🔨 L’attaque des ouvrages… en béton⚓
Complément :
L’attaque des ouvrages par le dioxyde de carbone a lieu en présence d’humidité (naturellement présente dans les interstices du béton et dans l’air) et dès que la teneur du \(\ce{CO2}\) en excès dépasse \(15\ \mathrm{mg\cdot L^{-1}}\).
Le \(\ce{CO2}\) se dissout dans l’eau (interstitielle) et engendre l’acide carbonique de formule \(\ce{H2CO3_{\ (aq)}}\), tel que décrit par l’équation ci-dessous :
Les pluies acides sont du \(\ce{CO2}\) contenu dans l’atmosphère, dissout dans l’eau de pluie.
Complément :
Le problème du béton, c’est qu’il est plutôt de nature basique : présence notamment d’hydroxydes de calcium dans la formulation du béton \(\ce{Ca(OH)2}\), et que les bases en présence, réagissent avec \(\ce{H2CO3}\) qui finit par se transformer en \(\ce{CaCO3}\) et en eau.
Complément :
Le principal problème de cette carbonatation est que le produit formé, à savoir \(\ce{CaCO3}\), n’est autre que du calcaire (de la craie). Or le calcaire est de structure mécanique moins résistante que le béton, en plus le calcaire se dissout dans l’eau, donc l’ouvrage voit sa fin de vie accélérée par le \(\ce{CO2}\).
La carbonatation se fait donc de la surface de l’ouvrage vers l’intérieur de celui-ci.
Cette prise est lente, elle peut s’effectuer pendant des années. Cette réaction démarre en présence d’eau, mais elle a lieu avec le dioxyde de carbone de l’air.
Il est important de souligner que la carbonatation va diminuer le pH au fur et à mesure qu’elle a lieu, puisque les bases sont consommées. La carbonatation s’éteint donc progressivement en surface, mais elle continue en profondeur. Il est donc nécessaire de pouvoir mesurer dans la profondeur les dégâts causés.
La pulvérisation de phénolphtaléine (indicateur coloré virant au rose vif lorsque le pH est supérieur à 9), permet de mettre en évidence le front de carbonatation du béton (toutes les zones qui restent incolores sont déjà carbonatées). On visualise donc l’état d’avancement de la carbonatation.
Question⚓
Q4. Pour conclure, le \(\ce{CO2}\) adore le béton, malheureusement pour le béton. Mais renversons le problème, comment peut-on transformer cette faiblesse en force ?
🏛️ L’empire romain contre-attaque⚓
Complément : Un peu de lecture/écoute pour commencer
Lire/écouter le podcast radiofrance sur « Le béton romain, secret de la longévité des structures antiques » : https://dgxy.link/IXE4V 
Complément :
Les analyses spectroscopiques des scientifiques du MIT ont permis de comprendre […] la différence majeure entre béton moderne et béton romain : ce dernier était fabriqué directement avec de la chaux vive (\(\ce{CaO}\)), et non du ciment. Les espèces chimiques manquantes telles que la silice ou l’alumine (présentes dans l’argile) étaient amenées avec l’ajout de pouzzolane (pierre issue d’éruptions volcaniques). Il convient de rappeler qu'à bien des égards, et notamment quant à sa composition chimique, le béton moderne, mieux maîtrisé, reste d'une qualité bien supérieure au béton romain. Mais cette étonnante capacité d'« auto-guérison »
suscite d'ores et déjà l'intérêt des chercheurs, à l'heure où le béton est devenu un enjeu majeur, particulièrement en termes d’environnement.
Complément : Lecture supplémentaire (chez vous)
Lire l'article « Le Béton Romain et ses insaisissables secrets » : https://dgxy.link/TDJZH 
Complément :
Question⚓
Q6. De manière très simplifiée (car d’autres réactions chimiques co-existent et impactent cette durabilité extrême), expliquer ce qui se produit dans le béton Romain lors de cette auto-guérison.
Solution⚓
Q6.
Le béton romain, utilisé dans des structures antiques comme le Panthéon de Rome, est réputé pour sa longévité exceptionnelle. Une étude du MIT a révélé que ce béton possède la capacité de s'autoréparer grâce à la présence de clastes de chaux, des fragments de minéraux blancs. Ces clastes, formés à des températures élevées, permettent au béton de se régénérer lorsqu'il se fissure, en réagissant avec l'eau pour former du carbonate de calcium. Cette propriété unique pourrait inspirer la création de matériaux de construction plus durables et écologiques à l'avenir.
Extrait du Podcast FranceTelevision :
«
Un béton qui s’autorépare
Mieux encore, c’est grâce à ces clastes de chaux que le béton romain a la capacité de s’autoréparer. Le mélange à chaud lui confère une structure nanoparticulaire fragile : en d’autres termes, la structure même du béton va faciliter des fractures qui vont passer à travers les clastes de chaux calcaires, les exposant ainsi au grand jour.
Or, une fois ces dernières exposées, lorsque l’eau va passer dans ses fissures, elle va se saturer en calcium, qui va pouvoir cristalliser à nouveau sous forme de carbonate de calcium. C’est cette réaction qui permet de renforcer la fissure, et confère au béton cette étonnante capacité d'autorégénération. L’eau peut d’ailleurs également réagir avec la pouzzolane, la poudre volcanique, ce qui va contribuer à renforcer d’avantage encore la fissure.
»
🔨 Traitement de sol à la chaux⚓
Complément :
Le traitement des sols à la chaux est une pratique très ancienne, comme en témoigne de façon spectaculaire la Grande Muraille de Chine, dont le matériau de nombreuses sections est un mélange compacté d'argile et de chaux. Ce traitement vise à rendre un sol, dont les caractéristiques ne seraient pas adéquates, apte à supporter une chaussée (route, voie ferrée, ...), une plateforme (parking, aire commerciale ou industrielle, ...) ou le passage d'engins de travaux.
L'idée de base du traitement de sol est de considérer le sol lui-même comme un matériau. La capacité d'un sol à supporter une charge est définie par sa portance. La portance d'un sol est fonction de la nature de ce sol, de sa teneur en eau et de son compactage. Le traitement à la chaux d'un sol permet une augmentation rapide et importante de sa portance, ainsi qu'une diminution de sa plasticité (retrait et gonflement du sol à teneurs élevées en argiles ou limons, liés à la présence d'eau).
La teneur en eau du sol est abaissée, notamment du fait de la consommation d'eau liée à la l'hydratation de la chaux vive (\(\ce{CaO}\)), appelée aussi « extinction de la chaux », réaction chimique dont le produit, la chaux éteinte, est composé d'hydroxyde de calcium \(\ce{Ca(OH)2}\) Par exemple, la teneur en eau d'un sol peut baisser de 1 à 2% pour un ajout de 1% de chaux.
L'utilisation du sol en place est économique dans la mesure où, tout en étant un facteur de rapidité du chantier, elle évite les coûts du déblaiement, de la mise en décharge et du transport. Le traitement du sol en place, en limitant le transport de matériaux, réduit la pollution et la consommation d'énergie liées aux transports. Il évite aussi l'extraction de granulats qui sont des ressources naturelles non renouvelables.
Source : lerm.fr
Complément : Fiche sécurité de la chaux vive
Apprenez à décrypter les pictogrammes de danger : voir ce document de l'INRS.
Question⚓
Q9. Comment peut-on éliminer cet excès d’eau ? Que va-t-il se passer ?
Question⚓
Q10. Combien de pictogrammes existe-t-il en chimie ? Quel est le sens de chacun des trois présent sur la fiche de l’oxyde de calcium ?
Solution⚓
Q10.
Il y a 9 pictogrammes de sécurité en chimie.
🗑️ Valorisation des déchets et cycle de vie du béton ♻️⚓
Complément : Regarder les deux vidéos suivantes
Question⚓
Q11. Le béton est-il meilleur en compression ou en traction ?
Solution⚓
Q11.
Le béton est nettement meilleur en compression qu'en traction. En compression, le béton peut supporter des charges très élevées, ce qui en fait un matériau idéal pour les fondations, les colonnes et les murs porteurs. Cependant, en traction, le béton est beaucoup plus faible et peut se fissurer facilement. C'est pourquoi on utilise souvent des armatures en acier (béton armé) pour renforcer le béton et améliorer sa résistance en traction.
Complément :
Même si une loi de 1906 règlemente les volumes des composants du béton, il reste un très grand consommateur d’eau et de sable. Et il compte pour 5 % des émissions de CO2 dans le monde. Pour autant, une fois réduit en gravats, le béton devient un matériau inerte facilement valorisable. On estime à plus de 6 milliards de m3 de béton consommés chaque année dans le monde au moment des travaux ou sur les chantiers du BTP. Lors des chantiers de construction sur les bâtiments ou les ouvrages, d’importants volumes de gravats sont produits et de nombreux matériaux se retrouvent mélangés. Les enjeux du recyclage sont donc considérables pour assurer son traitement dans une logique d’économie circulaire.
Selon la nature et l’ampleur des travaux ou du chantier, deux solutions existent :
tri des déchets directement sur le site avec des engins adaptés ;
collecte des gravats de béton par des entreprises spécialisées avant d’être acheminé vers un centre de tri dédié.
Un tri s’opère pour diriger ensuite les déchets vers la bonne filière et procéder au recyclage de ces tonnes de béton. Isolé des autres déchets, la valorisation peut commencer. Dans tous les cas, le procédé est le même.
Une fois les déchets triés et séparés, le béton est concassé, déferraillé puis passé au crible. Des traitements complémentaires peuvent avoir lieu si l’on souhaite rendre la matière finale encore plus pure. Après ces opérations, le béton se retrouve sous forme de gravillons ou de gravats. Il subit un contrôle en laboratoire pour vérifier la composition du produit fini et écarter tout risque de pollution.
Le béton se recycle très bien et trouve une seconde vie sur les routes où il est utilisé comme sous-couche ou pour le terrassement. Environ 80 % du béton issu du recyclage est valorisé de cette manière. Une infime partie (environ 2 %) peut servir à la fabrication de nouveaux bétons si la qualité et la finesse des grains obtenus le permettent.