Regarder le ciment sécher

Lorsqu'il a entendu pour la première fois un collègue parler de recherche sur le ciment, Ronald Berliner, physicien nucléaire à l'Université du Missouri-Columbia, a déclaré que j'ai réalisé avec horreur que je n'avais aucune idée de ce qu'était le ciment. Quatre ans plus tard, Berliner en sait beaucoup sur le ciment ; en fait, il repousse les frontières de ce que nous savons de cette substance omniprésente mais méconnue, essentielle à la fabrication du béton, le matériau industriel le plus répandu au monde.

Le ciment est un mélange complexe ; Le ciment Portland (le type couramment utilisé pour les bâtiments) est composé principalement de silicates et d'aluminates, avec une pincée de sodium, de potassium, de soufre, de fer et de magnésie. Les scientifiques savent depuis longtemps que les ingrédients se combinent avec l'eau pour former des hydrates, qui lient le sable et la pierre au béton. Pourtant, une compréhension chimique rigoureuse de ce processus s'est avérée insaisissable, car la plupart des méthodes analytiques ne fonctionnent pas sur le ciment humide.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de mai 1998

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La phase de dormance de 6 à 8 heures entre la courte période initiale de réaction rapide, lorsque de l'eau est d'abord ajoutée au mélange de béton, et une période ultérieure de durcissement rapide est particulièrement mystérieuse. Berliner utilise la diffusion quasi-élastique des neutrons pour se concentrer sur un aspect clé de la phase dormante : la réaction du silicate tricalcique (le composé prédominant dans le mélange de ciment) avec l'eau. Son travail révèle que lorsque de l'eau est ajoutée au ciment, une croûte se forme autour de chaque grain de ciment. Après cela, il faut de plus en plus de temps pour que les molécules d'eau se diffusent dans le ciment sec à l'intérieur. Ce processus de diffusion lent explique la mystérieuse phase de dormance.

Berliner espère que le fait de savoir précisément comment le silicate tricalcique et les molécules d'eau se combinent permettra d'optimiser la réaction et d'obtenir un béton plus résistant et plus durable. Et même de petites améliorations pourraient générer des économies considérables, car tant de béton - 350 millions de tonnes métriques - est fabriqué chaque année dans le monde.

De plus, l'amélioration de la résistance du béton pourrait réduire le volume requis dans les structures, ce qui serait une bonne nouvelle pour l'environnement. La fabrication de ciment est l'un des principaux responsables du réchauffement climatique ; on estime que 10 pour cent des gaz à effet de serre générés par l'activité humaine sont formés dans la production de ciment, qui utilise également environ 3 pour cent de la capacité de production d'électricité des États-Unis.

Berliner utilise désormais des techniques de diffusion de neutrons pour s'attaquer au fléau du béton qui provoque la détérioration rapide de nombreux ponts et routes. Trouver un remède rendrait le séchage du ciment beaucoup plus intéressant qu'il n'y paraît au départ.

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