Disponible partout, le béton est le matériau le plus utilisé dans le monde: un mètre cube par personne et par année. De ce fait, la fabrication de ciment est responsable d'environ 5% des émissions de dioxyde de carbone (CO2) sur la planète. Toutefois, le béton, dont le constituant indispensable est le ciment, est appelé à rester incontournable notamment pour une question de coût.

Depuis vingt-huit ans, Karen Scrivener, professeur à l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) et responsable du Laboratoire de matériaux de construction, étudie le béton. «Il n'y a pas d'alternative possible à ce matériau. Il faut donc améliorer sa performance et diminuer son impact environnemental», estime-t-elle.

L'équipe de Karen Scrivener utilise des techniques d'observation à l'échelle nanométrique pour étudier les mécanismes à l'origine de la résistance du béton, de sa solidité et pour comprendre les phénomènes physiques et chimiques qui les régissent. Pourquoi ce matériau reste-t-il fluide pendant quelques heures puis se solidifie? Quels sont les mécanismes qui contrôlent la vitesse de cette réaction? «Mieux comprendre le béton permet de l'améliorer et de développer de nouvelles propriétés», estime Karen Scrivener qui travaille à l'échelle européenne.

Elle a mis sur pied le réseau Nanocem il y a près de six ans. Ce consortium, qui associe quatorze producteurs de ciment et d'adjuvants ainsi que vingt-trois laboratoires publics, est financé en partie par l'Union européenne.

La fabrication du ciment se fait à partir de 80% de calcaire que l'on chauffe, et qui libère du CO2 en se transformant. La production d'une tonne de ciment génère ainsi environ une tonne de ce gaz à effet de serre. Pour réaliser du béton générant moins de CO2, plusieurs solutions sont à l'étude. Certains chercheurs étudient des substituts au ciment, comme les cendres volantes, sous-produit de la production d'électricité par des centrales au charbon, ou le laitier de haut-fourneau, un déchet de l'industrie sidérurgique. Le laboratoire de Karen Scrivener étudie également les propriétés d'argiles activées comme substitut.

Autre voie: diminuer la quantité de béton pour une même résistance. Celui-ci peut aujourd'hui être enrichi de microfibres en acier ou en polymères. «On obtient un matériau jusqu'à dix fois plus résistant que du béton traditionnel», souligne Karen Scrivener. Ce type de matériau nécessite un moindre recours aux armatures et beaucoup moins de ciment étant donné ses performances mécaniques. C'est surtout le groupe français Lafarge qui produit ce béton fibré à ultra-haute performance. Une passerelle extrêmement fine a été construite à Séoul en Corée du Sud.

Un partenaire du réseau Nanocem, la société Italcementi, a également participé à l'introduction de nanoparticules de dioxine de titane. Il en résulte un béton qui a la faculté de décomposer les polluants et de s'auto-nettoyer. Quelques constructions de démonstration ont été bâties à l'exemple d'une cathédrale à Rome.

Enfin, il faut encore mentionner qu'en combinant certains polymères au ciment, le béton peut même devenir flexible ou plus résistant aux fissures. «Les nanotechnologies devraient prochainement être à l'origine d'autres innovations. Mais ces performances coûtent cher», tempère Karen Scrivener.