The recycling ability of recycled concretes aggregates, vis-à-vis the CrVI : Impact of cement matrix properties and identification of release mechanisms

En France, on compte plus de 340 millions de tonnes de déchets de déconstruction dans le secteur du bâtiment et des travaux publics. Parmi ces déchets, susceptibles d’être valorisés à condition qu’ils soient inertes, on trouve les granulats issus de vieux bétons et notamment des bétons produits dans les années 1960. Le processus de fabrication du ciment à l’échelle industrielle était tel qu’aujourd’hui, on ne peut pas exclure que ces bétons puissent contenir du chrome hexavalent. Mais la directive 2003/CE/53 concernant la production du ciment limite la teneur en chrome hexavalent à 2mg par kg de matière sèche. Il est par conséquent indispensable d’étudier, avant tout projet de valorisation, les interactions atmosphériques avec la matrice cimentaire et les dégradations par les eaux de pluie lors de leur mise en décharge ou durant leur cycle de vie.Le travail de cette thèse s’inscrit dans une étude de faisabilité du recyclage des déchets de déconstruction contenant du Cr (VI) et ayant subi différents types de dégradations naturelles, notamment la carbonatation atmosphérique. Une étude d’impact environnemental a été effectuée sur la base d’essais de lixiviation sur des matériaux de types monolithique et granulaire. Une étude de l’impact du pH sur les conditions de relargage a également été réalisée. L’interprétation des résultats expérimentaux utilise des modèles cinétiques, en particulier le modèle de Côte et Constable (1985), ainsi que les solutions d’interprétations graphiques des différentes normes utilisées.La campagne expérimentale a porté sur des mortiers confectionnés à base de granulats recyclés à des taux de 30% et 100% de substitution ainsi que sur des granulats recyclés à l’état brut. Les résultats obtenus ont montré que les matériaux étudiés (mortiers ou granulats seuls) sont inertes vis à vis du relargage du chrome hexavalent. Il a été démontré également, indépendamment de l’origine des granulats recyclés, de leur composition chimique et minéralogique et de leur taux de substitution dans les mortiers, que le relargage du chrome hexavalent reste négligeable. De même, une étude approfondie a été menée sur la structure du chrome au sein de la matrice cimentaire sous ces deux formes stables, trivalente et hexavalente. Les résultats obtenus ont montré que le chrome a tendance à se stabiliser dans l’ettringite, appelé Cr-ettringite dans le cas du Cr (VI) et dans la bentorite dans le cas du Cr (III).Enfin, il a été mis en évidence que la matrice cimentaire carbonatée a une aptitude à immobiliser le Cr (VI).In France, it has been numerated more than 340 Million Tons of deconstruction wastes in the field of civil and public works.Among of these wastes, which are prone to be recycled if they are inert, are old aggregates concretes, especially which were produced in the 1960’s. The manufacturing process of cement on an industrial scale was similar to what is done today. Where, it cannot be excluded that these concretes may contain hexavalent chromium. However, the directive 2003/CE/53 concerning the production of cement limits the content of hexavalent chromium to 2 mg per kg of dry matter. Therefore, it is essential to study, before any upgrading project, the atmospheric interactions with the cement matrix and the degradation by rainwater during their landfill or during their life cycle.The thesis work takes part of a feasibility study on the recycling of waste deconstruction containing Cr (VI) and having undergone different types of natural degradations, including atmospheric carbonation. An environmental impact study has been performed on the basis of leaching tests on monolithic and granular materials. In addition, pH impact study on release conditions was also performed. The interpretation of the experimental results is based on the use of kinetic models, in particular the model of Côte & Constable (1985), as well as the solutions of interpretations graphs of the known different standards.The experimental campaign is focused on mortars confectioned from aggregates recycled at 30% and 100% substitution rates as well as recycled aggregates in the gross state. The obtained results are shown that the materials studied (mortars or aggregates alone) are inert with respect to the release of hexavalent chromium. t has been shown, independently from the origin of the recycled aggregates, their chemical composition, their mineralogy and their substitution rate in mortars, that the release of chromium hexavalent remains negligible. Similarly, an in-depth study was conducted on the chromium structure within the cementitious matrix under these two stable forms, trivalent and hexavalent. The results showed that chromium tends to stabilize in ettringite, with structure called Cr-ettringite in the case of Cr (VI) and in bentorite structure in the case of Cr (III).Finally, it has been shown that the cement matrix carbonation has an aptitude to trap and immobilize Cr (VI)