Recycled EPS Diluted in D-Limonene as a Sustainable Stabilizer for Building Foundation Subgrade: Evaluation of Physical and Mechanical Properties in Fine Clay Soils

Sous chaque bâtiment, de l'humble maison au gratte-ciel imposant, se trouve une couche de terre qui doit être assez solide pour supporter le poids situé au-dessus. Ce sol, souvent un mélange d'argile et de limon, est le fondement de notre monde construit. Cependant, le sol naturel n'est pas toujours fiable ; il peut être trop mou, trop spongieux ou sujet aux déplacements lorsqu'il est humide. Pendant des décennies, les ingénieurs ont résolu ce problème en y mélangeant du ciment ou de la chaux pour durcir la terre. Bien qu'efficaces, ces méthodes traditionnelles ont un prix élevé pour la planète, car leur production libère de vastes quantités de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Parallèlement, le monde croule sous les déchets plastiques, particulièrement le polystyrène expansé, cette mousse légère utilisée dans les emballages et les gobelets jetables. Ce matériau est durable à l'excès, persistant dans les décharges pendant des siècles sans se décomposer. Le défi de la science moderne a été de trouver un moyen de transformer ce déchet tenace en un outil utile pour la construction sans créer de nouveaux problèmes environnementaux.

Une équipe de chercheurs issus d'universités colombiennes a adopté une approche novatrice face à ce problème, proposant une méthode qui transforme deux flux de déchets distincts en une solution unique et puissante. Ils ont étudié si le polystystyrene expansé recyclé, lorsqu'il est dissous dans un liquide naturel à base d'agrumes, pourrait être utilisé pour renforcer les sols argileux fins. L'objectif était de créer un nouveau type de stabilisant de sol qui soit non seulement efficace pour soutenir des bâtiments, mais qui réduise également l'empreinte carbone de la construction et donne une seconde vie aux déchets plastiques. En mélangeant la mousse dissoute à l'argile, les chercheurs visaient à créer un matériau composite plus fort et plus rigide que le sol seul, offrant une alternative durable aux pratiques lourdes en ciment du passé.

L'expérience a débuté avec un type spécifique de sol argileux, un sol courant dans de nombreuses régions mais souvent trop faible pour supporter des structures lourdes par lui-même. Les chercheurs ont pris des billes de polystyrène recyclé, de celles que l'on trouve dans les emballages, et les ont dissoutes dans du D-limonène, un liquide clair extrait des écorces d'orange. Ce solvant est biodégradable et non toxique, ce qui en fait un choix bien plus écologique que les solvants chimiques agressifs souvent utilisés dans les processus industriels. Ils ont créé des dizaines de petits échantillons cylindriques de cette argile, chacun mélangé avec différentes quantités de mousse dissoute et diverses concentrations de liquide à l'odeur d'orange. Ces échantillons ont ensuite été compactés étroitement et laissés à sécher à l'air libre pendant une semaine, permettant au solvant de s'évaporer et à la mousse de se fixer au sein de la matrice du sol.

Une fois les échantillons prêts, l'équipe les a soumis à une série de tests rigoureux pour voir comment ils résistaient. Ils ont mesuré la vitesse à laquelle les ondes sonores pouvaient traverser le matériau, une technique qui révèle à quel point la structure interne est dense et continue. Ils ont également soumis les cylindres à une pression immense pour voir quelle force ils pouvaient supporter avant de se fissurer. Les résultats ont été frappants. Les échantillons contenant la plus grande quantité de mousse dissoute, spécifiquement un mélange où la mousse représentait 12 % du poids total et où le solvant d'agrumes était présent à hauteur de 25 %, ont obtenu des performances exceptionnelles. Ces échantillons pouvaient supporter une pression de près de 1 010 kilopascals. Pour mettre cela en perspective, l'argile non traitée utilisée comme référence ne pouvait supporter qu'environ 123 kilopascals. Cela signifie que le nouveau mélange était près de six fois plus fort que le sol naturel, un bond massif en termes de performance.

Au-delà de la simple résistance brute, le matériau a montré d'autres propriétés prometteuses. Les échantillons contenant le plus de mousse sont devenus nettement plus rigides, ce qui signifie qu'ils sont moins susceptibles de se courber ou de se déformer sous la charge, tout en conservant suffisamment de flexibilité pour absorber les contraintes sans se briser immédiatement. Les chercheurs ont également observé que la présence de la mousse aidait à piéger le solvant d'agrumes à l'intérieur du mélange pendant plus longtemps, permettant un processus de durcissement plus uniforme à mesure que le liquide s'évaporait lentement. Cet effet d'encapsulation garantissait que la mousse se répartisse uniformément dans l'argile, créant un réseau cohérent qui liait les particules de sol entre elles. L'analyse statistique a confirmé que l'augmentation de la résistance n'était pas un coup de chance, mais le résultat direct des proportions spécifiques de mousse et de solvant utilisées.

L'étude suggère que cette combinaison de plastique recyclé et de solvant naturel offre une voie viable pour le génie géotechnique. Elle démontre que les matériaux de déchets, souvent perçus comme un fardeau, peuvent être transformés en aides à la construction de haute performance. Les chercheurs ont constaté que l'équilibre optimal nécessitait une quantité spécifique de solvant pour dissoudre efficacement la mousse sans laisser trop de liquide derrière elle, ce qui affaiblirait le produit final. Lorsque cet équilibre était atteint, le mélange de sol résultant était non seulement plus fort, mais aussi plus léger, ce qui pourrait réduire la charge globale sur les fondations d'un bâtiment. Ce double avantage, une augmentation de la résistance et une réduction du poids, obtenu grâce à la réutilisation des déchets, pointe vers un avenir plus durable pour les fondations de bâtiments.

Bien que l'étude se soit concentrée sur les propriétés physiques et mécaniques du matériau, les implications s'étendent à l'impact environnemental plus large de la construction. En remplaçant une partie du ciment habituellement utilisé pour stabiliser le sol par ce mélange de mousse recyclée, l'industrie de la construction pourrait réduire considérablement ses émissions de carbone. Le processus repose sur des matériaux déjà abondants sous forme de déchets, transformant un problème d'élimination en une ressource. Les chercheurs ont noté que les travaux futurs pourraient impliquer des tests sur l'effet de la température sur le processus de séchage afin d'optimiser davantage l'élimination du solvant, garantissant que le matériau atteigne son plein potentiel. Pour l'instant, les conclusions fournissent une preuve claire et mesurée qu'un simple mélange de liquide d'écorce d'orange et de mousse recyclée peut transformer une argile faible et instable en une base solide et fiable pour les structures de demain.