Les biomatériaux et leur place dans l'industrie de la construction

The term biomaterials is used to describe building materials derived from living organisms including plants, animals and fungi. Increasing knowledge about microbiology and synthetic biology techniques is now allowing innovative biomaterials to enter the market.

With the construction industry responsible for 40% of global CO2 emissions, responsibility falls on the industry to make dramatic changes to improve its sustainability. New biomaterials are being created using waste products and microbes to solve these ecological problems, with timber or plant-based materials being net carbon sinks. The biomaterials that are being explored for use in the construction industry are diverse and varied, each aiming to solve a different problem within the industry.

Les biomatériaux ont le potentiel de fournir aux matériaux de construction les avantages suivants :

• Captage et stockage du carbone extrait du CO atmosphérique₂ par photosynthèse récente
• Production durable sous forme de cultures annuelles ou de forêts à cycle de récolte plus long.
• Biodégradabilité en fin de vie. (Une décomposition contrôlée à l’intérieur d’un digesteur anaérobie produirait à la fois des engrais organiques et du biométhane pour fournir de l’énergie)
• Coefficients linéaires de dilatation thermique faibles ou presque nuls
• La propriété de contrôler la température et l'humidité dans des espaces clos par des changements de phase de l'eau dans les cellules
• Diffusivité de vapeur élevée et dispersion de vapeur « Fickienne »
• Capacité thermique spécifique généralement élevée
• Faible diffusivité thermique
• Souvent de bons rapports performance/poids
• Énergie grise inférieure. 

Béton – Existe-t-il de meilleures options ?

Le matériau le plus couramment utilisé dans le secteur de la construction est sans doute également l’un des moins durables. Le béton, qui constitue l’épine dorsale de la plupart des infrastructures, produit des quantités stupéfiantes de carbone. On estime qu'environ 10 milliards de tonnes de béton sont produites chaque année, le ciment (élément principal du mélange du béton) représente 8 % de la production annuelle émissions de carbone dans le monde entier et utilise environ 10 % de l’eau potable mondiale, selon Dosier.

Bien que le béton et le ciment ne soient pas matériaux durables, the construction industry is not going to stop using it over night. To address this fact, there are many companies who are designing and producing alternatives to traditional Portland-based cement, in an attempt to reduce its impact on the environment.

Une de ces sociétés est Basilisk, qui sont en train de mettre sur le marché du « béton réparable » en incorporant des bactéries spéciales produisant du calcaire dans le béton. Lorsque les bactéries entrent en contact avec l’eau, par exemple lorsque l’humidité pénètre dans une fissure, les spores sont activées, entraînant la croissance des micro-organismes. Les spores bactériennes sont extrémophiles robustes, capable de supporter la chaleur, la sécheresse et le froid pendant des années à l'intérieur du béton.

En prolongeant la durée de vie du béton, Basilisk peut réduire la quantité globale de béton utilisée, rendant ainsi le matériau plus durable. Malgré le coût initial plus élevé du béton auto-cicatrisant, Green Basilisk s'efforce de convaincre l'industrie que les économies à long terme en matière d'entretien en valent bien la dépense.

« Nous pouvons réduire les renforts de retrait jusqu'à 50 %. Cela signifierait que si nous ajoutions simplement cinq kilos de basilic au mélange de béton, nous pourrions économiser jusqu'à 30 kilos de carburant par mètre cube. a déclaré Marc Brants, directeur marketing et comptes du cabinet. 

Une autre société est Biomaçon, a US-based company that grows cement through a biological process with a low carbon footprint. Their biocement technology grows in ambient temperatures, building with carbon and calcium to create controlled, structural cement. Where Portland cement is a calcium-silicate hydrate material that originally comes from liberating carbon from limestone through intensive heating, emitting carbon dioxide as a byproduct. Le Biomaçon « Biociment » est une inversion de ce processus, où le carbone et le calcium sont combinés pour produire un matériau calcaire biologiquement formé. Cela signifie que leur processus ne nécessite pas de chaleur élevée ni de combustibles fossiles, et que leurs matériaux utilisent le carbone comme élément de base.

Mycélium

Le mycélium fait partie de la structure racinaire des champignons et est également étudié de diverses manières pour son utilisation dans le secteur de la construction.

Biohm, une société basée au Royaume-Uni, développe actuellement un panneau isolant à base de mycélium. L’un des principaux avantages du mycélium est qu’il peut être cultivé sur des déchets agricoles et qu’il est biodégradable. Il contient également de la chitine, un ignifuge naturel.

« Ce que nous envisageons, c'est de s'appuyer sur cette idée de circularité… si nous reprenons le matériau, nous pourrions le décomposer puis le remettre dans le processus de croissance lorsque nous cultivons la feuille de mycélium. C’est quelque chose que nous expérimentons également.

Pratique de Londres Studio de souffle a développé une méthode d'impression 3D avec du vivant mycélium et l'a utilisé pour former une colonne qui pourrait être récoltée pour champignons avant de servir d’élément structurel de construction. La colonne a été construite en mélangeant du mycélium avec une matière première de déchets de tasses de café collectés autour de Londres et en l'introduisant dans une extrudeuse à froid sur mesure, similaire à celle utilisée pour l'impression 3D avec de l'argile. Studio de souffle travaille à étendre la technologie pour imprimer un pavillon et à l'avenir, elle espère construire des bâtiments entiers. Co-fondatrice Paola Garnousset said this could effectively allow cities to grow architecture à partir de leurs propres déchets tout en fournissant de la nourriture à leurs habitants.

Chanvre

Darshil Shah, qui a figuré sur Épisode 15 du podcast Constructive Voices, travaille avec le chanvre comme biomatériau. Le chanvre peut capturer le carbone atmosphérique deux fois plus efficacement as forests while providing carbon-negative biomaterials, with numerous studies estimating that hemp is one of the best CO2-to-biomass converters. Industrial hemp absorbs between 8 à 15 tonnes de CO2 par hectare de culture. Cette plante à croissance rapide est cultivée depuis des milliers d'années pour ses fibres, traditionnellement utilisées pour la corde, les textiles et le papier. Aujourd’hui, il est de plus en plus utilisé pour fabriquer des bioplastiques, des matériaux de construction et des biocarburants.

Dans une interview avec Dezeen, Shah dit :

« Les fibres solides et rigides qui forment l’extérieur de la tige peuvent être utilisées pour fabriquer des produits en bioplastique, notamment des pièces automobiles et même des pales et des panneaux de revêtement d’éoliennes. »

Darschil Shah

"Avec les panneaux de revêtement en bioplastique de chanvre, nous constatons qu'ils constituent une alternative appropriée aux panneaux en aluminium, bitume-plastique et en acier galvanisé, ne nécessitant que 15 à 60 pour cent de l'énergie nécessaire à leur production." Les anas, qui constituent la partie ligneuse interne de la tige, peuvent être utilisées pour fabriquer du « béton de chanvre », un matériau de remplissage et d'isolation pour murs non porteurs.

Le chanvre est également étudié comme matériau de construction au Rensselaer Polytechnic Institute aux États-Unis, où ils ont inventé une alternative aux barres d’armature en acier à base de chanvre. Non seulement cela réduira la quantité d’émissions de carbone, mais ils prétendent que cela évitera le problème de la corrosion.

Steel is subject to corrosion and rusting, particularly in structures such as bridges, roads, seawalls and buildings and areas with in environments with high salt concentration, which significantly reduces its lifespan. In highly corrosive environments, lass fibre reinforced polymer (GFRP) rebar are often used instead, which has a high environmental impact.

Si la corrosion n'était plus un facteur, l'équipe de Rensselaer Polytechnic Institute je crois que la durée de vie des barres d'armature serait soit trois fois plus qu'aujourd'hui. Cette augmentation de la durée de vie réduira donc encore davantage les émissions de carbone.

Bien que leurs barres d'armature en chanvre constituent actuellement une alternative viable aux produits existants, ils s'attendent à ce que la technologie devienne encore plus efficace à l'avenir, à mesure que les processus d'extraction seront raffinés et que les plantes seront sélectionnées pour leur fibre.

Bien que le développement de nouveaux biomatériaux pour la construction suscite depuis un certain temps un intérêt, l'industrie du bâtiment est conservatrice et fortement axée sur les prix, ce qui signifie que l'acceptation a été lente. Cependant, la demande croissante des consommateurs en matière de durabilité a accru l'intérêt pour ces innovations, ce qui a donné lieu à un environnement plus compétitif pour les matériaux de construction. Apprenez-en plus sur les innovations et les pratiques dans ce domaine avec formation en développement durable ici.

Lequel de ces matériaux allez-vous commencer à utiliser dans vos projets ?