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Association des Centraliens de Lyon

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technoCarbon
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09 décembre 2019

Construction et climat : un nouveau matériau pour éviter d’aller droit dans le mur

La production de béton, d'acier et d'aluminium nécessite aujourd’hui une consommation d'énergie et de charbon importante, rendant le secteur de la construction responsable de 20 % des émissions mondiales de CO2. D’autres éléments négatifs s’ajoutent à cet impact néfaste pour le climat : ainsi, il s'agit d'un problème écologique global auquel entendent répondre les responsables évoluant dans l’industrie et, en particulier, le BTP. Dans ces secteurs, de plus en plus d’acteurs publics et privés recherchent des substituts à faible empreinte carbone pour le béton, l'acier et l'aluminium en raison d'un engagement pour le développement durable et/ou d'un objectif de compétitivité face au coût croissant des matériaux, surtout ceux à forte empreinte carbone, soumis à différentes formes de taxe écologiques.


L’objectif climatique de neutralité carbone en 2050 requiert également la carbo-négativité c’est-à-dire capturer du CO2 pour le stocker de manière durable et stable. En particulier, les produits courants devront être fabriqués grâce à des processus qui extraient le CO2 de l’atmosphère : les technologies à émissions négatives (TEN).

Autant d’enjeux auxquels TechnoCarbon tend à répondre avec le développement de nouveaux matériaux comme le CarbonFiberStone™ (CFS™). Conçu à partir de fibre de carbone et de pierre, selon la configuration choisie, il s’avère suffisamment solide, flexible, léger et durable pour remplacer béton, acier et aluminium. Il est 5 fois plus durable et résilient que le béton, 4 fois plus résistant aux efforts que l’aluminium ou le béton, 3 fois plus léger que l’acier, 2 fois moins énergivore que les matériaux traditionnels, ne nécessite qu’une seule étape d’installation (structure et finition incluses) et est garanti 0 corrosion, 0 consommation d’eau et de sable, 0 émission de CO2 et gaz toxique.

Ce nouveau matériau, deux fois moins consommateur d'énergie, permet d'atteindre, au-delà de la neutralité carbone, la carbo-négativité. CFS® économise ainsi des ressources, évite des émissions de GES et stocke du CO2 lorsqu’on le produit, par rapport aux matériaux classiques (bois, ciment, métaux). Cette innovation est amenée à bousculer les habitudes en matière de construction et d’architecture pour passer aux bâtiments, aux transports, à l'énergie et à l'économie circulaires, durables et carbo-négatifs.


Composition du CarbonFiberStone

CFS ne repose pas sur un ensemble de tissus imprégnés d'une matrice, mais est un sandwich composite dont les couches polymérisées ne représentent qu'une faible partie de la masse totale. La résine y joue plutôt le rôle de colle que de matrice. En effet, les tissus imprégnés sont inévitables. On distingue les sandwiches composites multicouches des pièces constituées d'un seul bloc de matériau composite fibrematrice. Ils passent tous par une phase de polymérisation de la résine, qui peut être réalisée à température ambiante par réaction chimique avec un catalyseur lorsque la catalyse est exothermique, ou bien en activant la réaction grâce à cycle thermique lorsqu'une partie du processus de réaction le nécessite. Des matériaux sans résine sont insérés pour renforcer la structure (inserts métalliques, nid d'abeille) ou inclure certaines fonctions (fixations, armatures, capteurs, fils
conducteurs, etc.).

CFS fait partie de cette famille de sandwiches multicouches, mais la quantité de résine est réduite, donc elle ne joue pas un rôle important en fonctionnement normal. Les différentes couches de ce sandwich sont de la pierre naturelle et de la fibre de carbone. C'est le contact direct entre ces deux matériaux qui lui confère ses propriétés uniques. La résine représente moins de 1 % de la masse dans sa version la plus mince (3 mm d'épaisseur) et même moins de 0,1 % de la masse dans les versions plus épaisses. Les propriétés du contact carbone/ pierre sont mal connues et feront l'objet d'un programme de recherche. 

Comme de nombreux matériaux, CFS n'a pas été découvert par hasard, mais ce qui est surprenant et était difficile, mais pas impossible, à prévoir, c'est que cette interaction soit aussi forte. Ce qui rend CFS unique est la force de l'interaction carbone/minéral et la conservation de la structure naturelle de la pierre. Cette dernière représente un gain énergétique important, puisque nous bénéficions du forgeage naturel des minéraux à grande profondeur, hautes pressions et températures. Du même coup, le procédé de fabrication nécessite des températures et des pressions bien plus basses, moins de 200 °C et 10 bars en autoclave, que celle des matériaux que CFS  remplace.


Bilan énergétique et carbone

L’énergie nécessaire à la fabrication est l'électricité. Découpe, cycles thermiques, finition : tout est électrique. Les procédés les plus énergivores (fusion, extrusion, laminage, injection sous pression) sont soigneusement évités. L’utilisation de produits chimiques (solvants, résines) est limitée au strict minimum.

La fibre de carbone est encore trop carbonée : de nouveaux procédés ont été étudiés et sont expérimentés en ce moment pour la rendre carbo-négative. Lorsque l'électricité consommée est décarbonée, le bilan carbone de CFS devient très bas carbone.

C'est pourquoi nos usines ne seront installées que là où l'électricité décarbonée est abondante et bon marché (soit fournie par le réseau, soit en installations autonomes ou productrices d’énergie dans des régions arides). Les bilans énergétiques, carbone, GES, et les normes RSE font partie des objectifs de TechnoCarbon et des estimations ont déjà été réalisées. Elles seront révisées et auditées régulièrement dès l'entrée en production de la première usine.

Pour aller plus loin :

TechnoCarbon (TechnoCarbon Technologies France SAS - http://TechnoCarbon.fr ) est une société créée en 2018 pour industrialiser et poursuivre le projet d’innovation issu de la rencontre entre les inventeurs de CarbonFiberStone Kolja Kuse et Stephan Savarese à Bonn en 2017 lors de la COP23. En juin 2019, TechnoCarbon a été lauréat de la promotion Paris&Co Ville Durable 2019 dans les catégories économie circulaire et ville de demain. Cette première reconnaissance du potentiel de TechnoCarbon pour inverser la pollution issue des BTP sera suivie d’accords avec des organisations industrielles, financières et scientifiques pour en accélérer le développement, l’homologation et la commercialisation. TechnoCarbon a été sélectionnée au plan mondial par Cleantech Group parmi les 50 startups à suivre (50 to Watch) et est finaliste du concours CleanTech Open France 2019.

Auteur

Ingénieur aérospatial (Centrale Lyon, Cornell), Stephan Savarese a commencé à travailler aux USA sur la modélisation numérique de la dynamique des fluides et le calcul haute performance. Après une première carrière d’ingénieur en aérospatiale, conseiller scientifique et leader technique en simulation multiphysique, il est devenu expert en solutions d’atténuation et d’adaptation aux changements climatiques (enseignement et recherche) et entrepreneur de la transition environnementale. Il a ainsi fondé 3 entreprises et 2 associations. Il est co-fondateur de SOP (Saving Our Planet), CCL France et TechnoCarbon et France Country Manager chez Climate Scorecard Voir l'autre publication de l'auteur

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