Après avoir présenté les généralités inhérentes au métakaolin flash, ainsi que ses atouts, en termes de durabilité, ce troisième volet présente trois applications distinctes, intégrant des métakaolins.

Mise en sécurité du terre-plein central de l’autoroute A 20 par remplacement des glissières en acier par des GBA.  [©Argeco Développement]
Mise en sécurité du terre-plein central de l’autoroute A 20 par remplacement des glissières en acier par des GBA. [©Argeco Développement]

I – GBA de l’A 20 : du métakaolin flash en béton extrudé

• Nature des travaux
Réaménagement et sécurisation du terre-plein central de l’autoroute A 20, sur 12 km, au niveau de la traversée de Limoges (87), par la création de glissières en béton armé (GBA), en remplaçant les anciens renforts simples constitués de glissières métalliques.

• Apports du métakaolin flash dans la formulation des bétons pour les GBA
Pour ce type de béton ferme, la valeur de l’affaissement et le maintien de consistance doivent être maîtrisés, de manière parfaite, tout au long de l’attente du béton (1 h), avant sa mise en forme par moulage et extrusion. Pour ce chantier, le métakaolin flash a été employé à hauteur de 12 % en substitution de la même masse de ciment (le métakaolin s’utilise avec un k = 1) et en n’utilisant aucun filler calcaire, malgré la présence d’un sable lavé pauvre en fines.
Les coulages des GBA ont été effectués de nuit et sur une période de 1 mois et demi (entre mai et juin 2015).
Pour proposer un béton extrudé de qualité nonobstant le déficit en fines de la fraction sableuse, Irribaren Béton a utilisé le métakaolin flash d’Argeco Développement et l’a ainsi soumis à Colas Grands Travaux, entreprise mandataire, pour la réalisation de 2 000 m3de bétons extrudés C30/37. 
Grâce à ses caractéristiques physico-chimiques, le métakaolin flash procure au béton extrudé une robustesse des paramètres rhéologiques, ce qui a permis d’exécuter ce chantier de façon sereine, en dépit de fortes températures, y compris nocturnes. Outre ce paramètre technique, l’utilisation de métakaolin a permis de présenter une variante technique avancée.

• Repères
Maître d’ouvrage : Etat
Maître d’œuvre : Direction interdépartementales des routes (DIR) Centre-Ouest
Entreprise mandataire : Colas Grands Travaux
Fournisseur du béton : Irribaren Béton

II – Hôpital Nord Deux-Sèvres : du métakaolin en béton auto-plaçant

La totalité des planchers de l’hôpital Nord Deux-Sèvres de Niort a été coulée en béton auto-plaçant. [©Willy Berré/Argeco Développement]
La totalité des planchers de l’hôpital Nord Deux-Sèvres de Niort a été coulée en béton auto-plaçant. [©Willy Berré/Argeco Développement]

• Nature des travaux

Situé à Faye-l’Abbesse, à proximité de Niort (79), l’hôpital Nord Deux-Sèvres s’inscrit dans le contexte de la mutualisation des moyens hospitaliers régionaux. A terme, ce centre hospitalier remplacera trois centres déjà existants, mais de plus petites tailles. Les travaux comprennent, entre autres, le coulage des planchers du futur hôpital, à l’aide d’un béton auto-plaçant. 

• Apports du métakaolin flash dans la formulation des bétons auto-plaçants

Bouygues Bâtiment Centre Sud-Ouest et Bouygues Bâtiment Grand Ouest ont opté pour l’usage de bétons horizontaux et verticaux auto-plaçants. Pour les premiers, un étalement de 650 mm (+/-50 mm) était demandé, avec une maintien de rhéologie d’au moins 1 h. Sachant que les coulages étaient étalés sur l’ensemble de l’été 2016, avec des température allant jusqu’à 35 °C. D’autre part, pour limiter les risques de fissuration, le cahier des charges de Bouygues a exigé un faible volume de pâte et un rapport Eaueff/Liantéqmaîtrisé.
Depuis plusieurs années, Argeco Développement a largement étayé ses connaissances sur les Bap, en mettant en place une méthode de formulation adaptable à ce type de bétons fluides. Cette méthode s’est traduite en particulier par quelques publications scientifiques, dont Self-compacting concrete using flash-metakaolin : design method1.
En tirant parti des avantages procurés par le métakaolin flash, Argeco Développement a proposé des formulations de Bap, intégrant plusieurs types de ciments et de granulats, et dans lesquelles, le volume de pâte a été réduit par rapport à la formule de référence.
Pour ce chantier, l’industriel s’est associé au bétonnier RBS, pour concevoir, fabriquer et mettre en place un Bap, contenant 50 kg/m3de métakaolin flash et répondant à tous les critères exigés par le cahier des charges.
Ainsi, sur le chantier de l’hôpital Nord Deux-Sèvres, l’utilisation de métakaolin flash a permis de couler 9 000 m3de Bap horizontaux à faible volume de pâte, avec un étalement de 680 mm maintenu pendant 2 h. Ce Bap horizontal a été apprécié pour son excellente thixotropie, qui lui confère une très bonne capacité à s’écouler et occuper les espaces disponibles, sans paraître liquide et sans ségrégations. 

• Repères
Entreprise mandataire : Bouygues Bâtiment Centre – Sud-Ouest et Bouygues Bâtiment Grand Ouest
Fournisseur du béton : RBS (filiale de Colas Centre-Ouest)

III – Métro de Rennes : Du métakaolin flash en ouvrages d’art

Pose d’un voussoir en béton précontraint sur le chantier de construction du viaduc de la ligne 2 du métro de Rennes. [©DR]
Pose d’un voussoir en béton précontraint sur le chantier de construction du viaduc de la ligne 2 du métro de Rennes. [©DR]

• Nature des travaux

Dans le but de développer son offre de transport en commun, la métropole rennaise a décidé la construction d’une 2eligne de métro. Ces travaux ont nécessité la mise en place d’ouvrages d’art, dont certaines parties se situaient en aérien. A l’image du viaduc de 2,4 km, qui constitue la partie Nord-Est du tracé de la ligne B du métro.

 • Apports du métakaolin flash dans la formulation des bétons pour ouvrages d’art

Lors de la construction du viaduc, quelque 71 piles en béton (10 à 20 m de hauteur), représentant un volume unitaire de 30 m3et 974 voussoirs (de 12,50 m3à 25 m3/pièce), ont été mise en place.
Présentant un affaissement au cône de 190 mm +/- 20 mm, les bétons des piles étaient de type C50/60 XA2 Dmax16 mm Cl 0,2. Ceci, avec un G/S de 1,38 et un E/C de 0,42. Quant au béton des voussoirs précontraints, il s’agissait d’un C55/65 XA2 Dmax 16 mm Cl 0,2, avec un affaissement de 145 mm +/- 15 mm, un G/S de 1,38 et un E/C de 0,36. Le cahier des charges mentionnait un décoffrage après 18 h de cure et une résistance minimale avant décoffrage de Rc > 22 MPa. 
Pour respecter les contraintes inhérentes à la réaction sulfatique interne (RSI) de ces pièces massives, il a été nécessaire de limiter la température du béton frais à 24 °C en été. De plus, afin de satisfaire les vitesses de décoffrage en hiver, la température du béton a dû être maintenue à 13 °C au minimum durant les périodes froides, ce qui a obligé Pigeon Matériaux (le fournisseur du BPE) à chauffer les granulats.
Au cours de ce chantier, d’une durée d’un an et demi, 25 000 m3de bétons ont été coulés par des températures extérieures comprises entre – 9 °C et + 30 °C. Et ce, pour la construction de l’ensemble des pièces du viaduc. 
Pour la formulation de ces bétons, Argeco Dévelopement a proposé un autre produit de sa gamme : le métakaolin flash blanc (Argicem blanc).
Qu’il s’agisse des piles ou des voussoirs, l’intégralité des critères techniques du cahier des charges a été respectée. Une fois de plus, les bétons de ce chantier montrent que, pour atteindre de hautes ou de très hautes performances, le métakaolin flash peut être un véritable atout.

• Repères
Entreprise mandataire : Razel-Bec
Fournisseur du béton : Pigeon Matériaux

IV – Nouvelles applications pour le métakaolin flash

Le métakaolin flash permet ainsi de formuler et d’appliquer des bétons, couvrant toutes les gammes de résistances. Et en particulier les bétons à hautes et très hautes performances, ainsi que les Bfup. A ce jour, les études menées démontrent qu’il est aisé d’obtenir ces trois types de bétons, en remplaçant en totalité la fumée de silice par du métakaolin flash.
Dans une certaine continuité et pour des ouvrages précontraints ou des immeubles de grande hauteur, les bétons à hautes performances (BHP), formulés avec du métakaolin flash, possèdent un comportement au fluage assez proche de ceux formulés avec une fumée de silice (conformité aux courbes enveloppe des Eurocodes Bâtiments et Eurocodes Ponts avec fumée de silice). Le métakaolin flash représente donc une alternative efficace et très concurrentielle. Ce dernier est aussi une addition à forte valeur ajoutée pour les bétons durables. Dans la plupart des situations, il permet d’atteindre les classes de durabilité les plus sévères (XA3, XS3), pour des durées de 100 ans ou plus [Lire Béton[s] le Magazine n° 74, p. 53).
Enfin, le métakaolin flash est un matériau tout à fait adapté et apprécié pour la formulation de géopolymères et de matériaux alcali-activés. Ces techniques restent encore exploratoires, mais sont beaucoup étudiées par l’ensemble des acteurs du BTP et au-delà.

Raphaël Bucher
Docteur en génie civil et ingénieur R&D chez Argeco Développement

Pierre Drelon
Responsable technique produits et applications chez Argeco Développement

1R. Bucher, P. Diederich, M. Mouret, G. Escadeillas, M. Cyr, “Self-compacting concrete using flash-metakaolin : design method”, Materials and Structures, 2014.