Filière Granulats Techniques Routières

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Préambule

Ce document fait partie d’une série rédigée dans le cadre d’un contrat de collaboration de recherche entre INSAVALOR SA et sa plateforme PROVADEMSE et la SARL TRINOV intitulé « Contribution au développement d’un outil de diagnostic et de mise en place de stratégies d’écologie industrielle en terme de gestion des déchets entre différentes PME d’un même territoire » et appartient conjointement et à parts égales à INSAVALOR-plateforme PROVADEMSE et à TRINOV.

Les cahiers des charges ainsi établis synthétisent les données disponibles dans la littérature scientifique et technique et des avis d’experts pour un certain nombre de filières de gestion et de traitement appartenant à une liste définie spécifiquement pour cette étude. Ils visent à définir les paramètres et les critères (positifs ou négatifs) conditionnant l’entrée de déchets, d’une manière générale, dans les filières de gestion/traitement/valorisation concernées. Pour toute validation de l’orientation d’un flux de déchet donné vers une installation, il conviendra de compléter cette approche en se reportant au cahier des charges et arrêtés d’exploitation spécifiques à l’installation considérée.

Déchets concernés par la valorisation en granulat de substitution en techniques routières

Définitions

Le granulat est constitué d’un ensemble de grains minéraux qui selon sa dimension (comprise entre 0 et 125 mm) se situe dans l’une des 7 familles suivantes : fillers, sablons, sables, graves, gravillons, ballast, enrochements (1).

Un granulat peut être (1) :

  • Naturel : D’origine minérale, issus de roches meubles (alluvions) ou de roches massives, n’ayant subi aucune transformation autre que mécanique (tels que concassage, broyage, criblage, lavage) ;
  • Artificiel : d’origine minérale résultant d’un procédé industriel comprenant des transformations thermiques ou autres. Les plus employés sont le laitier cristallisé concassé et le laitier granulé de haut fourneau ;
  • Recyclé : obtenu par traitement d’une matière inorganique utilisée précédemment dans la construction, tels que des bétons de démolition de bâtiments.

Un déchet peut être valorisé comme matière première secondaire granulat, soit comme un granulat recyclé (béton concassé), soit comme un granulat artificiel (laitiers, schistes) sous condition de répondre a minima, comme tout granulat, aux spécifications des normes européennes sur les granulats.

Déchets utilisés en France en granulat de substitution

Le tableau ci-dessous récapitule les principaux déchets industriels utilisés comme granulat en BTP et leurs applications. Seuls les matériaux pouvant entrer en substitution de matériaux naturels issus de carrières sont présentés. A noter, la majorité de ces déchets nécessite un traitement ou des opérations de formatages (concassage, broyage,..) avant utilisation qui ne sont pas spécifiés ici.  

Déchets industriels Provenances Utilisation/Substitution
Secteur du BTP

Déchets inertes du BTP

Chantiers de démolition, déconstruction, réhabilitation de bâtiments

Granulats recyclés

Terres excavées non polluées ou dépolluées Travaux de terrassement, centre de traitement ex situ Granulats
Déchets d’enrobé routier ou agrégats d’enrobés Chantiers de travaux publics Granulats, enrobés bitumineux à chaud, liants bitumineux
Boues de curages Bassins de retenue d’eaux pluviales, Boues de fossés, et boues de réseaux d’assainissement Substitution granulats fins et sables
Sédiments Curage de canaux et cours d’eau, curages de retenues Substitution granulats fins et sables
Carrières Sous-produits de carrières Matériaux provenant de la découverte, de l’extraction et du traitement Granulats
Secteurs industriels Cendres volantes de charbon Résidus de combustion du charbon en centrale thermique Granulats fins, (MPS dans fabrication de liants hydrauliques)
Schistes houillers Résidus d’exploitation du charbon Granulats
Laitiers de hauts fourneaux Co-produits de l’élaboration de la fonte Granulats, (MP fabrication du ciment)
Laitiers d’aciérie Co-produits de la fabrication de l’acier Granulats
Mâchefers d’incinération de déchets non dangereux (MIDND) Usine d’incinération d’ordures ménagères Granulats
Sables de fonderie Résidus de procédés de moulage de pièces métalliques Granulats
Pneu usagé non réutilisable Pneumatiques automobiles en fin de vie Granulats, (MPS fabrication de revêtements spéciaux)
Phosphogypse Industries chimiques Granulats, (MPS gypse)

Critères règlementaires

Règlement européen Produits de construction

Au sens du Règlement Produits de Construction (RPC) du 9 mars 2011 (abrogeant la Directive Produits de Construction), un produit de construction est défini comme « tout produit ou kit fabriqué et mis sur le marché en vue d’être incorporé de façon durable dans des ouvrages de construction et dont les performances influent sur celles des ouvrages de construction en ce qui concerne les exigences fondamentales applicables auxdits ouvrages» (article 2 - Définitions).

Le RPC considère 7 exigences fondamentales relatives aux ouvrages (annexe 1 du RPC):

  • Résistance mécanique et stabilité,
  • Sécurité en cas d’incendie,
  • Hygiène, santé et environnement,
  • Sécurité d’utilisation et accessibilité,
  • Protection contre le bruit,
  • Economie d’énergie et isolation thermique,
  • Utilisation durable des ressources naturelles.

Sous réserve d’un entretien normal, ces exigences doivent être respectées « pendant une durée de vie raisonnable du point de vue économique ».

La traduction des exigences fondamentales définies par le RPC pour les ouvrages en spécifications pour les produits est établie dans les spécifications techniques harmonisées, regroupant les normes harmonisées et les documents d’évaluation européens (DEA) (« documents adoptés par l’organisation des Organismes d’Evaluation technique (OET) aux fins de la délivrance d’évaluations techniques européennes).

Le RPC stipule également, compte tenu de possibles dérogations dont le cadre est clairement défini et limité (article 5), l’obligation pour les fabricants d’établir une déclaration des performances pour les produits couverts par une norme harmonisée ou conformes à une évaluation technique européenne. De plus, pour tous les produits pour lesquels une déclaration des performances a été établie, l’apposition du marquage CE est obligatoire.

Par conséquent, le marquage CE est obligatoire pour tous les produits couverts par une norme européenne harmonisée et pour tous les produits pour lesquels une évaluation technique européenne a été délivrée.

En apposant le marquage CE, les fabricants indiquent qu’ils assument la responsabilité de la conformité du produit de construction avec les performances déclarées ainsi que la conformité avec toutes les exigences applicables prévues par le RPC et par d’autres législations d’harmonisation de l’Union prévoyant un marquage CE.

Règlementation nationale

L’utilisation de matériaux de substitution comme granulat artificiel peut faire l’objet d’une règlementation spécifique comme c’est le cas pour la valorisation des mâchefers ou des sables de fonderie.

Cas général

Pour les déchets ne relevant pas d’une réglementation spécifique deux situations sont alors possibles.

Il s’agit de déchets déjà fréquemment utilisés en technique routière (ou dans la fabrication de ciment), tels que les laitiers de hauts fourneaux (ou les fumées de silice). Ils ont été reconnus pour leurs caractéristiques physico-chimiques particulières qui leur permettent d’apporter des propriétés recherchées aux ouvrages ou matériaux de construction dans lesquels ils sont incorporés. Leur utilisation en BTP est alors soumise à la validation des contraintes règlementaires par le biais de la normalisation et du marquage CE (cf 2.1).

Dans les autres cas, qu’il s’agisse de « nouveaux déchets » ou de déchets dont les potentialités de valorisation ont été mises à jour récemment, l’aptitude technique et environnementale doit être démontrée selon des modalités non définies par la réglementation.

Néanmoins, le produit de construction résultant de cette valorisation devra également satisfaire les exigences techniques et environnementales définies par la règlementation européenne pour la libre circulation des produits de construction sur l’ensemble du territoire de l’Union européenne.

Valorisation des MIDND

L’arrêté du 18 novembre 2011 relatif au recyclage en technique routière des mâchefers d’incinération de déchets non dangereux remplace la circulaire n°94-IV-1 du 09/05/94 relative à l’élimination des mâchefers d’incinération des résidus urbains. Cet arrêté est applicable à tous les MIDND (Mâchefers d’Incinération de Déchets Non Dangereux) et à tous les matériaux alternatifs ou matériaux routiers élaborés à partir de MIDND (entrée en vigueur le 1er juillet 2012).

L'arrêté fixe des critères d'acceptabilité à respecter pour permettre le recyclage en technique routière. Ces critères sont liés à

  • la nature de l'usage routier,
  • au comportement à la lixiviation,
  • à la teneur intrinsèque en éléments polluants,
  • à l'environnement immédiat de l'ouvrage routier
  • ainsi qu'à la mise en œuvre du matériau routier.

Les usages routiers autorisés sont précisés. Ils doivent être revêtus ou recouverts et sont définis en 2 types (sous-couche de chaussée ou d’accotement et remblai technique).

Le matériau alternatif doit faire l’objet d’un essai de lixiviation mené conformément à la norme NF EN 12457-2. Les valeurs limites à respecter pour les quantités relarguées à un ratio L/S = 10 l/kg sont indiquées dans le tableau suivant :

Paramètre Valeur limite à respecter pour les usages de type 1 exprimée en mg/kg de matière sèche Valeur limite à respecter pour les usages de type 2 exprimée en mg/kg de matière sèche
As 0,6 0,6
Ba 56 28
Cd 0,05 0,05
Cr total 2 1
Cu 50 50
Hg 0,01 0,01
Mo 5,6 2,8
Ni 0,5 0,5
Pb 1,6 1
Sb 0,7 0,6
Se 0,1 0,1
Zn 50 50
Fluorure 60 30
Chlorure (*) 10 000 5 000
Sulfate (*) 10 000 5 000
Fraction soluble (*) 20 000 10 000
(*) Concernant les chlorures, les sulfates et la fraction soluble, il convient, pour être jugé conforme, de respecter soit les valeurs associées aux chlorures et aux sulfates, soit de respecter les valeurs associées à la fraction soluble.

La teneur intrinsèque en éléments polluants est évaluée sur la base des résultats d'une analyse en contenu. Les valeurs limites à respecter en contenu total sont consignées dans le tableau suivant :


Paramètre Valeur limite à respecter
COT (carbone organique total) 30 g/kg de matière sèche
BTEX (benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes) 6 mg/kg de matière sèche
PCB (polychlorobiphényles 7 congénères) 1 mg/kg de matière sèche
Hydrocarbures (C10 à C40) 500 mg/kg de matière sèche
HAP (Hydrocarbures aromatiques polycycliques) 50 mg/kg de matière sèche
Dioxines et furannes 10 ng I-TEQOMS, 2005/kg de matière sèche

Valorisation des sables de fonderie

L’arrêté du 16 juillet 1991 sur l’élimination et valorisation des sables de fonderie contenant des liants organiques de synthèse. La filière de valorisation autorisée est fonction de la teneur en phénol dans la fraction lixiviable :

Teneur en phénol Filière de valorisation
< 1 mg/kg Valorisation en remblais possible
2 mg/kg < teneur en phénol < 5 mg/kg Fabrication de produit de base de liants hydrauliques

Valorisation des cendres volantes de charbon

Les cendres volantes peuvent être utilisées en BTP soit pour leur fonction de « granulat » soit pour leur fonction de « liant ». En tant que granulat, seules les cendres issues de la combustion de la houille (cendres silico-alumineuses ou silico-calciques) sont utilisées et non celles provenant de la combustion de la lignite (cendres sulfo-calciques) (2) :


La circulaire n°96-85 du 11 octobre 1996 relative aux cendres volantes issues de la filtration des gaz de combustion d’origine fossile dans des installations classées pour la protection de l’environnement vise à encourager la valorisation des cendres volantes de charbon comme constituant du cru de cimenterie, du ciment ou du béton dans des installations ayant fait l’objet d’une procédure d’autorisation prévoyant explicitement l’utilisation des cendres. Les autres usages des cendres (tels que la valorisation en remblai ou sous-couche routière) ne peuvent être autorisés que si leur producteur fournit à l’inspection des installations classées des éléments d’appréciation relatifs à l’impact potentiel de tels usages sur l’environnement.

Critères normatifs : normes relatives aux granulats

Normes européennes

Sept normes européennes de spécifications des granulats existent :

  • NF EN 13242 Granulats pour matériaux traités aux liants hydrauliques et non traités ;
  • NF EN 13043 Granulats pour mélanges hydrocarbonés et enduits superficiels ;
  • NF EN 12620 Granulats pour bétons ;
  • NF EN13139 Granulats pour Mortiers ;
  • NF EN13055-1 Granulats légers pour bétons et mortier ;
  • NF EN13055-2 Granulats légers pour assises ;
  • NF EN13383-1 Enrochement – spécification.

Ces normes européennes définissent des catégories ou classes pour chaque caractéristique de granulats, déterminées à partir d’essais européens normalisés.

Normes françaises

La norme française expérimentale XP P 18-545 (Granulats – Éléments de définition, conformité et codification), d’application volontaire, vient expliciter, préciser et compléter ce dispositif normatif européen, afin de tenir compte du niveau d’exigence requis par les techniques actuelles d’une part, et du tissu industriel existant, d’autre part.

Pour les bétons destinés aux bâtiments et aux ouvrages de génie civil, c’est à l’acquéreur de granulats qu’il appartient de définir ses spécifications d’usage dans son cahier des charges (en fonction du type de construction, de la qualité du béton et de divers risques d’exposition) en se basant sur les prescriptions de la norme française XP P 18-545, laquelle s’appuie sur la norme européenne NF EN 12620. (3)

Pour le domaine routier on pourra également s’appuyer sur la norme NF EN 13285 (Graves non traitées) définissant notamment l’ensemble des caractéristiques et catégories des GNT nécessaires à leur utilisation pour la construction et l’entretien des couches de chaussées des routes, des aérodromes et autres aires de trafic.

Critères techniques et environnementaux

Prescriptions techniques

Marquage CE et marquage NF

La mise sur le marché des granulats est soumise à l’obligation réglementaire du marquage CE. En complément, un marquage NF certifie la conformité des produits aux exigences complémentaires de la norme française (XP P 18-545) et du référentiel de certification NF-Granulats (NF 041).

Plusieurs caractéristiques sont déclarées (en fonction des normes visées) (4) :

Pour chacune de ces caractéristiques, les seuils requis sont indiqués dans la/les norme(s) à prendre en compte pour l’usage considéré du granulat.

Guide technique du LCPC-SETRA (Guide GTR)

Les conditions d’utilisation des matériaux en terrassement routier sont précisées par le "guide technique de réalisation des remblais et des couches de forme" du LCPC-SETRA dont la seconde édition date de juillet 2000 (5).

C’est de ce guide qu’est issue la norme NF P 11-300 (Exécution des terrassements - Classification des matériaux utilisables dans la construction des remblais et des couches de forme d'infrastructures routières). Cette norme également connue sous l’appellation « Classement GTR » définit les caractéristiques géotechniques des matériaux naturels et sous-produits industriels (y compris déchets de démolition) pouvant faire l’objet d’une utilisation en remblai et couche de forme d’infrastructures routières.

Neuf familles de matériaux comprenant les sols organiques et les sous-produits industriels, susceptibles d’être concernés en France par une utilisation en remblai ou en couche de forme ont été créées avec, pour chacune d’elle, le (ou les) paramètre(s) duquel (ou desquels) dépendent les possibilités d’emploi.


Classification générale des sols organiques, sous-produits industriels (classe F) (5)
Famille de matériaux Code(s) déchet Symbole Paramètre(s) considéré(s) comme significatif

Matériaux naturels renfermant des matières organiques

17 05 04

17 05 06

F1

  • Teneur en matières organiques
  • Examen de leurs caractéristiques géotechniques de manière analogue aux sols A, B ou C.

Cendre volantes silico-alumineuses

10 01 02

F2

  • Rapport entre teneur en eau naturelle et leur teneur en eau optimum Protor normal
  • valeur de l’IPI à la teneur en eau naturelle.

Schistes houillers

01 01 02

F3

  • Taux de combustion
  • examen de leurs caractéristiques géotechniques de manière analogue aux sols A, B, C, D ou aux matériaux rocheux.

Schistes des mines de potasse

01 01 02

F4

  • Teneur en NaCl
  • et pour ceux à faible teneur, examen de leurs caractéristiques géotechniques de manière analogue aux sols A, B ou C.

Phosphogypse

01 04 11

06 09 04

F5

  • Mode d’obtention comportant ou non une neutralisation à la chaux,
  • examen de la granulométrie et de la teneur en eau.

Mâchefers d’incinération d’ordures ménagères

19 01 12

F6

  • Taux d’imbrulés et d’éléments solubles,
  • qualité du déferraillage, du criblage et de l’homogénéisation,
  • durée du stockage,
  • présence ou non de cendres volantes de combustion.

Matériaux de démolition

17 01 01

17 01 02

17 01 03

17 01 07

F7

  • Qualité du déferraillage et de l’homogénéisation,
  • présence d’éléments indésirables (plâtres, bois,…),
  • granulométrie.

Laitiers de hauts-fourneaux

10 02 01

F8

  • caractéristiques géotechniques de manière analogue aux sols B, C, D, ou aux matériaux rocheux.

Autres sous-produits industriels

F9

  • Paramètres à définir à l’appui d’une étude spécifique

Une classification complète de ces matériaux, avec des valeurs seuils des paramètres permettant d’établir des distinctions à l’intérieur d’une même famille, est présentée en annexe I.  

Spécifications d’usage (3)

Pour la construction routière comme pour la fabrication des bétons, les granulats doivent répondre à des spécifications précises (sources UNICEM) :

Chaussées de routes

Les spécifications d’usage sont fixées en fonction du trafic de poids lourds, de la position de la couche considérée dans la structure de chaussée et de la technique routière utilisée pour sa réalisation (traitée ou non par un liant hydraulique ou hydrocarboné essentiellement).

Les spécifications d’usage conseillées pour les assises sont moins sévères que celles qui sont proposées pour les revêtements, lesquels nécessitent des granulats très résistants, concassés et peu polissables.

Assises de chaussées

Pendant la phase de travaux, les diverses opérations de manutention, de stockage, de reprise, de fabrication et de mise en œuvre, font subir aux granulats des frottements réciproques. Ces frottements amènent une usure avec production de particules fines. Les granulats sont d’autant plus sensibles à cette attrition qu’ils sont plus anguleux, moins résistants et plus hétérogènes.

Le compactage soumet aussi les granulats à des chocs répétés menant à une fragmentation avec formation d’éléments de toutes dimensions.

Après la mise en service, la chaussée encaisse des sollicitations mécaniques dues en grande partie à la circulation des poids lourds et les granulats évoluent alors différemment selon la technique routière mise en place.

Dans une assise non traitée par un liant hydrocarboné ou hydraulique, les granulats ne sont pas liés entre eux et subissent alors, sous l’action agressive du trafic de poids lourds, une fragmentation et une usure dans toute la masse de l’assise.

L’emploi d’un liant hydrocarboné amène une « liaison souple » qui limite les mouvements relatifs des granulats mais ne les supprime pas.

Avec un liant hydraulique, après la prise, les granulats sont liés entre eux et ne se déplacent plus les uns par rapport aux autres.

Cependant, la fissuration de l’assise traitée, due au retrait thermique, entraîne des frottements réciproques des granulats de part et d’autre des fissures, à chaque passage de poids lourds. Elle favorise également l’infiltration de l’eau, ce qui accélère encore l’attrition.

Les revêtements de chaussées

Les granulats pour couches de roulement doivent remplir 3 fonctions :

  • rester dans le produit routier que l’on a choisi de mettre en place ; cette stabilité dépend de la granularité, de la forme, de l’angularité et de la propreté du granulat ; l’adhésivité avec le liant assure la tenue dans le temps ;
  • se maintenir dans leur intégrité là où ils sont, donc conserver toutes leurs propriétés aussi longtemps que possible ; c’est le rôle essentiel de la résistance mécanique, à savoir la résistance à la fragmentation et la résistance à l’usure ;
  • assurer de bonnes caractéristiques antidérapantes, ce qui fait intervenir la granularité, la forme et l’angularité, pour la macro-texture routière d’une part, et la résistance au polissage pour sa micro-texture d’autre part ; la résistance au polissage est liée aux aspérités de surface des gravillons ou microrugosité.

Prescriptions environnementales

Outre le fait que le matériau recyclé ou artificiel doit présenter les caractéristiques techniques nécessaires à son utilisation en BTP, il doit aussi vérifier des conditions d’acceptabilité d’un point de vue environnemental (notamment en termes d’émissions polluantes).

Certains guides existent et précisent les analyses et critères environnementaux à observer :

  • Guide méthodologique SETRA (mars 2011), Acceptabilité de matériaux alternatifs en technique routière - Evaluation environnementale : démarche d’évaluation de l’acceptabilité environnementale.
  • Guides d’Application spécifiques associés : démarche spécifique à certains matériaux alternatifs (à venir courant 2012).

Guide méthodologique SETRA

Ce guide fournit une démarche d’évaluation de l’acceptabilité environnementale de matériaux alternatifs élaborés à partir de déchets et destinés à être utilisés en techniques routières sous forme de granulats, de graves, de sols, de fillers ou de liants. Sont exclus du champ d’application les matériaux alternatifs élaborés à partir de déchets dangereux ou contenant une substance radioactive.

La démarche d’évaluation environnementale se déroule en 3 étapes :

  • Etape 1 : description du déchet et de son gisement,
  • Etape 2 : description du matériau alternatif, du matériau routier et de l’usage routier visé,
  • Etape 3 : caractérisation environnementale du matériau alternatif et du matériau routier, présentant 3 niveaux d’investigation :
    • Le niveau 1 repose sur la réalisation d’essais de lixiviation (NF EN 12457-2) et d’analyses en contenu total (valeurs limites en annexe 2) ;
    • Le niveau 2 repose sur la réalisation d’essais de percolation ;
    • Le niveau 3 repose sur la production d’une étude spécifique.

Guides d’application spécifiques

Le guide méthodologique est décliné en guides d’application, plus directement opérationnels, pour les gisements de matériaux alternatifs dont le retour d’expérience est probant.

Les gisements de matériaux alternatifs faisant l’objet d’un guide d’application sont :

  • Les déchets du BTP,
  • Les mâchefers d’incinération d’ordures ménagères,
  • Les laitiers sidérurgiques,

Pour le gisement concerné, le guide d’application remplace le guide méthodologique.

Un autre guide spécifique a été établi par le Ministère de l’écologie pour la « réutilisation hors site des terres excavées en techniques routières et dans des projets d’aménagement ». Ce guide n’est pas un guide d’application du Guide « SETRA ». Il propose une démarche de réutilisation sous l’angle environnemental et sanitaire en cohérence avec la méthodologie définie dans la Note Ministérielle relative à la gestion des sites et sols pollués en France du 8 février 2007.

Ce guide est téléchargeable sur le site portail http://www.developpement-durable.gouv.fr/-Sites-et-sols-pollues-.html.  

Bibliographie

1. CENTRE D'INFORMATION SUR LE CIMENT ET SES APPLICATIONS. G10. Les constituants des bétons et des mortiers - Fiches Techniques. s.l. : Collection Technique Cilbéton, 2005.

2. ROSSI, Pierre, RAOUL, Guy et GAVOIS, Ludovic. Utilisation des sous-produits industriels - Schistes houillers. s.l. : Techniques de l'Ingénieur, août 2008. C5371.

3. CSTB ; Insavalor Division POLDEN. Analyse des besoins et des marchés pour le recyclage, voies possibles de valorisation pour les matières premières secondaires issues de la déconstruction. [auteur du livre] Coordination BRGM. Projet ANR ASURET. 2011.

4. AFNOR. NF pour la qualité des granulats. [En ligne] juin 2007. http://www.marque-nf.com/marquenf/pdf/d%C3%A9pliant-nf-granulats.pdf.

5. SETRA et LCPC. Guide technique de "Réalisation des remblais et couches de forme". Juillet 2000.

Annexes

Annexe 1 : Annexes techniques Guide SETRA (5) – Classe F

Annexe 2 : valeurs limites associées à la caractérisation environnementale de niveau 1