Face à la crise environnementale et de ressources liée à la dépendance mondiale au béton, une solution innovante émerge. Des chercheurs de l’Université Rice ont découvert que le graphène, dérivé du coke métallurgique, pourrait non seulement renforcer le ciment, mais aussi remplacer le sable dans le béton.
Le béton et la crise du Sable
Le béton, mélange d’agrégats comme le sable et le gravier liés par du ciment et de l’eau, est essentiel au développement urbain. Avec 68% de la population mondiale prévue pour vivre en milieu urbain d’ici 2050, la demande de béton et donc l’extraction de sable devrait augmenter de manière significative. Cette dernière a triplé au cours des deux dernières décennies, atteignant environ 50 milliards de tonnes par an. Toutefois, cela a un coût environnemental significatif.
La production de ciment, composant clé du béton, représente 8% des émissions mondiales de dioxyde de carbone. De plus, l’extraction de sable, largement non réglementée, pose de graves menaces pour les écosystèmes fluviaux et côtiers.
Selon un rapport des Nations Unies de 2022, cette demande croissante de sable, couplée à la croissance de la population et à l’expansion urbaine, pourrait bientôt déclencher une «crise du sable».
Le Graphène comme Substitut Potentiel au Sable
En appliquant sa technique signature de chauffage par Joule au coke métallurgique, le laboratoire Tour a créé un type de graphène qui pourrait servir de substitut au sable dans le béton.
« Les expériences initiales où le coke métallurgique a été converti en graphène ont abouti à un matériau qui semblait similaire en taille au sable », a expliqué Paul Advincula, un ancien doctorant de Rice qui est l’auteur principal de l’étude.
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« Nous avons décidé d’explorer l’utilisation du graphène dérivé du coke métallurgique comme remplacement total du sable dans le béton, et nos résultats montrent que cela fonctionnerait vraiment bien. »
Des Résultats Prometteurs
Les tests comparant le béton conventionnel avec le béton fabriqué à partir d’agrégats de graphène montrent 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 supérieur.
« Cette technique produit du graphène plus rapidement et à une plus grande échelle que les méthodes précédentes », a ajouté Paul Advincula. Avec le potentiel de réduire la dépendance au sable naturel et de diminuer les émissions de carbone de l’industrie du béton, cette nouvelle technologie pourrait conduire à des pratiques de développement urbain plus durables.
Un Avenir Plus Durable
« Il faudra du temps pour que le prix du graphène devienne suffisamment bas pour rendre cela viable », a déclaré James Tour, professeur de chimie à la Rice. « Mais cela montre qu’il existe des alternatives que nous pouvons poursuivre. »
Satish Nagarajaiah, professeur de génie civil et environnemental et de génie mécanique qui est un auteur correspondant de l’étude, a souligné que « 30% du béton est composé de sable – une part significative ».
« Le fait que nous soyons au bord d’une ‘crise du sable’ nous motive à chercher des alternatives, et le coke métallurgique, qui coûte environ le même prix que le sable, soit environ 10% du coût du béton, pourrait non seulement aider à fabriquer un béton de meilleure qualité, mais aussi se traduire par des économies significatives à terme », a conclu Satish Nagarajaiah.
Article : « Replacement of Concrete Aggregates with Coal-Derived Flash Graphene » – DOI: 10.1021/acsami.3c15156
