Stabilization of Lateritic Soil Using PET Bottle Shreds and Periwinkle Shell Ash for Subgrade Layer of Road Pavement
Cette étude démontre que la stabilisation du sol latéritique avec 6 % de fragments de bouteilles en PET et 6 % de cendres de coquilles de periwinkle améliore considérablement ses propriétés d'ingénierie, augmentant particulièrement l'indice CBR de 5,5 % à 19,5 %, offrant ainsi une solution durable pour les assises de chaussée routière.
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Chaque route commence par le sol qui la soutient. Avant qu'une seule couche d'asphalte ne soit posée, les ingénieurs doivent s'assurer que le sol en dessous peut supporter le poids des voitures et des camions sans s'enfoncer ou se fissurer. Cette couche inférieure, appelée subgrade, est la fondation de toute la structure. Dans de nombreuses parties du monde, le sol disponible est de la latérite, une terre rougeâtre riche en fer et en argile. Bien que abondant, ce sol peine souvent sous la pression, surtout lorsqu'il est humide, ce qui en fait un mauvais candidat pour la construction de routes seul. Pour remédier à cela, les ingénieurs mélangent traditionnellement d'autres matériaux pour renforcer le sol, mais ces additifs peuvent être coûteux et gourmands en énergie à produire. Parallèlement, le monde est aux prises avec une montagne croissante de déchets. Les bouteilles en plastique et les coquilles de crustacés jetées après consommation sont deux de ces flux de déchets qui encombrent les décharges et nuisent à l'environnement. La question qui motive les recherches récentes est de savoir si ces deux problèmes très différents — un sol faible et des déchets excessifs — peuvent être résolus ensemble en transformant les ordures en un outil de construction.
Une équipe de chercheurs de l'Université de Covenant au Nigéria s'est donné pour mission de tester cette idée en utilisant deux types spécifiques de déchets : du plastique déchiqueté provenant de bouteilles en polyéthylène téréphtalate, ou PET, et de la cendre issue de la combustion de coquilles de periwinkles. Les periwinkles sont un type d'escargot de mer largement consommé en Afrique de l'Ouest, et leurs coquilles sont souvent jetées en grandes quantités. Les chercheurs ont collecté du sol latéritique sur un site de l'État d'Ogun et ont commencé une série d'expériences en laboratoire pour voir comment le mélange de ces matériaux de récupération modifiait le comportement du sol. Ils ont d'abord préparé le sol en le séchant et en le broyant en une poudre uniforme. Ils ont ensuite pris des bouteilles en plastique usagées, les ont lavées et les ont découpées en fines bandes d'environ la taille d'un ongle. Pour les coquilles, ils les ont nettoyées, brûlées dans un feu ouvert, puis chauffées dans un four pour s'assurer qu'elles étaient chimiquement actives avant de les broyer en une fine poudre.
L'équipe a abordé le problème en deux étapes. Premièrement, ils ont testé quelle quantité de plastique déchiqueté le sol pouvait supporter seul. Ils ont mélangé le sol avec de petites quantités de débris de plastique, allant de deux pour cent à dix pour cent du poids total. Ils ont constaté que l'ajout de plastique renforçait le sol, mais seulement jusqu'à un certain point. Lorsqu'ils ont ajouté six pour cent de plastique en poids, le sol a atteint sa force maximale. Ajouter plus que cela le rendait en réalité plus faible, car l'excès de plastique commençait à empêcher les particules de sol de se compacter étroitement. Une fois la quantité optimale de plastique identifiée, les chercheurs sont passés à la seconde étape, maintenant la teneur en plastique fixe à six pour cent et faisant varier la quantité de cendre de coquille de periwinkle. Ils ont testé le mélange avec de la cendre ajoutée en quantités allant de deux pour cent jusqu'à dix pour cent.
Les résultats ont montré une amélioration claire. Le sol naturel, non traité, avait une très faible capacité de charge, enregistrant une valeur de 5,5 pour cent lors d'un test standard utilisé pour mesurer la résistance du sol pour les routes. Lorsque les chercheurs ont combiné les six pour cent de débris de plastique avec six pour cent de cendre de coquille de periwinkle, la force du sol a plus que triplé, atteignant une valeur de 19,5 pour cent. Cette combinaison spécifique a également augmenté de manière significative la capacité du sol à résister à l'écrasement, une propriété mesurée par sa résistance à la compression, qui est passée de 120,5 unités pour le sol naturel à 273,3 unités pour le mélange traité. Les chercheurs ont également observé que le sol traité devenait moins perméable, ce qui signifie que l'eau ne pouvait pas le traverser aussi facilement que dans le cas de la terre non traitée. C'est un avantage crucial pour les fondations routières, car l'infiltration de l'eau entraîne souvent un ramollissement et une défaillance.
Malgré ces gains, les chercheurs ont noté que le sol traité, bien que beaucoup plus solide qu'auparavant, n'atteignait toujours pas les niveaux de résistance élevés requis pour les couches lourdes d'une route supportant un trafic constant. Le meilleur mélange créé est adapté à la couche de subgrade des routes à trafic léger, mais il n'est pas encore un remplacement pour les couches de base des grandes autoroutes. L'étude suggère que la force provient d'un double mécanisme : les débris de plastique agissent comme de minuscules fibres qui maintiennent le sol ensemble, tandis que la cendre des coquilles réagit chimiquement avec le sol pour former des liaisons semblables à du ciment. Cependant, l'équipe a également constaté qu'ajouter trop de cendre, spécifiquement au-delà de six pour cent, faisait chuter la résistance à nouveau, probablement parce que l'excès de poudre fine perturbait la liaison entre le sol et le plastique.
Ce travail démontre une manière pratique d'améliorer la qualité du sol local tout en réduisant simultanément le volume de déchets plastiques et de coquilles dans l'environnement. Les chercheurs ont conclu que l'utilisation de ces matériaux de récupération spécifiques est une voie viable pour la construction routière dans les régions où le sol latéritique est commun. Ils ont souligné que, bien que les résultats soient prometteurs, des tests supplémentaires sont nécessaires pour voir comment ce sol résiste sur de nombreuses années de cycles de séchage et d'humidification. Pour l'instant, l'étude offre un exemple concret de la façon dont l'ingénierie peut transformer deux fardeaux environnementaux en une ressource utile unique, à condition que le mélange soit soigneusement équilibré pour éviter que l'excès de quelque chose de bon ne devienne un problème.
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