Céramique sans four

Pour fabriquer du ciment, des briques, des carreaux de salle de bains et de la vaisselle en porcelaine, il faut normalement beaucoup de chaleur : dans un four, les matériaux céramiques sont cuits à des températures nettement supérieures à 1000 degrés Celsius. Des scientifiques des matériaux de l'ETH Zurich ont désormais développé une méthode de fabrication alternative de la céramique, à première vue étonnamment simple. Elle fonctionne à température ambiante. Les chercheurs utilisent comme matière première une nanopoudre de carbonate de calcium. Au lieu de la cuire, ils la mélangent à un peu d'eau et la compriment.

"Le processus de fabrication s'inspire de la formation des roches géologiques", explique Florian Bouville, postdoctorant dans le groupe d'André Studart, professeur de matériaux complexes. Les roches sédimentaires se forment lorsque les sédiments sont comprimés par la pression des dép?ts qui les recouvrent pendant des millions d'années. Les sédiments de carbonate de calcium se transforment ainsi en calcaire. Comme les chercheurs de l'ETH ont utilisé comme matière première du carbonate de calcium en particules extrêmement fines (nanoparticules), la compression ne dure qu'une heure chez eux. "Notre travail est la première preuve de la fabrication d'un matériau céramique à température ambiante en si peu de temps et à une pression relativement basse", explique le professeur Studart de l'ETH.

Plus solide que le béton

Les tests ont montré que le nouveau matériau résiste à des forces environ dix fois supérieures à celles du béton avant de se briser. Et il est aussi rigide que la pierre et le béton. Cela signifie qu'il se laisse tout aussi mal déformer.

Jusqu'à présent, les scientifiques ont fabriqué des échantillons de matériau de la taille d'une pièce d'un franc. Ils y sont parvenus sur une presse hydraulique traditionnelle, telle qu'elle est également utilisée de manière standard dans l'industrie. "Le défi consiste à obtenir une pression suffisamment élevée pour le processus de compactage. Pour fabriquer des pièces plus grandes, il faut des forces plus importantes", explique Bouville. Selon les scientifiques, des pièces de céramique de la taille de petits carreaux de salle de bains devraient toutefois se situer dans le domaine de la faisabilité théorique.

Efficacité énergétique et respect du climat

"Depuis un certain temps déjà, la Science et ingénierie des matériaux cherche des moyens de fabriquer des matériaux céramiques dans des conditions douces. En effet, le processus de cuisson nécessite beaucoup d'énergie", explique le professeur Studart de l'ETH. La nouvelle méthode à température ambiante - que les experts appellent "frittage à froid" - est donc beaucoup plus efficace sur le plan énergétique. En outre, elle permettrait de fabriquer des matériaux composites contenant par exemple du plastique.

Enfin, cette technique est intéressante dans la perspective d'une future technologie de captage du CO₂-La société doit être neutre. Il est en effet envisageable, pour la fabrication des nanoparticules de carbonate, d'utiliser le CO₂ de l'utiliser. On pourrait utiliser le CO₂ avec de la poudre d'une roche appropriée et produire ainsi du carbonate, à partir duquel la céramique est ensuite produite à température ambiante. Le CO₂ serait ainsi stockée à long terme dans les produits céramiques. Ceux-ci constitueraient une source de CO₂-Elles pourraient contribuer à rendre les centrales thermiques climatiquement neutres.

Les scientifiques voient même dans la nouvelle approche du "frittage à froid" le potentiel de trouver à plus long terme des matériaux de substitution plus écologiques pour les matériaux de construction en ciment. Mais pour cela, de gros efforts de recherche sont encore nécessaires. La production de ciment ne nécessite pas seulement beaucoup d'énergie, elle génère également de grandes quantités de CO₂ - ce n'est pas le cas des matériaux de substitution frittés à froid.