Banal et pourtant mal connu : le béton est partout, mais sa chimie complexe est encore un vaste sujet d’étude. En 2012, deux spécialistes, le français Roland Pellenq, et Franz Josef Ulm, professeur au Département de génie civil et environnemental du MIT, ont créé un laboratoire commun au MIT pour étudier les matériaux poreux, dont le béton.
Ils ont publié récemment les résultats d’une étude qui cerne ce qui pourrait être une composition optimale du béton : celle qui donnerait le meilleur compromis entre la rigidité et la plasticité, afin de résister au mieux aux fissures et à leur propagation.
Les chercheurs se sont focalisés sur une partie des composants du béton, les hydrates de calcium et de silice (C-S-H), qui joue le rôle de liant entre les grains qui constituent le béton. Le paramètre clé, c’est le rapport entre le nombre d’atomes de calcium et le nombre d’atomes de silicium : en le faisant varier, on change la structure des hydrates, et finalement les propriétés du béton.
L’équipe franco-américaine a donc créé des modèles moléculaires de dizaines d’hydrates C-S-H, en faisant varier le rapport calcium/silicium de 1,1 à 2,1. Dans les bétons industriels, ce rapport est entre ces deux chiffres : il tourne autour de 1,7. Ils ont comparé les résultats de leurs simulations sur ordinateur avec des résultats expérimentaux disponibles, afin de valider les modèles. Puis ils ont calculé les propriétés mécaniques des différents hydrates.
Le résultat est assez précis : c’est pour un rapport calcium/silicium de 1,5 que l’on obtient les propriétés mécaniques les plus intéressantes. Au moins pour certains arrangements moléculaires rendus possibles avec cette composition-là… Ce qui laisse le champ libre à encore beaucoup de recherches. Une autre piste intéressante est qu’en diminuant le fameux rapport calcium/silicium, il se trouve que procédé d’élaboration du béton dégage moins de CO2.
Thierry Lucas
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