fr.wedoany.com Rapport : Des chercheurs du laboratoire Masic du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et de l'entreprise CarbonCure Technologies ont élucidé, grâce à la spectroscopie Raman in situ, le mécanisme chimique précis par lequel le dioxyde de carbone (CO₂) favorise l'hydratation précoce lors du malaxage de la pâte de ciment et conduit à la formation d'une microstructure de mortier ou de béton plus homogène et densément tissée. L'article correspondant, intitulé « In-Situ Raman Spectroscopy of Silica Gel Templated Hydration Pathways in CO₂-Activated Cement », a été publié dans le Journal of the American Ceramic Society.
L'équipe a utilisé la spectroscopie Raman in situ — une technique d'observation capable d'identifier des phases chimiques individuelles à l'échelle micrométrique — pour suivre le processus d'hydratation du ciment activé par le CO₂ sur une période de 24 heures, clarifiant ainsi la séquence moléculaire par laquelle le CO₂ produit un effet de renforcement de la résistance précoce dans le système cimentaire. L'étude a révélé que le CO₂, lors de l'hydratation précoce, ne perturbe pas la chimie du liant, mais favorise plutôt la formation d'une microstructure de liant étroitement connectée.
Yuliya Kravtsov, PDG de CarbonCure, a déclaré que cette étude fournit la validation expérimentale la plus solide à ce jour de la carbonatation minérale dans le béton, expliquant comment la technologie d'utilisation du carbone aide les producteurs à réduire la quantité de ciment et les coûts, tout en obtenant un béton haute performance constant. Elle a ajouté que cette technologie a été commercialement validée dans plus de 11 millions de chargements de camions malaxeurs, couvrant des projets allant de la construction résidentielle aux développements complexes en hauteur, ainsi qu'aux projets d'infrastructure.
Admir Masic, professeur au Département de génie civil et environnemental du MIT, a souligné que, bien que les chercheurs aient observé depuis des années une résistance précoce plus élevée dans le béton activé par le CO₂, le mécanisme précis restait insaisissable car les phases impliquées sont transitoires et difficiles à observer directement. Grâce à la spectroscopie Raman in situ, l'équipe a observé en temps réel le processus chimique de la carbonatation minérale, découvrant une séquence hautement ordonnée et ingénieusement orchestrée : le CO₂ crée un échafaudage de gel de silice dans l'ensemble du matériau, qui sert de modèle pour un liant plus interconnecté. Ces perspectives offrent un nouveau cadre pour améliorer les performances du béton par la carbonatation minérale au CO₂.
L'équipe de recherche a déterminé que, lors du malaxage du mortier ou du béton, l'injection de CO₂ dans la pâte de ciment ne se contente pas de remplir les espaces poreux avec des particules de carbonate de calcium, comme le suggéraient les théories antérieures. Au contraire, ce composé déclenche une séquence d'hydratation en trois phases fondamentalement différente. Pendant la phase de minéralisation (dans les quatre heures suivant l'injection), le CO₂ forme rapidement des nanoparticules de carbonate de calcium, détournant temporairement le calcium de son rôle habituel, permettant ainsi le développement d'un réseau de gel de silice lisse et uniformément réparti. Pendant la phase de transition (quatre à huit heures après l'injection), le CO₂ est consommé, l'hydratation normale reprend, et l'hydroxyde de calcium réagit avec le réseau de gel de silice pour former du silicate de calcium hydraté uniformément réparti — le composé de résistance de base dans le mortier ou le béton. Pendant la phase de stabilisation (après huit heures), l'hydratation se poursuit de manière conventionnelle, remplissant la structure et produisant un liant plus homogène et interconnecté, avec une prise plus rapide et une résistance précoce améliorée d'environ 13 % par rapport à la pâte de référence. De manière cruciale, les équipes du MIT et de CarbonCure ont obtenu les premières preuves visuelles directes de la carbonatation minérale précoce, montrant que les particules de carbonate de calcium restent chimiquement stables dans le temps, piégées de manière permanente dans la matrice.
Dean Forgeron, directeur technique de CarbonCure, a conclu qu'il s'agit d'une avancée dans la compréhension industrielle de la carbonatation minérale. Cette étude montre que la minéralisation ne se limite pas à stocker en permanence le dioxyde de carbone dans le béton ; elle influence activement la microstructure du liant dès les premiers instants de l'hydratation. L'industrie peut exploiter cette chimie pour améliorer l'efficacité et la rentabilité du ciment, tout en fournissant un produit de même haute qualité et en répondant aux spécifications de projets les plus exigeantes.
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