Strength Properties of High-Performance Concrete with Green Banana (Musa acuminata, AAA Group) Peel Ash as Partial Cement Replacement

Le dilemme du béton : un problème collant avec une solution verte

Imaginez le monde de la construction comme une cuisine géante et trépidante où tout le monde essaie de cuisiner le gâteau parfait et le plus solide. Pendant des décennies, l'ingrédient principal de cette recette a été le ciment. C'est la colle qui maintient nos villes ensemble, transformant le sable et les roches en gratte-ciel, en ponts et en routes. Mais voici le hic : fabriquer du ciment, c'est comme faire fonctionner un immense four qui rejette du carbone. Cela est responsable d'une énorme partie de la pollution mondiale, et il devient de plus en plus difficile d'ignorer le coût environnemental de nos jungles de béton.

Entrez dans le concept du « Béton à Haute Performance » (BHP). Voyez cela non pas comme du béton ordinaire, mais comme la version athlète et survitaminée du matériau. Il est conçu pour être incroyablement résistant, durable et capable de résister aux éléments, ce qui est parfait pour les structures lourdes du futur. Pour rendre ce béton aussi robuste, les ingénieurs y mélangent généralement des « adjuvants minéraux » spéciaux — des ingrédients secrets comme les cendres volantes ou la fumée de silice qui comblent les minuscules interstices et rendent le béton plus dense. Mais et si nous pouvions trouver un ingrédient secret qui ne soit pas seulement bon pour la planète, mais qui soit aussi un déchet que nous jetons déjà ? C'est la question que pose cette étude : pouvons-nous transformer un déchet de cuisine courant en un ingrédient de super-héros pour nos bâtiments les plus solides ?

Transformer les déchets en trésors : l'expérience de la peau de banane

Dans cette étude, une équipe de chercheurs de l'Université Internationale de Kampala a décidé de tester un produit de déchets très spécifique et local : les peaux de bananes vertes. Dans des endroits comme l'Ouganda, ces bananes (connues localement sous le nom de Matooke) sont un aliment de base, mais les peaux finissent souvent à la poubelle, pourrissant et libérant des gaz. Les chercheurs se sont demandé : si nous brûlons ces peaux et les transformons en une fine poudre grise (cendres), cette poudre pourrait-elle remplacer une partie du ciment dans le béton à haute performance ?

Pour le découvrir, ils ont traité les peaux de banane comme une expérience scientifique en cuisine. Ils ont collecté les peaux vertes, les ont séchées et les ont brûlées à une température très élevée et contrôlée de 800 °C. Cela a transformé les peaux en une cendre fine, qu'ils ont ensuite broyée et tamisée pour s'assurer qu'elle soit aussi lisse que de la farine. Ils ont analysé cette « Cendre de Peau de Banane Verte » (CPBG) pour voir de quoi elle était composée. Ils ont découvert qu'elle était riche en silice et en alumine, les mêmes substances chimiques présentes dans d'autres additifs de béton célèbres, suggérant qu'elle possédait des pouvoirs « pouzzolaniques ». En langage clair, cela signifie que la cendre peut réagir avec l'eau et le ciment pour former une colle super-solide au fil du temps.

La recette et la course

L'équipe a organisé une course pour voir quelle quantité de cendre de banane ils pouvaient substituer dans leur recette de béton sans rater le gâteau. Ils ont fabriqué cinq lots différents de Béton à Haute Performance :

1. Le Témoin : 100 % de ciment, 0 % de cendre de banane.
2. Le Mélange à 5 % : 5 % du ciment remplacé par de la cendre de banane.
3. Le Mélange à 10 % : 10 % remplacés.
4. Le Mélange à 15 % : 15 % remplacés.
5. Le Mélange à 20 % : 20 % remplacés.

Ils ont gardé tout le reste exactement identique — la quantité d'eau, de sable et de roches — afin de s'assurer que tout changement de résistance soit dû à la cendre de banane. Ils ont versé ces mélanges dans des moules et ont attendu, testant la résistance à 7 jours, 14 jours et enfin à 28 jours, ce qui est le temps standard pour observer comment le béton est devenu solide.

Les résultats : le point idéal est étroit

Les résultats ont été un peu comme des montagnes russes. Lorsqu'ils ont testé le mélange de 5 % de cendre de banane, le résultat était prometteur mais nuancé. Bien que le mélange ait montré une légère augmentation de la résistance à 28 jours, atteignant 69,08 MPa contre 67,06 MPa pour le mélange témoin, les chercheurs ont noté que cette performance était « comparable » à celle du témoin plutôt qu'un bond massif. En fait, l'étude a souligné que le mélange à 5 % avait en fait une résistance plus faible aux stades précoces (7 jours) par rapport au témoin, ne rattrapant et ne dépassant légèrement ce dernier que plus tard, à mesure que la réaction pouzzolanique avait le temps de se développer. Finalement, le mélange à % a démontré des propriétés mécaniques « satisfaisantes », prouvant qu'il pouvait égaler la résistance du ciment pur sans baisse significative.

Cependant, l'histoire a changé lorsqu'ils ont ajouté plus de cendre de banane. Dès qu'ils ont porté le remplacement à 10 %, la résistance a commencé à chuter, tombant à 60,167 MPa. Lorsqu'ils ont atteint 15 %, la résistance a dégringolé à 39,55 MPa, et à 20 %, elle était descendue à 33,314 MPa. Il semble que si un peu de cendre de banane est un ingrédient viable, trop de cendre affaiblit la structure, probablement parce qu'elle ne lie pas les roches aussi bien que le ciment.

La même tendance s'est produite avec la résistance à la traction par fendage (la capacité du béton à résister à l'étirement). Le mélange à 5 % a bien performé, atteignant 5,22 MPa, ce qui est comparable au mélange témoin de 5,01 MPa, tandis que le mélange à 20 % a lutté avec seulement 2,20 MPa.

Durabilité : empêcher l'eau de s'infiltrer

Le béton ne consiste pas seulement à être solide ; il s'agit aussi de ne pas laisser l'eau s'infiltrer, ce qui peut causer de la rouille et des fissures au fil du temps. L'équipe a testé la quantité d'eau absorbée par le béton. Le mélange de 5 % de banane était excellent pour bloquer l'eau, n'absorbant que 1,07 % de son poids en eau, ce qui est comparable au mélange témoin de 1,1 %. Mais à mesure qu'ils ajoutaient de la cendre de banane, le béton devenait plus poreux, comme une éponge. Le mélange à 20 % a absorbé 1,47 % de son poids en eau, ce qui signifie qu'il était beaucoup plus vulnérable aux dommages causés par l'humidité.

Le verdict

Alors, quelle est la conclusion ? L'étude suggère que la Cendre de Peau de Banane Verte est un ingrédient prometteur et écologique pour le Béton à Haute Performance, mais seulement si on l'utilise avec parcimonie. Remplacer seulement 5 % du ciment par cette cendre semble être le « point idéal ». Cela permet au béton d'être aussi performant que le béton ordinaire sur le long terme, en maintenant une résistance satisfaisante et en empêchant efficacement l'eau de pénétrer, tout en transformant un tas de déchets de cuisine en matériau de construction.

Cependant, les chercheurs prennent soin de préciser qu'aller au-delà de 5 % est une mauvaise idée pour ces mélanges spécifiques ; la résistance et la durabilité chutent brutalement. Ils concluent que, bien que ce soit une étape majeure vers une construction durable, nous devons être précis. Ce n'est pas un remède miracle capable de remplacer tout le ciment, mais c'est un outil puissant pour rendre notre béton plus vert et plus solide, à condition de ne pas en abuser. L'article suggère qu'avec la bonne quantité, nous pouvons construire un avenir meilleur sans jeter nos bananes.