Fabrication additive
Polymère d’argile et chanvre imprimé en 3D à séchage rapide pour remplacer le béton
Limites environnementales du béton: Utilisation du sable et émissions de CO₂
Concrete has become the central material in construction over the past few decades, especially in dense urban environments. It has progressively replaced bricks, stone, and wood, thanks to its low cost, ease of use, and scalability.
But it is not without issues.
First, it is far from a sustainable product when it comes to resource consumption. It uses tremendous amounts of sand, to the point that reports suggest le monde « manque de sable ».
Source: Visual Capitalist
The production of cement is also a very energy-intensive activity. It is almost exclusively powered by fossil fuels, resulting in cement production being responsible for 8% of the world’s CO₂ emissions.
This is comparable to the emissions from cars and vans, which are responsible for 10% of global emissions. Consequently, making concrete more sustainable would be as impactful as transitioning all of the world’s cars to EVs and powering them only with green energy.
Comment l’impression 3D d’argile‑chanvre crée une alternative au béton à faible émission de carbone
Parallèlement à la recherche d’alternatives plus écologiques au béton traditionnel, l’idée d’utiliser les principes de l’impression 3D pour construire des maisons a émergé.
Au lieu de méthodes laborieuses comme la maçonnerie, une machine d’impression 3D automatisée peut assembler les murs rapidement.
Cependant, l’impression des murs n’élimine pas le long temps de durcissement requis pour le béton ; il reste une période d’attente de 28 jours avant que la structure n’atteigne sa pleine résistance.
Des chercheurs de l’Oregon State University ont maintenant développé un substitut au béton nettement moins intensif en carbone tout en restant compatible avec la technologie d’impression 3D.
Ils ont publié leurs résultats dans Advanced Composites and Hybrid Materials1 sous le titre « 3D printing of sustainable infrastructure using rapid-set clay concrete with biobased additives ».
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| Propriété | Béton à ciment traditionnel | Béton polymère argile‑chanvre (OSU) | Ciment électrolyseur à faible carbone (Sublime) |
|---|---|---|---|
| Liant | Ciment Portland, clinker cuit au four | Liant polymère à base d’acrylamide utilisant le RICFP | Ciment basé sur électrolyseur fabriqué à température ambiante |
| Contenu bio‑sourcé / in situ | Faible ; principalement agrégats extraits | ≈75 % d’argile, sable, fibres de chanvre, biochar en poids | Dépend des sources locales de calcium (sous‑produits industriels, roches) |
| Résistance immédiatement après mise en place | Effectivement 0 MPa ; nécessite un coffrage | ≈3 MPa juste après l’impression 3D | Profil de résistance précoce encore en cours d’industrialisation et de test |
| Jours pour atteindre une résistance structurelle de 17–24 MPa | Typiquement jusqu’à 28 jours | ≈3 jours pour dépasser 17 MPa | Visant similaire ou meilleur, varie selon le mélange et l’usine |
| Temps de durcissement complet | ≈28 jours | ≈8–14 jours (plus de 40 MPa) | Spécifique à l’usine ; conçu pour éviter le processus de four |
| Empreinte CO₂ vs ciment Portland ordinaire | Élevée (émissions des fours et du processus) | Inférieure, grâce aux agrégats biosourcés et à l’absence de four à ciment | Conçu pour être nettement plus bas en évitant la calcination du calcaire |
| Capacité d’impression 3D | Nécessite des supports, durcissement plus lent, porte‑à‑faux limités | Peut imprimer des porte‑à‑faux et des espaces autoportants sans supports | Phase précoce ; axé sur la production en lot de ciment à faible carbone |
À l’intérieur du polymère argile‑chanvre : RICFP et agrégats biosourcés
Le ciment est généralement composé de calcium, de silicium, d’aluminium et de fer, qui sont finalement chauffés dans un four puis broyés en une poudre fine.
À la place, les chercheurs ont développé un matériau de construction à base d’argile imprimable en 3D en utilisant une méthode connue sous le nom de polymérisation frontale cationique induite par radicaux (RICFP).
Elle repose sur trois composants chimiques clés :
- Un monomère qui se polymérise en présence d’un radical libre.
- Un agent de réticulation qui lie les chaînes polymères entre elles.
- Un initiateur qui, à haute température, libère les radicaux libres nécessaires au démarrage de la polymérisation.
Les chercheurs ont réalisé cela en combinant le liant RICFP avec de l’agrégat d’argile, du sable, du biochar et des fibres de chanvre afin d’améliorer la résistance à la compression, l’isolation et la durabilité. À cela, un liant a été ajouté, composé de monomère d’acrylamide (ACR), de méthylène‑bisacrylamide (MBA) comme agent de réticulation, et de persulfate d’ammonium (APS).
Au total, cela a permis d’utiliser 70 à 80 % de matériaux biosourcés en poids.
Résistance supérieure et durcissement plus rapide que le béton traditionnel
L’amélioration principale que ce matériau offre par rapport au béton est une résistance plus élevée, surtout immédiatement après l’impression 3D.
Avec une résistance constructible de 3 mégapascals (MPa), il permet la construction de murs multicouches et de porte‑à‑faux autoportants comme des toits.
Cette résistance augmente avec le temps, créant un bâtiment final très solide.
“Il dépasse 17 mégapascals, la résistance requise pour le béton structurel résidentiel, en seulement trois jours, contre jusqu’à 28 jours pour le béton traditionnel à base de ciment.”
Devin Roach – Professeur adjoint en génie mécanique, OSU College of Engineering
Un autre avantage est le temps de durcissement : le matériau atteint la résistance de 17 MPa requise pour le béton structurel résidentiel en seulement trois jours. Il durcit complètement en moins de deux semaines—comparé à environ 28 jours pour le béton traditionnel à base de ciment.
Les chercheurs ont également testé différentes méthodes de construction par impression 3D. Ils ont démontré que la résistance accrue et la polymérisation rapide permettent au nouveau mélange d’être imprimé sans structure sous‑jacent.
Cette nouvelle méthode pourrait également être utilisée pour imprimer des portes et fenêtres de forme normale, des éléments qui nécessitent généralement des matériaux supplémentaires ou des méthodes spéciales avec l’impression 3D du béton.
“La capacité du matériau à imprimer des structures autoportantes sans l’utilisation de supports, incluant diverses capacités uniques d’impression avec du béton polymérisé frontalement.”
Ce que l’impression 3D d’argile‑chanvre pourrait signifier pour les bâtiments futurs
Alors que les maisons et matériaux de construction imprimés en 3D utilisaient initialement du béton, il est probable que cette méthode de construction novatrice bénéficiera de nouveaux matériaux.
Pour l’instant, étant encore à un stade expérimental, le matériau à base d’argile‑chanvre‑biochar est plus coûteux que le béton.
Mais un raffinement supplémentaire et une réduction des coûts de construction, grâce aux efficacités de l’impression 3D, devraient finalement le mettre au même niveau que les matériaux traditionnels.
De plus, l’empreinte carbone supérieure pourrait être un facteur décisif si les taxes carbone commencent à impacter fortement les coûts du ciment.
Investir dans la production de ciment
Conclusion pour les investisseurs – Impression 3D d’argile‑chanvre & CRH
Le béton polymère argile‑chanvre est encore au stade laboratoire et pilote, mais il se situe dans le sillage de trois forces puissantes : la décarbonisation de la construction, la construction automatisée imprimée en 3D, et les matériaux à durcissement rapide qui compressent les délais de projet. Le mélange de l’Oregon State University montre comment les agrégats biosourcés et la chimie des polymères peuvent fournir une résistance structurelle en jours au lieu de semaines, avec une empreinte CO₂ bien plus faible que le ciment traditionnel. Pour les investisseurs cotés en bourse, CRH est l’une des voies les plus claires pour s’exposer à cette transition. L’entreprise est le plus grand recycleur en Amérique du Nord, a déjà commencé à réduire les émissions de ciment grâce à des combustibles alternatifs, et investit du capital dans des innovateurs du ciment à faible carbone comme Sublime Systems, des technologies de capture du carbone, et l’optimisation de mélanges pilotée par IA. Si le ciment basé sur électrolyseur et les mélanges avancés imprimés en 3D se développent commercialement, les acteurs établis disposant d’une distribution mondiale, de capitaux et de relations réglementaires—comme CRH—seront les mieux placés pour posséder la transition plutôt que d’en être perturbés.
CRH: un leader du ciment durable et une opportunité de décarbonation
(CRH )
En tant que l’un des leaders mondiaux de la production de ciment, CRH sera essentiel pour transformer la construction en ciment en une industrie plus durable. Il se classe #1 en volume total de matériaux de construction fournis tant sur le marché américain que européen.
L’entreprise est active dans 28 pays et 3 390 sites, employant 78 500 personnes, CRH Americas représentant 65 % de ses ventes mondiales en 2023.
CRH s’attend à des dépenses importantes des gouvernements occidentaux en infrastructures pour soutenir la croissance de son activité. Les tendances de réindustrialisation et de relocalisation de la fabrication de haute technologie devraient également aider.
Source: CRH
CRH a fait de sérieux progrès en durabilité avec une série d’initiatives :
- C’est le plus grand recycleur en Amérique du Nord, avec 43,9 millions de tonnes de déchets et de sous‑produits d’autres industries recyclés en 2023.
- Il a réduit ses émissions de CO₂ de 8 % en 2023, grâce à l’utilisation de 36 % de combustibles alternatifs dans ses usines de ciment.
- Il vise une réduction des émissions de 30 % d’ici 2030 (par rapport aux émissions de 2021).
Heureusement, CRH est également un moteur de changements plus fondamentaux dans le secteur. Notamment, il a investi 75 M$ dans la société de ciment à faible carbone Sublime, conjointement avec le géant européen du béton Holcim.
Sublime Systems a été créée à partir du MIT en 2020 pour utiliser un électrolyseur afin de produire du ciment à température ambiante, remplaçant les fours énergivores et à forte consommation de combustibles fossiles. Elle permet également l’utilisation de sources de calcium comme matière première, évitant ainsi le rejet de CO₂ provenant de l’entrée de calcaire.
La première installation commerciale de Sublime à Holyoke devrait ouvrir dès 2026. Si elle s’avère réussie, elle pourrait être le véritable bouleversement pour l’industrie du ciment, et ouvrir la voie à un béton à faibles émissions à grande échelle.
CRH a également investi dans d’autres startups de décarbonation et de durabilité :
- 23,7 M€ dans Cool Planet Technologies, qui développe des solutions de capture du carbone pour les industries traditionnellement difficiles à décarboniser.
- 34,7 M$ par CRH et d’autres investisseurs dans Carbon Upcycling Technologies, utilisant une solution de minéralisation entièrement électrique pour stocker de façon permanente le CO₂ dans les sous‑produits industriels et les minéraux, tels que le ciment, les plastiques, les produits de consommation, les engrais et les produits pharmaceutiques.
- AICrete, une plateforme « recette‑en‑tant‑service » qui travaille avec les producteurs locaux de béton, optimisant les matériaux locaux et minimisant la quantité de ciment utilisée grâce à des analyses IA, réduisant à la fois l’empreinte CO₂ et le coût de production du béton.
- Le financement de série B de FIDO AI est une startup qui utilise l’IA pour réduire la consommation d’eau et augmenter les économies d’eau.
Enfin, CRH investit également dans l’impression 3D du béton (3DCP) via sa filiale Amerimix.
Dans l’ensemble, CRH est un leader rentable de l’industrie du béton et de la construction et se prépare activement à la décarbonisation du secteur, tant directement dans ses installations existantes qu’en étant un fournisseur majeur de capitaux aux startups innovantes créant la prochaine génération de technologies de production de ciment et de béton, incluant la décarbonisation et l’impression 3D.
Dernières actualités et développements des actions CRH (CRH)
Étude référencée
1. Nicolas A. Gonsalves et al,. 3D printing of sustainable infrastructure using rapid-set clay concrete with biobased additives. Advanced Composites and Hybrid Materials. Volume 8. 01 octobre 2025. https://link.springer.com/article/10.1007/s42114-025-01456-1
