ARCHIVÉ - La nanotechnologie et le béton : gros changements grâce à l'infiniment petit

Contenu archivé

L’information dont il est indiqué qu’elle est archivée est fournie à des fins de référence, de recherche ou de tenue de documents. Elle n’est pas assujettie aux normes Web du gouvernement du Canada et elle n’a pas été modifiée ou mise à jour depuis son archivage. Pour obtenir cette information dans un autre format, veuillez communiquer avec nous.

Le 05 juin 2005— Ottawa (Ontario)

Nanocouches d'aluminate de calcium
Nanocouches d'aluminate de calcium

On associe souvent la nanotechnologie aux applications qui font la manchette des journaux, en biomédecine, dans les télécommunications ou dans le secteur militaire. Pourtant, une des principales façons que cette science à l'échelle du nanomètre révolutionne la vie quotidienne de la majorité des Canadiens se trouve exactement sous leurs pieds : le béton.

Des scientifiques de l'Institut de recherche en construction du Conseil national de recherches Canada (IRC-CNRC) nous aident en effet à comprendre les propriétés du béton à l'échelle de l'infiniment petit et se servent de leurs découvertes pour créer un matériau plus résistant et durable d'une manière plus écologique.

Un rapide survol de l'industrie du béton dans le monde et de son impact sur l'environnement montre clairement pourquoi les progrès de la R-D en nanotechnologie auront d'énormes répercussions économiques, sociales et environnementales.

Le béton est le matériau inventé par l'homme le plus produit au monde, avec l'équivalent d'une production annuelle d'environ un mètre cube par personne sur la Terre. Au Canada, on construit annuellement pour près de 16 milliards de dollars d'ouvrages en béton. Rien qu'à eux, les composés du béton engendrent un chiffre d'affaires annuel d'environ 5 milliards de dollars.

Le béton est un mélange réunissant un liant (la pâte de ciment) et des agrégats. La pâte, constituée de ciment Portland hydraté et d'eau, couvre la surface d'agrégats de granulométrie variable. L'hydratation fait durcir la pâte, dont la résistance s'accroît jusqu'à prendre celle du roc et devenirce qu'on appelle le béton. Le ciment Portland vient de la combustion (à 1 300 – 1 500 °C) de la matière première essentiellement composée de calcaire (carbonate de calcium) et de silicates d'aluminium sous forme d'argile et de schiste. En raison de l'énergie employée pourfabriquerle ciment et des dégagements de dioxyde de carbone, les cimenteries figurent parmi les industries qui libèrent le plus de gaz à effet de serre, soit environ six pourcent des émissions annuelles dans le monde.

La nanoscience jouera un rôle prépondérant en permettant la production de bétons novateurs pour le XXIe siècle. Elle donne aux scientifiques la chance de travailler à l'échelle de la molécule, bref d'assembler des matériaux neufs aux propriétés physiques et chimiques innovatrices un atome à la fois.

On fait déjà appel à la nanotechnologie de diverses manières pour fabriquer des matériaux de construction novateurs. Les additifs de nanoparticules, par exemple, servent couramment de charge dans les peintures et les enduits de protection, voire les produits employés pour nettoyer les bâtiments et les monuments exposés aux substances radioactives. Parmi les autres usages de la nanotechnologie en construction, mentionnons les armatures d'acier, les plastiques renforcés de fibres, les additifs à base de nanofibres et les céramiques nanoporeuses pour les applications environnementales.

Nanoparticules cimentaires obtenues par les techniques de « chimie douce »
Nanoparticules cimentaires obtenues par les techniques de « chimie douce »

L'équipe multidisciplinaire de l'IRC-CNRC qui poursuit des recherches en nanotechnologie est à l'avant-garde de cette science et propose des matériaux révolutionnaires à l'industrie du bâtiment. Sa force vient de la réunion de chercheurs spécialisés dans des domaines disparates telles la chimie, la physique et la science des matériaux. En font partie J. Beaudoin, J. Makar, L. Mitchell et L. Raki.

L'équipe s'intéresse particulièrement au développement de nouveaux ciments, bétons et adjuvants (additifs visant à rendre le béton plus performant), et aux innovations issues de ses découvertes. Au départ, les travaux se sont concentrés sur les ciments nécessitant peu d'énergie, les nanocomposites, de meilleures techniques de tassement des particules et des approches novatrices à la libération contrôlée des adjuvants.

Le ciment hydraté est une matière parsemée de pores dont la taille varie du nanomètre au millimètre. Ces pores sont l'une des principales faiblesses du béton, car ils laissent passer les chlorures et les autres sels à l'origine des fissures et des détériorations qui coûtent chaque année des milliards de dollars à l'économie canadienne.

Une meilleure connaissance des ciments hydratés et des matériaux cimentaires au niveau de l'infiniment petit mettra à jour d'autres moyens pour surmonter cette difficulté. Ainsi, l'addition de nanoparticules au béton en accroît la durabilité grâce à des interactions physiques et chimiques comme l'obturation des pores. Les nanoparticules ajoutées au béton devraient conduire à une régulation de sa porosité supérieure à celle actuellement réalisable avec les fumées de silice.

Nanotubes de carbone remplissant des fissures dans un composite cimentaire
Nanotubes de carbone remplissant des fissures dans un composite cimentaire

Les nanofibres accroissent aussi la performance du béton. Les nanotubes de carbone, par exemple, améliorent la résistance en empêchant les fissures de s'étendre dans les composites et en favorisant la nucléation. Cette technique de renforcement donne des bétons plus robustes dans lesquels les fissures s'interrompent dès leur apparition.

L'élaboration d'agents de nucléation efficaces et de ciments peu « énergivores » concourra à répandre l'usage d'autres matériaux cimentaires comme les cendres volantes et le laitier de haut fourneau tout en écologisant davantage la fabrication du béton.

Tandis qu'on continue d'explorer la conception de matériaux de construction novateurs par la nanotechnologie, il est manifeste que la science de l'infiniment petit suscitera de gros changements et que l'industrie du bâtiment en tirera d'énormes avantages économiques.

[Les illustrations qu'on voit dans cet article ont été prises au microscope électronique à balayage.]


Liens suggérés :


Renseignements : Relations avec les médias
Conseil national de recherches Canada
613-991-1431
media@nrc-cnrc.gc.ca

Restez branché

Abonnez-vous

Date de modification :