Une étude récente démontre qu’un dosage précis de biochar améliore à la fois la résistance mécanique et l’absorption de dioxyde de carbone de la chaux hydraulique naturelle. Une innovation particulièrement prometteuse pour la restauration du patrimoine et la décarbonation du bâtiment en France.
Une découverte scientifique aux résultats mesurables
Publiée dans la revue scientifique Biochar X, une étude récente menée par des chercheurs (notamment de l’Université Agronomique de Shenyang) apporte un éclairage inédit sur l’amélioration des matériaux à base de chaux. En incorporant du biochar (un charbon végétal poreux issu de la pyrolyse de la biomasse) produit à partir de coques de noix de coco dans de la chaux hydraulique naturelle (NHL), les scientifiques ont cherché à optimiser le comportement mécanique et le bilan carbone du matériau.
Le biochar (ou charbon végétal) est un matériau solide riche en carbone, produit par la pyrolyse — un procédé de cuisson à haute température (entre 400 °C et 700 °C) de la biomasse organique (comme les résidus agricoles, les copeaux de bois ou les coques de fruits) en présence d’une quantité très limitée d’oxygène. Contrairement à la combustion classique qui libère immédiatement le dioxyde de carbone dans l’atmosphère, la pyrolyse permet d’emprisonner le carbone capté par les plantes lors de leur croissance dans une structure très stable et hautement poreuse. Utilisé historiquement pour amender les sols agricoles en améliorant leur rétention d’eau et de nutriments, le biochar s’impose aujourd’hui comme une solution prometteuse dans l’éco-construction : incorporé dans des mortiers ou des bétons, sa porosité favorise la circulation des gaz, augmente la résistance des matériaux et permet de séquestrer durablement le CO2.
Processus de préparation expérimentale.
Les résultats révèlent qu’un dosage spécifique et contrôlé permet des gains significatifs :
- Formulation optimale : L’ajout de 2 % de biochar très fin (granulométrie de 325 mesh) offre le meilleur compromis.
- Gain en résistance mécanique : La résistance à la compression progresse de 35,7 % à 3 jours, 42,1 % à 7 jours et 10,9 % à 28 jours par rapport à une chaux témoin sans biochar.
- Captation accrue du CO2 : L’absorption de CO2 augmente de 14,6 % après 6 heures et de 11,9 % après 24 heures. Le taux de carbonate de calcium (CaCO3) formé passe ainsi de 60,2 % à 63,9 %.Captation accrue du CO2 : L’absorption de CO2 augmente de 14,6 % après 6 heures et de 11,9 % après 24 heures. Le taux de carbonate de calcium (CaCO3) formé passe ainsi de 60,2 % à 63,9 %.Captation accrue du CO2 : L’absorption de CO2 augmente de 14,6 % après 6 heures et de 11,9 % après 24 heures. Le taux de carbonate de calcium (CaCO3) formé passe ainsi de 60,2 % à 63,9 %.Captation accrue du CO2 : L’absorption de CO2 augmente de 14,6 % après 6 heures et de 11,9 % après 24 heures. Le taux de carbonate de calcium (CaCO3) formé passe ainsi de 60,2 % à 63,9 %.
Comment fonctionne cette synergie ?
Le biochar agit sur trois leviers principaux :
- Sa structure très poreuse crée de véritables canaux facilitant la diffusion du CO2 au cœur du matériau.
- Sa grande surface spécifique favorise le stockage local du gaz carbonique.
- En cristallisant, le carbonate de calcium comble les pores fins, ce qui densifie la matrice et renforce sa résistance.
La morphologie du biochar à différents grossissements.
Attention toutefois au surdosage : dépasser le seuil de 2 % augmente la porosité globale et fragilise le matériau, montrant qu’un dosage précis est indispensable pour conserver un comportement structurel optimal.
Quels enjeux et opportunités pour le marché français ?
L’application de ces travaux résonne tout particulièrement avec les caractéristiques du secteur de la construction en France.
1. Un atout pour la restauration des Monuments Historiques et du bâti ancien
La France possède un parc immobilier ancien considérable, composé de millions de bâtiments en pierre de taille, pisé, pisé de terre ou pan de bois. Les règles de la restauration du patrimoine (supervisées par les Architectes des Bâtiments de France et les directions régionales des affaires culturelles) proscrivent l’usage du ciment Portland traditionnel, trop rigide et imperméable, au profit de la chaux hydraulique naturelle (NHL 2, NHL 3.5, NHL 5) pour préserver la perspirance des murs.
L’ajout de biochar présente ici un double intérêt :
- Accélération du séchage et gain de résistance initiale : sur les chantiers de restauration, la lenteur de prise de la chaux naturelle peut retarder les opérations. Le gain de résistance à 3 et 7 jours identifié par l’étude permettrait de sécuriser et d’accélérer la pose des enduits et maçonneries.
- Compatibilité esthétique et respirabilité : à faible dose (2 %), le biochar ne dénature pas les propriétés de transfert d’humidité indispensables aux bâtiments anciens, tout en teintant légèrement les mortiers pour un rendu esthétique parfois recherché lors de la réfection de façades patrimoniales.
Schématique du mécanisme du biochar sur le comportement d’absorption du CO2 de la NHL2.
2. Alignement avec la réglementation environnementale (RE2020)
En France, la Réglementation Environnementale 2020 (RE2020) impose une analyse du cycle de vie (ACV) des bâtiments et fixe des seuils maximaux d’empreinte carbone pour les matériaux de construction.
- Séquestration durable du carbone : le biochar permet de bloquer durablement du carbone végétal au sein des structures. Associé à la carbonatation naturelle de la chaux lors de sa prise, ce procédé contribue directement à baisser l’indice de carbone (Iconstruction) des mortiers et bétons de chaux.
- Biomasse locale et économie circulaire : alors que l’étude a utilisé des coques de coco, la France dispose de filières émergentes de biochar basées sur la pyrolyse de résidus sylvicoles (bois d’éclaircie, rémanents forestiers) ou de sous-produits agricoles (paille, sarments de vigne). L’utilisation de ressources locales permettrait de réduire encore l’empreinte carbone globale du matériau.
Images SEM de composites de LNH modifiés par biochar: a) P00 × 100; b) P00 × 5,000; c) P32 × 100; et d) P32 × 5.000.
En conclusion
L’association de la chaux hydraulique et du biochar démontre que la science des matériaux peut moderniser des techniques de construction millénaires pour décarboner le bâtiment tout en préservant le patrimoine. Pour déployer cette innovation à grande échelle en France, son industrialisation nécessitera toutefois de valider la durabilité à long terme selon les normes en vigueur et de publier des fiches FDES certifiées.
(Source)
Crédit images : Hao Zhang, Jiangtao Qu, Yue Gu, Yikun Li, Ao Li & Zhenhua Wei
