Étude : Briques d'argile cuite légères et isolantes thermiquement, enrichies de nanocomposites d'argile à base de chitosane pour une construction durable. Crédit image : isabela66/Shutterstock.com
Dans une étude publiée dans Scientific Reports, des scientifiques ont testé les effets de l'ajout de chitosane (CS), un biopolymère naturel, à des briques d'argile cuite traditionnelles. En expérimentant différentes concentrations de CS (0 %, 2 %, 4 %, 6 % et 8 %), ils ont évalué l'influence de cet additif sur les performances structurelles, thermiques et mécaniques des briques.
Contexte
Les matériaux en terre cuite sont déjà appréciés dans la construction durable pour leur durabilité, leurs propriétés isolantes naturelles et leur faible empreinte environnementale. Améliorer ces qualités pourrait les rendre encore plus performants pour les besoins des bâtiments modernes.
C'est là que le chitosane entre en jeu. Reconnu pour sa résistance et sa biodégradabilité, le CS a le potentiel de renforcer les briques en terre cuite, améliorant ainsi leur résilience et leur efficacité thermique. Si les avantages du chitosane ont été explorés dans d'autres matériaux, son rôle dans les constructions à haute température à base d'argile a été largement négligé, jusqu'à présent.
Méthodes
Pour explorer ce potentiel, des chercheurs ont utilisé de l'argile de la formation d'Esna en Égypte (oasis de Farafra) et l'ont mélangée à des proportions variables de chitosane commercial. Les échantillons, allant de l'argile pure (CCS0 %) à un mélange à 8 % de CS (CCS8 %), ont été façonnés en briques, séchés à l'air libre pendant trois jours et cuits à 1 100 °C pendant quatre heures.
L'équipe a ensuite utilisé une série de techniques d'analyse pour examiner l'impact du chitosane sur la structure interne et le comportement de chaque brique.
La diffraction des rayons X (DRX) a suivi l'évolution de la composition minérale, tandis que la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) a mis en évidence la formation de nouvelles liaisons chimiques. La stabilité thermique a été évaluée par analyse thermogravimétrique (ATG) et les caractéristiques de surface ont été examinées par microscopie électronique à balayage à émission de champ (FESEM). Pour compléter les tests, la porosité, la masse volumique apparente et la résistance à la compression, indicateurs clés des performances en conditions réelles, ont été mesurées.
Résultats et discussion
L'échantillon CCS6 % s'est distingué par sa conductivité thermique et sa diffusivité les plus faibles de tous. Cela suggère un matériau particulièrement adapté aux applications d'isolation. L'amélioration des performances s'explique par une structure interne plus poreuse, une densité globale plus faible et la formation de liaisons chimiques stables entre le CS et l'argile, confirmée par toutes les méthodes analytiques clés.
Les résultats de DRX ont indiqué une meilleure organisation cristalline dans les briques dopées au CS. Les données FTIR ont révélé la présence de groupes fonctionnels apparentés au chitosane (C=O, N–H et Si–O–Al), témoignant de fortes interactions entre le CS et la matrice argileuse. Les images FESEM ont confirmé ces résultats visuellement, montrant une structure poreuse plus ouverte et irrégulière par rapport à l'aspect plus lisse et plus dense des échantillons non dopés.
Sur le plan physique, les avantages étaient évidents. L'intégration du CS a entraîné une augmentation de la porosité (de 33,2 % à 47,9 %), une diminution de la masse volumique apparente (de 1,84 à 1,29 g/cm³) et une amélioration de la résistance à la compression (de 0,768 à 1,232 MPa). Le mélange CCS6 % a également atteint une faible conductivité thermique de 0,2334 W/m·K, soit une réduction de près de 32 % par rapport à l'échantillon non dopé.
Il est intéressant de noter que le retrait au séchage a diminué avec l'augmentation de la teneur en CS. Cela est probablement dû à une adhérence plus faible entre le CS et les particules d'argile, ainsi qu'à la capacité du CS à retenir l'eau, facteurs qui influencent la réaction du matériau pendant la cuisson.
Conclusion
Cette étude démontre que de faibles ajouts de chitosane peuvent améliorer significativement les performances thermiques et structurelles des briques en terre cuite. À mesure que le pourcentage de CS augmente, les briques deviennent de meilleurs isolants, sans compromettre leur résistance ni leur intégrité. Ces résultats ouvrent la voie à des matériaux de construction plus durables et économes en énergie, fabriqués à partir de ressources naturelles abondantes.
Source AzoBuild par Nidhi Dhull
