Évaluation du schiste à graphite comme matériau cimentaire additionnel dans le béton : activité antifongique, résistance, hydratation, microstructure et blindage contre les radiations

Un béton plus propre pour un monde qui se réchauffe

Le béton est omniprésent dans notre environnement bâti, mais la production de son ingrédient principal, le ciment Portland, émet de grandes quantités de dioxyde de carbone. Cette étude examine si une roche naturelle appelée schiste à graphite peut remplacer partiellement le ciment dans le béton. Si cela fonctionne, nous pourrions réduire les émissions du secteur de la construction, gagner en résistance face aux champignons nuisibles et même ajuster la capacité du béton à bloquer les radiations dans les hôpitaux et les installations nucléaires.

Transformer une roche commune en ingrédient utile

Le schiste à graphite est une roche métamorphique feuilletée présente dans le désert oriental d’Égypte. Les chercheurs ont concassé et broyé cette roche en une poudre fine et l’ont incorporée au béton, remplaçant soit 10 soit 15 pour cent du ciment en poids. Ils ont ensuite comparé ces formulations au béton ordinaire, en contrôlant non seulement la résistance et la durabilité, mais aussi le comportement du béton sous l’effet de la chaleur, des attaques fongiques et de l’exposition à différents types de radiations. Comme les principaux minéraux du schiste ont une faible densité et des formes plates et lisses, l’équipe s’attendait à ce qu’il agisse davantage comme un additif comblant les espaces que comme un substitut cimentaire fortement réactif.

Ce qui se passe à l’intérieur du béton

À l’échelle microscopique, les particules de schiste à graphite étaient plus petites et présentaient environ deux fois la surface spécifique des grains de ciment. Cela leur permettait de se glisser dans les vides entre les particules de ciment, contribuant à un meilleur compactage du mélange. Cependant, les analyses chimiques ont montré que le schiste lui‑même ne participait pas de manière significative aux réactions de durcissement du ciment. Il se comportait principalement comme un filler inerte. Dans les mélanges avec 10 % de remplacement, cet effet de remplissage améliorait modestement la structure interne autour des grains de sable et d’agrégats, notamment dans la zone liminaire mince où les fissures démarrent souvent. À 15 % de remplacement, les avantages étaient dépassés par des problèmes : davantage de grains de ciment non réagis, plus de pores et des microfissures qui affaiblissent le matériau.

Équilibrer résistance, champignons et feu

Le béton contenant 10 % de schiste à graphite a perdu une partie de sa résistance initiale comparé au béton ordinaire, mais l’écart s’est réduit au bout de six mois à mesure que le ciment restant continuait de s’hydrater. En revanche, le mélange à 15 % affichait une baisse de résistance plus nette. Malgré cela, la poudre rocheuse apportait des avantages notables. Elle restait stable lorsqu’elle était chauffée jusqu’à 800 degrés Celsius, ce qui suggère que le béton contenant cet additif pourrait mieux résister à des incendies sévères. Dans des tests sur boîte de Pétri séparés, le schiste à graphite a fortement inhibé la croissance de plusieurs champignons problématiques, souvent de façon plus efficace que le ciment seul. Ce comportement antifongique semble découler de sa grande surface spécifique et de sa composition minérale, qui ensemble stressent et endommagent les cellules fongiques.

Façonner la capacité du béton à bloquer les radiations

Parce que le béton est fréquemment utilisé pour protéger les personnes et les équipements contre les radiations, l’équipe a également testé comment les nouveaux mélanges se comportaient face aux neutrons rapides et aux rayons gamma. L’ajout de schiste à graphite améliorait légèrement le blocage des neutrons rapides, grâce à la présence d’éléments légers tels que l’hydrogène et le carbone dans ses minéraux, efficaces pour ralentir ces particules. Mais la même addition réduisait la densité du béton et augmentait sa porosité, ce qui nuisait à sa capacité d’arrêter les rayons gamma très pénétrants. Le mélange à 10 % offrait seulement un léger gain pour le blindage neutronique tout en subissant une perte notable en protection contre les rayons gamma, et le mélange à 15 % faisait encore pire à cet égard.

Où ce nouveau béton pourrait s’inscrire

Dans l’ensemble, l’étude suggère que le schiste à graphite peut servir d’additif minéral multifonctionnel lorsqu’il est utilisé à environ 10 % de remplacement du ciment. Dans cette fourchette, il aide à réduire l’utilisation de ciment et les émissions associées, apporte des caractéristiques prometteuses antifongiques et résistantes au feu, et offre un léger renforcement du blindage neutronique, au prix d’une protection réduite contre les rayons gamma et d’une résistance légèrement moindre. Un tel béton pourrait convenir davantage aux éléments structurels non critiques ou aux applications spécialisées où la résistance aux champignons et la stabilité au feu importent plus que la résistance maximale ou un blindage radiologique de premier ordre. Avec un réglage supplémentaire de la formulation et de la teneur en eau, le schiste à graphite pourrait devenir un outil utile pour concevoir un béton plus intelligent et plus durable.

Citation: Serry, M., Zayed, A.M., Tagyan, A.I. et al. Assessing graphite schist as a supplementary cementitious material in concrete for antifungal activity, strength, hydration, microstructure, and radiation shielding. Sci Rep 16, 12019 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40900-0

Mots-clés: béton bas carbone, remplacement du ciment, matériaux antifongiques, blindage contre les radiations, schiste à graphite