Skip to main content

29 Jan, 2024

Une étude montre qu’un produit à base de charbon pourrait remplacer le sable dans le béton

Une étude montre qu’un produit à base de charbon pourrait remplacer le sable dans le béton

La dépendance mondiale à l’égard du béton, le deuxième matériau le plus consommé après l’eau, conduit à une crise de l’environnement et des ressources, avec des taux d’extraction de sable dépassant la reconstitution naturelle .

Une étude menée par des chercheurs de l’Université Rice publiée dans la revue ACS Applied Materials & Interfaces a révélé que le graphène dérivé du coke métallurgique, un produit à base de charbon, pourrait servir non seulement d’additif de renforcement dans le ciment, mais également de remplacement du sable dans le béton.

« Cela pourrait avoir un impact majeur sur l’une des plus grandes industries au monde », a déclaré James Tour, professeur TT et WF Chao de Rice et professeur de chimie, de science des matériaux et de nano-ingénierie. « Nous avons comparé le béton fabriqué à partir de granulats de graphène avec du béton fabriqué à partir de granulats de sable appropriés, et nous avons constaté que notre béton est 25 % plus léger mais tout aussi résistant. »

Le béton, un mélange de granulats comme le sable et le gravier liés au ciment et à l’eau, est essentiel au développement urbain. Alors que 68 % de la population mondiale vivra dans des zones urbaines d’ici 2050, la demande de béton et donc d’extraction de sable devrait augmenter considérablement. Ce chiffre a triplé au cours des deux dernières décennies, pour atteindre environ 50 milliards de tonnes par an. Cependant, cela a un coût environnemental important.

La production de ciment, composant clé du béton, représente 8 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone. De plus, l’exploitation du sable, largement non réglementée, constitue une menace grave pour les écosystèmes fluviaux et côtiers. Selon un rapport des Nations Unies de 2022, cette demande croissante de sable, associée à la croissance démographique et à l’expansion urbaine, pourrait bientôt déclencher une « crise du sable ».

En appliquant sa technique de chauffage Joule au coke métallurgique, le laboratoire de la Tour a créé un type de graphène qui pourrait remplacer le sable dans le béton.

« Les premières expériences où le coke métallurgique était converti en graphène ont abouti à un matériau dont la taille semblait similaire à celle du sable », a déclaré Paul Advincula, un ancien doctorant de Rice et l’un des principaux auteurs de l’étude. « Nous avons décidé d’explorer l’utilisation du graphène métallurgique dérivé du coke pour remplacer totalement le sable dans le béton, et nos résultats montrent que cela fonctionnerait très bien. »

Les tests comparant le béton conventionnel au béton fabriqué à partir de granulats de graphène donnent des résultats prometteurs. Le béton à base de graphène correspond non seulement aux propriétés mécaniques du béton standard, mais offre également un rapport résistance/poids plus élevé.

Le laboratoire de James Tour a utilisé le chauffage Flash Joule pour diverses applications, notamment la synthèse de nanomatériaux de carbone hybrides, le recyclage de pièces de batteries et l’élimination des métaux lourds des cendres volantes de charbon.

« Cette technique produit du graphène plus rapidement et à plus grande échelle que les méthodes précédentes », a déclaré Paul Advincula.

Avec le potentiel de réduire la dépendance au sable naturel et de réduire les émissions de carbone de l’industrie du béton, cette nouvelle technologie pourrait conduire à des pratiques de développement urbain plus durables .

« Il faudra un certain temps pour que le prix du graphène redevienne suffisamment bas pour que cela soit viable », assure James Tour. « Mais cela montre simplement qu’il existe des alternatives que nous pouvons poursuivre. »

Satish Nagarajaiah, professeur de génie civil et environnemental et de génie mécanique et auteur correspondant de l’étude, a souligné que « 30 % du béton est composé de sable, soit une part importante ».

« Le fait que nous soyons au bord d’une « crise du sable » nous motive à rechercher des alternatives, et le coke métallurgique, qui coûte à peu près le même prix que le sable , soit environ 10 % du prix du béton, pourrait contribuer non seulement à améliorer -un béton de qualité, mais cela se traduira également à terme par des économies significatives », conclut Satish Nagarajaiah.

https://techxplore.com/news/2024-01-coal-based-product-sand-concrete.html