Une alternative au béton captant le carbone grâce à la photosynthèse
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Un nouveau matériau permet de résoudre le problème du carbone dans la production et l'utilisation du béton en faisant appel à une main-d'œuvre plutôt inhabituelle : les cyanobactéries. Le biociment que ces micro-organismes contribuent à produire exploite un processus qui existe dans la nature depuis 3,5 milliards d'années.
Le problème du carbone dans le béton est désormais bien connu. Selon la revue Scientific American , la production d'un kilo de béton libère un kilo de dioxyde de carbone dans l'air. Ce phénomène est dû non seulement aux réactions chimiques utilisées pour le créer, mais aussi aux combustibles fossiles brûlés pour faire monter la température de 1 450 °C nécessaire à la cuisson du calcaire, un précurseur de la fabrication du ciment qui constitue la base du béton. La production de béton est aujourd'hui responsable d'environ 8 % des émissions mondiales de carbone.
Cela étant dit, comme c'est un matériau de construction très efficace, il est difficile de s'en passer. En fait, selon un rapport de l'Université d'État de l'Arizona , le béton est le deuxième matériau le plus utilisé au monde, devancé uniquement par l'eau.
En conséquence, nous avons vu des moyens ingénieux de le créer – ou des substances qui l’imitent – de manière beaucoup plus écologique. Rien que l’année dernière, nous avons fait état d’une méthode qui remplace les fours à calcaire par une méthode d’électrolyse à zéro carbone ; de l’ utilisation de bicarbonate de soude pour réduire les émissions de carbone ; et de l’ajout de biochar au ciment pour créer du béton qui absorbe 23 % de son propre poids en dioxyde de carbone provenant de l’environnement environnant.
Un laboratoire vieux de trois milliards d'années
Des chercheurs allemands ont créé une alternative concrète qui est non seulement neutre en carbone, mais aussi négative en carbone. Pour la fabriquer, ils ont étudié la manière dont des structures appelées stromatolites se forment dans le calcaire depuis plus de trois milliards d'années, puis ils ont recréé le processus en laboratoire.
Pour commencer, ils ont créé des cultures bactériennes à partir de cyanobactéries – communément appelées algues bleu-vert – en leur fournissant la source de lumière et les nutriments idéaux pour optimiser leur croissance et leur capacité de photosynthèse. Ensuite, pour que les bactéries subissent une minéralisation et créent des structures de type stromatolite, ils ont ajouté du chlorure de calcium et d’autres sources de calcium.
À ce mélange, ils ont ensuite ajouté des hydrogels et d’autres charges telles que du sable, de la même manière que des agrégats sont ajoutés au ciment pour créer du béton. Enfin, du dioxyde de carbone a été injecté dans la boue pour soutenir le processus de croissance, qui est entièrement piloté par la lumière.
Une image des cyanobactéries utilisées pour créer la structure du bio-béton
« La structure solide qui se forme est encore poreuse pendant le processus, de sorte que la lumière pénètre à l’intérieur et favorise la fixation du dioxyde de carbone par la minéralisation du calcaire », explique Matthias Ahlhelm, chef de projet de l’Institut Fraunhofer pour les technologies et systèmes céramiques IKTS. « Nous pouvons arrêter le processus en supprimant la lumière et l’humidité ou en modifiant la température. » Une fois cette opération effectuée, les bactéries restantes meurent et le matériau obtenu est complètement exempt de substances toxiques. Il retient également un gaz à effet de serre nocif dans sa structure même.
Le matériau peut être versé dans des moules ou des structures en treillis pour créer des briques ou un nombre presque illimité d'autres formes, il peut être extrudé ou utilisé dans la fabrication additive comme la construction imprimée en 3D , ou il peut être appliqué par pulvérisation.
Les structures poreuses peuvent être remplies de biomatériau pour les rendre encore plus résistantes
L’équipe cherche désormais à augmenter la production de ce matériau et à le rendre encore plus écologique. Par exemple, les chercheurs affirment qu’ils pourraient s’approvisionner en dioxyde de carbone à partir de polluants industriels et en calcium à partir des déchets produits par les mines de basalte et autres.