Étude : Briques d'argile cuites, légères et isolantes thermiquement, enrichies en nanocomposites d'argile à base de chitosane pour une construction durable. Crédit photo : 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 cuites 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 sont déjà appréciés dans la construction durable pour leur durabilité, leurs propriétés d'isolation naturelle et leur faible impact environnemental. Mais l'amélioration de ces qualités pourrait les rendre encore plus efficaces pour répondre aux besoins des bâtiments modernes.
C'est là qu'intervient le chitosane. Reconnu pour sa résistance et sa biodégradabilité, le chitosane a le potentiel de renforcer les briques d'argile, améliorant ainsi leur résilience et leur efficacité thermique. Si les avantages du chitosane ont été étudiés pour d'autres matériaux, son rôle dans la construction à base d'argile à haute température a été largement négligé – jusqu'à présent.
Méthodes
Pour explorer ce potentiel, les chercheurs ont utilisé de l'argile provenant de la formation d'Esna (oasis de Farafra) en Égypte et l'ont mélangée à différentes proportions de chitosane commercial. Les échantillons, allant de l'argile pure (CCS0 %) à un mélange contenant 8 % de chitosane (CCS8 %), ont été moulés en briques, séchés à l'air libre pendant trois jours, puis cuits à 1100 °C pendant quatre heures.
Une série de techniques d'analyse a ensuite été utilisée pour examiner l'influence du chitosane sur la structure interne et le comportement de chaque brique.
La diffraction des rayons X (DRX) a permis de suivre l'évolution de la composition minérale, tandis que la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) 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 (MEB-FEG). Enfin, la porosité, la masse volumique apparente et la résistance à la compression, indicateurs clés de la performance en conditions réelles, ont été mesurées.
Résultats et discussion
L'échantillon CCS6 % s'est distingué par ses performances exceptionnelles, présentant la conductivité et la diffusivité thermiques les plus faibles. Ce matériau est donc particulièrement adapté aux applications d'isolation. L'amélioration des performances est due à une structure interne plus poreuse, une densité globale plus faible et la formation de liaisons chimiques stables entre le chitosane (CS) et l'argile, confirmées par toutes les principales méthodes analytiques.
Les résultats de la diffraction des rayons X (DRX) indiquent une organisation cristalline accrue dans les briques dopées au CS. Les données de la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) révèlent la présence de groupes fonctionnels liés au chitosane (C=O, N–H et Si–O–Al), témoignant de fortes interactions entre le CS et la matrice argileuse. Les images obtenues par microscopie électronique à balayage à émission de champ (MEB-FEG) confirment ces observations, montrant une structure poreuse plus ouverte et irrégulière que celle des échantillons non dopés, plus lisses et plus denses.
Sur le plan physique, les avantages sont manifestes. L'intégration du CS entraîne 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 diminue avec l'augmentation de la teneur en chitosane. Ceci est probablement dû à une adhésion plus faible entre le chitosane et les particules d'argile, ainsi qu'à la capacité du chitosane à retenir l'eau ; des facteurs qui influencent le comportement du matériau lors de la cuisson.
Conclusion
Cette étude démontre que de faibles ajouts de chitosane peuvent améliorer significativement les performances thermiques et structurelles des briques d'argile cuites. À mesure que le pourcentage de chitosane 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.
