Des scientifiques de l'Université de Tartu et de l'Université estonienne des sciences de la vie ont créé un matériau de construction composé principalement de tourbe et de cendres de schiste bitumineux qui pourrait réduire de près de dix fois les coûts de construction d'une maison privée. L'objectif était de créer un matériau de construction autoportant basé sur les ressources naturelles locales et les déchets qui pourraient être utilisés pour imprimer en 3D des maisons jusqu'à deux étages directement sur le chantier.

Les zones humides couvrent environ 22 pour cent de la superficie de l'Estonie, mais la tourbe qui y pousse n'est pas largement utilisée. Seule la partie supérieure plus sèche de la couche de tourbe a été jugée utilisable. La partie inutilisée est laissée à l'abandon. Cette tourbe pourrait également être utilisée de manière économiquement avantageuse. De nombreuses fractions peuvent être séparées de la tourbe, par exemple les substances humiques et les cires, et le résidu final peut même être utilisé pour produire de la cellulose.

La méthode la plus populaire pour extraire la tourbe est le broyage. Pendant le fraisage, Des couches de 10 à 20 mm sont découpées dans le dépôt de tourbe et laissées à sécher. Pour que cette méthode soit payante, la plupart des champs de meunerie font plus de 100 hectares.

Valoriser les déchets

"Jusque là, personne n'a produit de composite de tourbe comme matériau de construction car la tourbe empêche de nombreux matériaux de durcir. Dans notre projet, nous avons réussi à surmonter ce problème, " dit Liiv. Au lieu du ciment habituel, les scientifiques de Tartu utilisent des cendres de schiste bitumineux comme liant dans leur mélange. En Estonie, on estime qu'environ 7 millions de tonnes de cendres de schiste bitumineux sont créées en un an, dont seulement 5 % sont réutilisés. Le reste est déposé dans des collines de cendres et cela crée une pollution environnementale considérable.

Les cendres de schiste bitumineux sont classées comme déchet dangereux car elles deviennent très basiques au contact de l'eau (pH proche de 13). Cependant, la cendre avec un tel pH est la meilleure solution pour les matériaux de construction. Le matériau développé est totalement inoffensif et sans danger pour l'environnement.

Par ailleurs, lors des tests, les scientifiques ont trouvé une solution pour réduire le temps de prise d'environ 30 jours à un jour. Si le pH d'une solution interstitielle est inférieur à neuf, ça ne durcira pas. Ce problème est résolu par un pH très élevé en liant l'oxyde de potassium et les métaux alcalins présents dans les cendres de schiste bitumineux à des composés insolubles.

A l'intérieur de la tourbe, les cendres de schiste bitumineux réagissent avec les acides humiques et absorbent le dioxyde de carbone. En raison de réactions chimiques, le liant devient régulier béton et calcaire. Selon Toomas Tenno, professeur à la chaire de chimie colloïdale et environnementale de l'Université de Tartu, additifs nanométriques, par exemple. nanosilice ou fumée de silicium, sont ajoutés à la tourbe et aux cendres de schiste bitumineux pour améliorer leurs propriétés.

"Comme les particules sont très petites, ils se dissolvent bien et se répartissent uniformément dans tout le matériau. La fumée de silicium améliore considérablement la qualité de ce matériau, " dit Tenno.

Il a fallu environ un an avant de trouver le bon mélange pour le matériau qui est solide et a une conductivité thermique élevée. Après durcissement final, le matériau est solide et très léger, a un faible transfert de chaleur et est durable. Même si la tourbe est également utilisée comme combustible, le matériau développé par les scientifiques est incombustible. La tourbe atteint sa dureté initiale en 24 heures mais reste élastique beaucoup plus longtemps. Ainsi, il n'y a pas besoin d'isolant ou de remplissage et toute la structure devient étanche à l'air sans ajouter de protection contre le vent. Par ailleurs, c'est un bon bloqueur de bruit.

Comme la tourbe et les cendres de schiste bitumineux ne sont pas très chères, les constructeurs seraient particulièrement satisfaits du prix du matériau. Selon Liiv, les scientifiques ont calculé que le coût de la construction d'une coque de maison imprimée à partir de ce matériau avec une surface au sol de 100-150 mètres carrés pourrait être d'environ 5 €, 000 (par rapport à la construction du gros œuvre d'un bâtiment à ossature de taille équivalente, qui coûterait environ dix fois plus).

A présent, la recherche ainsi que de nombreux tests ont été effectués. Les problèmes liés à la technologie des matériaux ont été résolus avec succès. La tourbe est prête à être fabriquée en tant qu'éléments, mais il reste encore beaucoup de travail à faire pour l'impression 3D.