Béton Vert

Protéger l'environnement bâti des forces du monde naturel avec des barrages et des digues est un travail important (voir Sauver la Hollande ) , tout comme la protection de l'environnement naturel du monde artificiel. Mais l'ingénieur du 21e siècle devrait également considérer le monde naturel comme un partenaire de conception puissant et une source de solutions durables. Un bon point de départ est d'étudier la façon dont les matériaux naturels sont construits à l'échelle nanométrique et de s'en inspirer lorsque nous concevons nos propres matériaux. Prenez, par exemple, le matériau de construction de prédilection de l'ingénieur civil : le béton, le plus ancien matériau de construction d'ingénierie et l'un des matériaux les plus consommés sur terre, juste après l'eau.





Chaque année, 1,89 milliard de tonnes de ciment - le principal composant du béton - sont fabriqués, assez pour produire un mètre cube de béton pour chaque personne en vie. Malheureusement, le ciment est une source majeure de dioxyde de carbone atmosphérique, en grande partie parce qu'il est fabriqué en brûlant des combustibles fossiles pour chauffer une poudre de calcaire et d'argile à 1 500 °C, ce qui modifie sa structure moléculaire. Lorsque la poudre de ciment est ensuite mélangée à de l'eau et du gravier, l'énergie investie est libérée dans des liaisons chimiques qui forment des hydrates de silicate de calcium, la colle qui lie le gravier pour faire du béton. La production de ciment représente environ 7 à 8 pour cent de toutes les émissions de dioxyde de carbone d'origine humaine.

Seconde Terre

Cette histoire faisait partie de notre numéro de juillet 2007

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Si nous pouvons concevoir un nouveau ciment dont la fabrication ne produit que la moitié de la quantité de dioxyde de carbone, nous obtiendrons une réduction significative des émissions totales de dioxyde de carbone. Et l'os humain pourrait nous montrer comment le faire.



La force du ciment provient en grande partie de la façon dont les hydrates de silicate de calcium s'auto-assemblent en particules qui se regroupent avec la densité la plus élevée possible pour les objets sphériques. L'os humain - ou, plus précisément, les minéraux d'apatite dans l'os - atteint une densité de tassement très similaire à l'échelle nanométrique, mais il est fabriqué à la température du corps sans libération appréciable de dioxyde de carbone. À l'échelle nanométrique, l'os a beaucoup de points communs avec le béton : il se compose en grande partie de calcium ; sa résistance présente une composante de friction importante ; et les protéines de collagène aident à le renforcer, tout comme les barres d'acier renforcent le béton.

Bien sûr, avec l'os, l'hydratation et le durcissement des minéraux d'apatite prennent environ un mois, plus de temps que ce que nous pouvons nous permettre sur les chantiers de construction. Mais si nous pouvons trouver un moyen d'imiter le processus et de l'accélérer, nous pourrions le reproduire pour façonner un nouveau matériau de construction.

Ceci n'est qu'un exemple de recherche s'appuyant sur les conceptions illimitées offertes par le monde naturel et en extrayant les principes d'ingénierie fondamentaux.



Franz-Josef Ulm, expert en matériaux, est professeur au département de génie civil et environnemental du MIT.

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