Sustainable Water Management in Construction: Application of Natural Coagulant-Treated Greywater for Interlocking Paving Stones

L'eau est le sang vital de la construction, l'ingrédient invisible qui permet au ciment de durcir pour former les trottoirs, les allées et les rues qui façonnent nos villes. Pourtant, à mesure que les villes s'étendent et que les populations augmentent, la demande d'eau douce et propre pour mélanger le béton devient une pression sur les ressources mondiales. Bien que l'industrie de la construction consomme une partie importante de l'eau douce de la planète, il existe un réservoir vaste et souvent négligé d'eau dans nos foyers : les eaux grises. Il s'agit des eaux usées relativement propres provenant des douches, des éviers et de la lessive, distinctes des eaux fortement contaminées issues des toilettes. Le défi a toujours été de savoir comment traiter ces eaux grises de manière sûre et suffisamment peu coûteuse pour les réutiliser dans les matériaux de construction sans affaiblir le produit final. Pendant des décennies, les chercheurs ont cherché des moyens de nettoyer cette eau, s'appuyant souvent sur des traitements chimiques coûteux ou des systèmes de filtration complexes nécessitant des coûts énergétiques élevés.

Dans une étude récente, une équipe de chercheurs du Nigéria et du Royaume-Uni a exploré une approche plus simple et plus naturelle à ce problème. Ils ont étudié si les eaux grises pouvaient être nettoyées en utilisant des extraits de plantes communes — spécifiquement des graines et des écorces d'arbres et de fruits trouvés dans la région — puis utilisées pour fabriquer des pavés autobloquants. Ces pierres sont les blocs modulaires utilisés pour créer des voies piétonnes et des allées durables. Les chercheurs voulaient voir si le traitement de cette eau avec ces coagulants naturels, qui agissent comme des aimants pour attirer la saleté et les impuretés hors de l'eau, produirait des pierres tout aussi solides, ou peut-être même plus solides, que celles fabriquées avec de l'eau du robinet standard. Leur travail suggère qu'en utilisant des plantes disponibles localement, nous pourrions transformer un déchet domestique en une ressource précieuse pour construire des villes durables, réduisant ainsi le besoin de puiser dans nos réserves d'eau douce qui s'amenuisent.

L'équipe s'est donné pour mission de tester quatre matériaux naturels différents : les graines de l'arbre Moringa, les graines de la plante Cucumis melo, les écorces de la plante de bananier et les graines du fruit de la papaye. Ils ont collecté des eaux grises provenant de cités universitaires et les ont filtrées à travers un système simple de sable et de gravier. Ensuite, ils ont traité des lots de cette eau avec des extraits de chacune des quatre plantes. Le processus a permis aux protéines et enzymes naturelles présentes dans les extraits de plantes de regrouper les particules en suspension dans l'eau sale, les rendant assez lourdes pour couler au fond. Une fois l'eau clarifiée, ils ont soigneusement collecté la couche supérieure, qui était désormais beaucoup plus propre, et l'ont utilisée pour mélanger avec du ciment, du sable et de la poussière de pierre afin de créer des pavés. Ils ont fabriqué ces pierres dans une taille et une forme standard, en veillant à ce que la seule variable entre chaque lot soit le type d'eau utilisé pour le mélange. Certains pavés ont été fabriqués avec l'eau grise traitée par les plantes, d'autres avec l'eau grise non traitée, et un groupe témoin a été fabriqué avec de l'eau propre et potable provenant d'un forage universitaire pour servir de base de comparaison.

Après avoir coulé les pierres, les chercheurs les ont laissées durcir, ou polymériser, pendant des périodes spécifiques, en les maintenant immergées dans le même type d'eau qu'elles avaient utilisé pour le mélange afin de garantir un test équitable. Ils ont ensuite soumis les pierres à une série d'examens rigoureux. Ils ont mesuré la quantité d'eau que les pierres pouvaient absorber, ce qui indique leur porosité et leur fragilité potentielle. Ils ont également testé la charge que les pierres pouvaient supporter avant de se briser, une mesure appelée résistance à la compression. Enfin, ils ont utilisé des microscopes puissants pour observer la structure microscopique des pierres durcies, examinant les minuscules éléments qui les composent pour comprendre comment les différentes eaux avaient modifié la chimie interne du ciment.

Les résultats ont révélé que tous les traitements végétaux n'étaient pas égaux, et que le choix de la plante faisait une différence dramatique dans la qualité finale de la pierre. Les pierres fabriquées avec l'eau traitée par les graines de papaye ont obtenu les meilleurs résultats de tous. Ces pierres étaient nettement plus solides que celles fabriquées avec de l'eau du robinet propre. Après vingt-huit jours de durcissement, les pierres traitées à la papaye ont atteint une résistance de 11,20 mégapascals, ce qui est près de cinquante pour cent plus fort que le groupe témoin composé d'eau potable. De plus, ces pierres absorbaient très peu d'eau, signe qu'elles étaient denses et bien formées. Les chercheurs ont constaté que l'extrait de papaye contenait probablement des enzymes qui ont aidé le ciment à réagir plus efficacement, créant une structure plus serrée et plus robuste. Le traitement aux graines de Moringa a également produit d'excellents résultats, créant des pierres plus fortes que le groupe témoin, bien que pas aussi fortes que celles faites à la papaye.

Cependant, l'étude a également montré que l'utilisation du mauvais traitement pouvait être préjudiciable. Les pierres fabriquées avec l'eau traitée par les plantes Cucumis et Musa, ainsi que celles fabriquées avec de l'eau grise totalement non traitée, se sont révélées plus faibles que le groupe témoin. Ces pierres ont mis plus de temps à prendre et n'ont finalement pas atteint les mêmes niveaux de résistance que les pierres d'eau du robinet standard. Cette conclusion est crucialer car elle prouve que le simple ajout de n'importe quel matériau végétal à l'eau sale ne suffit pas ; les propriétés chimiques spécifiques de l'extrait de la plante comptent énormément. L'eau grise non traitée, en particulier, contenait des substances qui entravaient la capacité du ciment à durcir correctement, entraînant une baisse de résistance au fil du temps. Cela souligne que, bien que l'eau grise soit une ressource viable, elle doit être traitée correctement pour être utile.

Lorsque les chercheurs ont examiné les détails microscopiques des pierres, ils ont vu des preuves claires de la raison pour laquelle les pierres de papaye et de Moringa étaient si solides. Les pierres fabriquées avec les meilleurs traitements végétaux présentaient une composition chimique différente des autres. Les pierres traitées à la papaye, par exemple, possédaient un équilibre unique d'éléments suggérant une structure interne très dense et bien connectée. L'étude a confirmé que les coagulants naturels faisaient plus que simplement nettoyer l'eau ; ils modifiaient réellement l'environnement chimique dans lequel le ciment durcissait, améliorant parfois le produit final au-delà de ce que l'eau propre pourrait accomplir. Les tests d'absorption d'eau ont soutenu cela, montrant que les pierres les plus solides étaient également celles qui absorbaient le moins d'eau, indiquant une matrice solide et imperméable qui durerait probablement plus longtemps dans les conditions difficiles d'une rue urbaine.

Cette recherche offre une voie prometteuse vers la construction durable, particulièrement dans les régions où l'eau douce est rare mais où les ressources végétales sont abondantes. En démontrant que des eaux grises traitées avec des plantes locales spécifiques peuvent produire des pavés plus solides et plus durables que ceux fabriqués avec de l'eau propre, l'étude remet en question l'hypothèse selon laquelle les sources d'eau alternatives seraient intrinsèquement inférieures. Elle suggère qu'avec le traitement approprié, nous pouvons boucler le cycle de l'utilisation de l'eau dans la construction, transformant un déchet en un matériau de construction qui respecte ou dépasse les normes de sécurité. Les auteurs concluent que, bien que des travaux supplémentaires soient nécessaires pour tester la durabilité à long terme de ces pierres dans des conditions météorologiques réelles, le potentiel de l'économie d'eau douce et de réduction de l'empreinte environnementale de la construction est significatif. L'étude pointe vers un avenir où les rues sur lesquelles nous marchons pourraient être construites avec de l'eau qui était autrefois considérée comme un déchet, nettoyée par les plantes mêmes qui poussent aux côtés de nos villes.