Faire passer un courant à travers le béton conducteur le réchauffe.

Le béton est plutôt utile, c’est pourquoi c’est le matériau de construction le plus utilisé au monde. Mais on pourrait dire qu’il ne sert pas vraiment à grand-chose. Aujourd’hui, des ingénieurs ont fabriqué un béton capable de conduire l’électricité et de produire de la chaleur, en y incorporant du noir de nanocarbone.

Normalement, le béton est un isolant électrique, mais des recherches récentes ont cherché à le rendre conducteur. L’ajout d’une forme de carbone au mélange fait généralement l’affaire, et des versions antérieures ont été testées dans des pistes d’aéroport qui font automatiquement fondre la neige.

Pour cette nouvelle étude, des chercheurs du Concrete Sustainability Hub (CSHub) du MIT et du Centre national de la recherche scientifique (CNRS) français ont ajouté au béton du nanocarbone noir, un matériau carboné bon marché doté d’une excellente conductivité. Avec un volume de seulement 4 %, le béton était capable de transporter un courant électrique et, par conséquent, de dégager de la chaleur.

« Le chauffage par effet Joule (ou chauffage résistif) est causé par les interactions entre les électrons et les atomes en mouvement dans le conducteur », explique Nicolas Chanut, co-auteur de l’étude. « Les électrons accélérés dans le champ électrique échangent de l’énergie cinétique à chaque fois qu’ils entrent en collision avec un atome, induisant une vibration des atomes dans le réseau, qui se manifeste par de la chaleur et une élévation de température dans le matériau. »

Le nouveau béton conducteur est fabriqué en mélangeant de petites quantités de noir de nanocarbone.

Lors de tests, l’équipe a constaté que le béton noir de nanocarbone était extrêmement efficace pour produire cette chaleur. Une tension aussi faible que cinq volts a suffi pour porter la température de surface des échantillons de béton à environ 41 °C (106 °F). Ce matériau pourrait non seulement être utilisé pour dégivrer des surfaces à l’extérieur, comme l’ont fait d’autres bétons conducteurs, mais l’équipe estime qu’il pourrait également être utilisé à l’intérieur.

« Cette technologie pourrait être idéale pour le chauffage radiant des sols intérieurs », explique Nicolas Chanut. « Habituellement, le chauffage radiant intérieur se fait en faisant circuler de l’eau chauffée dans des tuyaux qui passent sous le plancher. Mais ce système peut être difficile à construire et à entretenir. En revanche, lorsque le ciment lui-même devient un élément chauffant, le système de chauffage est plus simple à installer et plus fiable. En outre, le ciment offre une distribution plus homogène de la chaleur en raison de la très bonne dispersion des nanoparticules dans le matériau. »

https://journals.aps.org/prmaterials/abstract/10.1103/PhysRevMaterials.4.125401

https://news.mit.edu/2021/electrifying-cement-nanocarbon-black-0420