Béton autoréparable : Bientôt dans un projet de construction près de chez vous?

Le gouvernement des États-Unis se trouve devant plus de mille milliards de réparations en retard de routes, de ponts, de barrages et d’autres structures. Un matériau se trouvera à l’avant-scène de la plupart de ces travaux : le béton.

Depuis l’Égypte et la Rome anciennes, le béton est synonyme de solidité. Toutefois, il laisse une lourde empreinte de carbone. La production de l’une de ses composantes de base, le ciment, est responsable d’environ cinq pour cent de toutes les émissions mondiales de carbone, un chiffre énorme.

La recette du béton est la même depuis des siècles : de l’eau, du granulat et le ciment qui les lie ensemble. Les vulnérabilités du béton n’ont pas changé, elles non plus. La principale vulnérabilité : Avec le temps, le ciment a tendance à craqueler en raison de facteurs comme le rétrécissement, le séchage rapide, le tassement et les charges. Or, même les petites fissures dans le ciment peuvent en réduire la durabilité.

Les coûts de la main-d’œuvre peuvent être exorbitants lorsque du béton est utilisé pour réparer des infrastructures. Actuellement, on injecte du ciment, de l’époxy ou des coulis chimiques pour faire des réparations, ou les structures qui se détériorent sont couvertes de gainage. Évidemment, remplacer des structures de béton craquelées par du béton neuf n’est pas sans coûts pour l’environnement.

Rendre le béton existant plus durable serait avantageux sur les deux plans. La bonne nouvelle : Bientôt, le béton craquelé pourrait être en mesure de se réparer lui-même.

Marwa Hassan, professeur de génie civil et environnemental à l’Université Louisiana State, étudie un type de béton autoréparable.

« Nous essayons en fait d’imiter le corps humain. Dans l’organisme, nous avons des globules blancs qui se rendent au problème et qui entament la guérison. Nous voulons que notre processus agisse comme ces globules blancs, qu’ils ferment la fissure et réparent le béton », explique-t-elle.

Son équipe travaille à des projets pilotes qui utilisent des composés bon marché et simples, comme le nitrate de calcium et le silicate de sodium, en tant « qu’agent de guérison », intégré dans la coquille d’une microcapsule faite de polyuréthane/d’urée-formaldéhyde. Les microcapsules sont distribuées dans la matrice du ciment. « Lorsqu’une fissure commence à se propager, elle divise la coquille, relâche d’agent de guérison et colmate la fissure », déclare Hassan.

D’autres chercheurs se penchent sur des composantes biologiques, de polymères et résines à des bactéries, en tant qu’agent de guérison.

Certaines bactéries, comme la Sporosarcina pasteurii, peuvent être intégrées au béton avec un amidon en tant que source de nutriments. Si l’air pénètre dans une fissure, les bactéries commencent à grossir et à proliférer, et excrètent une forme de carbonate de calcium qui scelle la brèche.

Hassan avance que, si les composantes chimiques et biologiques sont toutes deux prometteuses, l’utilisation par son équipe du silicate de sodium donne du béton aux propriétés supérieures.

La clé avec les fissures dans le béton consiste à corriger les fissures microscopiques avant qu’elles ne deviennent assez grandes pour laisser entrer l’eau, le sel et la glace, qui peuvent affaiblir la structure.

« Il faut sceller toute fissure de 0,1 millimètre ou plus, surtout si elle se trouve sur des structures critiques », déclare Karthik Obla, vice-président des services techniques pour la National Ready Mixed Concrete Association. Selon elle, c’est particulièrement important en présence de la possibilité de corrosion dans la barre d’armature de renforcement. Les chercheurs de la LSU ont réussi à sceller des fissures de 0,1 millimètre.

Le béton autoréparable pourrait mener vers d’importantes économies de coûts pendant la durée de vie d’une structure. Il pourrait supprimer le besoin d’entretien et de réfection récurrent. Les premiers usages seront probablement faits dans des endroits dangereux et difficiles, comme des tunnels souterrains, des ponts et des tuyaux difficiles à atteindre.

Des interventions réduites pour des réparations pourraient aider des États et des municipalités aux budgets restreints à économiser de précieux fonds d’infrastructure pour les investir dans de nouveaux projets. L’équipe de Hassan travaille actuellement à la quantification des avantages financiers du béton autoréparable au lieu des réparations habituelles.

Entretemps, des gens comme Hassan ont adopté la devise suivante : Béton, répare-toi.

 

Marsha Walton est journaliste en science, en technologie et en environnement et productrice d’émissions. Elle a travaillé pour la National Science Foundation, l’American Association for the Advancement of Science, l’émission de conservation « This American Land » de PBS et l’unité de science et de technologie de CNN.