Cet article dans les coulisses a été fourni à LiveScience en partenariat avec la National Science Foundation.
Si vous voulez faire cuire du ciment écologique, mélangez simplement deux tasses de calcaire de jardin granulé, une tasse de laitier de haut fourneau granulé et trois cuillères à soupe de carbonate de sodium (c'est-à-dire du carbonate de sodium). Il en résulte une alternative solide, durable et économique au ciment Portland ordinaire (OPC), leader de l'industrie du ciment. Les chercheurs du groupe de Michel Barsoum à l'Université de Drexel ont préparé cette technologie apparemment nouvelle au cours des dernières années, mais ses origines remontent beaucoup plus loin qu'on ne le pense.
Aux Grandes Pyramides d'Egypte, en fait. Le groupe de Barsoum avait mené des recherches qui semblaient prouver que certaines des pierres des pyramides avaient été coulées à l'aide d'une forme ancienne de ciment plutôt que taillées dans du calcaire. Si certains des matériaux utilisés pour construire les pyramides ont effectivement été coulés et ont duré 4 500 ans, pourquoi ne pas les utiliser dans les matériaux de construction d'aujourd'hui, se demande-t-il?
«L'OPC est responsable de 5 à 8% du CO mondial et consomme une énorme quantité d'énergie», explique Alex Moseson, un collègue qui prend désormais les devants pour commercialiser l'alternative de Barsoum.
Ingrédients du ciment Greenstone
La différence entre le ciment «Greenstone» créé par Drexel, comme on l'appelle, et le ciment Portland ordinaire réside dans les ingrédients et les méthodes utilisés. Greenstone est un ciment activé par les alcalis (AAC) qui ne nécessite pas de chauffage lors de sa fabrication. Au contraire, l'AAC repose sur des ingrédients recyclés qui sont facilement disponibles - principalement des déchets industriels qui ont déjà été chauffés. Il s'agit notamment des cendres volantes, de la suie de cheminée capturée dans les centrales électriques au charbon et des scories, qui est un sous-produit du processus qui transforme le minerai de fer en fer.
En conséquence, le profil d'impact environnemental de Greenstone est radicalement différent de celui de l'OPC, montrant 97 pour cent d'énergie consommée en moins et également de CO2 produit. De plus, la disponibilité immédiate des matières premières porte le coût de fabrication de 75 $ la tonne à environ 50 $ la tonne. Avec les crédits de carbone prévus, Greenstone rapporte un avantage supplémentaire de 5 à 20 $ la tonne.
Mais comment se compare-t-il à OPC en termes de performances? «Nos résultats et la littérature confirment qu'il fonctionne aussi bien ou mieux que l'OPC», explique Barsoum. Le groupe est sur le point de voir les tests de réussite de l'industrie du ciment qui établissent des références en matière de résistance, de durée et de stabilité volumétrique.
Tout aussi important, dit Moseson, «Nous avons toujours travaillé vers le ciment qui fonctionne dans le monde réel, pas seulement le laboratoire. Cela signifie la stabilité des étagères, la maniabilité, le durcissement à température ambiante, un transport facile et plus encore. »
Moseson a poursuivi une telle application dans le monde réel à l'IIT Bombay à Mumbai, effectuant des recherches pour sa thèse. Il a travaillé avec des chercheurs locaux pour développer un AAC qui répondait aux normes établies en Inde pour le ciment et a étudié comment la production de Greenstone pourrait autonomiser les personnes vivant dans des bidonvilles. Aujourd'hui, trois produits fabriqués à partir de matériaux locaux, utilisant des outils et de la main-d'œuvre locaux, sont actuellement à l'étude par un important fabricant de ciment.
Le groupe a pris Greenstone et a formé une société, Greenstone Technologies, Inc. Ils ont commencé à publier des résultats scientifiques sur leurs découvertes en 2009 et une publication en novembre 2011 dans Composites de ciment et de béton discuté du potentiel pratique du ciment vert Drexel. Les chercheurs discutent actuellement avec des investisseurs et d'éventuels partenaires. Avec la prétention de bénéficier d'un coût réduit, d'une pollution réduite et de performances améliorées, existe-t-il des obstacles à la mise sur le marché du ciment Drexel? «Les défis pour mettre cela sur le marché incluent la variation entre les matières premières… et le temps qu'il faut pour valider un nouveau matériau», explique Moseson. «Bien que nos recherches nous permettent de compenser les variations, il serait utile que les transformateurs considèrent les cendres volantes et les scories comme des coproduits plutôt que des sous-produits pour aider à normaliser ces matériaux à utiliser dans le ciment.
«Nous devons également surmonter de puissantes forces du marché. OPC est un marché mondial de 300 milliards de dollars et il est difficile de convaincre les constructeurs et les industries d'utiliser autre chose. Convaincre les gens que notre ciment durera aussi longtemps que l'OPC lorsqu'il sera plus récent est également un défi. » De plus, leur produit n'est pas brevetable en raison d'une grande partie de l'état de la technique - ou des connaissances antérieures liées à la technologie - dès les années 1950, ce qui est parfois dissuasif pour les investisseurs. Malgré ces obstacles, l'intérêt pour leur travail augmente.
Fait intéressant, l'AAC n'est pas totalement nouveau. Dans les années 1950 et 1960, une forme d'AAC a été utilisée avec succès dans certains bâtiments de l'ancienne Union soviétique. En plus des grandes pyramides d'Égypte, une grande partie de l'inspiration pour cette recherche est venue de la Rome antique. «Tout ce que les Romains ont construit était fait d'ingrédients similaires», explique Moseson. «Bien que nous ne sachions pas avant 2 000 ans si les nôtres ont la longévité des bâtiments romains, cela nous donne une idée de la durabilité de ce genre de choses.»
Note de l'éditeur: Les chercheurs décrits dans les articles des coulisses ont été soutenus par le Fondation nationale de la science, l'agence fédérale chargée de financer la recherche fondamentale et l'enseignement dans tous les domaines de la science et de l'ingénierie. Les opinions, constatations et conclusions ou recommandations exprimées dans ce document sont celles de l'auteur et ne reflètent pas nécessairement les vues de la National Science Foundation. Voir le Archives des coulisses.
