Et si les gravats de nos vieux bâtiments démolis devenaient une arme contre le réchauffement climatique ? C’est tout le pari d’une recherche qui vient de percer un mystère resté entier jusqu’ici : comment le CO2, piégé dans ces débris de béton à haute température, finit par s’y loger durablement. Explications.

Le béton, un poids lourd climatique insoupçonné

On ne s’en rend pas toujours compte en passant devant un chantier, mais le béton pèse lourd dans la balance climatique. Sa production représente à elle seule 8 % des émissions mondiales de CO2. Un chiffre qui place ce matériau, pourtant banal, parmi les tout premiers contributeurs au réchauffement de la planète.

Face à ce constat, des chercheurs explorent une piste aussi simple qu’ingénieuse : récupérer le CO2 rejeté par les cimenteries et l’enfermer dans des gravats de démolition recyclés. La réaction chimique en jeu s’appelle la carbonatation.

Son intérêt est double. D’un côté, elle capture du carbone qui autrement finirait dans l’atmosphère. De l’autre, elle renforce la solidité des gravats traités, ce qui améliore leur potentiel de valorisation. Un cercle vertueux, à condition de bien comprendre ce qui se joue à l’intérieur du matériau.

C’est justement ce mécanisme, longtemps resté flou, qu’une équipe de recherche vient d’élucider. Les résultats sont publiés dans la revue Communications Materials, et ils apportent un éclairage inédit sur un processus en apparence simple, mais en réalité bien plus complexe qu’il n’y paraît.

Des gravats passés au scanner neutrons et rayons X

Pour percer ce mystère, les chercheurs du laboratoire 3SR (CNRS et Université Grenoble Alpes), du LaMcube (Centrale Lille, CNRS et Université de Lille) et de Holcim Innovation Hub ont dû ruser. Reproduire en laboratoire les conditions d’une cimenterie n’a rien d’évident.

Ils ont donc conçu une cellule de test taillée sur mesure, capable de supporter une température de 80 degrés et de fortes concentrations de CO2, tout en restant transparente aux rayonnements utilisés pour l’observation. Une prouesse technique, puisqu’il fallait pouvoir regarder à l’intérieur du matériau sans perturber la réaction en cours.

La méthode employée associe deux techniques d’imagerie habituellement utilisées séparément : la tomographie à neutrons et la tomographie aux rayons X. Grâce à l’instrument NeXT, installé à l’Institut Laue-Langevin, les deux ont pu être couplées simultanément, en suivant l’échantillon en temps réel pendant plusieurs heures.

Chaque technique joue un rôle précis. Les neutrons traquent les mouvements de l’eau à l’intérieur de l’échantillon, tandis que les rayons X révèlent les transformations de sa structure minérale. En combinant ces deux regards, les chercheurs ont enfin pu suivre, presque en direct, ce qui se trame au cœur du béton pendant la carbonatation.

Quand l’eau libérée par le CO2 rebat les cartes de la diffusion

Ce que révèle cette observation inédite tient en une phrase : le CO2 ne se contente pas de pénétrer passivement dans le matériau. En réagissant avec le ciment, il libère de l’eau qui était jusque-là chimiquement liée à la structure minérale.

Cette eau nouvellement libérée ne reste pas immobile. Ses déplacements à l’intérieur de l’échantillon modifient directement la façon dont le CO2 lui-même se diffuse dans le matériau. Autrement dit, le gaz transforme son propre chemin au fur et à mesure qu’il avance, un phénomène totalement absent des modèles de diffusion classiques utilisés jusqu’alors.

Autre surprise observée par l’équipe : la réaction provoque l’apparition de microfissures dans le matériau. Ces petites fractures facilitent dans un premier temps le passage du gaz, avant de se refermer et de se sceller progressivement. Un comportement dynamique, en deux temps, que les modèles théoriques n’avaient pas anticipé.

Ces découvertes, portées notamment par Stefano Dal Pont et Alessandro Tengattini, dessinent une image bien plus mouvante de la carbonatation qu’on ne l’imaginait. Loin d’un processus figé, il s’agit d’un équilibre permanent entre eau, gaz et structure minérale, qui évolue à chaque instant de la réaction.

Comprendre ces mécanismes en détail n’est pas qu’une satisfaction intellectuelle. C’est une étape nécessaire pour concevoir, à terme, un procédé de carbonatation optimisé et transposable à l’échelle industrielle. Une avancée qui pourrait bien, dans les années à venir, contribuer à rendre la production de béton bas carbone un peu moins théorique et un peu plus concrète.

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