Secrets d'un nouveau béton

Laila Raki et son équipe de l'Institut de recherche en construction ont découvert comment rendre ce matériau, issu du ciment Portland, plus souple et malléable. La nanotechnologie leur a fourni une clé pour prévenir les fissures résultant du vieillissement du matériau, progrès très attendu au Canada où la chaleur, le froid et le sel malmènent le béton.

Depuis 2005, Laila Raki dirige une équipe interdisciplinaire cherchant à procurer des matériaux nanotechnologiques à l'industrie du bâtiment. Les chercheurs misent essentiellement sur de nouveaux ciments, adjuvants et bétons.

« Avec le temps, nous avons compris ce qui se passe quand on modifie le mélange, qu'on y ajoute d'autres matériaux et qu'on ralentit ou accélère les réactions chimiques à l'origine du béton, déclare-t-elle. Avant d'essayer d'autres adjuvants et de modifier la durée de la réaction, il fallait savoir ce qui se passe au niveau moléculaire. »

Laila Raki s'intéresse à l'hydratation du ciment, car c'est elle qui commande les propriétés microscopiques et macroscopiques du béton. Le ciment prend et durcit à cause des hydrates, composés aqueux nés quand les composantes du ciment réagissent avec l'eau. « La réaction produit du silicate de calcium hydraté, poursuit Laila Raki. Nous nous demandions comment cet hydrate se comporte avec des additifs organiques à l'échelle moléculaire, dans l'espoir de rendre le béton plus durable. »

Son équipe a testé l'addition de sous-produits industriels – notamment des cendres fines et de la fumée de silice – une façon de réduire les dégagements de carbone, la quantité d'énergie consommée étant moindre que celle associée à l'extraction de matériaux neufs. Ces additifs donnent un béton plus dense et résistant, mais certains en ralentissent le durcissement. Les chercheurs ont essayé d'y remédier avec des nanoparticules, tout en préservant la durabilité du produit.

« Les nanoparticules comme les cendres fines accélèrent l'hydratation et le durcissement du mélange tout en bouchant les pores, déclare-t-elle. C'est important, car le sel et d'autres composés pénètrent dans le béton par les pores puis en entraînent la détérioration. Des nanotubes de carbone renforceraient aussi le béton et empêcheraient les fissures de se propager. »

Une difficulté de l'industrie consiste à minuter le temps entre la préparation et la livraison au chantier. Lorsqu'une bétonnière est coincée dans la circulation, le béton durcit dans le camion. Pour atténuer le problème, Laila Raki et ses collaborateurs ont mis au point et breveté un « super plastifiant » à libération lente qui accélère ou ralentit l'hydratation (la prise) du ciment. Les fabricants minuteront le processus avec plus de précision afin que le béton soit utilisé au moment opportun.

« Une société chimique de renommée internationale testera bientôt notre formule avec ses propres adjuvants, termine la chercheuse. Si la formule fonctionne correctement, il ne restera qu'à trouver un partenaire pour la commercialiser. »