcast « Potentiel de recyclage du béton bitumineux modifié par des déchets plastiques »

Le podcast de 15 minutes traite du « Potentiel de recyclage du béton bitumineux modifié par des déchets plastiques » et se base sur une étude asiatique publiée en 2024, dans laquelle des chercheurs et instituts renommés ont examiné scientifiquement comment différents types de plastique (polyéthylène haute densité (PEHD), polypropylène (PP), polystyrène (PS) et polyéthylène (PET)) contribuent à la qualité de l’asphalte.

Cet épisode est basé sur une étude scientifique qui s’appelle « Recyclability potential of waste plastic-modified asphalt concrete with consideration to its environmental impact » dans l’original.

« RecoRoute – Science » publie des podcasts en français sur des études scientifiques publiées. Celles-ci ont souvent été rédigées en anglais. Nous voulons rendre les connaissances qui en découlent disponibles en français dans un langage compréhensible pour un groupe cible plus large.

L’étude a été publiée 5 juillet 2024 sous https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.137299

Les auteurs sont: Sin Mei Lim, Meibo He, Gengren Hao, Tze Chiang Albert Ng, Ghim Ping Ong

Bienvenue à tous dans cette nouvelle Plongée en profondeur. On va se pencher aujourd’hui sur un sujet vraiment captivant, à la croisée de la construction et de l’environnement. Ah oui, un sujet brûlant d’actualité. Exactement. On va parler du potentiel du recyclage du béton bitumineux. Vous savez, celui qu’on utilise pour nos routes, mais avec une petite twist. On l’a modifié avec des déchets plastiques. Intéressant, Réga. Vous nous avez envoyé une étude scientifique récente, hyper complète sur ce sujet, et on va essayer de décortiquer tout ça ensemble, d’en extraire la substantifique moelle, pour que vous puissiez bien comprendre l’étonnant et aboutissant. Décrypter le jargon scientifique, c’est notre spécialité. Tout à fait. Notre guide pour cette exploration, c’est un article de recherche intitulé « Recyclability, potential of waste, plastic modified asphalt, concrete with consideration to its environmental impact ». Il a été publié dans la revue Construction and Building Materials, pour ceux que ça intéresse. Une référence incontournable. Une référence incontournable dans le domaine. Absolument. La grande question qu’on va se poser, c’est, Sai, est-ce que ces routes en plastique recyclées peuvent elles-mêmes être recyclées en fin de vie ? Ah oui, la boucle est bouclée. Exactement. On va aussi examiner leur performance, comment elles se comportent sur le terrain, et bien sûr, quel est leur impact sur l’environnement. Est-ce une solution vraiment durable ? Qu’est-ce que ça implique concrètement ? Un programme chargé, mais passionnant. Tout à fait. Alors, pour commencer, le décor. Le bitume, vous savez, ce composant noir qui est tout ensemble dans l’asphalte, eh bien, il vient du pétrole. Ah oui, une ressource fossile, on le sait, qui n’est pas éternelle. Exactement. Et chaque année, c’est colossal. On produit environ 100 millions de tonnes de bitume dans le monde. 100 millions, qu’il, c’est énorme ! Et figurez-vous que 95% de cette production est utilisée pour construire des routes. La majorité, c’est impressionnant. Oui, et forcément, cette production massive a un coût environnemental non négligeable. Bien sûr. L’étude mentionne que la production d’une tonne de mélange d’asphalte chaud génère une quantité non négligeable d’émissions de CO2. Aux États-Unis, par exemple, on estime que la production annuelle de 350 000 tonnes d’asphalte représente à peu près 18,25 millions de tonnes d’équivalent CO2 par an. Ce n’est pas anodin, on parle de 0,3% des émissions totales de gaz à effet de serre du pays en 2019. C’est clair. On comprend mieux pourquoi il est urgent de trouver des alternatives plus écologiques. Et c’est là que l’idée d’utiliser des déchets propres, plastiques dans l’asphalte, entre en jeu. Une idée brillante à double avantage. Tout à fait. On s’attaque à deux problèmes en même temps. D’un côté, on réduit la montagne de déchets plastiques. Et de l’autre, on trouve un matériau alternatif pour la construction des routes. C’est vraiment ingénieux. Et plusieurs pays ont déjà testé cette approche. On peut citer l’Australie, l’Inde, la Malaisie, Singapour, la Thaïlande, les États-Unis et même plusieurs régions en Europe. L’Inde, par exemple, a déjà construit plus de 20 000 kilomètres de routes modifiées, avec du plastique. C’est énorme. Incroyable, Vé. Et en Australie, ils ont utilisé une technique appelée Plastifault pour refaire la surface d’une route à Adelaide. Ils ont aussi évité que des milliers de kilos de plastique finissent à la décharge. Génial. Mais la question que soulève l’étude qu’on va décortiquer aujourd’hui, c’est l’hypothéose qu’a censé être une de ces routes en plastique quand elles arrivent en fin de vie. La question du recyclage, c’est crucial. Exactement. Et c’est là que cette étude est particulièrement intéressante. Elle analyse le potentiel de recyclage, du béton bitumino vieilli qui a été modifié avec du plastique. La ACP, pour les intimes. ACP. Oui, c’est l’acronyme anglais pour Age Asphalt Concrete with Plastic. Ah, d’accord. Et pour cette étude, ils ont utilisé quatre types de plastique qu’on retrouve couramment dans nos poubelles. Le polyéthylène haute densité, ou HDPE, le polypropylène, ou PP, le polystyrène, ou PS, et le polyéthylène terephthalate, ou EPET. La base de nos emballages est bouteille en plastique. Tout à fait. Ils ont testé différents pourcentages de cette ACP mélangée à des matériaux neufs pour voir comment ça impactait les propriétés du béton bitumino recyclé et modifié par des plastiques, le AACP. Donc, ils ont créé des mélanges avec différentes proportions de plastique recyclé. Exactement. Et pour évaluer tout ça, ils ont utilisé une batterie de tests assez impressionnante. Stabilité, Marshall, abrasion de comptable, résistance à la traction indirecte, module résilient, ornirage de hambourg, et sensibilité à l’eau. Un véritable. Check-up complet pour le béton char. Ah oui, c’est ça. Et pour compléter le tableau, ils ont également mesuré la lixiviation, c’est-à-dire la quantité de substances potentiellement nocives qui pourraient s’échapper de ces bétons recyclés. On s’assure que ce soit safe pour l’environnement. Exactement. Alors, entrons dans le vif du sujet. Comment ont-ils procédé pour mener à bien cette étude ? Quels matériaux ont-ils utilisé ? Pour les granulats, ils ont utilisé du granit concassé, conforme aux normes en vigueur à Singapour, là où l’étude a été menée. Le bitume vierge était de grade 6070, un standard pour ce type d’application. Et les plastiques recyclés ? Ils provenaient d’une usine de recyclage locale. Ils ont été broyés en petits morceaux de moins de 3,45 mm. Un travail de précision. Oui, et ils ont bien sûr analysé la composition chimique de ces plastiques, leurs points de fusion, leurs températures de transition vitreuses, bref, tout ce qui peut influencer leur comportement dans le mélange. Et comment ont-ils préparé les mélanges d’asphalte ? C’est pas juste mélanger du plastique et du bitume, c’est… Ah non, c’est plus complexe que ça. Ils ont d’abord préparé des mélanges témoins sans plastique, ils les ont appelés AC pour Asphalt Concrete. Ensuite, ils ont créé des mélanges modifiés, les ACP, en ajoutant différents pourcentages de chaque type de plastique, 5%, 10%, 15% et 20%. Et ils ont fait ça comment ? Ils ont utilisé une technique dite ASSEC, où on ajoute les plastiques au granulat avant d’introduire le bitume chaud. D’accord. Et ensuite ? Une étape importante, c’est de déterminer le contenu optimal en bitume. L’OBC est le contenu optimal en plastique, l’OPC, pour chaque type de mélange. On utilise des méthodes standardisées pour ça. C’est pour s’assurer d’avoir la bonne proportion de chaque composant, j’imagine. Exactement. Ensuite, ils ont simulé le vieillissement des routes. Ah oui, parce que nos routes, ça s’use avec le temps, la météo, le passage des voitures. Tout à fait. Ils ont soumis certains échantillons à un vieillissement accéléré en laboratoire. Un peu comme une machine à remonter le temps pour le béton. Ah oui, c’est ça. Il y avait un vieillissement à court terme, le STA, qui simule ce qui se passe pendant la fabrication. Et un vieillissement à long terme qui reproduit l’effet de plusieurs années d’utilisation sur la route. Ok. Et après avoir vieilli ces échantillons, ils ont fait quoi ? Ils les ont utilisés pour produire des mélanges recyclés. Le RAPA, qui est un asphalte recyclé classique, sans plastique. Et le RACP, qui est l’asphalte recyclée avec du plastique. Ils ont testé différents pourcentages d’ASCP, de 20% à 100%. Ok. On a nos mélanges, vieillis ou non, avec ou sans plastique. Et ensuite, place au test SPA. Exactement. Stabilité, résistance à l’attraction, module résilient, abrasion, ornierage, résistance au dérapage, sensibilité à l’eau. Ils ont tout passé au crible. Wow, un programme complet. Oui. Et en parallèle, ils ont analysé les particules produites lors du test d’abrasion pour voir s’ils pouvaient libérer des substances nocives dans l’environnement. On en reparlera plus tard. Mais d’abord, les résultats des tests. Ça donne quoi ? Côté performances techniques, est-ce que le béton recyclé avec du plastique tient la route ? Oui, globalement, les résultats sont très encourageants. Déjà, pour la stabilité et la résistance au fluage, l’ajout de plastique a un effet positif sur tout le polypropylène, le PP. Les mélanges RACP avec seulement 20% de matériaux vieillis ont même surpassé le mélange témoin ARAPA en termes de stabilité. Donc, même avec une petite quantité de plastique recyclé, on obtient un béton plus stable. Exactement. Et les valeurs de fluage restent dans les limites acceptables pour tous les RACP. Idem pour la teneur en videur. C’est bon signe ! Qu’en est-il de la résistance à la fissuration ? C’est important pour la durabilité d’une route. La résistance à la traction en direct, l’ITS, a également été améliorée par l’ajout de plastique. On observe une augmentation d’environ 1,23 fois par rapport au mélange témoin. Donc, le plastique renforce le béton. Oui, et les mélanges recyclés avec de l’ACP ont tous montré une ATS améliorée. C’est intéressant. C’est intéressant de voir que l’ajout de matériaux vieillis AAC ou AISCP a également un effet positif sur l’ITS. Donc, même le béton recyclé avec ou sans plastique peut être plus résistant que le béton neuf. C’est ça. Passons maintenant au module résilient, le MRIR. Vous voyez, c’est un peu comme la capacité du béton à rebondir après une déformation. Ok, j’imagine que c’est important pour le confort de conduite. Exactement. Et la présence de plastique augmente le MR, surtout pour le PS et le PET. On observe une augmentation progressive du MR. On a donc un plus grand nombre de matériaux recyclés. On a donc un plus grand nombre de matériaux recyclés. On a donc un plus grand nombre de matériaux recyclés. Donc, plus on met de recyclés, plus le béton est résilient. En résumé, oui. Ensuite, on a l’abrasion. L’usure du béton, quoi. Oui, et là encore, le plastique a un effet bénéfique. Il permet de réduire la perte de masse due à l’abrasion jusqu’à 39%. Impressionnant. Jusqu’à 40% de contenu vieilli peut être utilisé sans impact significatif sur l’abrasion. Au-delà de 60%, les différences ne sont plus vraiment notables. Donc, on peut recycler une bonne partie du béton sans compromettre sa résistance à l’usure. Tout à fait. Passons à l’ornierage maintenant. Les fameuses traces de roue qu’on voit parfois sur les routes. Exactement. Et là, l’ajout de contenu vieilli améliore la résistance à l’ornierage. Le RACP avec du PP recyclé est particulièrement performant. Encore le PP qui se démarquait. Oui, il a vraiment un potentiel intéressant pour ce type d’application. OK, et la résistance au dérapage et à pouls, c’est crucial pour la sécurité routière. Bien sûr. On observe une légère augmentation du BPN, l’indice de résistance au dérapage, avec l’ajout de plastique. C’est plutôt positif. Oui, et même avec des mélanges recyclés contenant 40 à 60% de matériaux vieillis, le BPN ne diminue que légèrement. Le plus important, c’est que le BPN reste au-dessus du seuil de sécurité pour tous les mélanges testés. Donc, pas de risque de perdre le contrôle de sa voiture sur une route en plastique recyclé. Non, a priori pas. Enfin, dernier test. La sensibilité à l’eau. L’eau, c’est souvent le point faible des routes. Oui, mais là, bonne nouvelle. Tous les mélanges recyclés ont montré une très faible sensibilité à l’eau. Ils ont conservé plus de 95% de revêtements bitumineux après le test. Donc, l’ajout de plastique ne rend pas le béton plus vulnérable à l’eau. C’est ça. Bon, jusque-là, tout va bien. Côté performances techniques, on a vu que le béton recyclé avec du plastique est plutôt prometteur. Mais quid de l’impact environnemental ? Est-ce que ces routes ne risquent pas de polluer davantage ? C’est une question légitime. Les chercheurs ont analysé la lexiviation de différentes substances potentiellement nocives. Ils ont notamment mesuré les concentrations de métaux lourds, comme le cobalt, le cadmium, le chrome et le plomb, qu’on retrouve souvent dans les pigments des plastiques. Ah oui, et les métaux lourds, c’est pas bon pour l’environnement. Exactement. Mais rassurez-vous, les concentrations mesurées étaient soit indétectables, soit bien en dessous des limites réglementaires. Ouf, c’est déjà ça. Et ça, même avec des plastiques vieillis. Donc l’ajout de plastique recyclé ne semble pas augmenter le risque de contamination par les métaux lourds. Tant mieux. Qu’en est-il des autres substances ? Ils ont aussi mesuré les concentrations de fureux. Elles étaient bien en dessous des normes et provenaient principalement des granulats, pas des plastiques. Pour les nutriments, comme le phosphore et l’azote, là encore, les niveaux étaient soit indétectables, soit sans danger pour l’environnement. Et les microplastiques, c’est un sujet qui préoccupe beaucoup de gens. Oui. C’est une question importante. Ils ont mesuré les concentrations de carbone organique total, le TOC, qui peut indiquer la présence de microplastiques. Et alors, déviez. Les concentrations de TOC étaient plus basses que celles qu’on retrouve habituellement dans les eaux de ruissellement des routes. Et il n’y avait pas de tendance à la hausse avec l’augmentation du pourcentage de plastique recyclé. Donc, a priori, pas de risque accru de pollution par les microplastiques. C’est la conclusion de l’étude. Donc, si je résume bien, du point de vue environnemental, ces routes en plastique recyclées ne posent pas plus de problèmes que les routes classiques. C’est ça. Globalement, l’étude conclut que l’impact sur la lexiviation des contaminants est minime. Super, Tessa. Alors, pour conclure cette plongée en profondeur, qu’est-ce qu’on peut retenir de tout ça? Déjà, le recyclage des routes en plastique, c’est possible. Et ça peut même améliorer les performances du béton, notamment sa stabilité, sa résistance et sa résilience, surtout si on utilise du polypropylène recyclé. Le PP, notre champion. Ah oui. Et surtout, cette étude montre que l’ajout de plastique recyclé n’entraîne pas une augmentation significative de la pollution. C’est une excellente nouvelle. On peut donc donner une seconde vie à ces matériaux, réduire notre dépendance au bitume neuf et limiter la quantité de plastique qui finit à l’échage. Tout à fait. On s’approche d’une économie circulaire vertueuse. Parfait. Mais comme le soulignent les auteurs de l’étude, il reste encore des choses à explorer. Oui, il faut déterminer les pourcentages optimaux de contenus vieillis pour une application à grande échelle. Il faut aussi tenir compte des contraintes des usines d’asphalte et peut-être explorer des technologies innovantes pour faciliter le recyclage. On pense à quoi ? Des agents de régénération, par exemple. Ou le chauffage par micro-ondes. Intéressant. Il faut aussi étudier la résistance à la fatigue du béton, les effets du vieillissement à long terme, comparer les performances avec l’asphalte vieillie naturellement et voir comment ça se comporte par grand froid. Bien sûr. Il faut être sûr que ces routes soient performantes dans toutes les conditions. Exactement. Et il ne faut pas oublier d’analyser les émissions potentielles de substances nocives pendant la fabrication et l’utilisation de ces routes. On veut s’assurer qu’on a bien une boucle fermée, sans impact négatif sur l’environnement. C’est ça. Bon, voilà. On arrive au bout de notre exploration. J’espère que vous avez trouvé ça intéressant. Cette étude nous amène à nous poser une question fascinante. Est-ce que nos routes pourraient devenir des réservoirs de matériaux recyclés, contribuant ainsi à résoudre le problème des déchets plastiques ? Une vision inspirante. Et au-delà des routes, quels autres domaines pourraient adopter cette approche circulaire en cercle ? À vous de réfléchir d’accord. N’hésitez pas à nous partager vos idées et vos questions sur ce sujet passionnant. On se retrouve bientôt pour une nouvelle plongée en profondeur.