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Cemff : une base de données pour un ciment moins polluant
Pour rendre la fabrication du ciment plus verte et plus efficace, des chercheurs de l'EPFL, de l'ETHZ et de l'Université Rice à Houston ont créé une base de données qui simule les propriétés de ce matériau au niveau atomistique. La base de données s'appelle cemff, pour Cement Force Fields.
En rassemblant des modèles validés pour la modélisation moléculaire, elle permettra une meilleure compréhension des comportements du ciment. De plus, le ciment, composant essentiel du béton, est le matériau de construction le plus utilisé dans le monde mais aussi une source importante de pollution.
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Comment fonctionne cette base de données ?
La base de données cemff fonctionne comme une bibliothèque en ligne. Elle réunit des méthodes permettant de simuler les paramètres de champ de force pour les différents types de matériaux inorganiques présents dans le ciment. Dans ce domaine, un champ de force est l'ensemble des paramètres utilisés pour construire des modèles informatiques des interactions atomiques.
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Ces modèles sont ensuite utilisés pour calculer comment les atomes interagissent individuellement et collectivement avec leurs voisins et confèrent ses propriétés au matériau. Les chercheurs universitaires ou l'industrie pourront donc recourir à cette base de données pour élaborer des simulations précises et des projections de formules de ciments conçues de manière spécifique selon les besoins.
Quinze scientifiques issus de onze institutions ont travaillé sur le projet dirigé par Paul Bowen de l'EPFL, Ratan Mishra de l'ETHZ et Rouzbeh Shahsavari de l'Université Rice. Les détails sont publiés dans la revue Elsevier Cement and Concrete Research.
Elle permet de créer des matériaux plus solides
«J'espère que le format ouvert ainsi que l'assise internationale de la base de données cemff encourageront les communautés de la modélisation et de l'expérimentation à créer des critères solides. Cela permettra de mieux comprendre ainsi que de prédire de manière plus précise les propriétés des matériaux les plus utilisés sur la terre et nous permettront de construire un futur plus durable», souligne Paul Bowen, professeur à l’EPFL.
En effet, en améliorant la compréhension du comportement du ciment, cemff pourrait aider l'industrie à élaborer des matériaux de construction plus solides, plus durables et réduisant les émissions de dioxyde de carbone pendant la production. Chaque année, la production de béton atteint plus de 3 milliards de tonnes et contribue à hauteur de 8% aux gaz à effet de serre de l'atmosphère.
Cemff permet de tester les mélanges avant de faire du vrai ciment
Le ciment est constitué premièrement de silicates de calcium, qui réagissent avec l'eau pour produire le matériau durci qui confère au béton ses propriétés mécaniques et sa durabilité. Or près de 60% des émissions de dioxyde de carbone issues de la production de ciment proviennent de la décomposition du calcaire, la source du calcium dans le ciment.
Pour réduire l'empreinte carbone, les cimentiers ajoutent au mélange des argiles, et des déchets tels la cendre volante et des matériaux recyclés. Ensemble, ils ont une influence sur les caractéristiques mécaniques et la résilience du produit. D'où le besoin de simulations à l'échelle nanométrique, qui permettent aux fabricants de tester des mélanges, avant même de fabriquer du vrai ciment. Les modèles montrent comment les molécules qui composent le ciment interagissent les unes avec les autres.
Ces interactions microscopiques déterminent le comportement du béton dans les applications sur le terrain et permettent d'ajuster le matériau afin qu'il se comporte au mieux pendant des décennies tout en respectant au mieux l'environnement.
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