Un matériau luminescent pour détecter la détérioration du béton

Le béton est un matériau essentiel, mais sa durée de vie reste limitée. Une équipe de chercheurs a mis au point une solution innovante pour surveiller l’état de santé du béton, sans avoir besoin de prélèvements en laboratoire.

Le béton est un matériau fondamental dans l’industrie de la construction, utilisé dans les fondations et les structures des habitations et des immeubles de bureaux, ainsi que dans les routes, les barrages et les ponts, parmi de nombreux autres projets d’infrastructure. La durée de vie du béton est limitée et doit être surveillée pour garantir la sécurité de ces structures.

Les structures en béton durent en moyenne environ 50 ans. L’absorption constante d’eau, de sels et de gaz de l’atmosphère provoque une acidification, conduisant à la corrosion des barres d’acier de renforcement (rebars) dans les dalles, les colonnes et autres éléments structurels, et réduisant drastiquement leur capacité de charge.

Une solution innovante pour la surveillance du béton

Des chercheurs de l’Institut de Physique de l’Université de São Paulo (IF-USP) au Brésil, en collaboration avec des collègues de l’Université de Leuven en Belgique, ont développé un matériau luminescent qui révèle la présence de composés indiquant la détérioration du béton lorsqu’il est exposé à la lumière ultraviolette.

Le principal défi auquel sont confrontés les ingénieurs qui inspectent l’état du béton dans les bâtiments et autres structures est que le forage pour prélever des échantillons et leur analyse en laboratoire est laborieux et coûteux, en plus d’être complexe dans les endroits difficiles d’accès. Il peut également être dangereux, car le forage peut provoquer des modifications dans la structure et affaiblir davantage le béton s’il est déjà dégradé, surtout si la procédure n’est pas effectuée correctement.

Un matériau luminescent pour une détection en temps réel

Dans cette étude, les chercheurs du Laboratoire de Nanomatériaux et d’Applications de l’IF-USP ont développé un catalyseur à base d’hydroxyde double lamellaire (LDH), également connu sous le nom d’argile anionique, pour mesurer le degré de détérioration du béton. Ils ont ajouté de l’europium trivalent (Eu3+) pour produire une luminescence orange à rouge.

Les tests en laboratoire ont montré que lorsque le matériau était exposé à la lumière ultraviolette (UV), sa luminescence changeait de couleur en fonction de la quantité de carbonate qu’il avait absorbée. Cet effet peut être utilisé pour détecter la détérioration du béton : plus le décalage vers le rouge est grand, plus la quantité de carbonate est importante et plus le béton est dégradé.

Impact sur la sécurité, les coûts et l’empreinte carbone

En plus de sa contribution à la sécurité des bâtiments, la nouvelle méthode offre des avantages potentiels en termes de coûts et de réduction du carbone.

« Plus les bâtiments durent longtemps, moins il est nécessaire d’investir dans de nouvelles structures, et plus l’industrie de la construction contribue à l’effort de réduction des émissions de gaz à effet de serre, dont 8% proviennent de l’industrie à l’échelle mondiale, en raison de la production de béton et de la construction elle-même », a indiqué Danilo Mustafa, dernier auteur de l’article et professeur à l’IF-USP.

Les scientifiques prévoient maintenant de développer un capteur qui détecte le matériau luminescent et de le tester dans des conditions réelles pour vérifier des facteurs spécifiques tels que la résistance aux intempéries et la stabilité à l’intérieur du béton.

Légende illustration : Cette méthode innovante contribue non seulement au maintien de la sécurité des bâtiments, mais offre également des avantages potentiels en ce qui concerne deux autres aspects importants des économies actuelles : les coûts et la réduction des émissions de carbone. Crédit : Danilo Mustafa

Article : « Eu3+ doped ZnAl layered double hydroxides as calibrationless, fluorescent sensors for carbonate » – DOI: 10.1039/D3CC03066K