Une start-up de Los Angeles utilise l'IA pour réduire l'empreinte carbone du béton

Au cours de la dernière décennie, les chercheurs de l’Institute for Carbon Management de l’UCLA (université de Californie à Los Angeles) ont travaillé sur la manière d’utiliser les données pour réduire les effets néfastes du béton sur l’environnement. Aujourd’hui, la startup Concrete.ai, qui s’appuie sur leurs travaux, a annoncé que les essais sur le terrain réalisés à l’aide de son logiciel piloté par l’IA ont permis de réduire les émissions de 30 %, tout en diminuant les coûts de plus de 5 dollars (4,60 euros) par mètre cube.

Un article de Amy Feldman pour Forbes US – traduit par Lisa Deleforterie

L’enjeu est de taille, car le ciment, l’ingrédient clé du béton, est à l’origine de 8 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone, le gaz qui réchauffe la planète de manière catastrophique. Pourtant, le béton est omniprésent – il est utilisé dans les bâtiments, les routes et d’autres structures dans le monde entier – en raison de sa durabilité et de son faible coût. Le ciment, dont l’ingrédient principal est généralement du calcaire broyé, est un important producteur de gaz à effet de serre, à la fois en raison de la réaction chimique qui le crée et des combustibles fossiles nécessaires pour chauffer les fours où il est produit. Si vous pouvez utiliser moins de ciment dans votre béton, tout en conservant une résistance suffisante pour le travail à effectuer, cela se traduit par une réduction importante des émissions de carbone.

« Du point de vue de l’impact, il s’agit de trois fois plus d’émissions que l’aviation », a déclaré Alex Hall, PDG de Concrete.ai, à Forbes. « Nous n’avons pas vu d’avancées technologiques dans le monde de la conception et de la fabrication du béton depuis près de 50 ans.

Bien que nous considérions le béton comme un produit de base, il englobe en réalité des millions de formulations possibles avec des différences structurelles variables. Les différents types de béton utilisent des quantités différentes de ciment, en fonction de la résistance requise. Par exemple, le béton utilisé pour construire des colonnes nécessite généralement plus de ciment que les simples dalles de béton. »

L’entreprise Concrete.ai, basée à Los Angeles, utilise l’IA générative pour optimiser différents mélanges de béton, en indiquant aux fabricants de béton de remplacer le ciment par des cendres volantes ou du laitier, par exemple, ou de modifier les roches ou les agrégats qui y sont combinés afin d’utiliser moins de ciment. L’objectif est de réduire la quantité de ciment nécessaire tout en créant un béton suffisamment résistant pour ce qu’il doit faire, ce qui permet à la fois de réduire les coûts et les effets néfastes du matériau sur l’environnement.

« Une partie de la modélisation qui a été brevetée nous permet d’effectuer 3 à 4 millions d’itérations différentes sur une recette spécifique », a déclaré M. Hall. « En fonction de ce que vous recherchez, vous sélectionnez la recette optimale. Il s’agit d’un calcul de masse. »

Commercialisation de la technologie

Lors de l’événement World of Concrete qui s’est tenu fin janvier à Las Vegas, la startup a annoncé que sa technologie, qu’elle appelle Concrete Copilot, était désormais disponible pour une utilisation commerciale. À ce jour, la startup en phase de démarrage a trouvé trois clients commerciaux et espère en recruter un quatrième prochainement. Chaque client représente plusieurs centrales à béton, et M. Hall a déclaré qu’il s’attendait à être présent dans 80 centrales d’ici la fin de l’année. Il s’attend à ce que le chiffre d’affaires atteigne 1,5 million de dollars (1,38 million d’euros) en 2024, alors qu’il n’était que de 250 000 dollars (230 000 euros) l’année dernière. Le PDG de Concrete.ai a déclaré que l’espoir ultime de la startup est de réduire l’empreinte carbone annuelle mondiale de quelque 500 millions de tonnes en optimisant les mélanges de béton.

« Nous travaillons depuis plus de 10 ans pour essayer de comprendre comment utiliser l’IA et l’apprentissage automatique pour réinventer de vieux matériaux traditionnels comme le béton », explique Mathieu Bauchy, professeur associé à l’UCLA et cofondateur de Concrete.ai.

La résolution du problème du ciment et du béton a attiré de plus en plus l’attention des entrepreneurs et des investisseurs. Prometheus Materials, une entreprise dérivée de l’université du Colorado, a mis au point un procédé permettant de transformer les algues en ciment en utilisant un processus similaire à celui de la formation naturelle du corail et des coquillages. Terra CO2, soutenu par Breakthrough Energy Ventures de Bill Gates, propose une alternative au ciment à faible teneur en carbone, tandis que Brimstone Energy, avec un financement de la société de capital-risque DCVC, travaille à la commercialisation d’un ciment à teneur en carbone négative.

Aux États-Unis, de nouvelles réglementations, tant au niveau fédéral qu’au niveau des États, y compris les règles relatives aux achats publics dans le cadre de la loi sur la réduction de l’inflation et le programme « Buy Clean Concrete » récemment adopté dans l’État de New York, incitent également les promoteurs à chercher à réduire leur empreinte carbone.

Les chercheurs de Concrete.ai s’intéressent également à d’autres matériaux complexes qui pourraient bénéficier de ses formulations pilotées par l’IA afin de réduire les coûts et les dommages causés à l’environnement. Selon M. Hall, la technologie de l’entreprise pourrait également être utilisée pour valider le « ciment vert » (terme désignant les alternatives à faible teneur en carbone, telles que celles créées par Prometheus et Brimstone) et d’autres nouveaux matériaux.

En 2016, M. Hall, cadre de longue date chez Holcim, le géant suisse des matériaux de construction, a vu un article avec une photo de Gaurav Sant, professeur de durabilité Pritzker à l’UCLA, expliquant comment transformer le CO2 en béton durable. « Je me suis dit : « C’est l’avenir, je dois m’impliquer avec ces personnes » », a-t-il déclaré. En 2017, alors qu’il travaillait chez Suffolk Construction, M. Hall est devenu membre du conseil consultatif de CarbonBuilt, une entreprise dérivée de l’UCLA qui incorpore les émissions de CO2 dans du béton à très faible teneur en carbone.

Pendant ce temps, Mathieu Bauchy, un scientifique de 38 ans spécialisé dans le calcul des matériaux et professeur associé à l’UCLA, travaillait sur le modèle qui sous-tend Concrete.ai. « Cela fait plus de dix ans que nous essayons de comprendre comment utiliser l’IA et l’apprentissage automatique pour réinventer de vieux matériaux traditionnels comme le béton », explique-t-il. « Il s’agit simplement d’un problème de données. »

Les débuts de Concrete.ai

En 2021, M. Bauchy (qui est également directeur de la technologie de l’entreprise) et M. Sant ont transformé ces recherches en Concrete.ai. En septembre, M. Hall est devenu PDG de l’entreprise. Celle-ci a levé un total de 3 millions de dollars (2,7 millions d’euros) et cherche à obtenir 2 millions de dollars (1,8 million d’euros) supplémentaires pour développer ses activités de recherche et de développement.

Au cours des trois dernières années, Concrete.ai a testé ses modèles en collaboration avec des producteurs de béton à travers les États-Unis. Elle a optimisé les mélanges utilisés dans plus de 2 millions de mètres cubes de béton, soit suffisamment pour remplir 681 piscines olympiques. L’entreprise a déclaré avoir économisé en moyenne 5,04 dollars (4,65 euros) par mètre cube, tout en réalisant une réduction moyenne de 30 % des émissions de carbone, en optimisant les mélanges afin de réduire la quantité de ciment nécessaire. Le PDG de Concrete.ai s’est dit « complètement sous le choc » à la vue de ces résultats.

Chris Rapp, vice-président et directeur général de VCNA Prairie Materials, une filiale du géant brésilien du ciment Votorantim Cimentos ayant des activités dans l’Illinois, l’Indiana et le Michigan, a commencé à travailler avec Concrete.ai pour ses premiers essais sur le terrain. « Au cours des quatre ou cinq dernières années, nous avons vu le marché devenir plus conscient de l’empreinte carbone de ces bâtiments », a-t-il déclaré. « Comme les promoteurs sont de plus en plus conscients de leur empreinte carbone, ils exercent une pression accrue sur nous pour que nous résolvions ce problème. »

« Au début, l’entreprise faisait sa propre R&D et cherchait des produits alternatifs. Puis, il y a quelques années, VCNA Prairie Materials, qui possède 25 usines dans le Midwest, a pris contact avec Concrete.ai et a commencé à tester l’outil », explique M. Rapp. Selon lui, pour sa taille, il s’agissait d’une meilleure solution que les autres. « Nous sommes de si gros consommateurs de matériaux que nous avons besoin d’une solution évolutive », a-t-il déclaré.

Aujourd’hui, VCNA Prairie Materials a déployé Concrete.ai dans près de la moitié de ses usines. Il est actuellement utilisé pour optimiser les matériaux d’un grand projet d’entrepôt industriel qui, selon M. Rapp, nécessitera entre 20 000 et 30 000 mètres cubes de béton. À titre de comparaison, un camion de béton ne transporte que huit mètres cubes à la fois.

« À l’heure actuelle, aucun autre matériau n’est en mesure de répondre à l’échelle du béton », a déclaré M. Bauchy. « À un moment donné, nous devons prendre une décision : Voulons-nous construire de nouvelles choses et réparer les infrastructures existantes ? Si oui, nous devons continuer à travailler avec le ciment et trouver des moyens de l’utiliser plus efficacement. »