Le béton est l'un des symboles de l'ère industrielle. Aujourd'hui, le Massachusetts Institute of Technology (MIT) le redéfinit comme une nouvelle source d'énergie.
1 m³ de béton permet de stocker 2 kWh d'électricité, soit l'équivalent de 24 heures d'autonomie d'un réfrigérateur. Cette performance ouvre la voie à des bâtiments futurs capables de produire, de stocker et de fournir leur propre électricité.
Des matériaux de construction aux dispositifs de stockage d'énergie
Le béton est un matériau associé à toutes les constructions, des maisons aux ponts en passant par les immeubles de grande hauteur.
L'équipe du MIT en fait un « dispositif énergétique ». Ce nouveau béton, appelé ec3 (béton de carbone conducteur d'électrons), est composé de ciment, d'eau et de noir de carbone, un matériau hautement conducteur.
Contrairement au béton conventionnel, l'ec3 peut agir comme un supercondensateur. Une fois mélangé, moulé et durci, le bloc de béton est immergé dans une solution électrolytique qui permet aux ions chargés de pénétrer le réseau de carbone.
Le nouveau type de béton s'appelle ec3, ce qui signifie béton de carbone conducteur d'électrons (Photo : MIT).
Deux électrodes ec3 séparées par une fine couche isolante créeront une structure capable de stocker de l'électricité.
Après deux ans d'optimisation, l'équipe de recherche a augmenté la capacité de stockage de l'ec3 de près de 10 fois par rapport à la première version annoncée en 2023. 1 m3 de matériau peut désormais stocker plus de 2 kWh, soit de quoi faire fonctionner un réfrigérateur pendant une journée entière.
Décoder la nanostructure clé pour augmenter la capacité de stockage
Pour parvenir à ce résultat, les scientifiques du MIT ont utilisé une technique de microscopie appelée tomographie FIB SEM, qui permet d'observer des réseaux de nanocarbone à l'intérieur du béton avec une résolution tridimensionnelle extrêmement élevée.
Cela leur a permis de mieux comprendre comment les particules de noir de carbone se lient au ciment et forment un système conducteur. Une fois raffinées à l'échelle nanométrique, la surface augmente, permettant au matériau de conserver davantage de charges.
L'équipe a également testé différentes solutions électrolytiques. L'association d'un sel d'ammonium quaternaire et d'un solvant conducteur, l'acétonitrile, a créé un environnement électrochimique stable, entraînant une augmentation significative de la densité énergétique.
Des électrodes plus épaisses sont ajoutées pour étendre la capacité de stockage sans post-traitement.
On estime que la densité énergétique de l'ec3 est actuellement d'environ 200 Wh/ m³ , bien supérieure à celle des matériaux de construction conventionnels. Grâce à cette efficacité, quelques blocs de murs en ec3 suffisent à stocker l'électricité nécessaire à un logement de courte durée.
Quand le béton peut ressentir et réagir
En plus de stocker de l'électricité, l'ec3 peut également « détecter » l'environnement et y réagir. Lors d'une expérience, des scientifiques ont construit un petit modèle de dôme avec l'ec3, suffisamment d'électricité pour allumer une LED de 9 V.
Non seulement l'ec3 stocke de l'électricité, mais il peut également « détecter » et réagir à l'environnement (Photo : MIT).
Lorsqu'ils appliquaient une charge, la puissance lumineuse variait en fonction de la force appliquée, indiquant que la tension fluctuait en conséquence.
Le Dr Admir Masic, codirecteur du centre de recherche ec3, a expliqué que si un dôme ec3 grandeur nature est soumis à des vents violents ou à des charges inhabituelles, sa puissance de sortie fluctuera. Ce signal permet de surveiller l'état de la structure en temps réel.
Cette technologie ouvre la voie à des bâtiments capables de s'auto-alerter en cas de fissures, de vibrations ou de surcharge. Chaque structure ne sera plus un simple bloc de béton statique, mais un système de matériaux « intelligent » capable de réagir à l'environnement.
Des progrès vers une énergie propre et des infrastructures durables
L'arrivée de l'ec3 intervient à un moment où le monde a un besoin urgent de solutions de stockage d'énergie renouvelable. Les batteries lithium-ion sont très performantes, mais coûteuses, difficiles à recycler et dépendent de métaux rares.
Parallèlement, le béton est bon marché, durable, largement disponible et peut être produit en masse sans avoir d’impact majeur sur l’environnement.
Le MIT espère que l’ec3 pourra être intégré dans les fondations des maisons, les murs, les trottoirs ou les chaussées pour stocker l’électricité provenant de panneaux solaires et d’éoliennes.
En cas d'excédent d'énergie, le système la stocke et la restitue lorsque la demande est forte. Au Japon, cette technologie a été testée pour chauffer les trottoirs de Sapporo et contribuer à la fonte des glaces en hiver.
Si elle est commercialisée, l’ec3 pourrait transformer l’ensemble de l’infrastructure urbaine en un réseau de batteries distribué, contribuant ainsi à stabiliser le réseau national et à réduire la dépendance aux énergies fossiles.
Le MIT admet que l'ec3 n'égale toujours pas les batteries commerciales en termes de densité énergétique, mais il ouvre la porte à un avenir où le béton n'est pas seulement un matériau porteur mais aussi une partie du système énergétique.
Source : https://dantri.com.vn/khoa-hoc/chung-cu-co-the-la-khoi-pin-khong-lo-trong-tuong-lai-20251014080130790.htm
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