Le ciment est le matériau de construction le plus couramment utilisé au monde, utilisé pour tout créer, des gratte-ciel aux trottoirs. Pour répondre à la demande des industries mondiales, plus de 4 milliards de tonnes de ciment sont produites chaque année. C’est bon pour les fabricants de ciment, mais pas pour l’environnement. On estime que 4 à 8 % de toutes les émissions de CO2 dans le monde proviennent de la production de béton.
Et si le ciment était moins cassant et plus malléable ? En aurait-on encore besoin d’autant ? Telles sont les questions posées par des chercheurs de Princeton, qui prétendent avoir mis au point une nouvelle formule de ciment 17 fois plus résistante et 19 fois plus ductile que le ciment coulé classique.
Le secret de la force ? Croyez-le ou non… Ce sont des mollusques. Voici un aperçu de la façon dont ce nouveau ciment a été développé, comment il a été testé et comment il pourrait être appliqué à de futurs projets de construction.
Des mollusques ?
Oui, les mollusques. Les mollusques ont un matériau composite spécial recouvrant leur coquille interne, appelé « nacre ». La nacre, également connue sous le nom de « nacre », est traditionnellement utilisée dans les bijouteries. Mais il possède également des propriétés intrigantes au niveau moléculaire – propriétés qui ont attiré l’attention de nos chercheurs de Princeton.
Si vous regardez la nacre au microscope, vous verrez ce qui ressemble à des feuilles hexagonales ou à des tablettes d’ardoise. Ces hexagones sont constitués d’argonite et sont reliés par un biopolymère souple. Cette interaction microscopique entre ces hexagones d’argonite dure et le biopolymère qui les lie est exactement ce que les chercheurs de Princeton pensent pouvoir changer la façon dont le monde produit du ciment.
« Cette synergie entre les composants durs et mous est cruciale pour les propriétés mécaniques remarquables de la nacre », a déclaré Shashank Gupta, co-auteur de l’étude et étudiant diplômé à Princeton, dans un communiqué de presse. « Si nous pouvons concevoir du béton pour résister à la propagation des fissures, nous pouvons le rendre plus résistant, plus sûr et plus durable. »
Comment la nouvelle formule a-t-elle été testée ?
Pour tester leur idée, le laboratoire de Princeton a effectué un test relativement simple. Ils ont créé trois poutres constituées d’une alternance de feuilles de ciment et de fines couches de polymère. Pour la première poutre, le ciment et le polymère ont été simplement superposés. Pour les deux autres, des rainures hexagonales ont été creusées dans le ciment à différentes profondeurs, permettant aux poutres d’imiter pleinement la structure moléculaire de la nacre.
Ces trois poutres ont ensuite été testées et comparées à une poutre en ciment ordinaire sans couches de polymère ni rainures hexagonales. Les résultats ont été concluants : les trois poutres contenant le polymère étaient plus ductiles et plus résistantes que la poutre standard. La poutre comportant des tôles hexagonales profondément découpées et le polymère a connu la plus forte augmentation en termes de ténacité et de ductilité. Tout aussi important, il n’a perdu aucune résistance par rapport au béton standard.
« Notre approche bio-inspirée ne consiste pas simplement à imiter la microstructure de la nature, mais à apprendre des principes sous-jacents et à les utiliser pour éclairer l’ingénierie des matériaux fabriqués par l’homme. L’un des mécanismes clés qui rendent une coque nacrée résistante est le glissement du comprimé au niveau nanométrique », a déclaré Reza Moini, co-auteur de l’étude, dans un communiqué de presse. « En d’autres termes, nous concevons intentionnellement des défauts dans les matériaux fragiles afin de les rendre plus solides dès leur conception. »
Que se passe-t-il ensuite ?
Un béton intrinsèquement plus résistant et plus ductile aurait de nombreuses applications pratiques dans le monde entier. Les chercheurs de Princeton ont noté que leurs résultats sont basés sur des conditions de laboratoire et que des tests et des recherches supplémentaires sont nécessaires avant que cette technique ne soit appliquée sur le terrain.
« Nous ne faisons qu’effleurer la surface ; il y aura de nombreuses possibilités de conception pour explorer et concevoir les propriétés constitutives des matériaux durs et mous, les interfaces et les aspects géométriques qui jouent dans les effets de taille fondamentaux dans les matériaux de construction », a déclaré Moini.
Sources
- The Guardian « Le béton : le matériau le plus destructeur sur Terre » 2019
- Our World in Data, « La production mondiale de ciment a plafonné au cours de la dernière décennie » 2025
- Princeton Engineering « Des coquillages au ciment, la nature inspire des matériaux de construction plus résistants » 2024
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