Du carbone dans le béton ou comment construire avec des matériaux négatifs en CO2

Le charbon végétal est produit par un processus de carbonisation pyrolytique à l'abri de l'air et se compose en très grande partie de carbone pur – le carbone que les plantes ont prélevé dans l'atmosphère sous forme de CO₂ lors de leur croissance. Alors que le CO₂ s'échappe lors de la combustion des plantes, il reste stable à long terme dans le charbon végétal. Aujourd'hui déjà, on trouve sur le marché les premiers produits en béton avec du charbon végétal intégré. Mais le charbon est souvent incorporé au béton sans être traité, ce qui peut entraîner quelques difficultés. "Le charbon végétal est très poreux et absorbe donc non seulement beaucoup d'eau, mais aussi des additifs coûteux utilisés dans la fabrication du béton", explique Mateusz Wyrzykowski, chercheur à l'Empa. "De plus, la manipulation est difficile et n'est pas sans danger. La poussière de charbon est problématique pour les voies respiratoires et présente un certain risque d'explosion".

Pour ces raisons, les chercheurs proposent dans leur article qui vient de paraître dans le "Journal of Cleaner Production" de transformer le charbon végétal en granulés. "De tels granulats légers existent déjà aujourd'hui à partir d'autres matériaux comme l'argile expansée ou les cendres volantes. Le savoir-faire en matière de manipulation de ces matériaux est disponible dans le secteur, ce qui augmente les chances de voir le concept passer à la pratique", explique Mateusz Wyrzykowski.

 

Pour fabriquer les granulés, l'équipe a utilisé un mélangeur rotatif dans lequel elle a mélangé le charbon végétal avec de l'eau et du ciment et obtenu par rotation de petites billes d'un diamètre compris entre 4 et 32 millimètres. Ils ont ensuite utilisé ces granulés pour fabriquer du béton normal des classes de résistance C20/25 à C30/37 – les classes les plus répandues aujourd'hui dans le bâtiment et le génie civil. "Avec 20 % de granulés de carbone en volume dans le béton, nous obtenons des émissions nettes nulles", explique Mateusz Wyrzykowski. Cela signifie que la quantité de carbone stockée compense toutes les émissions générées par la production des granulés et du béton. Alors que l'on n'a probablement pas encore atteint la limite pour le béton normal (densité entre 2000 et 2600 kg/m³) avec 20 pour cent en volume, le potentiel d'émissions négatives est particulièrement visible pour le béton léger (densité d'environ 1800 kg/m³) : une part de 45 pour cent en volume de pellets de carbone dans le béton conduit à des émissions négatives totales de moins 290 kg de CO₂/m³. À titre de comparaison, un béton traditionnel affiche plus de 200 kg de CO₂/m³.

Pour le chef de département Pietro Lura, la recherche dans son laboratoire est une contribution décisive à la réalisation des objectifs climatiques. Pour lui, la source de carbone la plus importante n'est pas en premier lieu le charbon végétal, qui a servi de matériau modèle dans la recherche actuelle. Il attire plutôt l'attention sur le vaste concept "Mining the Atmosphere" que poursuivent plusieurs départements de recherche de l'Empa : la production de gaz méthane synthétique à l'aide d'énergie solaire, d'eau et de CO₂ de l'atmosphère dans les régions ensoleillées de la Terre, suivie d'une pyrolyse du gaz. "On obtient ainsi de l'hydrogène, que l'on peut utiliser comme vecteur d'énergie dans l'industrie ou la mobilité, et du carbone solide que nous pouvons transformer en pellets – comme le charbon végétal – et incorporer dans le béton", explique Pietro Lura.