Le béton botanique, une alternative durable au béton traditionnel

Dans le monde entier, le béton est le matériau de construction le plus utilisé. Il nous permet de construire de grandes structures, mais sa production est très destructive pour l’environnement. Le béton botanique est l’un des exemples inspirants d’alternatives de matériaux de construction écologiques, qui permet de réduire la consommation de ressources primaires, tout en offrant des effets visuels intéressants.

Le béton est un matériau composé de 60 à 75 % de sable et de gravier, de 15 à 20 % d’eau et de 10 à 15 % d’un agent liant connu sous le nom de pouzzolane (ciment Portland) – un ingrédient composé de cendres volcaniques qui consolide le matériau. (1) Il a dominé le marché de la construction grâce à sa résistance, durabilité, polyvalence, résilience et sécurité. Toutefois, malgré ses avantages considérables, le béton s’accompagne de coûts environnementaux très élevés.

L’empreinte la plus significante est celle du ciment. Sa production nécessite un apport énergétique important et utilise souvent des combustibles fossiles. La production de béton est également responsable de 9 % de la consommation industrielle mondiale d’eau, ainsi que d’une augmentation des niveaux de pollution atmosphérique et des maladies respiratoires dues à la poussière des chantiers de construction. (2) Enfin, la demande excessive d’un type particulier de sable (utilisé comme granulat) est une cause de destruction de biomes écologiques tels que les rivières et les fonds marins et provoque des conflits régionaux dans des pays comme le Cambodge ou l’Inde. (3)

Malgré tous ces effets négatifs, on s’attend à une augmentation de la demande en béton au cours des 30 prochaines années. Le moyen de répondre à la demande est donc d’appliquer une approche circulaire à cette industrie, dont l’éco-conception et l’approvisionnement durable sont les moteurs.

Aujourd’hui, 30 à 40 % du total des déchets proviennent des démolitions de bâtiments, dont au moins un tiers est estimé être du béton. La plupart des déchets de béton sont utilisés comme remblai pour les décharges et les fondations de routes. Cependant, la demande à cet effet est en baisse dans les pays développés, contrairement à la quantité de débris de béton. Il est donc important d’intégrer ces ressources dans le cycle de production du béton. (4)

Développement de nouveaux matériaux végétaux

La recherche de nouveaux moyens pour recycler le béton et d’applications pour augmenter la quantité de granulats de béton ont constitué un sujet d’étude à l’Université de Tokyo en 2020. C’est là que le professeur M. Yuya SAKAI a mené à bien un projet sur un nouveau matériau appelé Botanical Concrete. Il est composé uniquement de poudre de débris de béton et de poudre de déchets de bois et ne nécessite aucun matériau primaire. (5)

L’ingrédient clé de la poudre de déchets de bois qui remplace le ciment Portland est la lignine. Il s’agit d’un polymère organique qui maintient l’ensemble des fibres cellulosiques dans la plante, ce qui lui confère sa structure et sa rigidité. Comme la lignine contenue dans le bois se dissout sous l’effet de la chaleur et colmate les interstices, elle peut servir de colle pour lier la poudre de déchets de béton et la poudre de déchets de bois lorsqu’elle est mélangée et pressée à chaud. L’une de ses propriétés physiques fascinantes est qu’elle peut ajouter la couleur et le parfum des arbres et des plantes utilisés pendant la production. Cela donne un vaste éventail des résultats possibles.

En outre, le béton végétal est prévu pour être recyclé à plusieurs reprises. À la fin de son cycle de vie, il peut être broyé et moulé à nouveau pour créer un nouveau béton. (6)

L’équipe japonaise a effectué les tests de résistance sur un mélange de farine de déchets de bois provenant de cèdres japonais et de débris de béton d’un an. Le mélange a été mis dans un moule en acier et pressé à chaud, sous une pression de 50MPa pendant 5 minutes. Bien que les tests aient démontré que la résistance à la compression du nouveau matériau était inférieure à celle du béton traditionnel, sa résistance à la flexion était 10 fois supérieure. Avec de tels résultats, le matériau a été jugé approprié pour la production de nombreux articles industriels tels que les blocs de trottoir, les blocs d’arrêt de voiture, les supports de pieu, etc. (7)

L’expérience a également démontré que les propriétés du produit final dépendent de plusieurs facteurs liés aux conditions de production, tels que le rapport de masse du béton et des déchets de bois, les propriétés des échantillons de béton d’origine, la taille des particules de bois et la température de pressage. La durée de vie et la résistance globale du béton botanique ne sont pas encore claires puisqu’il s’agit d’un matériau relativement nouveau dont les composantes sont très variables, mais les résultats de l’étude expérimentale sont prometteurs.

Bien que la technologie et le développement du béton végétal n’en soient qu’à leurs débuts, on s’attend à ce qu’il joue un rôle important dans la transition écologique du secteur de la construction, car il permet de remédier à la fois à la pénurie de matières premières et à l’abondance de déchets de béton.

Sources :

[1] 16 Types of Concrete and How They’re Used (mtcopeland.com)

[2] Impacts of booming concrete production on water resources worldwide | Nature Sustainability

[3] Why the world is running out of sand – BBC Future

[4] Construction and demolition waste as recycled aggregate for environmentally friendly concrete paving | SpringerLink

[5] Laboratory of Sustainable Construction Materials, Institute of Industrial Science, The University of Tokyo 東京大学 生産技術研究所 酒井(雄)研究室 (goope.jp)

[6] Inspire Talks: Material Next! – YouTube

[7] Mechanical Properties of Botanical Recycled Concrete under Different Production conditions | Li Liang and Yuya Sakai

[8] UNEP Food Waste Index Report 2021 | UNEP – UN Environment Programme