Le béton à faible teneur en carbone allie l’ingénierie romaine à la mātauranga Māori

Jogai Bhatt

L’empreinte carbone du béton est énorme, mais un chercheur de l’université d’Auckland utilise de la pierre ponce et des coquillages pour créer une solution de rechange à faible taux d’émissions, ancrée dans la sagesse locale. Au laboratoire d’essai des structures de Newmarket, le Dr Enrique del Rey Castillo met au point une alternative au béton à faible teneur en carbone, conçue pour durer.

Fabriqué à partir d’un mélange de cendres volcaniques (ponce) et de coquilles de kaimoana qui remplacent partiellement le ciment, ce matériau pourrait avoir des propriétés autocicatrisantes, les petites fissures étant capables de se réparer d’elles-mêmes avec le temps.

Le béton est l’un des matériaux les plus polluants au monde, la production mondiale de ciment étant responsable de 5 à 8 % des émissions totales de CO2.

Del Rey Castillo a passé près de sept ans à étudier comment des matériaux naturels et d’origine locale pouvaient créer des alternatives plus durables. En 2023, il a reçu une bourse de 360 000 dollars du Fonds Marsden pour soutenir ses recherches.

« En tant qu’ingénieur civil et chercheur à l’université d’Auckland, il est de mon devoir d’essayer d’atténuer ce problème et de laisser le monde dans un meilleur état », déclare-t-il.

Il a commencé à expérimenter des substituts de ciment plus conventionnels, comme les cendres volantes et le laitier d’acier, avant de s’intéresser à ce que l’Aotearoa Nouvelle-Zélande possède en abondance.

« J’ai réalisé que nous avions un énorme potentiel en Nouvelle-Zélande avec l’utilisation de matériaux volcaniques naturels et de sous-produits des industries primaires, qui peuvent être utilisés pour remplacer le ciment », explique-t-il.

Le ciment traditionnel est obtenu en chauffant l’argile et le calcaire à 1500 degrés Celsius – un processus connu sous le nom de calcination, qui consomme de grandes quantités de combustibles fossiles. Environ 40 à 45 % de l’empreinte carbone du béton provient de la combustion de ces combustibles, et 45 % des réactions chimiques qui se produisent lors de la calcination du calcaire.

La pierre ponce, en revanche, n’a pas besoin d’être calcinée. Il suffit de la sécher à 100 degrés pour en éliminer l’humidité, puis de la réduire en poudre fine.

« Comme nous n’avons pas besoin de la calciner, l’empreinte carbone représente environ 8 à 10 % de l’empreinte carbone du ciment. Ainsi, pour chaque kilo de ciment que nous éliminons, nous éliminons environ 800 grammes de CO2 », ajoute M. Del Rey Castillo.

Ses recherches sont menées en partenariat avec les mana whenua, qui subissent les conséquences de la production traditionnelle de béton et qui pourraient également bénéficier d’une utilisation plus durable de ces ressources naturelles.

Alors que des matériaux comme la pierre ponce et les coquillages ont été utilisés de diverses manières par les Māori dans le passé, leur potentiel pour la production de béton n’a pas été exploré en profondeur jusqu’à présent.

Les recherches de M. Del Rey Castillo s’inspirent également de l’ingénierie romaine antique, qui utilisait du béton fabriqué à partir de calcaire brûlé et de cendres volcaniques. Dans sa version, les coquillages remplacent le calcaire.

« La combustion du calcaire libère le CO2 piégé par les animaux il y a des années, mais la combustion des coquillages n’ajoute pas de nouveau carbone au cycle, ce qui permet de réduire davantage les émissions », commente-t-il.

« Cette façon de penser s’inscrit parfaitement dans le cadre de la mātauranga Māori, qui consiste à protéger l’environnement et à construire des objets conçus pour durer, non seulement pour ce trimestre, mais aussi pour les enfants de nos petits-enfants. »

L’industrie aquacole néo-zélandaise génère environ 100 000 tonnes de déchets de coquillages par an. Bien que tous ces déchets ne soient pas utilisables, M. Del Rey Castillo estime que 40 à 50 % d’entre eux peuvent être utilisés comme ciment, notamment les coquilles de kina (oursin) et de kuku (moules).

L’une des possibilités les plus intéressantes est le potentiel d’auto-guérison du matériau, précise-t-il.

On sait que le béton romain contenait des particules de chaux qui n’avaient pas réagi. Lorsque l’eau s’infiltrait dans les fissures, elle déclenchait des réactions chimiques qui créaient des cristaux et colmataient les brèches.

« C’est pourquoi le béton romain a duré 2000 ans. Nous essayons de mieux comprendre ce processus dans l’environnement actuel ».

Bien qu’il faille encore attendre environ un an pour que la phase d’auto-réparation soit atteinte, l’utilisation du béton de pierre ponce a déjà fait ses preuves à l’étranger.

« La Nouvelle-Zélande est un peu plus lente à adopter les nouvelles technologies, mais nous savons que cela fonctionne parce que nous l’avons vu dans d’autres parties du monde », explique-t-il.

« Néanmoins, je pense que nous devrions commencer par des applications peu spécifiques comme les sentiers, les bordures, les éléments non structurels, peut-être les fondations de petites maisons, des choses dont nous savons qu’elles présentent très peu de risques, et partir de là ».