Des scientifiques du département d’ingénierie des systèmes de l’Université de l’État du Colorado ont étudié une nouvelle voie vers la réalisation d’un bâtiment neutre en carbone. La recherche s’est concentrée sur les effets de l’interaction du biochar et du carbonate de calcium dans du béton dit durable, pour leurs capacités de capture du carbone.

Stockage du carbone à l’aide de bétons hybrides verts

Il est devenu évident ces dernières années que la seule réduction des émissions ne suffirait pas à relever les défis du changement climatique anthropique. Bien qu’il s’agisse d’une stratégie clé pour limiter l’augmentation de la température mondiale à 1,5° C, d’autres solutions technologiques sont nécessaires pour augmenter les chances d’atténuer les effets de l’augmentation des émissions de carbone et de l’activité industrielle.

Clé parmi les solutions technologiques proposées pour surmonter les problèmes de hausse des températures mondiales et de dommages environnementaux, le stockage du captage du carbone présente un vaste potentiel. Il a été estimé qu’une absorption cumulée de 200 à 400 gigatonnes de dioxyde de carbone avant la fin de ce siècle sera nécessaire pour atténuer les pires effets du changement climatique. De plus, la réduction des terres nécessaires au stockage du carbone est une considération importante pour les chercheurs.

Alors qu’il existe de nombreuses technologies de capture et de stockage du carbone en cours de recherche et de développement, l’utilisation du béton pour stocker le carbone offre une solution intrigante et prête pour l’avenir à ce problème. La construction de bâtiments à partir de ce matériau fournit une forme permanente et à haute densité de capture et de stockage du carbone.

Carbonate de Calcium et Biochar

Dans la recherche sur ces bétons verts hybrides, deux matériaux ont été étudiés pour fabriquer des composites : le carbonate de calcium (CaCO₃) et le biochar. Les deux matériaux offrent des possibilités de stockage de carbone à haute densité. Le biochar est produit à partir d’une large gamme de biomasse de déchets agricoles et alimentaires en utilisant des méthodes de pyrolyse. Selon la matière première, l’énergie nécessaire à sa production varie.

Actuellement, la principale utilisation du biochar est dans l’industrie agricole pour amender les sols. Bien qu’il s’agisse d’une activité commerciale clé, seule une certaine quantité de biochar peut être utilisée à cette fin, les taux d’application ne dépassant généralement pas plus de vingt tonnes par hectare. De plus, si le biochar a un rapport oxygène-carbone élevé, la demi-vie du matériau est considérablement réduite.

Le CaCO₃ est également utilisé dans l’industrie agricole. Aussi appelée chaux agricole, elle permet de stocker durablement du carbone (ses performances peuvent être affectées par l’acidité des sols ou la température de calcination), mais sa teneur en carbone est inférieure au biochar en poids. Comme le biochar, il y a des limites à la quantité de ce composé qui peut être utilisée dans le sol. Les deux matériaux ont été explorés en profondeur en tant qu’additifs et amendements dans le ciment et le béton.

L’étude comparative des solutions

L’étude a examiné les avantages de l’utilisation des deux matériaux de carbone dans la production de ces bétons hybrides. De plus, les auteurs ont identifié et élucidé de nouvelles opportunités de recherche qui aideront à identifier les quantités optimales de ces additifs et amendements pour le ciment.

Les méthodes de production de ce béton composite ont été discutées en profondeur dans la revue. Les attentes en matière de performances ont été mises en évidence, notamment la résistance à la compression, le stockage du carbone et d’autres propriétés mécaniques. De plus, les obstacles aux applications à l’échelle industrielle ont été mis en évidence, tels que les codes et les normes, le coût et la disponibilité des matériaux. Enfin, six directions de recherche pouvant guider les améliorations futures sont discutées par les auteurs.

Les directions de recherche explorées sont l’approfondissement des propriétés des matériaux composites, la modélisation des propriétés et des interactions importantes des matériaux, l’examen de la durabilité à long terme des bétons contenant du biochar, l’examen de l’utilisation accrue des évaluations du cycle de vie, l’amélioration de la négativité du carbone en fonctionnalisant le biochar avec du CO₂ capacités d’absorption et surmonter les obstacles sociaux et économiques à la production et à l’utilisation à l’échelle industrielle.

Les deux matériaux ont été évalués séparément dans les composites cimentaires, affichant une résistance à la compression améliorée. Sur la base de ces résultats, les auteurs ont conclu que l’utilisation des deux matériaux serait avantageuse. En termes de capture et de stockage du carbone, les auteurs ont déclaré qu’un système à base de béton pourrait stocker tout le carbone nécessaire pour atténuer les hausses de température de ce siècle.

Cela pourrait également aider à réduire l’utilisation du ciment en remplaçant les matériaux conventionnels. Les besoins en clinker seraient réduits pendant la production, ce qui réduirait encore les émissions de CO₂. Pris ensemble, on peut voir que l’utilisation de CaCO₃ et de biochar comme matériaux pour ce type de béton hybride peut améliorer le respect de l’environnement des nouveaux projets de construction. Les flux de déchets peuvent être valorisés, à la fois de l’industrie de la construction et des industries telles que l’agriculture ou la foresterie.

Les auteurs ont noté que bien que la recherche indique que les composites biochar-carbonate de calcium-ciment peuvent posséder une résistance à la compression suffisante, dans les situations où ils ne répondent pas à ces exigences, ils peuvent toujours être utilisés dans des éléments de construction non structuraux, qui peuvent être de nature environnementale et bénéfice social. Des recherches supplémentaires sur ces bétons hybrides composites sont nécessaires pour réaliser pleinement leur potentiel.

Notre avis : toutes les pistes pouvant réduire l’impact environnemental doivent être étudiées. Le ciment étant l’un des pires matériaux dans le bâtiment en terme d’émissions de CO2, trouver des solutions (alternatives notamment) pour les limiter est naturellement une piste à étudier. D’autres points sont toutefois à contrôler : ces adjuvants ne vont-ils pas eux-mêmes être générateurs d’émissions de CO2 ou s’accaparer des terres agricoles nécessaires à d’autres cultures, nourricières notamment ? Enfin, ces matériaux vont-ils être facilement recyclable, dans devoir émettre (ou rejetter) à nouveau de fortes quantités de CO2 ? Il est parfois plus judicieux de regarder du côté de solutions alternatives, reconnues, locales, avant de s’intéresser à des solutions technologiques, dont on connaîtra réellement leur impact que dans plusieurs dizaines d’années …

Sources complémentaires

Winters, D. Boakye, K. & Simske, S. (2022) Vers un béton neutre en carbone grâce aux composites biochar-ciment-carbonate de calcium : un examen critique [en ligne] Durabilité 14(8) 4633 | mdpi.com. Disponible ici :  https://www.mdpi.com/2071-1050/14/8/4633

Pascal Faucompré

Editeur et Rédacteur en chef de Build Green, le média participatif sur l'habitat écologique et pertinent. Passionné par le sujet de l’éco-construction depuis 2010. Également animateur de nombreux réseaux sociaux depuis 2011 et d'une revue de web sur : Scoop.it