De la boue rouge au béton vert : un matériau de construction à faible empreinte carbone pour réduire l’empreinte carbone

Des recherches menées par le Trinity College de Dublin en Irlande, en partenariat avec Gannon Eco et McGrath Quarries, transforment la « boue rouge », un sous-produit industriel, en un matériau de construction performant et à faible empreinte carbone. L’équipe passe désormais du développement en laboratoire aux essais industriels en conditions réelles.

Les résidus de raffinage de la bauxite, communément appelés boues rouges, constituent le principal déchet issu de la production d’alumine. Soutenue par le programme de partenariat pour l’innovation d’Enterprise Ireland, cette initiative teste la viabilité commerciale du remplacement du ciment conventionnel, fortement émetteur de gaz à effet de serre, par des alternatives durables.

L’initiative a été présentée comme un projet phare lors du Forum des matériaux de construction d’Enterprise Ireland cet été, et l’équipe a récemment partagé ses conclusions lors d’un atelier de partenariat d’innovation à Trinity.

Une nouvelle façon d’envisager les déchets

Dirigée par la professeure Sara Pavia, en collaboration avec le Dr Zehao Lei et la doctorante Yingjie Pan de l’École d’ingénierie de Trinity, l’équipe explore de multiples pistes pour intégrer les résidus de raffinage de la bauxite dans le béton structurel.

Sara Pavia, chercheuse principale et responsable académique à Trinity a déclaré : « Ce projet démontre qu’avec une collaboration rigoureuse entre la science et l’industrie, nous pouvons transformer ce sous-produit en un matériau structurel haute performance. Nous ne nous contentons pas de réduire l’empreinte carbone du béton ; nous contribuons activement à la construction d’une économie circulaire. »

La première méthode consiste à utiliser le résidu comme matériau cimentaire supplémentaire (MCS ou SCM: supplementary cementitious material). Des essais en laboratoire ont démontré que le remplacement de 20 à 30 % du ciment Portland conventionnel par du résidu de bauxite permet d’obtenir une résistance à la compression comparable à celle d’un béton de référence standard.

La seconde voie, plus novatrice, consiste à développer un « géopolymère monocomposant », un liant sec combinant les résidus à d’autres ingrédients durables. Mélangé à de l’eau et à des granulats, il remplace le ciment et peut être utilisé dans les centrales à béton existantes sans ajout d’additifs chimiques.

Durabilité éprouvée et potentiel de réduction des émissions de carbone

Alors que le béton conventionnel est fortement émetteur de carbone, les analyses carbone présentées par l’équipe de Trinity indiquent des réductions d’émissions. Les formulations géopolymères permettent de réduire l’empreinte carbone de 67,8 % à 79,8 % par rapport au ciment CEM II-A/L standard, en prenant en compte l’approvisionnement en matières premières, le transport et la fabrication.

Ces avantages environnementaux ne compromettent pas les performances du matériau. Soumis à des tests rigoureux de durabilité en laboratoire, notamment sous exposition aux sulfates, à des cycles répétés d’humidification et de séchage et à l’action du gel, les géopolymères à base de résidus de raffinage de bauxite ont systématiquement égalé, voire surpassé, les performances du béton conventionnel. Après 56 cycles de gel-dégel, le géopolymère à base de résidus de bauxite a conservé 109,7 % de sa résistance initiale après 28 jours.

« L’aspect le plus passionnant de cette recherche est de voir nos formulations réussir au-delà du laboratoire », explique Lei, co-responsable du projet.

« Réaliser une réduction de près de 80 % des émissions de carbone tout en maintenant – et même en dépassant, dans des conditions extrêmes de gel-dégel, d’alternance d’humidité et de sécheresse et en présence de sulfates – la durabilité du ciment conventionnel constitue une avancée technique majeure pour la construction durable. »

Montée en puissance industrielle

L’intérêt de ce projet réside dans sa transposition des résultats de laboratoire aux conditions industrielles. L’utilisation d’équipements de dosage industriels en collaboration avec Gannon Eco et McGrath Quarries a mis en lumière des difficultés pratiques que les essais en laboratoire seuls ne peuvent résoudre.

« Du point de vue d’un fabricant, tout nouveau matériau bas carbone doit être pratique au quotidien », souligne Padraic McGrath, responsable industriel chez McGraths Limestone (Cong) Ltd. « Ce qui rend ce géopolymère si prometteur, c’est sa compatibilité avec nos équipements de dosage existants. En répondant aux défis concrets tels que la maniabilité et les temps de prise, nous ouvrons la voie à son adoption comme norme industrielle. »

L’équipe a constaté que le maintien de la maniabilité du béton (conservation de l’affaissement) pour le transport et la mise en place, ainsi que la maîtrise du coût des activateurs géopolymères, constituent des obstacles majeurs à une commercialisation à grande échelle. Les chercheurs travaillent actuellement à l’amélioration des formulations d’additifs et au développement d’activateurs moins coûteux, issus de déchets, afin de résoudre ces problèmes.

« Chez Gannon Eco, notre mission principale est de trouver une nouvelle approche de la gestion des déchets », ajoute John Irwin, responsable industriel chez Gannon Eco. « Notre partenariat avec Trinity nous permet de valoriser ce flux de résidus industriels et de démontrer sa viabilité à l’échelle commerciale. C’est précisément le type d’innovation durable et évolutive dont le secteur de la construction a un besoin urgent. »

Le chemin vers une commercialisation à grande échelle se poursuit avec des phases ultérieures consacrées à la validation des performances à long terme et à la qualification réglementaire. Cependant, les étapes franchies jusqu’à présent envoient un message clair au secteur mondial de la construction : transformer la « terre rouge » en un matériau de construction évolutif et à faible empreinte carbone n’est plus une simple théorie.

https://www.tcd.ie/news_events/articles/2026/from-red-mud-to-green-concrete