Innovation

Des chercheurs inventent un ciment innovant et beaucoup plus résistant à base de carapaces de crevettes

La chitine est un biopolymère fabriquée par certains crustacés ou mollusques... Elle serait un ingrédient particulièrement adéquat pour produire un ciment moins polluant !

Selon l’Association mondiale du ciment et du béton (GCCA), le ciment est le matériau que l’on consomme le plus au monde… Il s’en écoule 150 tonnes par seconde, soit 14 milliards de mètres cubes de béton coulés tous les ans. Et cette production de ciment génère à elle seule environ 7% des émissions mondiales de CO2, ce qui est trois fois plus que les gaz émis par le transport aérien… Si l’on veut lutter contre le réchauffement climatique en diminuant les gaz à effet de serre, c’est donc l’un des points clés de l’innovation pour les prochaines années : le ciment « non polluant ». De scientifiques américains s’intéressent à une matière existant dans la nature pour fabriquer du ciment : la carapace de crevettes… Explications.

Quelle est l’invention des chercheurs américains ?

Sous la direction du professeur Somayeh Nassiri, des scientifiques de l’université d’État de Washington et du Pacific Northwest National Laboratory testent un bloc de ciment renforcé à la chitine… Ils ont commencé par extraire un composé appelé chitine de carapaces de crevettes qui auraient autrement été jetées. Dans leur nouvelle étude, ils démontrent que cette matière naturelle, habituellement mise au rebut, pourrait servir à fabriquer du ciment, et à le rendre encore plus résistant. Pour attester du besoin essentiel d’inventer une nouvelle manière de fabriquer du ciment, les chercheurs expliquent en préambule de leur étude : Juste après l’eau, le béton est le matériau le plus consommé sur terre (chaque personne utilise environ trois tonnes de béton chaque année). La production de cette immense quantité de béton épuise d’importantes ressources naturelles telles que le sable et les agrégats de bois et l’eau et est responsable de jusqu’à 15 % de toute la consommation d’énergie industrielle.

Les chercheurs Somayeh Nassiri et Li Hui mesurent les propriétés de cette formule de ciment qui contient des nanoparticules de chitine.
Les chercheurs Somayeh Nassiri et Li Hui mesurent les propriétés de cette formule de ciment qui contient des nanoparticules de chitine. Crédit photo : Washington State University

Qu’est-ce que la chitine ?

La chitine est un biopolymère très abondant à l’état naturel, il est le deuxième biopolymère le plus abondant après la cellulose… On la trouve dans les carapaces de la plupart des crustacés, et elle est déjà utilisée dans la production d’emballages compostables, de nanoparticules tueuses de moustiques ou sur certains revêtements antibactériens. La chitine est un matériau résistant et souple qui peut être rendu très résistant en y ajoutant du carbonate de calcium. Chez les crustacés ou mollusques en disposant, elle est produite par des glandes à chitines, que seuls ces animaux possèdent.

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L’étude en question…

Les chercheurs sont parvenus à obtenir des nanocristaux et des nanofibres de chitine, mesurant environ un millième de la largeur d’un cheveu humain. Quand ces nanofibres et nanocristaux sont ajoutés à 0.5% de leur poids dans une pâte à ciment classique, les chercheurs se sont rendu compte que le ciment durcissait et qu’il était jusqu’à 40% plus résistant à la flexion, et 12% plus résistant à la compression. Par rapport à un ciment de base, le ciment à base de carapace de crevette mettrait une heure de plus à durcir, ce qui pourrait en faire une autre qualité inattendue, notamment lorsque le ciment doit être transporté sur de longues distances dans des camions-toupies…

La chitine, le deuxième biopolymère le plus abondant dans la nature, est disponible dans les flux de déchets de l’industrie des fruits de mer. (…) la chitine provenant des déchets de carapaces de crevettes a été transformée en nanocristaux et nanofibres de chitine (Ch-NCs et Ch-NFs) pour être évaluée dans une pâte de ciment. Les résultats montrent que les Ch-NC retardent le temps de prise final jusqu’à 106 minutes, probablement par répulsion électrostatique des particules de ciment, mais les Ch-NF n’ont apporté qu’un retard maximal de 78 minutes. (…) les formes de nanochitine à 0,05 % en poids du ciment ont significativement augmenté la résistance à la flexion à 28 jours de ∼40 % et la résistance à la compression jusqu’à ∼12 %. Les résultats encourageants de cette étude indiquent la promesse des nanochitines dans la personnalisation des propriétés fraîches et durcies des matériaux à base de ciment pour des applications ciblées.Résumé de l’étude disponible sur sciencedirect.com

La durée du temps de prise, plus longue qu’avec un ciment normal, serait dû au fait que la chitine modifie les propriétés d’hydratation des particules de ciment individuelles en les repoussant. Les chercheurs doivent encore mener de nouvelles études pour savoir si le ciment à la chitine affecte les performances du béton, savoir s’il résiste au temps etc. Mais ce qui est certain, c’est que le ciment à la chitine permettra de réduire les émissions de gaz à effet de serre et permettra de recycler un déchet habituellement incinéré ! Plus d’informations : Washington State University

Méline Kleczinski

Jeune rédactrice de 20 ans, j'aime parler d'actualités, d'environnement et de ce qui se rapporte aux sciences et à la psychologie. Je suis passionnée par les animaux en général et par tout ce qui touche à leur bien-être.

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