L'utilisation d'un marc de café en béton a un effet inattendu

La culture du café est partout et l'impact de la boisson sur la productivité humaine est indéniable. Mais notre obsession a un coût environnemental. Chaque année, les humains produisent plus de 7 millions de tonnes de déchets de terrain de café, une quantité qui présenterait un défi de transformation même le plus biodégradable des déchets. Pour voir si ces terrains pourraient être utilisés, une équipe de chercheurs de l'Université RMIT à Melbourne a développé une étude qui a abouti à une découverte surprenante: dans les bonnes conditions, le terrain de café dépensé peut en fait rendre le béton plus fort.

Dans l'étude publiée dans le Journal of Cleaner Production en 2023, les chercheurs ont constaté que lorsque des terrains de café sont convertis en une substance appelée Biochar – un matériau similaire au charbon de bois produit à partir de matériaux organiques en feu – et mélangés avec du béton (en remplacement d'une partie du sable normalement utilisé), le composite qui résulte devient significativement plus durable que le concret régulier. Plus qu'une nouveauté, la découverte a le potentiel de résoudre deux problèmes environnementaux majeurs simultanément: réduire les déchets organiques et assouplir la demande de sable naturel, qui, ainsi que d'autres dépôts de matériaux précieux sur la planète, est de plus en plus approprié en raison de la construction rapide et de la surextraction. Cela pourrait également aider les entreprises à construire des maisons plus respectueuses de l'environnement.

Le béton est l'un des matériaux les plus utilisés sur la planète – et également l'un des plus éprouvants. Sa production est responsable d'environ 8% des émissions mondiales de dioxyde de carbone, selon un rapport de l'Université de Princeton. Dans le même temps, des millions de livres de déchets alimentaires biologiques, y compris des terrains de café, génèrent du méthane à mesure qu'ils se décomposent, contribuant au changement climatique. L'utilisation d'un marc de café de cette façon pourrait aider à résoudre les deux problèmes. Voici comment les chercheurs l'ont accompli.

Pour tester le potentiel des déchets de café dans la construction, l'équipe de l'Université RMIT n'a pas simplement jeté un terrain d'occasion dans un mélange en béton et espérer le meilleur. Le marc de café cru est trop instable et organique pour contribuer beaucoup structurellement. Au lieu de cela, les chercheurs ont appliqué un processus appelé pyrolyse – chauffant les terrains usés en l'absence d'oxygène – pour les transformer en biochar, un matériau poreux riche en carbone similaire au charbon de bois.

L'équipe a expérimenté deux températures de pyrolyse différentes: 662 et 932 degrés Fahrenheit. Ce qu'ils ont trouvé était frappant. Le biochar qui a été produit à 662 degrés Fahrenheit et utilisé pour remplacer 15% de la teneur en sable dans un mélange de béton standard a entraîné un matériau final de 29,3% plus fort que le béton traditionnel. Le biochar produit à 932 degrés Fahrenheit, en revanche, était moins efficace, démontrant à quel point le contrôle de la température est essentiel pour atteindre les performances optimales du matériau. Pourquoi ça marche? La réponse réside dans la microstructure du biochar du café. Sa surface élevée et sa nature poreuse lui permettent de mieux se lier avec la pâte de ciment, augmentant l'adhésion interfaciale dans le mélange de béton.

Bien que la durabilité à long terme du mélange n'ait pas encore été testée, l'équipe explore comment le matériau fonctionne sous divers tests de contrainte qui incluent des températures extrêmes et des abrasions. Les résultats de l'étude sont un signe encourageant que l'industrie mondiale de la construction pourrait trouver des alternatives à notre processus actuel de fabrication de béton. « L'extraction en cours de sable naturel dans le monde – généralement tiré des lits de rivières et des banques – pour répondre aux demandes croissantes de l'industrie de la construction a un impact important sur l'environnement », a déclaré le professeur Jie Jie Jie University. « Il y a des défis critiques et durables dans le maintien d'une offre durable de sable en raison de la nature finie des ressources et des impacts environnementaux de l'exploitation de sable. »