Des chercheurs de l'Université de Pennsylvanie ont mis au point un béton imprimable en 3D révolutionnaire qui améliore la capture du dioxyde de carbone (CO₂) tout en renforçant la performance structurelle. Cette innovation, qui intègre la terre de diatomées (DE) et des structures de surfaces minimales triplement périodiques (TPMS), représente une avancée significative vers des matériaux de construction plus durables.
Le béton conventionnel est un contributeur majeur aux émissions mondiales de gaz à effet de serre, représentant environ 9 % de celles-ci. Face à ce défi environnemental, l'équipe de Penn a développé une solution qui non seulement réduit l'empreinte carbone du béton, mais le transforme en un matériau actif de capture de CO₂. La clé de cette avancée réside dans l'utilisation de la terre de diatomées, un matériau poreux dérivé d'algues microscopiques fossilisées. Cette substance unique améliore la stabilité du béton lors de l'impression 3D et offre de vastes sites pour piéger le dioxyde de carbone.
Les résultats de la recherche, publiés dans Advanced Functional Materials, révèlent que ce nouveau béton peut absorber jusqu'à 142 % de CO₂ en plus que les mélanges standards, tout en réduisant la quantité de ciment nécessaire. De manière remarquable, la structure poreuse de la DE favorise la formation de carbonate de calcium pendant le durcissement, ce qui renforce le matériau au fil du temps. Contrairement à la croyance habituelle selon laquelle une porosité accrue diminue la résistance, cette recherche démontre que la structure devient plus solide à mesure qu'elle absorbe du CO₂.
L'équipe a également intégré des structures TPMS, inspirées par la géométrie complexe trouvée dans la nature, comme dans les os et les récifs coralliens. Ces formes optimisées maximisent la surface interne et la rigidité tout en minimisant l'utilisation de matériaux. Les composants imprimés en 3D ont ainsi utilisé 68 % moins de matériau que les blocs de béton traditionnels, tout en augmentant leur rapport surface/volume de plus de 500 %. De plus, un cube TPMS a conservé 90 % de la résistance à la compression de sa version solide et a atteint une absorption de CO₂ supérieure de 32 % par unité de ciment.
Cette technologie ouvre la voie à des applications architecturales et d'infrastructure plus larges. Les chercheurs explorent actuellement la mise à l'échelle de cette technologie pour des éléments structurels de grande taille, tels que des planchers, des façades et des panneaux porteurs. Au-delà de la construction terrestre, le potentiel du béton DE-TPMS pour les infrastructures marines, comme les récifs artificiels, est également étudié. Sa porosité et sa compatibilité écologique favorisent l'adhésion des organismes marins, tandis que le matériau absorbe passivement le CO₂ de l'eau environnante, offrant ainsi une double fonctionnalité environnementale.
L'intégration de la terre de diatomées et des structures TPMS dans le béton imprimé en 3D représente une approche prometteuse pour relever les défis environnementaux du secteur de la construction, en offrant des matériaux plus performants et écologiquement responsables.