Dans un contexte où la transition vers une construction plus durable et respectueuse de l’environnement est devenue une priorité, l’intégration de matériaux innovants et de technologies de rupture joue un rôle crucial. Parmi ces matériaux, le graphène se place comme une solution prometteuse pour révolutionner le secteur du bâtiment. Dans cet article, Carbon Waters propose de dresser l’état des lieux du secteur du bâtiment et vous explique en quoi le graphène et ses multiples propriétés peuvent agir afin de décarboner la filière.
Quelle feuille de route pour le secteur du bâtiment et de la construction ?
Un bâtiment va émettre du CO2 à deux étapes de son cycle de vie :
- Lors de sa construction,
- Lors de son usage, notamment par sa consommation énergétique.
Selon l’ADEME, « l’impact sur l’environnement est en outre particulièrement marqué au moment de la construction, l’essentiel des émissions de CO2 et des consommations de ressources d’un bâtiment étant liées à sa phase de construction », représentant plus de 75% du total des émissions en CO2 d’un bâtiment au cours de son cycle de vie.
D’après la Stratégie Nationale Bas-Carbone en vigueur (SNBC-2), feuille de route de la France pour réduire l’impact environnemental de la filière, « l’empreinte carbone de la chaîne de valeur du bâtiment représentait 153 Mt CO2 en 2019, soit 25 % de l’empreinte carbone annuelle de la France. »
Pour les années à venir, cette feuille de route prévoit des diminutions des émissions carbone en deux temps :
- -48% à horizon 2030,
- -81% à horizon 2050, soit une décarbonation quasi complète.
Côté matériaux, les produits de construction représentent près d’un tiers des émissions de gaz à effet de serre de la filière bâtiment et le ciment est responsable de près de 10% des émissions mondiales. Le recours à des matériaux innovants et moins polluants est ainsi l’une des solutions envisagées afin de réduire les émissions lors de l’étape de construction et d’atteindre les objectifs fixés par la SNBC-2.
Quel impact environnemental du ciment et du béton ?
Le ciment fait partie des principaux matériaux utilisés dans la construction des bâtiments. Il est largement employé pour bâtir des fondations, des murs, des dalles ou des structures en raison de sa résistance et de sa durabilité. Après l’eau, le ciment est ainsi le second matériau le plus consommé au monde : quatorze milliards de mètres cubes de béton sont coulés chaque année (source : Global Ciment and Concrete Association).
Cependant, son impact environnemental est loin d’être neutre. La cause principale associée à la production de ciment aujourd’hui est liée au processus de production du clinker, un composant essentiel des ciments. Pour obtenir ce clinker, il faut chauffer à très haute température (1400°C environ) du calcaire et de l’argile dans un four de cimenterie ou four à calcination. Cependant, lors de la chauffe, le clinker libère du dioxyde de carbone, si bien que pour produire une tonne de ciment, la seule étape de cuisson génère près d’une tonne de C02.
Comment alors diminuer l’usage du clinker pour obtenir un béton tout aussi performant ?
Des alternatives sont en cours de normalisation afin de remplacer le béton traditionnel. Par exemple, le béton bas carbone contient moins de clinker, une partie de ce dernier étant remplacée par du calcaire, de l’argile calcinée ou encore des cendres volantes.
Quels avantages du graphène pour décarboner le secteur de la construction de demain ?
Comme évoqué précédemment, l’utilisation de matériaux innovants et moins polluants est essentielle pour atteindre les seuils prévus par les politiques publiques. C’est d’ailleurs ce qu’indique la feuille de route du secteur : « le recours accru à des composants bas-carbone qui ne sont pas les standards d’aujourd’hui (produits innovants et bas-carbone) […], apparaît comme un levier essentiel pour atteindre l’objectif de décarbonation du bâtiment ».
Le graphène, matériau découvert il y a tout juste 20 ans et présentant de multiples propriétés, peut lui aussi remplacer une partie du clinker et ainsi réduire les émissions de CO2 des bâtiments.
L’intégration du graphène dans le béton permettrait d’utiliser moins de matière tout en offrant des performances similaires voire meilleures, à celles du béton traditionnel. D’après des scientifiques de l’Université d’Exeter, ce béton-graphène serait deux fois plus résistant et quatre fois plus imperméable que le béton traditionnel.
En collaboration avec le Graphene Engineering Innovation Centre (GEIC) de l’Université de Manchester, la société Nationwide Engineering a d’ailleurs mis au point un adjuvant permettant d’augmenter les performances et la durabilité du béton.
La toute première dalle de béton enrichie en graphène a ainsi été posée en Angleterre dans un gymnase de quartier il y a trois ans.
Graph’Up Force W : une gamme d’additifs enrichis en graphène pour réduire les émissions de CO2 des bâtiments
De son côté, Carbon Waters a développé Graph’Up Force W, des additifs à base de graphène spécifiques pour renforcer les ciments et bétons. Disponible sous forme aqueuse et s’intégrant directement au ciment lors de l’étape de gâchage, ces additifs permettent d’accroître les performances mécaniques des matériaux finaux :
- +70% de module d’Young,
- +20% de résistance à la compression.
Pour les professionnels du secteur, il s’agit d’une solution novatrice et durable permettant une diminution significative de la quantité de clinker nécessaire, sans impact sur la qualité des matériaux.
Au-delà de réduire l’impact environnemental, qu’apporte le graphène au secteur du bâtiment ?
Outre son rôle pour décarboner le secteur de la construction, le graphène offre de nombreux autres avantages.
Premièrement, le graphène présente d’excellentes propriétés de renforcement mécanique, le rendant efficace même à faible concentration. Ainsi, le remplacement par du graphène d’une partie du clinker dans le ciment permet de réduire la quantité totale de matériaux utilisée. Par conséquent, les coûts liés aux matières premières et, in fine, les coûts globaux de construction sont amoindris.
Le graphène a des propriétés antibactériennes permettant de protéger les surfaces des bâtiments
Ensuite, le graphène possède des propriétés très intéressantes pour protéger les façades des bâtiments des intempéries et dégradations (grâce à son incorporation dans des revêtements tels des peintures, des vernis, etc.).
Parmi elles, une puissante action anticorrosion, un effet hydrophobe ou encore des propriétés antibactériennes. Carbon Waters propose d’ailleurs une gamme d’additifs à base de graphène dédiée à l’anticorrosion, Graph’Up Oxi, ainsi que la gamme Graph’Up Preserv, destinée à réduire l’encrassement des façades et ainsi préserver l’aspect extérieur des bâtiments.
Enfin, l’ajout de graphène au sein des matériaux de construction et coatings prolonge la durée de vie des bâtiments, entraînant ainsi une réduction des besoins d’entretien et de remplacement, se traduisant par des économies sur le long terme.
Le graphène représente une avancée significative vers la décarbonation du secteur de la construction en France. En renforçant le béton, en réduisant la proportion de clinker dans le ciment et en offrant une multitude d’autres avantages, le graphène ouvre de nouvelles perspectives pour rendre durable le secteur du bâtiment. En intégrant ce matériau révolutionnaire dans les pratiques de construction, la filière pourrait atteindre les objectifs de réduction de CO2 à horizon 2050 et ainsi contribuer à bâtir un avenir plus durable pour les générations à venir.