Utilisation du carbone poreux pour améliorer la capture et le stockage du CO2 dans les matériaux de construction à base de ciment

Dans cette thèse, l'utilisation de carbone poreux a été étudiée pour améliorer la cinétique de carbonatation des matériaux cimentaires et pour accroitre les quantités de CO2 capturées. Les carbones poreux étudiés ont été incorporés dans des formulations de mortier et de béton utilisant du ciment portland ou de laitier, et des granulats de béton recyclés (GBR). Avec ces formulations, l'incidence de l'ajout des carbones poreux sur le développement de la porosité de la matrice cimentaire et sur la carbonatation a été étudiée et comparée aux résultats sur des formulations de référence sans carbone poreux. Les propriétés texturales des carbones avec des grands volumes de pores de différentes tailles ont permis l'adsorption de volumes importants de CO2 ainsi que l'absorption d'eau liquide. Grâce à cette dernière propriété, une imbibition préalable des carbones incorporés a permis d'augmenter la disponibilité en eau dans la matrice cimentaire durant l'hydratation et d'accroitre la porosité capillaire et la perméabilité en comparaison des matériaux de référence. Les essais de carbonatation réalisés ensuite ont alors donné de meilleurs résultats en termes de cinétique de carbonatation et de CO2 capturé sur les matériaux avec les carbones poreux. Ceux-ci se sont expliqués par le développement accru de la porosité capillaire et par un effet synergique des carbones améliorant la diffusion du CO2 plus en profondeur dans le matériau, entraînant des teneurs en CO2 fixé par carbonatation plus élevées que les matériaux de référence sur une même échelle de temps. Suivant ces effets bénéfiques sur la carbonatation, l'analyse de cycle de vie des matériaux développés a été réalisée pour évaluer l'empreinte carbone globale de leur fabrication et de leur utilisation pour la construction d'un bâtiment. L'étude a montré que les émissions en CO2 des matériaux fabriqués avec du ciment au laitier, des GBR et d'un carbone poreux type biochar, sont en principe inférieures aux quantités totales de CO2 incorporées dans les matériaux au bout de la durée de service du bâtiment. Dans ces conditions, les matériaux incorporant du carbone poreux se comportent comme des puits de carbone sur le long terme, ouvrant sur de nouvelles perspectives pour le développement de matériaux de construction aux capacités dépolluantes.