Le monde moderne est construit avec du béton. Les humains utilisent plus de béton chaque année que tout autre matériau en plus de l'eau. Pourtant, le ciment, le composant clé du béton, est la source jusqu'à 10% de toutes les émissions de dioxyde de carbone dans le monde.
Pour résoudre ce problème, les chercheurs de l'Université de Washington et de Microsoft ont développé un nouveau type de béton à faible teneur en carbone en mélangeant des algues séchées et en poudre avec du ciment. Le ciment enrichie d'algues a un potentiel de réchauffement climatique 21% inférieur tout en conservant sa force. Et grâce à une aide des modèles d'apprentissage automatique, l'équipe est arrivée à cette nouvelle formulation dans une fraction du temps que ces travaux prendraient normalement.
Les résultats ont été publiés dans Matière.
« Le ciment est partout – c'est l'épine dorsale de l'infrastructure moderne – mais il est livré avec un coût climatique énorme », a déclaré l'auteur principal Eleftheria Roumeli, professeur adjoint de science et d'ingénieur des matériaux de l'UW.
« Ce qui rend ce travail passionnant, c'est que nous montrons comment un matériau photosynthétique abondant comme les algues vertes peut être incorporé dans le ciment pour réduire les émissions, sans avoir besoin de traitement coûteux ou de sacrification des performances. »
La production d'un kilogramme de ciment émet près d'un kilogramme de CO2. La plupart de ces émissions proviennent des combustibles fossiles utilisés pour chauffer les matières premières et d'une réaction chimique appelée calcination qui se produit pendant le processus de production.
Les algues, en revanche, sont un puits de carbone: il retire le carbone de l'air et le stocke pendant sa croissance. Et, remarquablement, il peut remplacer directement une partie du ciment du béton, ce qui donne au résultat une empreinte carbone radicalement plus petite.
Arrivée au mélange idéal d'ingrédients aurait pris cinq ans d'essais et d'erreurs, Roumeli a estimé, car tout échantillon de béton prend environ un mois pour guérir complètement avant que ses propriétés puissent être évaluées avec précision.
Pour accélérer le processus, l'équipe a construit un modèle d'apprentissage automatique personnalisé et l'a formé sur un ensemble initial de 24 formulations de ciment. Ils ont ensuite utilisé le modèle pour prédire les mélanges idéaux pour tester en laboratoire.
En renvoyant les résultats de ces tests dans le modèle, ils ont pu travailler en tandem avec le modèle et se déplacer rapidement à travers les formulations. Le résultat était un mélange optimal de ciment amélioré les algues avec une empreinte carbone réduite qui a réussi des tests de résistance à la compression, découverts en seulement 28 jours.
« L'apprentissage automatique faisait partie intégrante de nous aider à raccourcir considérablement le processus, en particulier important ici, car nous introduisons un matériau complètement nouveau dans le ciment », a déclaré Roumeli.
De là, l'équipe prévoit d'approfondir leur compréhension de la façon dont la composition et la structure des algues affectent les performances du ciment. L'objectif plus important est de généraliser l'entraînement à différents types d'algues (ou même à des déchets alimentaires) afin que les producteurs puissent créer des alternatives de ciment locales et durables dans le monde – et utiliser l'apprentissage automatique pour les optimiser rapidement.
« En combinant des matériaux naturels comme les algues avec des outils de données modernes, nous pouvons localiser la production, réduire les émissions et évoluer plus rapidement vers l'infrastructure plus verte », a déclaré Roumeli. « C'est une étape passionnante vers une nouvelle génération de matériaux de construction durables. »
