CH721911A1

CH721911A1 - Composition de ciment comprenant des microparticules de charbon, procédé pour sa production et matériau final comprenant une telle composition

Info

Publication number: CH721911A1
Application number: CH000644/2024A
Authority: CH
Inventors: Barana Davide; Queisser de Stockalper Derek
Original assignee: Carborefine Ag
Priority date: 2024-06-13
Filing date: 2024-06-13
Publication date: 2025-12-30
Also published as: WO2025257677A1

Abstract

La présente invention couvre une composition cimentaire (30) comprenant une matière organique (20), et une matière inorganique (10), ainsi que le procédé pour sa production et le matériau final comprenant une telle composition.

Description

Domaine technique

[0001] La présente invention concerne une poudre de microparticules de biocarbone ainsi qu'une méthode de production d'une telle poudre de biocarbone à partir de la biomasse. La présente invention concerne en outre une composition cimentaire comprenant une telle poudre de biocarbone ainsi que sa méthode de préparation.

Etat de la technique

[0002] Le béton est parmi les matériaux artificiels les plus utilisés. Il est responsable de huit à dix pour cent des émissions mondiales de gaz à effet de serre (GES). Le ciment joue un rôle central dans le béton, étant l'ingrédient actif de liaison, mais il est aussi le principal responsable des émissions de CO<2>. On estime que la production d'un kg de ciment Portland standard libère 0,5 à 0,9 kg de CO<2>, dont environ 60 % sont dus à la conversion chimique du calcaire en oxyde de calcium et 40 % à l'utilisation de combustibles fossiles pour la production du clinker.

[0003] Il est souhaitable d'avoir des pâtes de ciment ayant un impact moindre sur l'environnement. Cependant, il est également important que les nouveaux matériaux restent compatibles avec les moyens de production, de distribution et d'utilisation qui sont à la base des chaînes de valeur existantes, sans qu'il soit nécessaire d'apporter des changements majeurs à l'équipement ou aux procédures couramment utilisés dans les secteurs du ciment et de la construction.

[0004] Pour tenter de décarboner, au moins partiellement, l'industrie, les producteurs de ciment utilisent des matériaux cimentaires supplémentaires (MCS) pour limiter la teneur en clinker du ciment Portland et réduire ses émissions de gaz à effet de serre. Les ajouts cimentaires les plus courants sont le calcaire, les cendres volantes, le laitier granulé de haut fourneau, la fumée de silice, le carbonate de calcium et les pouzzolanes naturelles comme les argiles calcinées et le métakaolin. En plus de réduire les besoins énergétiques et les émissions de CO<2>du ciment, en l'occurrence le ciment Portland ordinaire, en remplaçant partiellement le clinker, les ajouts cimentaires sont également utilisés pour améliorer certains aspects techniques du béton tels que la perméabilité, la durabilité et l'aptitude à la finition. Néanmoins, la quantité d'ajouts cimentaires disponibles est limitée, tout comme leur capacité à réduire les émissions associées au ciment, car seule une substitution partielle du clinker est viable.

[0005] Récemment, l'ajout de biocarbone ou de biochar (BC) au béton et aux mortiers a gagné en popularité en raison de son efficacité à réduire les émissions nettes de CO<2>associées à la production de ciment. Le biocarbone est produit en chauffant un précurseur organique renouvelable (la biomasse) en l'absence d'oxygène. Les atomes de carbone sont ainsi stabilisés et empêchés de retourner dans l'atmosphère. Une tonne de biocarbone peut bloquer une quantité de carbone équivalente à trois tonnes de dioxyde de carbone. Le biocarbone peut donc contribuer à la réduction des gaz à effet de serre par le biais de deux mécanismes distincts. Si le biocarbone est utilisé à la place de matériaux non renouvelables, la libération de nouveau CO<2>dans l'atmosphère est évitée. En outre, grâce à sa capacité à enfermer les atomes de carbone renouvelables dans une forme solide stable, le biocarbone est également efficace pour éliminer le CO<2>existant de l'atmosphère. Pour une application spécifique, la quantité de CO<2>évitée et éliminée peut être déterminée avec précision en pesant le biocarbone et en mesurant sa teneur en carbone. Pour ces raisons, le biocarbone est considéré comme un moyen efficace et fiable de réduire les GES à court et à moyen terme.

[0006] Les biocarbones peuvent présenter un large éventail de caractéristiques qui dépendent de la source de la biomasse et du processus utilisé pour réaliser la carbonisation. Par conséquent, les biocarbones peuvent être inclus dans les formulations de béton et de ciment en tant qu'additif inerte ou en tant que biocharge active agissant comme un matériau cimentaire supplémentaire. La biocarbone peut remplacer une fraction des matériaux inertes, du liant ou des deux. Par conséquent, le biocarbone a un potentiel de réduction des émissions associées à la production et à l'utilisation du ciment beaucoup plus important que d'autres ingrédients alternatifs, puisqu'il permet à la fois des voies d'évitement et d'élimination.

[0007] Le biocarbone peut être produit à l'aide de deux grandes familles de technologies : la pyrolyse lente et la carbonisation hydrothermale. La pyrolyse lente se caractérise par des vitesses de chauffage lentes (quelques °C/min à quelques dizaines de °C/min), des températures moyennes (500-700 °C) et un temps de séjour long (jusqu'à plusieurs heures). La carbonisation hydrothermale est caractérisée par des températures plus basses (180 - 300 °C), des pressions élevées (dizaines de bars) et une durée similaire. Le biocarbone issu de la pyrolyse est généralement caractérisé par une teneur en carbone plus élevée, une plus grande aromaticité et une plus grande porosité que le charbon hydrothermal. Une température et une pression élevées, ainsi qu'un temps de séjour long, sont liés à une demande énergétique élevée.

[0008] Des travaux de recherche récents suggèrent que les performances de mélanges de biocarbone et de ciment, relatives aux propriétés mécaniques, à la perméabilité, à l'ouvrabilité et au retrait du produit final, entre autres, sont optimales lorsque la taille des particules de biocarbone correspond à la distribution de taille des particules de ciment.

[0009] En général, la taille des particules de biocarbone est corrélée à la taille des particules de la biomasse utilisée comme matière première, car ni la pyrolyse ni les méthodes hydrothermales conventionnelles ne permettent de réduire la taille des particules en même temps que la conversion thermochimique. C'est pourquoi, pour améliorer ses caractéristiques, le biocarbone doit être broyé dans une étape mécanique ultérieure. Cette pratique est très exigeante en termes de temps et d'énergie. La stratégie en deux étapes consistant en une conversion thermochimique suivie d'une réduction de la taille est efficace à petite échelle, mais il est difficile de la mettre en œuvre à l'échelle industrielle, car elle pose de nombreux défis opérationnels à l'échelle industrielle.

[0010] Il y a donc matière à améliorer les performance de matériaux mixtes à base de ciment et de matière carbonée, tant du point de vue des propriétés du produit final que des coûts de production que des quantités de rejet de CO<2>.

Bref résumé de l'invention

[0011] Un but de la présente invention est de proposer un matériaux carboné, en l'occurrence un biocarbone, adapté à son incorporation dans un matériaux inorganique ou minéral, en particulier un matériau cimentaire. Un tel matériaux carboné est de préférence stable, c'est-à-dire non biodégradable, ou au moins faiblement biodégradable de sorte à permettre la séquestration de carbone de manière durable. Un tel matériaux offre de préférence une résistance mécanique suffisante pour être incorporé à des matériaux de construction tel que du ciment ou du béton. Un tel matériau organique est avantageusement incorporé dans des proportions substantielles, notamment supérieures à 1%, 2%, 5%, ou 10% ou 20% voire supérieure à 30% en masse sans dégrader les propriétés mécaniques du ciment obtenu.

[0012] Un autre but de l'invention est de proposer un procédé ou une méthode de fabrication de matériaux carbonés, en particulier de biocarbones, plus rapide et moins couteux que les procédés actuellement utilisés. Le but est en l'occurrence de proposer un procédé applicable pour la production de quantités industrielles, telle que plus d'une tonne ou 10 tonnes ou plus par jour par unité de production, de biocarbone, ou industrialisable dans de telles proportions. Le but d'un tel procédé est en outre de produire des quantités industrielles de matériaux carbonés en limitant les émissions de CO<2>, voire en évitant les émissions de CO<2>, de préférence avec un bilan carbone négatif si la séquestration d'équivalents CO<2>dans le matériaux carboné est supérieure au CO<2>émis lors de la mise en œuvre du procédé.

[0013] Un autre but de la présente invention est de proposer une composition cimentaire, en particulier un ciment ou un béton, comprenant une proportion de matière carbonée permettant de séquestrer du carbone au sein de la matière cimentaire, sans en détériorer significativement les caractéristiques mécaniques et/ou physiques. De la sorte, une telle composition cimentaire reste utilisable comme matériaux de construction. Avantageusement, une telle composition est exempte de clinker ou contient une proportion de clinker réduite ou significativement réduite, par exemple de plus de 30% ou de plus de 50%, par rapport au ciment traditionnel de type Portland.

[0014] Un autre but de la présente invention est de proposer une méthode de production ou un procédé pour la fabrication d'une composition cimentaire, tel qu'un ciment ou un béton, comprenant une proportion de matière carbonée, en particulier un biocarbone. Un tel procédé vise à réduire les dépenses énergétiques nécessaires à la production de ciment et de béton, et par conséquent les émissions de CO<2>associées. Un tel procédé vise en outre à incorporer une proportion de matière carbonée au sein du matériau cimentaire de manière durable, de sorte à y séquestrer du carbone. La méthode proposée permet avantageusement de produire une plus grande variété de compositions cimentaires et d'élargir les applications possibles de telles compositions.

[0015] Selon l'invention, ces buts sont atteints, notamment au moyen des compositions, biocarbones et procédés objets des revendications.

[0016] Cette solution présente notamment l'avantage par rapport à l'art antérieur de limiter les dépenses énergétiques liées à la production de ciment et de béton, et par conséquent les émissions de CO<2>correspondantes. La présente solution offre en outre l'avantage de séquestrer du carbone de manière durable au sein du ciment. La présente invention offre la possibilité de varier et/ou d'adapter les propriétés mécaniques et physiques des ciments selon leurs applications.

Brève description des figures

[0017] Des exemples de mise en œuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures suivantes :

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Figure 1 : représentation schématique d'une étape de procédé de fabrication d'une composition cimentaire selon un exemple de réalisation de la présente invention,

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Figure 2 : représentation schématique du procédé de production de la matière organique selon un mode de réalisation de la présente invention.

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Figure 3 : représentation schématique du procédé de production d'un matériau final, selon un mode de réalisation de la présente invention.

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Figure 4: représentation schématique en perspective d'un broyeur selon un mode de réalisation de la présente invention.

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Figure 5 : représentation schématique de côté d'un broyeur selon un mode de réalisation de la présente invention.

Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention

[0018] En référence à la figure 1, les compositions cimentaires 30 selon la présente invention désignent des compositions mixtes à base de matière inorganique 10 d'une part, et de matière organique 20 d'autre part, lesquelles sont assemblées de manière homogène. Le terme homogène s'entend comme désignant une répartition régulière et imbriquée des matières inorganique et organique, de sorte à éviter ou limiter les amas de l'une ou l'autre des deux matières au sein des compositions cimentaires30. L'assemblage des deux matières organique20et inorganique10équivaut donc à un mélange. Les compositions cimentaires30ici décrites sont destinées être impliquées dans la production de matériaux finaux40(figure 3) élaborés par exemples sur un site de construction. Les matériaux finaux 40 sont typiquement obtenus en ajoutant aux compositions cimentaires 30 d'autres produits tels que du sable31, de l'eau,32, des graviers33ainsi que d'éventuels additifs. Les matériaux finaux40constituent ainsi une construction ou certaines parties d'une construction, telle qu'une maison ou un immeuble. En particulier, les matériaux finaux40peuvent désigner les éléments structurels d'une telle construction. Les matériaux finaux40sont typiquement sous forme solide et rigide, contrairement aux poudres des compositions cimentaires30sur la base desquelles ils sont produits.

[0019] Les compositions cimentaires selon la présente description incluent de préférence des ciments à basse empreinte carbone, ou ciments dits „bas carbone“, tels que ceux correspondant à la norme NF 197-5 de 2021 ou toute autre norme équivalente.

[0020] La matière inorganique10comporte essentiellement, voir exclusivement des matériaux inorganiques. En particulier la matière inorganique10désigne des matières minérales, comprenant notamment du calcium, du silicium, du bore, de l'aluminium, du fer, du soufre, du cuivre, du potassium, du magnésium, du sodium, du phosphore, sous toutes leurs formes, y compris leurs mélanges et leurs dérivés oxydés, tels que des carbonates, des silicates, des carbonates, des aluminates, des sulfures, des phosphates, des aluminosiliates, ainsi que leur combinaison avec des ions tels que des ions hydroxydes ou halogénures. Un matériau inorganique selon la présente invention peut par exemple comporter majoritairement du carbonate de calcium, communément dénommé calcaire, et de l'argile, dans une proportion massique de l'ordre de 70/30 à 90/10, de préférence autour de 80/20. D'autres matériaux inorganiques peuvent être inclus dans la matière inorganique, tels que des sulfates, notamment le sulfate de calcium, également connu sous le terme de gypse, des oxydes de magnésium ou de l'oxyde ferrique. De préférence, la matière inorganique correspond à un ciment déjà connu, par exemple un ciment dit de Portland, ou de type Portland. La matière inorganique ne se limite pas à un tel ciment et désigne de manière plus large tout matériau de scellement ou de construction tel que du mortier, du béton, du mortier-colle, le ciment Portland pur, le ciment Portland composé, le ciment de haut fourneau, le ciment pouzzolanique, le ciment composé. Selon certains modes de réalisation la matière inorganique10désigne en outre le plâtre, la chaux et tout équivalent. La matière inorganique10selon la présente invention inclut des ciments spéciaux tels que les ciments à faible teneur en clinker, dits durables, par exemple le ciment LC3 connu sous le terme de „Limestone Calcined Clay Cement“, ou ciment aux argiles calcinées et au calcaire, ou le ciment de terre tel que le ciment d'argile brut également désigné par „Raw Clay Cement“. La matière inorganique selon la présente invention inclut en outre les géopolymères, notamment à base d'aluminosilicate, de phosphate ou de zéolites.

[0021] La matière inorganique10est utilisée dans le cadre de la présente invention sous forme de poudres, obtenues par des procédés de broyage et de cuisson, tels que ceux couramment utilisés, ou d'autres procédés plus spécifiques. Des procédés par voie sèche ou par voie humide, ou mixtes peuvent par exemple être utilisés. Le procédé utilisé pour la production de poudre de matière inorganique peut comporter une ou plusieurs phases d'homogénéisation, notamment par brassage.

[0022] La surface spécifique de la poudre de matière inorganique10est comprise entre 2000 et 7000 cm<2>/g, de préférence entre 2700 et 5500 cm<2>/g ou de l'ordre de 2800 à 5000 cm<2>/g. La masse volumique apparente, de la poudre de matière inorganique10, comprenant le vide entre les particules de la poudre, est de l'ordre de 800 kg/m<3>à 1200 kg/m<3>, de préférence de l'ordre de 1000kg/m<3>à 2% prés ou à 5% prés. La masse volumique absolue de la poudre de matière inorganique 10, déterminée sans tenir compte des vides interstitiels entre les particules, est de l'ordre de 2,5 g/cm<3>à 3,5 g/cm<3>, de préférence comprise entre 2,8 g/cm<3>et 3,2 g/cm<3>ou entre 2,9 g/cm<3>et 3,15 g/cm<3>. La taille des particules de la poudre de matière inorganique 10 est dans le cadre de la présente invention comprise entre 0,1 micromètre et 200 micromètres, de préférence entre 0,5 et 100 micromètres, selon leur composition et leur mode de production. Les particules peuvent notamment être de taille fines telles que de 1 à 10 micromètres, ou de 1 à 5 micromètres, ou bien d'une granulométrie plus élevée telle que de 30 à 80 micromètres ou de l'ordre de 40 à 60 micromètres.

[0023] La matière organique20incluses dans les compositions cimentaires 30 de la présente invention est utilisée sous forme de poudre. De la sorte, la ou les poudres de matière organiques20peuvent aisément être mélangées et homogénéisées avec la matière inorganique10. La matière organique20s'entend comme étant issue du monde vivant, en particulier du monde végétal. Le terme de matière organique est équivalent à matière carbonée ou biocarbone même si la matière qui le constitue n'est pas 100% carbonée. La matière organique20peut en effet comprendre une faible proportion de sels minéraux ou d'autres élément dits inorganiques. Typiquement, la matière organique 20 selon la présente invention peut comporter jusqu'à 2%, ou 3% ou 5% ou moins de 10% en masse d'éléments inorganiques naturellement présents dans le règne végétal.

[0024] La granulosité de la poudre de matière organique20est de préférence calibrée en fonction de la granulosité de la poudre de matière inorganique10. Elle peut en outre être déterminée en fonction des propriétés escomptées de la composition et/ou du matériaux final40. Selon un mode de réalisation, la taille moyenne des particules de matière organique20est identique à celle des particules de matière inorganique10, ou similaire. Une taille moyenne des particules de matière organique20différente de moins de 10% ou de moins de 5% de la taille moyenne des particules de matière inorganique10est ici considérée comme similaire à celle des particules de matière inorganique10. Alternativement, la taille moyenne des particules de matière organique20est inférieure à celle des particules de matière inorganique10. Elle peut par exemple correspondre à 10% à 80% de la taille moyenne des particules de matière inorganique10. Elle peut être déterminée de sorte à correspondre à environ 20%, ou 30% ou 50% ou 60% de la taille moyenne des particules de matière inorganique10. De la sorte. Les particules de matière organique20s'insère aisément dans les interstices naturels de la matière inorganique10. Alternativement, la taille moyenne des particules de matière organique20peut être déterminée de sorte à être significativement plus large que celle des particules de matière inorganique10. Elle peut être par exemple plus importante que la taille moyenne des particules de matière inorganique10de plus de 20% ou de plus de 30% ou de plus de 50%, voire plus de 80%.

[0025] Bien que la taille moyenne des particules de matière organique20puisse être déterminée relativement à celle des particules de matière inorganique10, comme indiqué ci-dessus, elle peut aussi bien être définie de manière absolue. En l'occurrence, la matière organique20peut être obtenue ou utilisée sous forme d'une poudre homogène dont la taille moyenne des particules est comprise entre 1 micromètre et 100 micromètres, de préférence entre 5 et 90 micromètres ou entre 40 et 60 micromètres. Alternativement, différentes granulométries peuvent être considérées. Une poudre fine dont la taille moyenne de particules est inférieure à 30 micromètres, ou compris entre 30 et 1 micromètres peut être envisagée, ainsi qu'une taille de particules intermédiaire de l'ordre de 50 micromètres, ou comprise entre 40 et 60 micromètres, ou une taille de particules plus grosse comprise entre 70 et 100 micromètres ou autour de 80 micromètres. Les dimensions énoncées ci-dessus s'entendent avec une tolérance que l'homme de métier saura apprécier. Les dimensions peuvent être déterminées avec une tolérance de 5% ou 10% par exemple. Les poudres de matière organique20peuvent être obtenues avec la granulométrie requise par tamisage à travers un ou plusieurs tamis calibrés. Par exemple, un tamis de 60 micromètres permet d'obtenir une poudre dont la taille de particules est intégralement inférieure à 60 micromères d'une part et intégralement supérieure d'autre part lorsqu'elle reste dans le tamis. Un double tamisage permet de contrôler la plage de distribution de la granulométrie. Alternativement ou en plus, la taille et la distribution de taille des particules peut être déterminée par microscopie ou par tout autre moyen adéquat.

[0026] Selon un mode de réalisation, plusieurs poudres de matière organique20de granulométries différentes peuvent être mélangées dans des proportions variables. Par exemple la matière organique20d'une composition cimentaire peut comporter de l'ordre de 10% d'une poudre à faible granulométrie, correspondant par exemple à environ 20%, ou 30% de la taille moyenne des particules de matière inorganique10, ou à une taille moyenne de l'ordre de 20 à 30 micromètres, le reste de la poudre étant de granulométrie comparable ou identique à celle de la matière inorganique10, ou de taille intermédiaire de l'ordre de 40 à 60 micromètres. Les combinaisons sont bien entendu adaptables selon les besoins, notamment en termes de résistance mécanique du matériau final40.

[0027] Les besoins prennent en considération la quantité de carbone à séquestrer. Selon un mode de réalisation, la taille moyenne des particules de matière organique20est déterminée de sorte à séquestrer un maximum de CO<2>sans impacter la résistance mécanique du matériaux final, ou en l'impactant de manière limitée, dans une plage de tolérance donnée. A cet effet, une moindre résistance à la compression de 10% peut être jugée acceptable si en contrepartie la séquestration de CO<2>est supérieure à un seuil déterminé. Outre la résistance à la compression, d'autres paramètres peuvent être considérés tels que la perméabilité, la densité, la porosité, l'albedo ou la couleur du matériaux final40ainsi qu'une combinaison de ces paramètres. Les valeurs des paramètres physiques mesurés est de préférence déterminée par rapport aux valeurs correspondantes d'un matériau cimentaire connu exclusivement constitué de matière inorganique. Le ciment dit de Portland peut en l'occurrence être pris pour référence.

[0028] La matière organique20désigne pour les besoins de la présente invention de la matière végétale ayant subi au moins une opération de transformation thermique, c'est-à-dire un chauffage permettant de la transformer en biocarbone. La teneur en carbone est supérieure à 60% en masse, de préférence supérieure à 70% en masse, voire supérieure à 80% en masse. La proportion massique d'oxygène par rapport au carbone est de l'ordre de 0,5 ou moins, de préférence inférieure à 0,4, voir inférieure à 0,3. La matière organique selon la présente invention résulte en outre d'une opération de broyage de sorte à la transformer en poudre. La surface spécifique de la poudre de matière organique20est de l'ordre de 20 m<2>/g ou moins, typiquement de 15 m<2>/g ou moins, de 7 m<2>/g ou moins, de 5 m<2>/g ou moins, notamment de l'ordre de 4 m<2>/g ou 2 m<2>/g. De la sorte la porosité de la matière organique est significativement plus faible que la plupart des matériaux de type biocarbone. La surface spécifique est en l'occurrence déterminée selon la méthode Brunauer-Emmett-Teller, également désignée par la méthode BET. Au vu des tailles de particules, la matière organique20peut être qualifiée de micro-biocarbone ou de micro-particules de biocarbone. Selon un aspect, la haute teneur en carbone de la matière organique permet de réduire les émission nettes de dioxyde de carbone. En l'occurrence, un kilogramme de matière organique selon la présente invention permet de capturer l'équivalent de 2,5 kilogramme de CO<2>. Selon un autre aspect, la matière organique20selon la présente invention est non dégradable ou pas significativement dégradable, notamment du fait de sa faible teneur en oxygène. Elle permet ainsi de séquestrer de manière durable le carbone dans la matière inorganique.

[0029] La surface spécifique des particules de matière organique20est plus faible que celle des biocarbones usuels issus de la pyrolyse, lesquels sont poreux. En conséquence, l'adsorption d'additifs sur les particules est limitée voire impossible. Les cycles d'adsorption-désorption de polluants organiques sont ainsi limités voire impossibles. Les charbons usuels ne sauraient satisfaire à de telles utilisations, notamment du fait de leur plus grande porosité. La faible porosité des particules de matière organique20selon la présente invention offre en outre l'avantage de ne pas se séparer des particules de matière inorganique10lors des différentes de préparation du ciment ou du béton, y compris lors des étapes finales de scellement ou de construction sur le terrain, conduisant au produit finaux40. Les particules de matière organique20selon la présente invention sont de préférence d'une densité proche de celle de la matière inorganique10. La densité des particules de matière organique20représente par exemple au moins 30%, 40%, 50% ou 60% ou 80% de la densité des particules de matière inorganique 10. Les mêmes proportions peuvent s'appliquer à la masse volumique absolue. Alternativement ou en plus, la masse volumique absolue des particules de matière organique 20 est supérieure à 1 g/cm<3>, de préférence de l'ordre de 1,2 g/cm<3>ou plus, voire 1,4 g/cm<3>ou plus ou encore 1,6 g/cm<3>ou plus. La masse volumique absolue des particules de matière organique20selon la présente description peut être par exemple comprise entre 1,1 g/cm<3>et 2,5 g/cm<3>, ou encore entre 1,2 g/cm<3>et 1,7 g/cm<3>

[0030] Selon un mode de réalisation, la masse volumique absolue des particules de matière organique 20 dans une composition cimentaire 30 est supérieure à 1,2 g/cm<3>, voire supérieure à 1,4 g/cm<3>ou comprise entre 1,2 g/cm<3>et 1,7 g/cm<3>et celle des particules de matière inorganique 10 est comprise entre 2 g/cm<3>et 3,5 g/cm<3>ou de l'ordre de 3,1 g/cm<3>à 3,2 g/cm<3>. Selon un autre mode de réalisation, la masse volumique absolue des particules de matière organique 20 est celle indiquée ci-dessus et celle des particules de ciment est inférieure à 3 g/cm<3>, voire inférieure à 2,5 g/cm<3>ou même inférieure à 2g/cm<3>, notamment dans le cas où la matière inorganique est constituée à base de zèolites.

[0031] La figure 2 illustre de manière schématique la production de la matière organique selon la présente invention. De la biomasse 21 est soumise à une étape de chauffage au moyen d'un dispositif de chauffage 102 adapté, telle qu'un four ou tout équivalent. Selon un mode de réalisation, la biomasse 21 peut être mise en circulation dans une boucle de chauffage au moyen d'un fluide vecteur. Selon un mode de réalisation préféré, le chauffage est effectué à pression atmosphérique à une température comprise entre 200°C et 400°C, ou entre 250°C et 350°C. Selon les conditions de réalisation du procédé, une pression supérieure peut être observée localement, notamment dans le cas où la biomasse 21 est mise en circulation. La biomasse21est en outre soumise à une étape de broyage au moyen d'un broyeur101adapté.

[0032] Les figures 4 et 5 illustrent un exemple de broyeur utilisable pour le broyage de la biomasse21. Dans ce cas particulier, le broyeur fait également office de dispositif de mise en circulation du fluide vecteur et de la biomasse21. Le broyeur peut comporter un ensemble d'entrainement140comprenant un rotor141et un stator142. La rotation du rotor via son axe d'entrainement143permet d'aspirer les fluides du circuit et de les mettre en circulation. Le rotor comporte à cet effet une tête d'entrainement144imbriquée dans une partie du stator 142. Les fluides du circuit, incluant le fluide vecteur et la biomasse 21, sont ainsi forcés de passer entre la tête d'entrainement 144 et le stator 142. Selon un mode de réalisation, la tête d'entrainement 144 et/ou le stator 142 est pourvu de moyens d'entrainement tels que des pales, ou des reliefs adaptés à entrainer les fluides. Par exemple, la tête d'entrainement 144 peut prendre la forme d'un cylindre, ou d'un demi-cylindre dont la paroi est échancrée d'une ou plusieurs encoches formant des canaux de rotor 145. Alternativement ou en plus, le stator 142 peut prendre la forme d'un cylindre disposé de manière concentrique à la tête d'entrainement, dont la paroi est échancrée d'une ou plusieurs encoches formant des canaux de stator146. Le nombre, la forme et la disposition des canaux de stator et de rotor peuvent être adaptées en fonction des besoins. Ils peuvent par exemple être orientés parallèlement à l'axe d'entrainement143.

[0033] Outre l'effet d'entrainement des fluides, le broyeur est adapté pour conditionner la biomasse en éléments de taille déterminée, telle que inférieure à 10 cm ou inférieure à 5 cm ou inférieure à 1 cm selon les besoins, voire en deçà. Selon un mode de réalisation, la biomasse21peut être chargée dans une cuve de conversion (non représentées) sans broyage significatif préalable, pour autant qu'elle puisse être mise en circulation. Le dispositif de mise en circulation est adapté à la granulométrie requise pour la matière organique obtenue à partir de la biomasse21. Par exemple, les canaux de stator146et/ou de rotor145peuvent être dimensionnés en conséquence. Les plus gros éléments de la biomasse21se trouvent ainsi cisaillés lors de leur entrainement. Alternativement ou en plus, un espace d adéquat est ménagé entre la tête d'entrainement144et le stator142.

[0034] Selon un mode de réalisation, plusieurs broyeurs sont disposés en série de sorte à morceler la biomasse en éléments de plus en plus fins. Selon un autre mode de réalisation, un broyeur selon la présente invention comporte plusieurs étages, c'est-à-dire plusieurs rotors et plusieurs stators permettant d'augmenter l'efficacité du broyage.

[0035] D'autre types de broyeurs peuvent être envisagés. Cependant, un aspect important de la présente invention réside dans la simultanéité des étapes de chauffage et de broyage décrites ci-dessus. La biomasse21peut être mise en circulation dans une unité de conversion100combinant à la fois le dispositif de chauffage102et le broyeur101. Ainsi la matière organique20peut être obtenue rapidement en une seule étape de conversion sous la forme d'une poudre telle que celle décrite plus haut. La durée de chauffage est typiquement de l'ordre de quelques minutes, par exemple inférieure à 10 minutes, ou 5 minutes ou même 2 ou 3 minutes. Une telle durée de chauffage est significativement plus brève que celle d'une pyrolyse lente, telle que celle mentionnée en préambule, qui nécessite généralement plusieurs heures de chauffage à des températures élevées. En outre, la pression requise pour le procédé de la présente invention reste basse, contrairement aux procédés de type hydrothermal usuels, qui nécessitent généralement plusieurs dizaines de bars.

[0036] Outre le fait de combiner en une seule étape le traitement thermique et le dimensionnement des particules de matière organique 20, le présent procédé permet d'allier les avantages d'un temps de chauffage réduit, de quelques minutes, de températures inférieures à 400°C et de pressions faibles, proches de la pression atmosphérique. Le procédé diffère donc des méthodes rapides actuellement connues telles que la pyrolyse rapide, qui nécessite des températures de plus de 500°C.

[0037] Une variété de biomasse 21 peut être utilisée. Selon les besoins, certains types de biomasse végétale peuvent être privilégiés, telle que des matières ligneuses plutôt que des parties vertes. Des traitements préalables de séchage ou de déshydratation peuvent être prévus avant la production de poudre de matière organique20. Alternativement ou en plus, une étape de tamisage peut être prévue après le broyage pour affiner la distribution de taille de particules par exemple.

[0038] Selon la dimension des particules requises, le broyeur est calibré en conséquence. Un type de broyeur spécifiquement adapté à la taille des particules requises peut être implémenté dans l'unité de conversion. Alternativement, un broyeur peut être modulable, au moins dans certaines limites, de sorte à produire des particules de taille déterminée. Alternativement ou en plus, une unité de conversion de biomasse peut contenir plusieurs broyeurs utilisables chacun en fonction de la taille de particule requise.

[0039] Le procédé en une étape permet ainsi de minimiser les dépenses énergétique et les émissions de CO<2>qui en résultent. L'énergie thermique peut en outre être issue de sources renouvelables telles qu'un four solaire ou une source d'électricité renouvelable. Alternativement ou en plus, le chauffage peut être obtenu au moins partiellement en brûlant des gaz issus de la conversion de la biomasse21.

[0040] Un dispositif tel que celui décrit dans la demande de brevet WO2024IB54752, dont le contenu est intégralement incorporé par référence dans la présente demande, peut être utilisé. Cela n'exclut cependant pas d'autres dispositifs, pour autant qu'ils permettent de combiner les étapes de chauffage et de broyage pour obtenir les particules de matière organique 20 décrite plus haut.

[0041] La présente invention couvre en outre une composition cimentaires30comprenant une quantité de matière inorganique 30 et une quantité de matière organique20telles que décrites ici. Les compositions cimentaires30selon la présente invention se présentent de préférence sous forme de poudre homogène. Dont la granulométrie correspond à celle décrite plus haut. Les proportions de matière organique20par rapport à la matière inorganique peut varier en fonction des besoins dans un rapport compris entre 1/99 et 40/60, tel que 2/98 et 40/60, voir plus élevé de l'ordre de 50/50. De préférence les proportions s'inscrivent dans un rapport de 5/95 à 35/65 ou de 10/90 à 30/70.

[0042] Selon un mode de réalisation la proportion de matière organique par rapport à la matière inorganique est dans un rapport massique compris entre 5/95 et 40/60, la matière organique comprend au moins 60% en masse de carbone, une proportion molaire d'oxygène / carbone de 0,5 ou moins, et une aire de surface de 20 m<2>/g ou moins. Selon un autre exemple, la proportion de matière organique par rapport à la matière inorganique est dans un rapport massique compris entre 1/99 et 40/60, ou entre 2/98 et 40/60, la matière organique comprend au moins 60% en masse de carbone, une proportion molaire d'oxygène / carbone de 0,5 ou moins, et une aire de surface de 20 m<2>/g ou moins. Selon un autre mode de réalisation, la proportion de matière organique par rapport à la matière inorganique est dans un rapport massique compris entre 2/98 et 40/60, ou entre 5/95 et 40/60, la matière organique comprend au moins 60% en masse de carbone, une proportion molaire d'oxygène / carbone de 0,5 ou moins, et une aire de surface de 5 m<2>/g ou moins.

[0043] L'incorporation de matière organique20dans les compositions cimentaires 30 de la présente invention permet notamment de réduire les émissions de CO<2>sans dégrader significativement la résistance à la compression des matériaux finaux40. L'incorporation de 5 parts de biocarone ici-décrit dans une composition cimentaire 30 permet de réduire les émissions de CO<2>de 20% tout en conservant 90% de la résistance à la compression. L'incorporation de 10 parts de biocarbone selon la présente invention dans une composition cimentaire 30 permet de réduire de 40% les émissions de CO<2>et de maintenir la résistance à la compression à 80% de sa valeur par rapport à un ciment traditionnel sans biocarbone. Pour 20 grammes de biocarbone pour 100 grammes de composition cimentaire30les émissions de CO<2>ne représentent plus que 30% alors que la résistance à la compression du produit final40reste à 70% de sa valeur de référence. Avec 30 part de biocarbone pour 100 parts de composition cimentaire 30,les émissions de CO<2>sont totalement compensées et la résistance à la compression du produit final40reste de 68% de sa valeur de référence.

[0044] Les proportions de matière organique20peuvent ainsi être adaptées en fonction des résistances attendues des matériaux finaux40. Les éléments nécessitant la plus grande résistance à la compression peuvent contenir une quantité de matière organique20limitée à 5 ou 10% en masse alors que des éléments structurellement moins exigeants peuvent contenir jusqu'à 30% en masse de biocarbone20, voire plus.

[0045] La présente invention couvre également un procédé de production de compositions cimentaires30telles que celles ici-décrites. Le procédé comporte une étape de sélectionner ou produire les particules de biocarbone dont la taille et la surface spécifique au moins correspondent au valeurs requises. De telles valeurs peuvent être déterminées au préalable soit de manière empirique, par des opérations de test, soit via une modélisation, soit par une combinaison de modélisation et de tests réels. De tels tests et/ou simulation permettent par exemple de déterminer la taille des particules de matière organiques20par rapport à la taille de particules de matière inorganique10en fonction de la résistance à la compression du matériaux final40, ou en fonction de la quantité d'émission de CO<2>acceptable, ou en fonction de la proportion de matière organique incorporée dans la composition cimentaire30. Des tables de correspondance multi-paramètres peuvent par exemple être élaborées de sorte à faciliter la détermination des paramètres.

[0046] Le procédé de fabrication de telles compositions cimentaires30comprend l'étape de sélectionner ou produire la matière inorganique, sous forme de poudre de granulosité adéquate. La matière inorganique10correspond avantageusement à un ciment de type Portland, mais être différente. Par exemple, un ciment spécifique peut être nécessaire pour une application particulière. De préférence, les caractéristiques de la matière organique20sont déterminées en fonction de celles de la matière inorganique10sélectionnée. Bien que l'inverse soit envisageable, ce n'est pas l'approche préférée.

[0047] Le procédé de production des compositions cimentaires30comprend une étape de mélanger une proportion de matière organique20, sous forme d'une poudre de granulosité adéquate, à de la matière inorganique10, également sous la forme d'une poudre. La proportion est déterminée selon les critères énoncés plus haut. Le mélange peut se faire au moyen d'une citerne200(figure 1) ou de tout autre contenant adéquat et d'un moyen de brassage mécanique201jusqu'à une homogénéité satisfaisante. La citerne peut être fixe et contenir des hélices de brassage mues par un moteur rotatif. Alternativement, la citerne peut être rotative et comporter des chicanes ou des ailettes de brassage sur ses parois internes. Des moyens de vibration et/ou de renversement peuvent être prévus. Les matières organique20et inorganiques10peuvent être déversées simultanément dans la citerne200ou bien disposées en couches alternatives, ou selon d'autres modes en fonction de besoins. Les matières organique20et inorganique10peuvent être acheminées via des chaines de convoyage. Elles peuvent en outre être prémélangées lors de leur convoyage vers la citerne200, par exemple par addition de l'une à l'autre sur les tapis de convoyages. Tout système de mélange adéquat peut être utilisé pour autant qu'il permette d'homogénéiser les matières organique 20 et inorganique10dans les proportions requises.

[0048] Le procédé peut éventuellement comporter des étapes postmélange. Une étape de tamisage peut par exemple être envisagée, dans le cas où les particules de matière organique 20 et de matière inorganique10doivent être de même dimension.

[0049] Outre la résistance à la compression et les émissions de CO<2>, des paramètres tels que la perméabilité à l'eau ou la porosité du matériau final40peuvent être considérées. Les tailles des particules de matière inorganique10et organique20peuvent être mutuellement assortie de sorte à adapter de tels paramètres. La taille des particules de matière organique20peut par exemple être réduite par rapport à celle des particules de matière inorganique de sorte à combler un maximum des interstices et augmenter ainsi la compacité du matériau final40. Des compromis peuvent ainsi être faits pour optimiser à la fois la résistance à la compression, la porosité du matériau final40et l'émissions de CO<2>. Alternativement ou en plus, des paramètres tels que la conductivité thermique du matériau final40, la vitesse de prise de la composition cimentaire, la résistance dans le temps du matériau final40, peuvent également être optimisés par l'ajout d'une quantité adéquate de matière organique selon la présente invention.

[0050] Selon un aspect, la matière organique 20 incluse dans les compositions cimentaires 30 de la présente invention peuvent être adaptées pour modifier la rhéologie de telles compositions de sorte à utiliser dans des applications d'impression tridimensionnelles.

[0051] La composition cimentaire selon la présente invention peut présenter une masse volumique identique ou similaire à la masse volumique de la matière inorganique seule, ou inférieure à la masse volumique de la matière inorganique d'une valeur de moins de 30%, ou moins de 20%, voire moins de 10%. Ces valeurs peuvent s'appliquer à la masse volumique apparente ou bien à la masse volumique absolue.

Partie expérimentale

[0052] Générale procédures: Les mortiers ont été préparés selon la procédure suivante. Si la formulation du mélange l'exige, les graviers ont été introduits dans le malaxeur en premier, suivis du ciment et du biocarbone. Les solides ont ensuite été mélangés pour assurer une bonne homogénéité. Enfin, de l'eau a été ajoutée au mélange et le mélange résultant a été remué jusqu'à ce qu'il soit complètement homogène. Pour les mélanges nécessitant un superplastifiant, celui-ci a été ajouté dans la quantité calculée après que 80 % de l'eau nécessaire ait déjà été ajoutée. Les 20 % d'eau restants ont été complétés après l'ajout du superplastifiant.

[0053] Les mélanges obtenus ont été coulés dans des moules cubiques ou cylindriques. Après avoir rempli les moules à ras bord, les échantillons ont été brièvement compactés à l'aide d'un appareil vibrant portable et la face ouverte a été scellée à l'aide d'un film plastique transparent et stockée dans une chambre à température et humidité contrôlées pour le durcissement.

[0054] Pour tous les essais et spécimens, le type de ciment utilisé est le CEM Il A-LL 42.5 N. Lorsqu'il est utilisé, le superplastifiant (SP) est le Sika ViscoCrete®-20 easy.

[0055] Le lot de biocarbone utilisé pour ces tests a été préparé à partir de résidus de paille de blé en utilisant la technologie de conversion propriétaire de CarboRefine. La taille des particules est inférieure à 50 µm (test de tamisage). La longueur moyenne des particules est de 11,6 ± 10,5 µm et la largeur moyenne des particules est de 6,2 ± 5,7 µm (calibrage microscopique).

[0056] Plusieurs compositions cimentaires30sont préparées en mélangeant un ciment de Portland avec une poudre de matière organique 20 dans des proportions variables listées dans la table 1, l'échantillon E5 comporte 5 g de matière organique20pour 100 g de composition cimentaire30, l'échantillon E10 comporte 10 g de matière organique20pour 100 g de composition, l'échantillon E15 comporte 15 g de matière organique20pour 100 g de composition, l'échantillons E20 comporte 20 g de matière organique 20 pour 100 g de composition et l'échantillon E30 comporte 30 g de matière organique20pour 100 g de composition. Les quantités sont exprimées dans la table en kg/m<3>:

Table 1

[0057] Reference

1384

0

554

0.40

E 5 (5%)

1319

66

527

0.40

E 10 (9%)

1185

118

533

0.45

E 15 (13%)

1105

166

525

0.48

E 20 (17%)

1036

207

518

0.50

E 30 (23%)

880

264

528

0.60

[0058] La table 2 montre l'estimation de CO<2>émis pour chacune des compositions ainsi que la résistance à la compression exprimées en valeurs absolue. Les émissions de CO<2>sont calculées sur la base de l'hypothèse qu'un kg de ciment, correspondant à la matière inorganique (20) relargue 0,75 kg de CO<2>et que 1 kg de biocarbone emmagasine 2.5 kg de CO<2>.

Table 2

[0059] Reference

1038

37,6

E 5 (5%)

824

33,6

E 10 (9%)

594

30,5

E 15 (13%)

414

27,8

E 20 (17%)

260

26

E 30 (23%)

0

25,5

[0060] La table 3 montre l'estimation de CO<2>émis pour chacune des compositions, ainsi que la résistance à la compression exprimées en valeurs relatives par rapport à la référence ne contenant pas de matière organique20.

Table 3

[0061] Reference

100

E 5 (5%)

79

89

E 10 (9%)

61

81

E 15 (13%)

43

74

E 20 (17%)

28

69

E 30 (23%)

0

68

[0062] La table 4 décrit la composition d'un échantillon E10' comprenant 10g de matière organique pour 100 g de composition, laquelle comprend en outre du gravier :

Table 4

[0063] Reference

321.1

0.0

1911.2

188.6

0.6

E 10' (10%)

313.1

34.8

1863.7

183.9

0.6

[0064] La table 5 représente la résistance à la compression exprimée en N/mm<2>sur des durées de 7 jours et de 28 jours, de la composition E10' :

Table 5 :

[0065] Reference

25,1

34,6

E 10' (10%)

22,8

30,5

[0066] La table 6 représente la résistance à la compression de la composition E10' exprimée en valeur relative par rapport à la référence.

Table 6 :

[0067] Reference

73%

100%

E 10' (10%)

66%

88%

[0068] Après l'ajout de 10 % de biocarbone à la teneur totale en liant, les résistances à la compression des échantillons sont restées à 90 % et 88 % par rapport à celles de la référence à 7 et 28 jours respectivement. Dans le même temps, l'ajout de biocarbone a permis de réduire les émissions nettes de CO<2>de 240,8 kgCO<2>/m<3>à 147,8 kgCO<2>/m<3>, soit une réduction de 39 %.

[0069] La table 7 décrit la composition des échantillons E5b, E10b et E20b comprenant respectivement 5g, 10g et 20g de matière organique pour 100 g de composition, laquelle comprend en outre du superplastifiant (SP). La quantité d'est est sensiblement identique dans tous les échantillons. Les valeurs dans la table sont exprimées en Kg/m<3>. La fluidité des mélanges a été égalisée au moyen d'un superplastifiant modifié à base de polycarboxylates. Les résultats indiquent qu'il est possible de remplacer partiellement une quantité substantielle de ciment par le biocarbone sans compromettre les caractéristiques clés du matériau final.

Table 7

[0070] Reference

1397.5

0.0

4.2

545.0

0.40

E 5b (5%)

1330.8

66.5

9.1

514.1

0.40

E 10b (9%)

1270.7

127.1

13.1

486.3

0.40

E 20b (17%)

1109.0

221.8

25.2

458.7

0.44

[0071] La table 8 décrit la résistance à la compression des compositions E5b, E10b et E20b, exprimées en en N/mm<2>

Table 8

[0072] Reference

60

E 5b

59

E10b

57,9

E20b

39,5

[0073] La table 9 décrit la résistance à la compression des compositions E5b, E10b et E20b, exprimées en valeur relative par rapport à la référence.

Table 9 :

[0074] Reference

100

E 5b

98

E10b

97

E20b

66

[0075] La table 10 décrit la composition des échantillons E5c, E10c et E20c comprenant respectivement 5g, 10g et 20 g de matière organique pour 100 g de composition, laquelle comprend en outre du gravier et du superplastifiant SP. Les différents échantillons comportent une quantité d'eau identique. Les valeurs dans la table sont exprimées en Kg/m<3>.

Table 10:

[0076] Reference

913.1

0.0

1897.3

2.7

531.1

0.60

E 5c (5%)

881.3

44.1

1831.2

6.0

509.6

0.60

E 10c (9%)

851.9

85.2

1770.1

8.8

489.9

0.60

E 20c (17%)

799.1

159.8

1660.5

13.1

455.1

0.60

[0077] La table 11 décrit la résistance à la compression des compositions E5c, E10c et E20c, exprimées en en N/mm<2>.

Table 11

[0078] Reference

31,9

E 5c

31,9

E10c

22,2

E20c

15,9

[0079] La table 12 décrit la résistance à la compression des compositions E5c, E10c et E20c, exprimées en valeur relative par rapport à la référence.

Table 12 :

[0080] Reference

100

E 5c

100

E10c

70

E20c

50

Numéros de référence employés sur les figures

[0081] 10 Matière inorganique 20 Matière organique 21 Biomasse 30 Composition cimentaire 40 Matériau final 100 Unité de conversion 101 Broyeur 102 Dispositif de chauffage 140 Ensemble d'entrainement 141 Rotor 142 Stator 143 Axe d'entrainement 144 Tête d'entrainement 145 Canaux de rotor 146 Canaux de stator 200 Citerne 201 Moyen de brassage

Claims

1. Composition cimentaire (30) comprenant : – une quantité de matière inorganique (10), et – une quantité de matière organique (20), dans laquelle la proportion de matière organique par rapport à la matière inorganique est dans un rapport massique compris entre 1/99 et 40/60, la matière organique comprend au moins 60% en masse de carbone, une proportion molaire d'oxygène / carbone de 0,5 ou moins, et une aire de surface de 20 m<2>/g ou moins.

2. Composition cimentaire selon la revendication 1, dans laquelle les matières organique (20) et inorganique (10) sont sous forme de poudre, où la taille des particules de matière inorganique est comprise entre 0,1 micromètre et 200 micromètres et la taille des particules de matière organique (20) est comprise entre 1 micromètre et 100 micromètres.

3. Composition selon la revendication 2, dans laquelle la taille moyenne des particules de matière organique (20) est identique ou similaire à 10% près à celle des particules de matière inorganique (10).

4. Composition selon la revendication 2, dans laquelle la taille moyenne des particules de matière organique (20) est sélectionnée parmi des particules de petite taille, comprises entre 1 et 30 micromètres, des particules de taille intermédiaires comprises entre 40 et 60 micromètres, des particules de grosse taille comprises entre 70 et 100 micromètre, ou un mélange de tels types de particules.

5. Composition selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle la masse volumique absolue des particules de matière organique (20) est supérieure à 1 g/cm<3>, et/ou représente plus de 30% ou 50% de la masse volumique absolue des particules de matière inorganique (10).

6. Composition selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle la matière inorganique comprend du calcaire et de l'argile dans des proportions massiques comprises entre 60/40 et 90/10.

7. Composition selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle la matière inorganique est de type ciment de Portland.

8. Procédé pour la production d'une composition cimentaire (30) selon l'une des revendications 1 à 7, comprenant les étapes de : – Sélectionner ou produire une quantité de matière inorganique (10) sous forme de poudre dont les particules ont une taille moyenne comprise entre 0,1 micromètre et 200 micromètres, – Sélectionner ou produire une quantité de matière organique (20) sous forme de poudre, dont la taille moyenne de particule est comprise entre 1 micromètre et 100 micromètres, – Mélanger les poudres de matière organique (20) et inorganique (10) de sort que la proportion de matière organique par rapport à la matière inorganique est dans un rapport massique compris entre 1/99 et 40/60, dans lequel la teneur en carbone de la matière organique (20) est supérieure à 60% en masse, proportion molaire d'oxygène / carbone de 0,5 ou moins et son aire de surface est de 5m<2>/g ou moins.

9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel l'étape de mélanger les poudres de matière organique (20) et inorganique (10) est effectuée par malaxage mécanique au moyen de pales ou de citernes rotatives et/ou par vibration et/ou par convoyage.

10. Procédé selon l'une des revendications 8 et 9, dans lequel l'étape de produire une quantité de matière organique (20) sous forme de poudre, dont la taille moyenne de particule est comprise entre 1 micromètre et 100 micromètres, est effectuée par traitement thermique de biomasse (21) à une température comprise entre 200°C et 400°C à pression atmosphérique pendant une durée inférieure à 10 minutes, concomitant au broyage de la biomasse (21), de sorte à produire directement des particules de la taille requise à l'issue du traitement thermique.

11. Procédé selon la revendication 10, ladite biomasse étant dispersée dans un fluide vecteur et mise en circulation dans une boucle de conversion comprenant un broyeur adapté au broyage de la matière organique (20).

12. Particules de matière organique (20) comprenant au moins 60% en masse de carbone, une proportion molaire d'oxygène / carbone de 0,5 ou moins, et une aire de surface de 5 m<2>/g ou moins.

13. Particules de matière organique (20) selon la revendication 12, ayant une masse volumique absolue supérieure à 1 g/m<3>.

14. Matériau final (40) comprenant la composition selon l'une des revendications 1 à 7, du sable et de l'eau, le matériau final ayant une résistance à la compression comprise entre 60% et 90% de la résistance à la compression d'un matériau final ne comprenant pas de matière organique (20).