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Des scientifiques de l’université de Rice ont optimisé un procédé permettant de convertir les déchets de pneus en graphène qui peut, à son tour, être utilisé pour renforcer le béton. Les avantages environnementaux de l’ajout de graphène au béton sont évidents, a déclaré le chimiste James Tour.

Convertir les déchets de pneus en graphène 

« Le béton est le matériau le plus produit dans le monde, et le simple fait de le fabriquer produit jusqu’à 9 % des émissions de dioxyde de carbone dans le monde », a déclaré Tour. « Si nous pouvons utiliser moins de béton dans nos routes, nos bâtiments et nos ponts, nous pouvons éliminer une partie des émissions au tout début. »
Les déchets de pneus recyclés sont déjà utilisés comme composants du ciment Portland, mais il a été prouvé que le graphène renforce les matériaux cimentaires, dont le béton, au niveau moléculaire. Alors que la majorité des 800 millions de pneus mis au rebut chaque année sont brûlés comme combustible ou broyés pour d’autres applications, 16 % d’entre eux finissent dans des décharges.
« En récupérant ne serait-ce qu’une fraction de ces pneus pour en faire du graphène, des millions de pneus ne se retrouveront pas dans les décharges », a déclaré M. Tour. Le procédé « flash » introduit par M. Tour et ses collègues en 2020 a été utilisé pour convertir des déchets alimentaires, du plastique et d’autres sources de carbone en les exposant à une décharge électrique qui élimine tout sauf les atomes de carbone de l’échantillon.
Ces atomes se réassemblent en un précieux graphène turbostratique, dont les couches désalignées sont plus solubles que le graphène produit par exfoliation à partir du graphite. Il est donc plus facile à utiliser dans les matériaux composites.

Ils ont optimisé ce processus

La transformation du caoutchouc en graphène s’est avérée plus difficile que celle des aliments ou du plastique, mais le laboratoire a optimisé le processus en utilisant des déchets commerciaux de caoutchouc pyrolysé provenant de pneus. Une fois les huiles utiles extraites des pneus usagés, ce résidu de carbone avait jusqu’à présent une valeur quasi nulle, a expliqué M. Tour.
Le noir de carbone dérivé des pneus ou un mélange de pneus déchiquetés et de noir de carbone commercial, peut être transformé en graphène par flashage. Le graphène turbostratique étant soluble, il peut facilement être ajouté au ciment pour fabriquer un béton plus écologique.
Le laboratoire de Rice a brûlé du noir de carbone dérivé de pneus et a constaté qu’environ 70 % du matériau s’était transformé en graphène. Lorsque des pneus en caoutchouc déchiquetés mélangés à du noir de carbone ordinaire ont été brûlés pour ajouter de la conductivité, environ 47 % se sont transformés en graphène. Les éléments autres que le carbone ont été évacués pour d’autres usages.
Les impulsions électriques duraient entre 300 millisecondes et 1 seconde. Le laboratoire a calculé que l’électricité utilisée dans le processus de conversion coûterait environ 100 dollars par tonne de carbone de départ.

Il était plus résistant

Les chercheurs ont mélangé des quantités infimes de graphène dérivé de pneus, 0,1 % en poids pour le noir de carbone de pneus et 0,05 % en poids pour le noir de carbone et les pneus déchiquetés – avec du ciment Portland et l’ont utilisé pour produire des cylindres en béton. Testés après sept jours de traitement, les cylindres ont montré des gains de 30% ou plus en résistance à la compression. Après 28 jours, 0,1 % en poids de graphène suffisait à donner aux deux produits un gain de résistance d’au moins 30 %.
« Cette augmentation de la résistance est en partie due à un effet d’ensemencement du graphène 2D pour une meilleure croissance des produits d’hydrate de ciment, et en partie due à un effet de renforcement à des stades ultérieurs », a déclaré Shahsavari. Cette nouvelle sorte de ciment sera donc plus écologique et plus résistante.
Cette recherche a été publiée dans Carbon.
Source : Rice University
Crédit photo : PXhere

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