Utilisation en infrastructure routières

L’utilisation des LAC en agriculture ne consomme que 4% de la production totale en Europe (Fig. 1. 23) alors que l’utilisation en construction routière atteint un chiffre d’environ 40% (essentiellement en remblais). Celle-ci représente donc une énorme consommation permettant de réduire une importante quantité de ces laitiers actuellement stockés.

A En terrassement

L’utilisation des laitiers d’aciérie de conversion, malgré des performances mécaniques relativement élevées, se limite encore à des applications de GNT, à des remblais généraux, matériaux drainant, pieux ballastés…où les exigences de la stabilité dimensionnelle du matériau ne sont pas essentielles.

A titre d’exemple, le terrassement d’une section de l’autoroute A54 (Nîmes- Salon de Provence) a été totalement réalisé en remblai en utilisant des laitiers de convertisseur. Avant de construire cette route, une planche d’essai a été réalisée sur laquelle ont été testés des laitiers d’âge différents sur une épaisseur de 1 m environ mise en œuvre en 2 couches

[SIMON, 1994]. Des relevés mensuels ont été effectués sur cette planche d’essai. Les résultats obtenus ont montré qu’aucune instabilité volumique n’a été constatée pour la partie réalisée avec les laitiers les plus anciens alors que le gonflement est apparu pour la partie réalisée avec le laitier le plus récent.

A l’issue de cette planche d’essai, il a été décidé d’utiliser les laitiers de vieille production 0/80mm dans la construction des remblais de l’autoroute A54. La quantité de ces laitiers était de 400 000 tonnes.

B En chaussées

B.1 Utilisation du laitier d’aciérie de conversion en couche de roulement

Cette utilisation paraît la plus porteuse d’intérêt, du fait surtout que le laitier, après stabilisation volumique, possède de très bonnes qualités mécaniques et une grande résistance à l’usure.

Les premières planches expérimentales réalisées il y a vingtaine d’années sur des bétons bitumineux à base de laitier LD non traité ont conduit à des désordres (apparition d’excroissances à la surface du revêtement non circulé) après quelques mois [ALEXANDRE, 1993].

Pour pallier les problèmes liés au gonflement de la chaux présente au sein des laitiers, le concassage de ces matériaux suivi d’un vieillissement, soit à l’air, soit à l’eau ou à la vapeur est réalisé afin que la quantité de la chaux libre puisse descendre à un niveau acceptable et qu’un gonflement n’aboutisse pas à la destruction des ouvrages.

Yongjie et al. ont effectué des essais sur des mélanges à base de LAC et des fines naturelles en vue de fabriquer des enrobés bitumineux. Avant l’introduction du LAC dans les mélanges, ces laitiers sont trempés dans l’eau à 60°C pendant 24, 48, 72, 96 et 120 heures. Les gonflements ont été mesurés et sont reportés dans la Fig. 1. 25. Le gonflement après 120h est inférieur à 1%, assurant que ces laitiers sont utilisables dans la fabrication des mélanges pour les enrobés bitumineux [YONGJIE et al., 2006].

Fig. 1. 25: Courbes d’expansion du laitier

immergé dans l’eau à 60°C[YONGJIEet al. 2006]
Fig. 1. 26: Résultats du test de la profondeur d’orniérage et de la stabilité dynamique [SHENet al.,

2007]

La couche de roulement d’une voie express à 4 voies a été réalisée avec ces enrobés bitumineux. Après 2 ans de mise en service, les laitiers de convertisseur se situant au sein des enrobés bitumineux présentent des performances excellentes en terme de rugosité, d’orniérage, et de fissuration.

De plus les tests de profondeurs d’orniérage ont montré que plus la proportion de LAC est importante dans les mélanges bitumineux, plus la profondeur d’orniérage est faible (Fig. 1. 26) [SHENet al., 2007]

Ainsi, à l’image des travaux de différents auteurs, le laitier d’aciérie de conversion est donc une source potentielle de matériau en quantité importante pour fournir le marché de la construction routière, particulièrement pour la construction de couche de roulement. Cette utilisation est bénéfique non seulement pour la consommation du laitier actuellement stocké en grande quantité mais aussi pour la préservation des ressources naturelles. Mais il faut noter que ces laitiers doivent être traités par un procédé de vieillissement pour que le gonflement engendré par la présence de chaux libre soit admissible, avant de pouvoir être utilisé dans le domaine de la construction.

B.2 Tentatives d’utilisation du laitier d’aciérie de conversion en couche d’assises

Le risque d’expansion du laitier d’aciérie de conversion, pouvant apparaître plusieurs mois, voire plusieurs années après la mise en place, a jusqu’à présent toujours dissuadé les ingénieurs routiers d’utiliser ces laitiers comme granulat dans des mélanges grave-laitier.

Afin de résoudre les problèmes liés au gonflement des LAC, la voie principale en cours d’exploration est l’optimisation du vieillissement. Ce procédé présente l’inconvénient

inévitable de devoir laisser ces laitiers en plein air pendant plusieurs mois, soumis aux intempéries. Cependant, l’évolution de ces matériaux reste trop limitée et ce procédé exige une grande surface de stockage au détriment de la protection de l’environnement.

Une autre voie envisagée est de mettre au point la formulation d’un mélange utilisant des granulats inertes et du laitier de convertisseur peu ou pas maturé (fraîche production, risque fort d’expansion), optimisé pour absorber les gonflements. Cette technique représente une valorisation de ces laitiers sans avoir recours à une période de maturation. Ainsi, les travaux de Rayssac [RAYSSAC et al., 2008] ont consisté à formuler des mélanges en associant les laitiers « fraîche production » LD (10% environ de chaux libre) de fraction 0/10mm au laitier cristallisé de haut-fourneau (HF) ou de calcaire de fraction 10/20 mm (granulats inertes), selon différentes proportions massiques.

Ces mélanges sont soumis à l’essai de vapeur « Steam Test » pendant 168 heures [EN, 1998] pour mesurer leurs gonflements. Ces derniers sont ensuite comparés aux gonflements théoriques calculés selon le modèle d’empilement compressible (MEC) implémenté dans le logiciel René-LCPC [SEDRANet al.,1994].

Fig. 1. 27: Courbes de gonflements théorique et mesuré du mélange avec le laitier de haut fourneau, en fonction du pourcentage de laitier LD

[RAYSSACet al., 2008]

L’objectif de cette étude vise à confectionner des mélanges à gonflements contrôlés ou des mélanges « peu gonflants», et de prévenir les gonflements des mélanges contenant différents pourcentages de laitiers de convertisseur.

Les résultats de ces travaux sont présentés dans les Fig. 1. 27 et Fig. 1. 28. Une bonne corrélation entre la courbe de gonflement expérimentale et celle théorique de HF (Fig. 1. 27) est bien établie lorsque le pourcentage de laitier LD 0/10 mm est inférieur à 50%. Le comportement est sensiblement le même selon la nature du mélange (LD/Calcaire ou LD/HF) se traduisant par des courbes de gonflement théoriques semblables.

Enfin, ces travaux montrent que pour un mélange contenant plus de 50% de laitier LD 0/10 mm, les valeurs de gonflement mesurées sont nettement inférieures à la théorie, avec un écart qui s’accentue avec la proportion du laitier LD et que pour respecter la limite admise pour une utilisation en couche de fondation (gonflement maximum de 5%), les mélanges ne devraient pas dépasser 60% de laitier LD 0/10 mm (Fig. 1. 27).

Ce travail ouvre donc des perspectives prometteuses pour l’utilisation des laitiers de convertisseur potentiellement instables en construction routière, en s’affranchissant des risques de dégradation des structures consécutives aux gonflements de ces derniers. De plus, elle permet d’utiliser les laitiers «fraîche production » à jeune âge, qui présentent un fort risque d’expansion sans vieillissement préalable.

Fig. 1. 28: Comparaison entre gonflement théoriques et mesurés pour des mélanges comprenant de 0 à 100% de laitier LD 0/10 mm