Un nouveau béton pour l’impression 3D réduit les émissions de carbone de 31 %
L’usage du béton en impression 3D dans la construction ne cesse de croître. Ce matériau composite, fabriqué à partir d’agrégats (comme du gravier, du sable ou des pierres concassées) et de ciment, est largement utilisé pour ses propriétés de durabilité et de résistance. Cependant, sa production a un coût environnemental élevé. Rien qu’en 2022, la production de ciment, composant essentiel du béton, a généré 1,6 milliard de tonnes de CO₂ à l’échelle mondiale, d’après Statista. La création d’un béton spécialement conçu pour l’impression 3D et ayant une empreinte carbone réduite représente donc une avancée significative.
C’est précisément ce qu’ont réalisé des chercheurs de l’Université de Virginie (UVA) en développant un nouveau béton qui, tout en étant aussi robuste et durable que ses prédécesseurs, permet une réduction des émissions de CO₂ d’environ 31 %. Ce béton innovant est composé d’un mélange unique de graphène, de calcaire et de ciment d’argile calcinée (LC2).
Osman Ozbulut, professeur titulaire au Département de génie civil et environnemental (crédits photo : Tom Daly via University of Virginia)
Un matériau innovant grâce au graphène
Le graphène, un matériau à base de carbone très léger et résistant, joue un rôle clé dans cette nouvelle formulation. Osman Ozbulut, professeur au département de génie civil et environnemental de l’UVA, explique : « L’incorporation du graphène dans le ciment LC2 nous permet de réduire les émissions de carbone sans compromettre la résistance et la flexibilité indispensables pour l’impression 3D dans la construction. »
L’étude, intitulée Rheological, Mechanical, and Environmental Performance of Printable Graphene-Enhanced Cementitious Composites with Limestone and Calcined Clay, explore les propriétés rhéologiques (liées à l’écoulement), mécaniques et environnementales de ce béton de nouvelle génération. L’équipe de recherche, dirigée par Tuğba Baytak, chercheuse invitée, et Tawfeeq Gdeh, doctorant à l’UVA, s’est attachée à évaluer la maniabilité du matériau, ses performances structurelles et son impact écologique.
Une empreinte environnementale réduite grâce à une analyse de cycle de vie
Afin de mesurer précisément l’impact environnemental de ce béton, les chercheurs ont mené une analyse de cycle de vie (ACV), méthode qui permet d’évaluer la consommation d’énergie et les émissions associées tout au long du cycle de vie d’un produit. Zhangfan Jiang, chercheur postdoctoral, en collaboration avec Lisa Colosi Peterson, professeure en ingénierie environnementale à l’UVA, a constaté que ce nouveau béton imprimable permettait une réduction de 31 % des émissions de gaz à effet de serre par rapport aux bétons imprimables classiques.
« Il était essentiel de comprendre l’empreinte environnementale complète de ce matériau » précise Jiang. « Ce béton n’offre pas seulement des performances mécaniques améliorées, mais il contribue également à une construction en 3D plus durable, avec un impact écologique réduit comparé aux méthodes d’impression 3D traditionnelles. »
La faculté d’ingénierie et de sciences appliquées de l’Université de Virginie
Des applications prometteuses dans le secteur des transports
Ce projet a aussi bénéficié de l’expertise du Virginia Transportation Research Council (VTRC), un partenariat qui a permis à l’équipe de l’UVA d’identifier des applications potentielles du béton pour le secteur du transport. « La collaboration avec le VTRC a été cruciale pour approfondir notre compréhension des propriétés de ce matériau innovant, » souligne Ozbulut.
Enfin, il est à noter que cette recherche a également bénéficié de la contribution de Tugba Baytak, doctorante à l’Université technique d’Istanbul, avec le soutien financier du Conseil de recherche scientifique et technologique de Turquie (TUBITAK) et du Programme des 3 Cavaliers de l’UVA. Les résultats de cette étude ont été publiés dans le Journal of Building Engineering en 2024.
Un matériau d’avenir pour une construction plus verte
Ce nouveau béton pour impression 3D marque une étape importante vers des méthodes de construction plus écologiques et durables. Grâce à des matériaux comme le graphène et le ciment LC2, les chercheurs ouvrent la voie à des innovations qui pourraient transformer le secteur de la construction.
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