Le renforcement en basalte pourrait-il remplacer l’acier dans la construction d’infrastructures ?

L’acier a longtemps été l’épine dorsale de la construction, mais avec la hausse des prix et l’urgence des objectifs en matière de carbone incorporé, les barres d’armature en basalte pourraient devenir une alternative.

Le renforcement du basalte comme alternative au renforcement du béton par rapport à l'acier ou à la fibre de verre n'est pas une nouvelle technologie. Certains pays du monde, notamment les États-Unis, l’utilisent depuis des décennies. Au Royaume-Uni, il s’agit encore d’une option émergente, mais elle gagne en importance à mesure que les efforts de décarbonation s’intensifient.

Des applications sur High Speed ​​2 (HS2) et un projet majeur sur le M42 contribuent à faire connaître les barres d'armature en basalte et à mettre en valeur leur potentiel.

Le renfort est constitué de ce qu'on appelle un polymère renforcé de fibres de basalte (BFRP). Pour créer les fibres, la roche volcanique de basalte est collectée, broyée en petits morceaux et fondue à 1 400°C. Les silicates présents dans sa formation permettent au basalte fondu de devenir un liquide qui peut être étiré par gravité à travers une plaque spéciale pour former de longs brins de filaments. Ces filaments peuvent mesurer des milliers de mètres de long et peuvent être enroulés jusqu'à ce qu'ils soient prêts à être transformés en renfort.

La conversion des barres d'armature se fait par pultrusion, où les fibres sont tirées sous tension puis immergées dans de la résine époxy liquide. La résine est un liant polymère chauffé sous forme liquide, dans lequel les fils sont immergés. Il durcit ensuite en quelques minutes pour devenir la barre finie.

Des barres d'armature en basalte ont été utilisées dans les murs de guidage pour la construction de parois moulées sur HS2

Les avantages du BFRP par rapport à l'acier sont nombreux, selon Malcolm Newton, directeur du fabricant de barres d'armature en basalte Bastech. Il est plus facile à travailler pendant la construction car, comparé à l'acier, il est 4,5 fois plus léger et a 2,5 fois plus de résistance à la traction.

En tant que matériau inerte, le basalte résiste aux alcalis et aux acides, ce qui le rend idéal pour les structures exposées à des conditions humides car il ne se corrode pas.

Sa résistance à la corrosion contribue à réduire l’empreinte carbone du béton armé. Comme la pénétration de l'eau ne pose pas de problème, les barres d'armature en basalte nécessitent 20 % d'enrobage de béton en moins dans une dalle par rapport aux barres d'acier, selon Newton.

L'empreinte carbone des barres d'armature en basalte est également nettement inférieure à celle de l'acier. Cela peut sembler contre-intuitif étant donné que la roche doit être importée des États-Unis et est chauffée à haute température. Mais Newton affirme que l'analyse du cycle de vie de l'Université de Kingston a montré qu'elle utilise au moins 70 % de carbone en moins pendant le processus de production que l'armature en acier et 22 % de moins que l'acier recyclé.

Il y a des domaines où le basalte ne correspond pas à l’acier. Il ne peut pas être plié comme l’acier et, malgré sa résistance à la traction plus élevée, son élasticité est moindre. Ce sont des facteurs qui signifient qu’il est peu probable que les entrepreneurs l’utilisent dans des structures verticales de grande hauteur.

Newton estime que le prix est la principale raison de la lenteur de l'adoption du BFRP au Royaume-Uni, mais il s'attend à ce qu'il baisse si la production augmente. Alors que les prix de l’acier augmentent, celui du basalte est resté stable au point qu’il est désormais presque comparable à celui de l’acier.

"Pendant longtemps, personne n'a jamais pensé à utiliser des alternatives à l'acier, car il était bon marché, facile à utiliser et facile à souscrire à une indemnisation professionnelle", explique Newton.

Il n'existe pas non plus d'Eurocode pour les polymères renforcés de fibres de toute sorte, y compris les barres d'armature en basalte, car les connaissances en matière de tests sont limitées et l'industrie est « conservatrice par définition », selon Newton. Les ingénieurs hésitent donc à le préciser.

"Cependant, les ingénieurs en structure de Bastech sont en mesure de fournir une conception assistée par des tests", explique Newton. « Grâce à une combinaison de tests et de calculs effectués dans nos laboratoires, nos ingénieurs peuvent fournir des conceptions acceptables avec les Eurocodes et, plus important encore, offrir aux concepteurs une indemnisation professionnelle. »

Un projet britannique a démontré les avantages de l’utilisation du basalte, étayés par une analyse à long terme. Le tablier du Thompson's Bridge, un pont routier d'Irlande du Nord ouvert en 2011, a été construit en utilisant du BFRP au lieu d'armatures en acier. Le projet, dirigé par une équipe de l'École de planification, d'architecture et de génie civil de l'Université Queen's de Belfast, a été financé par le ministère des Transports.