«Vous savez, le ciment est partout», déclare Nikolaos Vlasopoulos, ingénieur en environnement à l'Imperial College de Londres, alors qu'il était assis dans une salle de conférence bien éclairée dans un bâtiment gigantesque de sept étages défendu par le sujet de la conversation. "Tout est autour de nous."
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Le rêve de Nikolaos Vlasopoulos est de développer un nouveau matériau dont la production, contrairement à celle du ciment traditionnel, absorbe le dioxyde de carbone. En cas de succès, il contribuerait à réduire un facteur majeur du changement climatique et à revendiquer une avancée audacieuse dans la technologie de la construction. (John Ritter) 
L'usine pilote de Novacem est la première cimenterie du centre de Londres depuis l'époque romaine. (Alex Masi) 
Vlasopoulos travaillait dans une cimenterie avec son oncle, qui le taquine à présent: «Vous allez fermer mon entreprise.» (Alex Masi) 
Novacem envisage de tester son ciment expérimental (ci-dessus: blocs d'échantillons) dans des structures telles que des niches et des patios. (Alex Masi) 
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L'année dernière, le monde a produit 3, 6 milliards de tonnes de ciment - le mélange de minéraux qui se solidifie en béton lorsqu'il est ajouté à l'eau, au sable et à d'autres matériaux - et cette quantité pourrait augmenter d'un milliard de tonnes d'ici 2050. À l'échelle mondiale, la seule substance que les gens utilisent davantage que le béton, en volume total, est de l'eau.
Les vertus du ciment, dit Vlasopoulos, sont depuis longtemps clairs: il est peu coûteux, coulable et, inexplicablement, devient dur comme le roc. Mais un autre détail important est rarement reconnu: le ciment est sale. Ce n'est pas sale, car vos vêtements ne se décolleront pas - même si ce problème a tenu les ouvriers de la construction pendant des siècles. L'ingrédient clé est le calcaire, principalement du carbonate de calcium, vestige de créatures marines décortiquées. La recette pour la fabrication du ciment nécessite de chauffer le calcaire, ce qui nécessite des combustibles fossiles. Et lorsqu'il est chauffé, le calcaire envoie du dioxyde de carbone dans l'atmosphère, où il piège la chaleur, contribuant ainsi au réchauffement de la planète. La production de ciment est responsable de 5% des émissions mondiales de dioxyde de carbone produites par l'homme. Aux États-Unis, seule la consommation de combustibles fossiles (transport, électricité, fabrication de produits chimiques et autres utilisations) et l'industrie du fer et de l'acier rejettent davantage de gaz à effet de serre. Et avec des pays en plein essor tels que la Chine et l'Inde qui utilisent le ciment pour construire leur essor, la saleté de ce ciment apparaît comme l'un des principaux inconvénients de la mondialisation.
Vlasopoulos, 31 ans, en est conscient depuis un certain temps si l’énorme contribution du ciment à la pollution de l’air est largement méconnue du public. Il a grandi à Patras, un port grec. Son père était ingénieur et sa mère travaillait dans une banque. Pendant les étés de Vlasopoulos depuis le collège Dimokrition Panepistimion Thrakis, où il a étudié le génie de l'environnement, il a travaillé dans une cimenterie avec son oncle. C'était fortuit. Son travail consistait à assembler l'équipement permettant de mesurer les niveaux d'émission de dioxyde de carbone. Ils étaient hauts; généralement, une usine produit près d’une tonne de dioxyde de carbone pour chaque tonne de ciment. Vlasopoulos pensait que le travail était intéressant, mais il ne voyait pas de ciment dans son avenir. C'était ennuyeux, c'était vieux, c'était sale.
Ensuite, un de ses professeurs à l'Imperial College, où il préparait une maîtrise en ingénierie, a reçu un financement pour examiner un nouveau type de ciment fabriqué par une société australienne. Le professeur, Christopher Cheeseman, a persuadé Vlasopoulos de collaborer au projet et d'obtenir un doctorat. «C’était une chance de faire du bon travail», a déclaré Vlasopoulos de manière discrète.
Les gens essaient de construire un meilleur ciment depuis le début de l’histoire. Il y a plus de 2 000 ans, les Romains ont imaginé un mélange de chaux, de cendre volcanique et de blocs de pierre pour former du béton, utilisé pour fabriquer des ports, des monuments et des bâtiments - le ciment des villes anciennes - notamment le Panthéon et le Colisée. Dans les années 1820, à Leeds, en Angleterre, à environ 200 km de l'Imperial College, un maçon nommé Joseph Aspdin a inventé le ciment moderne. Aspdin chauffa un mélange de calcaire et d'argile finement moulus dans sa cuisine. Après avoir ajouté de l'eau, le mélange a durci. Voilà, la pierre angulaire de la révolution industrielle était née. Parce que le matériau ressemblait à une pierre de construction populaire de l'île de Portland, Aspdin a baptisé son invention le ciment Portland. Le brevet, délivré en 1824, concernait «une amélioration du mode de production d'une pierre artificielle».
Les développeurs australiens avaient essayé une nouvelle recette, mélangeant du ciment Portland et de l'oxyde de magnésium. Ils espéraient réduire les émissions de carbone, car l'oxyde de magnésium peut remplacer une partie du calcaire et que l'oxyde de magnésium n'a pas besoin d'être chauffé à une température aussi élevée. Le calcaire doit être chauffé à 2 600 degrés Fahrenheit, mais l’oxyde de magnésium peut être préparé pour le ciment à 1 300 degrés, une température pouvant être atteinte avec de la biomasse et d’autres combustibles libérant moins de carbone, réduisant ainsi la consommation de combustibles fossiles.
Mais Vlasopoulos a rapidement découvert que le mélange ne réduisait pas les émissions globales de dioxyde de carbone. Dans certains essais, les émissions ont presque doublé, car l'oxyde de magnésium est lui-même produit par le chauffage de carbonates de magnésium, un processus qui libère du dioxyde de carbone.
«Je me souviens de m'être senti très déçu car lorsque vous voyez que le projet sur lequel vous travaillez n'est pas ce que vous pensiez être, vous perdez votre motivation», a-t-il déclaré. "Mais nous avons estimé qu'il s'agissait d'un projet très intéressant, d'une idée intéressante. Nous avons donc essayé de trouver un autre moyen de résoudre le problème."
Lorsque Vlasopoulos a abordé la question, en 2004, de grandes cimenteries du monde entier cherchaient de nouveaux moyens de rendre le ciment Portland plus agréable à l'environnement. Les producteurs ont ajouté des sous-produits en acier, tels que du laitier; résidus de charbon, tels que cendres volantes; et d'autres matériaux, tels que l'oxyde de magnésium, pour gonfler le mélange de ciment, nécessitant moins de ciment Portland. Ils ont expérimenté des additifs minéraux pour réduire les températures nécessaires à la préparation des matériaux.
Mais il est difficile de modifier un produit dont la chimie n'est pas bien comprise. «Nous n'avons jamais vraiment connu la chimie exacte de la difficulté de ce matériau», a déclaré Hamlin Jennings, expert en chimie du ciment et responsable du Concrete Sustainability Hub du MIT, l'une des nombreuses initiatives académiques visant à forger du ciment «vert». "Je ne pense pas qu'il existe aujourd'hui dans le monde un matériau de construction moins connu que le ciment Portland."
Alors que les cimenteries bricolaient l'original, Vlasopoulos a pris un autre angle. «Vous ne pouvez faire autant avec le ciment Portland que pour le rendre meilleur», a-t-il déclaré. "C'est ce que c'est. C'est le matériau avec lequel vous commencez. Vlasopoulos aimait l'idée d'utiliser l'oxyde de magnésium en remplacement du calcaire pour former le ciment, mais il avait besoin d'un autre matériau pour le durcir. Mélanger de l'oxyde de magnésium seul avec de l'eau ne le ferait pas - le mélange devient gluant. Et il devait trouver une source d'oxyde de magnésium qui ne dégage pas autant de dioxyde de carbone. Les matériaux sur lesquels il s'est installé sont les silicates de magnésium, des composés sans carbone dérivés du talc, de la serpentine, de l'olivine ou d'autres minéraux. L’offre mondiale de ces minéraux est d’environ 10 000 milliards de tonnes, un facteur important car si l’on manque de farine, on ne peut plus faire de gâteaux.
Vlasopoulos n'a pas vraiment envie d'expliquer le fonctionnement de son composé expérimental. Sa sauce secrète est peut-être un secret très lucratif. Plusieurs brevets ont été déposés. Il révélera ceci: il y a quelques années, il a commencé à mélanger de l'oxyde de magnésium avec d'autres composés chimiques qu'il avait créés et de l'eau. Le mélange s'est durci en une petite boule. Il l'a apporté au bureau de Cheeseman. «Vous pouviez sentir la chaleur émaner de cette petite balle», a déclaré Cheeseman. "Quelque chose se passait clairement." Des réactions chimiques se déclenchaient; l'énergie était libérée. Ils ne sont pas trop excités. "Je veux dire, c'est le ciment dont nous parlons ici - ce n'est pas exactement le truc le plus sexy du monde", a déclaré Cheeseman. "Je ne courais pas dans les couloirs en train de faire des roues, mais c'était intéressant."
Les produits chimiques que Vlasopoulos mélange avec de l'oxyde de magnésium et de l'eau pour durcir le ciment sont des carbonates de magnésium, qu'il fabrique en ajoutant du dioxyde de carbone à d'autres matières premières. Cela signifie que le ciment, dans certains scénarios, n’est pas seulement neutre en carbone, il est négatif en carbone. Pour chaque tonne de ciment de Vlasopoulos produite, un dixième de tonne de dioxyde de carbone pourrait être absorbé.
Finalement, Vlasopoulos, avec l'aide de Cheeseman, a lancé une entreprise, Novacem, pour développer un nouveau ciment. La société, qui compte plus d'une douzaine d'employés et entretient des partenariats avec certaines des plus grandes sociétés de ciment du monde, est installée dans un incubateur d'entreprises pour les entreprises de haute technologie en démarrage de l'Imperial College. Bien que certaines autres entreprises de ce secteur soient des startups du secteur des sciences de la vie, avec des laboratoires de microbiologie remplis de machines de séquençage de gènes et de collections de tubes à essai, le laboratoire de Novacem est une installation spacieuse qui produit des bruits forts, des charges de poussière et un seau après godet en ciment. Il s'agit de la première cimenterie du centre de Londres depuis l'époque des Romains.
Les travailleurs portant un casque, des lunettes de protection, des masques et des sarraus de laboratoire blancs utilisent une version miniaturisée d'une cimenterie assez proche de celle dans laquelle Vlasopoulos travaillait pendant les vacances d'été.
Bien que ses procédures soient encore affinées, Novacem court avec au moins cinq autres entreprises et centres universitaires pour proposer un ciment plus écologique. «Compte tenu de toute l'attention portée au carbone ces derniers temps, beaucoup d'entrepreneurs ont surgi», a déclaré Jennings du MIT. «Ils voient le côté des opportunités.» Avec une industrie du ciment de 170 milliards de dollars par an, les investissements se multiplient.
Une entreprise californienne appelée Calera a peut-être l'approche la plus inhabituelle: elle exploite le dioxyde de carbone émis par une centrale électrique et le mélange avec de l'eau de mer ou de la saumure pour créer des carbonates utilisés pour la fabrication de ciment. Ils peuvent être ajoutés au ciment Portland pour remplacer tout ou partie du calcaire. Vinod Khosla, ingénieur en informatique, est sans doute l’investisseur le plus respecté et le plus respecté de la Silicon Valley dans les technologies vertes. «Nous fabriquons actuellement notre ciment à partir de CO2», a déclaré le fondateur de l'entreprise, Brent Constantz. «Nous prenons le CO2 qui serait entré dans l'atmosphère et le transformons en ciment.» La technologie est encore en développement, avec une usine de démonstration à Moss Landing, en Californie, et un partenariat avec un groupe chinois pour construire une usine à proximité de mine de charbon en Mongolie intérieure, où ils envisagent d’utiliser les émissions de dioxyde de carbone pour fabriquer du ciment.
Une société australienne, Calix, fabrique du ciment en utilisant de la vapeur surchauffée, qui modifie les particules de ciment et les rend plus pures et plus réactives chimiquement. Le processus sépare également le dioxyde de carbone, ce qui facilite la capture du gaz et le maintient hors de l'atmosphère.
La Louisiana Tech University, comme Novacem et Calera, élimine complètement le calcaire; il utilise une pâte appelée géopolymère, composée de cendres volantes, d'hydroxyde de sodium et d'hydroxyde de potassium.
«La poussière finira par s’installer et l’une de ces idées fonctionnera», a déclaré Jennings.
Au début, l'un des plus grands sceptiques de Novacem était la plus grande entreprise de construction privée en Grande-Bretagne, Laing O'Rourke. Dheeraj Bhardwaj, cadre chargé de surveiller les travaux universitaires prometteurs, a entendu parler du produit de Novacem par le biais de ses relations savantes. Il a examiné la chimie, a pensé que tout était vérifié et, il y a quelques années, a soumis l'idée au président, qui avait beaucoup de doutes. Il était impossible que le ciment soit suffisamment solide pour un usage commercial, a-t-il déclaré. Il avait besoin de calcaire. Lorsque le matériau de Novacem atteindra 40 mégapascals - le minimum de résistance nécessaire à la stabilité structurelle -, il pourrait être intéressé.
Sept jours plus tard, un petit morceau de ciment de Novacem placé dans un instrument semblable à un étau a frappé cette marque. Vingt-huit jours plus tard, il atteignait 60 mégapascals. Bhardwaj a ensuite présenté les résultats au président, qui a déclaré: «Faisons en sorte que cela fonctionne.» Laing O'Rourke est désormais un partenaire majeur de Novacem. Aujourd'hui, après avoir bricolé beaucoup, le ciment approche les 80 mégapascals. Le béton fabriqué avec du ciment Novacem a une résistance comparable à celle de certains bétons standard.
Les autres partenaires de Novacem comprennent Lafarge, le plus grand producteur mondial de matériaux de construction, à Paris, et Rio Tinto, une société minière mondiale basée à Londres, désireuse d'aider Novacem à récupérer ses silicates de magnésium.
«L’industrie du ciment est en train de prendre de l’importance sur le plan financier, sur le plan scientifique, sur le plan scientifique», a déclaré Jennings, faisant référence à toutes les différentes approches expérimentales. "Le monde change. Tout le monde, y compris toutes les sociétés cimentières, devra être le plus écologique possible et mieux prendre soin du monde. »
Jennings a refusé d'approuver un nouveau ciment particulier. "Si les œuvres de Novacem", a-t-il déclaré, "c'est une idée très séduisante".
Bhardwaj est plus incarcéré. Il a dit qu'il était récemment allé à son équipe d'ingénieurs. «Honnêtement, ne soyez pas poli, leur dit-il. «Mettez de côté toute question sur le carbone. Pensez-vous que cela ressemble au ciment de Portland? »La réponse le surprit: ils ont dit que c'était mieux. Pourquoi? Non seulement c'était fort, mais c'était blanc pur. Le ciment Portland est légèrement gris. "Vous pouvez ajouter des couleurs à ce ciment", a déclaré Bhardwaj. "Imaginez avoir un mur de ciment de couleur dans votre maison que vous vouliez."
Le ciment est une belle nuance de blanc, comme l'a souligné Vlasopoulos en montrant le prototype de la cimenterie de son entreprise. Se référant aux laboratoires de biosciences voisins, il a déclaré: «Nous sommes plus forts», ajoutant: «Ils soignent les gens là-bas; nous guérissons quelque chose d'autre. »Une machine imposante devant lui, inactive pour le moment, a de longs tuyaux qui claquent et qui cliquettent, des alarmes qui sonnent et des mélangeurs qui brassent et crachent des seaux de la création de Vlasopoulos.
Vlasopoulos était de mauvaise humeur, il venait de faire une proposition à sa petite amie la veille. (Elle a dit oui.) Il y avait dans un coin de la pièce ce qu'il appelait «notre musée». Sur une petite table se trouvaient des morceaux de ciment de Novacem au début - ils ressemblaient à des blocs d'enfants, juste plus poussiéreux. «Ce n'était pas si bon», a-t-il dit, en tenant un visage fragile qui était ébréché. «Nous savons maintenant ce que nous faisons.» L’usine peut produire environ cinq tonnes de ciment par an. La société travaille également sur une autre installation capable de produire 200 tonnes par an. Si tout se passe bien, la société envisage de céder sa recette à des cimentiers du monde entier.
L’histoire est le principal obstacle que la société doit encore surmonter. Cimenterie de Portland. Depuis toujours cet après-midi de 1824 dans la cuisine de Joseph Aspdin. «Le ciment existe depuis très longtemps», a déclaré Bhardwaj. “Les gens ont confiance en cela. Ils peuvent regarder autour de tous les bâtiments qui ont survécu des centaines d'années. Donc, pour Novacem, la preuve de la durabilité prendra du temps. Ils devront aller lentement. Si je dois construire un pont ou un bâtiment avec du ciment Novacem, comment convaincre les gens que tout va bien? C'est le défi. Personne ne veut qu’un pont tombe. "
Quand on lui a demandé s'il traverserait un pont en ciment de Novacem, M. Bhardwaj a répondu: «Je n'aurais aucun problème avec ça.» Mais ce pont n'a pas encore été construit.
Michael Rosenwald a écrit pour Smithsonian sur les nanotechnologies et les chasseurs de la grippe. John Ritter vit en Pennsylvanie.
