Le déchet de betterave sucrière qui pourrait réinventer le béton

Du sucre pour un béton plus écologique

Pour créer un béton plus durable et respectueux de l’environnement, il faut un ingrédient surprenant : le sucre. Ou du moins, un sous-produit issu de sa production : le déchet de betterave.

Une étude menée par des chercheurs de l’Université d’État de l’Idaho au sein du Département de génie civil et environnemental révèle qu’en remplaçant une partie du ciment utilisé dans le béton par du carbonate de calcium précipité (PCC) – un déchet produit lors de la transformation des betteraves sucrières en sucre raffiné – il est possible de conserver une résistance similaire à celle du béton conventionnel.

Le PCC est chimiquement identique à sa version naturelle, le calcaire. Actuellement, pour fabriquer du ciment, les fabricants chauffent du calcaire, de l’argile et d’autres matériaux, puis les broient en poudre. Ce processus de production de ciment représente environ 8 % de toutes les émissions mondiales de dioxyde de carbone, selon un rapport de 2018 du think tank Chatham House.

Figure 1. (a) Émissions de dioxyde de carbone, adaptées de l’Alliance mondiale pour les bâtiments et la construction [5] ; et (b) fumées produites lors de la fabrication du ciment [6].

« J’ai appris l’existence du carbonate de calcium précipité grâce à un étudiant en génie civil, Joe Shurtleff », a précisé Mustafa Mashal, professeur associé au Département de génie civil et environnemental et expert en ingénierie des structures. « Il y a eu une volonté d’explorer des substituts écologiques pour réduire la consommation de ciment dans le béton, et j’ai immédiatement pensé à étudier ce matériau pour remplacer partiellement le ciment. »

Des tests prometteurs pour un béton plus vert

Pour vérifier cette hypothèse, l’équipe de recherche a effectué une série de tests à petite échelle sur des échantillons de béton contenant différentes proportions de PCC et un échantillon témoin de béton conventionnel. Ils ont découvert que jusqu’à 30 % du ciment utilisé pour fabriquer le béton peut être remplacé par du carbonate de calcium précipité sans compromettre les normes de la Société américaine pour les essais et les matériaux.

Véhicule agricole récoltant des betteraves à sucre dans un champ cultivé

En plus d’étudier les possibilités plus écologiques pour le ciment, l’équipe de recherche a également examiné l’utilisation d’agrégats de béton recyclé à la place du sable ou des pierres concassées couramment utilisés comme agrégats.

Les agrégats de béton recyclé sont des morceaux de béton déjà utilisés qui sont broyés aux dimensions souhaitées pour le projet. Ici, les résultats ont montré que jusqu’à 100 % des agrégats peuvent être remplacés par du béton recyclé sans sacrifier la résistance. Un rapport de 2020 de l’Agence pour la protection de l’environnement indique que 381 millions de tonnes, soit deux livres sur trois de débris de démolition, sont attribuables au béton aux États-Unis.

« La production de béton conventionnel génère d’importantes émissions de carbone et consomme une quantité significative de matières premières à l’échelle mondiale », a ajouté Kabiraj Phuyal, étudiant en génie civil et auteur principal de l’étude. « Explorer des options plus vertes et durables pour la production de béton est important pour répondre aux préoccupations environnementales. De plus, le béton que nous avons testé pourrait offrir une alternative moins coûteuse pour les constructeurs, car il utilise des matériaux recyclés et upcycler. »

Des recherches à approfondir pour valider cette solution

Si les perspectives du béton plus écologique sont prometteuses, il faudra encore le soumettre à des tests supplémentaires. Les chercheurs prévoient de continuer à tester ce nouveau mélange de béton plus respectueux de l’environnement pour évaluer sa résistance au gel-dégel, sa dureté de surface et d’autres critères afin de déterminer sa durabilité globale et sa capacité à résister aux conditions réelles.

Figure 2. (a) Résidu de chaux de carbonatation (CLR) sous forme de poudre ; (b) Image SEM du CLR [22].

« Nous avons l’intention de poursuivre nos recherches et d’explorer d’autres aspects de ce béton écologique en utilisant des matériaux recyclés et des sous-produits que nous avons développés à l’ISU », a commenté Mustafa Mashal. « Nous collaborons également avec nos partenaires industriels pour identifier des applications pour ces mélanges de béton. »

« Travailler sur ce projet a été une expérience passionnante et enrichissante pour moi», a conclu Phuyal. « C’était une excellente occasion d’appliquer ce que j’ai appris et mes compétences en matière de construction écologique. »

En synthèse

Les chercheurs ont mis en évidence l’utilisation potentielle du carbonate de calcium précipité, un sous-produit de la production de sucre, pour remplacer une partie du ciment dans le béton et ainsi réduire son impact environnemental. Les tests réalisés montrent des résultats prometteurs en termes de résistance et d’utilisation de matériaux recyclés. Cependant, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour valider cette solution écologique avant son adoption à grande échelle.

Pour une meilleure compréhension

1. Qu’est-ce que le carbonate de calcium précipité (PCC) ?

Le carbonate de calcium précipité (PCC) est un déchet produit lors de la transformation des betteraves sucrières en sucre raffiné. Il est chimiquement identique au calcaire, sa version naturelle.

2. Comment le PCC peut-il être utilisé dans le béton ?

Le PCC peut remplacer une partie du ciment utilisé dans le béton, permettant ainsi de réduire la consommation de ciment et l’impact environnemental de la production de béton.

3. Quelle proportion de ciment peut être remplacée par du PCC ?

Selon les tests réalisés, jusqu’à 30 % du ciment utilisé pour fabriquer le béton peut être remplacé par du carbonate de calcium précipité sans compromettre les normes de l’American Society for Testing and Materials.

4. Qu’est-ce que l’agrégat de béton recyclé ?

L’agrégat de béton recyclé est constitué de morceaux de béton déjà utilisés qui sont broyés aux dimensions souhaitées pour un projet. Il peut remplacer le sable ou les pierres concassées couramment utilisés comme agrégats.

5. Quels sont les avantages du béton utilisant du PCC et des agrégats recyclés ?

Les avantages potentiels incluent une réduction des émissions de carbone, une utilisation moindre de matières premières, une meilleure durabilité et un coût potentiellement inférieur pour les constructeurs en raison de l’utilisation de matériaux recyclés et upcyclés.

Principaux enseignements

Description
Le PCC est un déchet de la production de sucre et est chimiquement identique au calcaire.
Le PCC peut remplacer jusqu’à 30 % du ciment dans le béton sans compromettre sa résistance.
L’utilisation de PCC dans le béton peut réduire les émissions de CO2 et la consommation de matières premières.
Les agrégats de béton recyclé peuvent remplacer jusqu’à 100 % des agrégats traditionnels.
Le béton utilisant du PCC et des agrégats recyclés pourrait offrir une alternative moins coûteuse pour les constructeurs.
La production de ciment représente environ 8 % de toutes les émissions mondiales de CO2.
381 millions de tonnes de débris de démolition sont attribuables au béton aux États-Unis.
Des tests supplémentaires sont nécessaires pour valider la durabilité du béton utilisant du PCC et des agrégats recyclés.
Les chercheurs de l’Université d’État de l’Idaho travaillent sur cette solution écologique.
Des collaborations avec des partenaires industriels sont en cours pour identifier des applications pour ces mélanges de béton.

Références

Article : “A Sustainable and Environmentally Friendly Concrete for Structural Applications” – https://www.mdpi.com/2071-1050/15/20/14694#B1-sustainability-15-14694

[ Rédaction ]

               

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