Fabriquer du béton de meilleure qualité
Grâce à sa résistance, sa durabilité, son efficacité, sa sécurité et sa faible empreinte carbone, le béton est devenu le matériau de construction par excellence dans le monde entier. Malheureusement, comme les infrastructures en béton contiennent également des métaux intégrés comme l’acier, qui se corrodent, le béton lui-même est susceptible de se fissurer et de se détériorer, ce qui constitue un risque pour la sécurité. Le béton «auto-cicatrisant», qui repose sur l’incorporation de bactéries, a récemment été présenté comme une solution prometteuse à l’épineux problème de la fissuration du béton. L’attrait commercial de cette technologie reste toutefois limité en raison de la nature fragile et friable globale du carbonate de calcium auquel elle a recours. Grâce à un financement de l’UE, des chercheurs de l’université technologique de Delft et de l’université de Cornell ont créé Biocrete, le premier béton d’inspiration biologique au monde basé sur des bactéries et réactif aux contraintes. «L’avantage de Biocrete réside dans le fait qu’il combine des processus de synthèse de matériaux bio-inspirés et de conception de matériaux cimentaires», explique Damian Palin, coordinateur du projet Biocrete et bénéficiaire d’une bourse Marie Skłodowska-Curie. «Cela donne un béton qui offre une capacité supérieure de cicatrisation des fissures, de meilleures performances fonctionnelles et une durabilité accrue.»
Des coquillages au ciment
Inspirés par la formation des coquillages, les chercheurs ont créé Biocrete en contrôlant la formation des cristaux de calcite (calcaire) dans des gels d’agarose anisotropes. Cette approche a débouché sur la mise au point d’un matériau composite agarose-calcite offrant diverses fonctionnalités structurales. En utilisant un film d’agarose avec un réseau fibreux, les chercheurs sont parvenus à former des disques composites de cristaux de calcite orientés parallèlement aux fibres. À l’inverse, des cylindres de gel d’agarose déformés de manière uniaxiale ont donné des cristaux en forme de grains de riz. «Cet ajout prometteur d’une fonctionnalité structurale spécifique à l’orientation dans les composites cristallins, à l’aide de gels conçus à cet effet, pourrait ouvrir la voie à des matériaux composites cristallins dotés de propriétés structuro-fonctionnelles anisotropes», explique Damian Palin. «Un tel matériau serait particulièrement bien adapté aux applications utilisées, par exemple, dans les domaines de la construction, de la photonique et du stockage et de la conversion de l’énergie.»
Vers un matériau cimentaire économe en ressources
En élargissant notre compréhension de la formation des matériaux composites à base de cristaux de calcite dans les systèmes de gel polymère, le projet Biocrete a jeté les bases de recherches supplémentaires sur les matériaux de construction et les bâtiments bio-inspirés. «Ces travaux nous ont permis de mieux comprendre comment la nature façonne ses tissus minéralisés», fait remarquer Damian Palin. «Ils fournissent également une plateforme prometteuse pour contrôler de manière rationnelle les précipités minéraux induits par les bactéries dans les applications de béton auto-cicatrisant basées sur ces dernières.» Pour partager ces connaissances avec la prochaine génération de concepteurs, Damian Palin a développé et dispensé un cours consacré à ce sujet au National College of Art and Design, en Irlande. S’inspirant des travaux du projet, le cours a exposé la théorie et la pratique de la bio-inspiration aux étudiants par le biais d’une série de conférences, d’ateliers et de visites sur site. «Ce cours avait pour objectif d’encourager l’adoption des conceptions bio-inspirées», ajoute Damian Palin. Damian Palin poursuit désormais ses recherches grâce à une bourse de recherche au Trinity College de Dublin. Plus précisément, il s’efforce d’élaborer des stratégies basées sur des gels imprimés en 3D afin de contrôler la structure et les propriétés des matériaux cimentaires. «Je suis convaincu que ces travaux aboutiront à un matériau cimentaire économe en ressources, capable de répondre aux mêmes exigences structurelles que les bétons actuels tout en utilisant nettement moins de ciment», conclut Damian Palin. «Des matériaux cimentaires de ce type pourraient jouer un rôle clé pour que l’Europe atteigne son objectif de durabilité consistant à devenir climatiquement neutre d’ici 2050.»
Mots‑clés
Biocrete, béton, matériau cimentaire, ciment, construction, infrastructure, bâtiment, matériaux composites, durabilité, neutralité climatique
