Des chercheurs de l’université de Lancaster ont créé un nouveau mélange de ciment intelligent capable de stocker de l’énergie électrique et de surveiller sa propre santé structurelle. Avec la découverte de nouveaux mélanges de ciment, les bâtiments, les ponts, les lampadaires et même les bordures pourraient être transformés en batteries bon marché.
Fabriqués à partir de solutions chimiques et de cendres volantes, les nouveaux composites géopolymétriques de potassium (KGP) sont moins chers que le ciment Portland ordinaire, le matériau de construction le plus utilisé. Ils sont faciles à produire et, du fait que les ions potassium sautent à travers la structure cristalline, la conductivité ne nécessite aucun additif complexe ou coûteux.
Les bétons intelligents alternatifs s’appuient sur des additifs coûteux, tels que le graphène et les nanotubes de carbone. En plus du coût, ces technologies ne peuvent adapter leur utilisation dans les grandes structures.
Les composites KGP des chercheurs reposent sur la diffusion des ions potassium dans la structure pour stocker l’énergie électrique et détecter les contraintes mécaniques. Une fois entièrement optimisés, les mélanges de KGP pourraient potentiellement stocker et décharger entre 200 et 500 watts par mètre carré.
Une maison avec des murs extérieurs ou des cloisons construits en KGP, lorsqu’elle est connectée à une source d’énergie telle que des panneaux solaires, pourrait stocker de l’énergie pendant la journée lorsqu’elle est vide et la décharger le soir lorsque les occupants sont à la maison. Les bâtiments existants pourraient être équipés de panneaux KGP.
D’autres utilisations du ciment intelligent pourraient consister à délester l’éclairage public du réseau électrique. Un lampadaire typique utilise 700 watts par nuit. Un lampadaire de six mètres de haut fabriqué à l’aide de KGP pourrait contenir suffisamment d’énergie renouvelable pour alimenter la soirée. Les trottoirs KGP pourraient emmagasiner de l’énergie pour alimenter des capteurs de rues intelligents qui surveillent la circulation, le drainage et la pollution.
Un grand nombre de structures fabriquées avec du KGP pourrait également être utilisé pour stocker et libérer l’énergie excédentaire, ce qui atténuerait les exigences imposées aux grilles.
Un autre avantage essentiel est que les mélanges de KGP sont auto-détectables. Les modifications des contraintes mécaniques, provoquées par des fissures par exemple, modifient le mécanisme de saut d’ions à travers la structure et donc la conductivité du matériau. Ces changements signifient que la santé structurelle des bâtiments peut être surveillée automatiquement, en mesurant la conductivité, sans avoir besoin de capteurs supplémentaires.
Actuellement, la santé structurelle des bâtiments est contrôlée par des contrôles visuels de routine. Des structures comprenant des sections fabriquées à partir de KGP à des points de contrainte critiques fourniraient des alertes instantanées précises en cas de défauts structurels, tels que des fissures.
Le professeur Mohamed Saafi, du département d’ingénierie de l’Université de Lancaster et auteur principal de l’étude, a déclaré: «Nous avons montré pour la première fois que les mélanges de ciment KGP peuvent être utilisés pour stocker et distribuer de l’énergie électrique sans additifs coûteux ou dangereux.
«Ces mélanges peu coûteux pourraient être utilisés comme partie intégrante des bâtiments et autres infrastructures comme moyen peu coûteux de stocker et de fournir de l’énergie renouvelable, d’alimenter l’éclairage public, les feux de signalisation et les points de recharge des véhicules électriques. « En outre, les propriétés intelligentes du béton le rendent utile pour être utilisé comme capteur pour surveiller la santé structurelle des bâtiments, des ponts et des routes. »
Les chercheurs effectuent actuellement des études approfondies pour optimiser les performances des mélanges KGP et étudient également l’impression 3D comme moyen d’utiliser le ciment pour créer différentes formes architecturales.
La recherche est décrite dans l’étude intitulée «Inherently multifunctional geopolymetric cementitious composite as electrical energy storage and self-sensing structural material’ à paraître dans la revue «Composite Structures» au 1er octobre 2018.
Les auteurs du document sont M. Saafi, A. Gullane, B. Huang et H. Sadeghi de l’Université de Lancaster et F. Sadeghi de l’Université de technologie de Sydney.
La recherche fait partie du programme SAFERUP (trottoirs urbains durables, accessibles, sûrs, résilients et intelligents), financé par le fonds Horizon 2020 de la Commission européenne et dirigé par l’université de Bologne.
http://www.lancaster.ac.uk/news/new-smart-cement-mixtures-could-turn-buildings-into-batteries
http://www.lancaster.ac.uk/engineering/about/people/mohamed-saafi
http://www.lancaster.ac.uk/engineering/
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263822318312431
