Le monde manque-t-il vraiment de sable ?
(practical.engineering)- Dire que le monde est en train d’épuiser le sable lui-même relève plutôt de l’exagération ; le problème du sable de construction est davantage une question d’approvisionnement mêlant qualité, localisation, coûts et réglementation environnementale
- Pour le sable destiné au béton, la taille et la distribution des grains sont importantes ; même dans les régions où le sable naturel manque, on peut concasser de grosses roches puis les tamiser pour produire du sable manufacturé
- L’idée reçue selon laquelle le sable du désert, aux grains arrondis, ne peut pas être utilisé dans le béton est simplificatrice ; les performances réelles dépendent fortement non seulement de la forme des grains, mais aussi de l’ouvrabilité et du rapport eau-ciment
- Dans une expérience de garage, à formulation identique, le béton à base de sable manufacturé anguleux était trois fois plus résistant ; mais une fois la même ouvrabilité obtenue, le mélange avec du sable arrondi utilisait 30 % d’eau en moins et s’est révélé environ 10 % plus résistant
- La pression liée à l’extraction du sable doit être vue comme un ensemble de compromis techniques et économiques, incluant les coûts de transport, les dommages environnementaux de l’extraction en rivière, le coût de conformité réglementaire et les possibilités de recyclage
Un problème de matériaux de construction plus complexe que la thèse de la pénurie de sable
- Le sable sert à de nombreux usages : verre, semi-conducteurs, fibre optique, filtres, abrasifs, textures de surface, jeux, esthétique, etc. Dans la construction, c’est surtout un matériau clé du béton
- Le béton peut être fabriqué à partir de matériaux simples comme l’eau, le ciment, le gravier et le sable ; il est bon marché, durable et peut être moulé dans de nombreuses formes
- Le sable de construction est généralement extrait à proximité
- Le transport représente une part importante du coût du sable
- La distance entre le site d’extraction et le lieu d’utilisation est directement liée à la rentabilité
- Le sable de rivière convient souvent au béton, mais l’extraction en rivière peut modifier les caractéristiques des cours d’eau et affecter aussi bien l’amont que l’aval
- Le sable est une ressource non renouvelable utilisée bien plus vite qu’elle n’est produite par les processus géologiques, mais il existe aussi des méthodes pour fabriquer du sable de construction en concassant de grosses roches
Les critères utilisés en ingénierie pour distinguer le sable
- Dans le triangle des textures du sol de l’USDA, un matériau granulaire contenant au moins 85 % de sable est classé comme sable
- Dans le système unifié de classification des sols (USCS), la taille des particules est le critère central
- Plus de la moitié des particules doivent passer au tamis Number 4, soit environ 5 mm
- Plus de la moitié des particules ne doivent pas passer au tamis Number 200, soit environ 75 microns
- Le sable propre tel qu’on l’imagine généralement correspond, selon les critères USCS, à du clean sand, avec moins de 12 % de particules passant le tamis Number 200
- Ces critères montrent que le sable n’est pas un matériau unique, mais couvre une gamme assez large de sols granulaires
Performances du béton avec du sable manufacturé et du sable arrondi
- Le sable manufacturé peut être produit en concassant de grosses roches puis en tamisant les particules trop grosses et trop fines
- Il existe déjà des carrières et des installations de concassage qui produisent des granulats grossiers comme le gravier
- Dans certains cas, les petites particules peuvent être un sous-produit
- L’extraction terrestre, loin des rivières, peut potentiellement réduire l’impact environnemental
- La forme des grains influe sur la résistance du béton
- Le sable usé dans un tambour rotatif présente des grains ronds et lisses
- Le sable concassé présente des grains coupants et anguleux
- À quantité égale empilée, le sable arrondi, moins soumis au frottement, s’étale davantage
- Dans une formulation expérimentale utilisant les mêmes masses de matériaux, le béton à base de sable manufacturé anguleux s’est révélé plus résistant
- Le béton au sable arrondi a cédé à environ 2 500 unités Practical Engineering
- Le béton au sable manufacturé a cédé à environ 7 500 unités
- Il s’agissait d’une expérience de garage, avec un seul échantillon, et la cellule de charge n’était pas étalonnée
- Les recherches existantes montrent également que, toutes choses égales par ailleurs, plus le granulat fin est anguleux, plus la résistance du béton augmente
Le mythe du sable du désert et le rapport eau-ciment
- Le béton ne s’évalue pas uniquement à sa résistance ; avant durcissement, son ouvrabilité, c’est-à-dire sa capacité à être placé dans un coffrage et compacté, est également importante
- L’ouvrabilité se mesure souvent par un essai d’affaissement
- On remplit un cône de béton, puis on soulève le cône
- La fluidité est évaluée selon l’affaissement du béton
- Ajouter de l’eau pour améliorer l’ouvrabilité rend le béton plus fluide, mais réduit sa résistance
- Le ciment n’est pas une colle qui durcit parce que l’eau s’évapore : il durcit en intégrant l’eau dans une réaction chimique
- Le ciment peut réagir avec une quantité d’eau équivalente à environ 35 % de sa propre masse
- L’eau supplémentaire occupe un volume qui pourrait être occupé par un matériau plus résistant
- Lorsque les formulations ont été refaites avec la même ouvrabilité comme référence, les résultats ont changé
- Le mélange au sable manufacturé nécessitait 100 ml d’eau pour atteindre l’ouvrabilité visée
- Le mélange au sable arrondi n’en nécessitait que 70 ml, soit 30 % d’eau en moins
- Lors d’un essai de rupture une semaine plus tard, l’échantillon au sable arrondi a cédé à 4 800 unités, contre 4 300 unités pour l’échantillon au sable manufacturé
- Dire que le sable arrondi ne convient pas au béton est plutôt une idée reçue simplificatrice
- Selon un bulletin de l’American Concrete Institute, l’effet de la forme et de la texture du granulat fin sur la résistance du béton durci est presque entièrement lié au rapport eau-ciment qui en résulte
- Le texte de l’ONU cité dans le livre de Vince Beiser s’appuyait sur un article de 2006 consacré au sable du désert chinois, mais cet article ne mesurait pas le degré d’arrondi des grains et n’interprétait pas les résultats à partir de cette caractéristique
- La conclusion de cet article indiquait notamment que le sable du désert constituait une alternative viable aux autres granulats fins pour le béton
- L’enjeu central de cette étude relevait davantage de la distribution granulométrique que de la forme des grains
Les vraies contraintes : coûts, impact environnemental et modes d’approvisionnement
- Les granulats fins se trouvent un peu partout dans le monde et peuvent aussi être fabriqués, mais dans la construction réelle, le coût est la contrainte essentielle
- Le sable manufacturé peut coûter plus cher que l’extraction d’un matériau naturel directement utilisable dans un mélange
- Pour garantir l’ouvrabilité, des matériaux supplémentaires comme des adjuvants chimiques peuvent être nécessaires
- Transporter du sable de bonne qualité depuis des sites éloignés augmente aussi les coûts
- Le coût de l’extraction dans le respect de réglementations environnementales de plus en plus strictes à l’échelle mondiale augmente également
- Plutôt que de dire que « les granulats fins se raréfient sur Terre », il est plus juste de dire que « le sable devient beaucoup plus cher qu’auparavant »
- Le faible prix et l’abondance du sable font partie des raisons pour lesquelles le béton est autant utilisé ; si l’économie du sable change, l’ingénierie et le secteur de la construction peuvent changer avec elle
- D’autres matériaux offrent des exemples où l’évolution des modes d’approvisionnement a modifié la demande et les usages
- 99 % des diamants industriels sont des diamants synthétiques
- Plus d’un tiers de la consommation mondiale de bois provient de plantations créées pour l’exploitation forestière
- Les bois d’ingénierie comme le contreplaqué, l’OSB et les composites structuraux permettent d’utiliser plus efficacement la matière première
- Le béton peut lui aussi être concassé puis recyclé sous forme de granulats, réutilisables dans du nouveau béton ou dans d’autres matériaux de construction
- Cela peut réduire la demande envers les sources naturelles
- Dans le secteur de la construction, la demande de sable et de gravier augmente, mais le problème tient moins au fait que le monde épuiserait le matériau lui-même qu’au fait que les coûts d’approvisionnement, ainsi que les coûts environnementaux et futurs, sont de plus en plus reconnus et intégrés
1 commentaires
Avis sur Hacker News
Une chose qui m’a surpris en me lançant dans l’activité de remorquage, c’est qu’un pays peut être à la fois exportateur et importateur de sable
Certains types de sable partent des États-Unis vers les Bahamas pour le béton, tandis que d’autres vont des Bahamas vers les États-Unis pour les aquariums
Le sable spécialisé sert aussi à fabriquer des terrains de volley conformes aux normes
Quand nous avons remplacé le bac à sable de saut en longueur de la ligue locale d’athlétisme, j’ai appris qu’il fallait utiliser du sable de fond de rivière, et non du sable concassé industriel
Comme il est continuellement érodé par l’eau, ses arêtes vives s’usent et il provoque moins d’abrasions
Le sable, ce n’est pas juste du sable
Par exemple, l’Allemagne importe et exporte aussi beaucoup de voitures
Il leur fallait diverses propriétés physiques introuvables dans les sols locaux
Quand des sources « citables » comme le livre de Beiser et un texte de l’ONU se trompent, on a souvent l’impression que l’erreur se propage comme un savoir commun, même si elle est fausse
Il existe beaucoup d’excellents billets de blog où l’auteur creuse en profondeur et remonte plusieurs niveaux d’erreurs, mais comme ce ne sont pas des sources « citables » aux yeux du monde académique ou de Wikipedia, l’affirmation erronée continue de circuler
La question de savoir « ce qu’il faut considérer comme une source citable » est complexe, mais d’ici là il faudrait un moyen simple et régulier de convertir les découvertes et corrections bien documentées issues de sources non académiques en une forme citables
Surtout sur les sujets de société, on voit souvent des sources « inappropriées » acceptées parce qu’elles favorisent un certain point de vue
Dans les domaines STEM, ça va globalement, mais les articles touchant à la vie des personnes manquent de types de sources importants et les biographies sont souvent biaisées, donc il faut les lire avec prudence
Un fait mal cité au départ continue d’être répété parce qu’il sonne bien en une formule percutante, même après avoir été réfuté à plusieurs reprises
Grady est un peu une figure héroïque du reportage et du documentaire d’ingénierie
Grâce à Practical Engineering, j’ai énormément appris sur le fonctionnement du monde dans d’autres branches de l’ingénierie, et il traite souvent de domaines négligés où les départs de talents vont plus vite que leur remplacement
Il est encourageant de penser que des adolescents pourraient voir ses vidéos et avoir envie d’aller vers les infrastructures, et j’apprécie particulièrement son point de vue calme et rationnel, si rare dans les contenus vidéo actuels
Ce n’est pas vraiment un journaliste au sens traditionnel, mais si l’avenir du journalisme ressemble à ça, tant mieux
Des personnes ayant une expertise réelle dans leur domaine qui l’expliquent de façon simple et claire
Je me demande si, un jour, on ressentira vraiment les effets de cette réallocation des talents et si le génie civil deviendra un métier mieux rémunéré
Ironiquement, nous venons d’être confrontés à une tout autre « catastrophe du sable » : https://mastodon.social/@mimsical/113232531800424706
Il s’agit du fait que les creusets utilisés pour fabriquer les lingots de silicium qui deviennent des microprocesseurs sont produits à partir de sable de quartz ultra-pur, dont 70 % de l’approvisionnement mondial provient d’un seul endroit à Spruce Pine, en Caroline du Nord
https://news.ycombinator.com/item?id=41701862
Je me demande si cette mine est simplement la moins chère aujourd’hui et que tout le monde pourrait basculer vers des fournisseurs alternatifs si elle disparaissait, ou si, au contraire, sa disparition signifierait l’absence totale d’alternative
Malheureusement, les dégâts énormes dans l’ouest de la Caroline du Nord ont donné l’occasion de tester cette hypothèse
L’hypothèse était que, même si Spruce Pine s’arrêtait, l’impact global sur l’industrie mondiale des semi-conducteurs resterait relativement peu visible
C’est une vidéo vraiment intéressante
C’est la première fois que je vois quelqu’un remettre frontalement en question l’idée, qui semblait presque entièrement fabriquée, selon laquelle le sable du désert est impropre à la construction
J’ai l’impression d’avoir intégré cette idée sans vraiment la vérifier
En Allemagne, il arrive même qu’on paie pour écouler le surplus d’électricité quand il y a beaucoup de soleil et de vent
Je me demande si on ne pourrait pas utiliser cette électricité bon marché pour faire tourner des concasseurs de roche et produire davantage de sable
C’est une méthode utilisée par ceux qui brûlent habituellement du combustible pour obtenir de la chaleur, afin de préchauffer l’air et de réduire la quantité de combustible nécessaire, voire de la ramener à zéro
Les briques réfractaires résistent jusqu’à environ 1000°C, et un spin-off du MIT utilise des briques spéciales en oxyde de chrome dopé au nickel pour fonctionner jusqu’à 1800°C, soit près de la température d’une flamme gaz naturel-air
Ces briques sont conductrices d’électricité et peuvent donc aussi servir elles-mêmes d’éléments chauffants
https://www.fastcompany.com/91129126/these-bricks-conduct-el...
https://electrifiedthermal.com/
https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/130800
Selon l’ampleur des variations de prix, une batterie peut être un bien meilleur investissement
Il y a la main-d’œuvre, l’usure des machines, ainsi que le coût d’opportunité lié au fait d’utiliser cet argent ailleurs
Construire un tel concasseur pour ne le faire tourner, dans l’état actuel des choses, que pendant un petit x% du temps n’est peut-être pas un bon investissement
Le livre mentionné est The World in a Grain: The Story of Sand and How It Transformed Civilization de Vince Beiser
Il raconte l’histoire du sable, une ressource naturelle de plus en plus importante et de plus en plus rare, ainsi que celle des gens qui l’extraient, le vendent, l’utilisent dans la construction, et parfois tuent pour lui
Il aborde aussi les graves coûts humains et environnementaux de notre dépendance au sable, et explique pourquoi le sable est crucial pour la vie moderne à travers un voyage qui va des États-Unis à l’Inde, à la Chine et à des régions reculées de Dubai
https://www.goodreads.com/book/show/36950075-the-world-in-a-...
https://www.goodreads.com/book/show/112974899-material-world
Il explique comment les matériaux fondamentaux que sont le sable, le sel, le fer, le cuivre, le pétrole et le lithium ont, pendant des millénaires, bâti des empires, fait s’effondrer des civilisations et nourri à la fois l’ingéniosité et la cupidité humaines
Le monde moderne ne pourrait pas exister sans eux, et la lutte pour les contrôler déterminera l’avenir
L’affirmation selon laquelle « le béton surpasse de loin la plupart des autres matériaux » est juste
D’après Wikipedia, le béton serait la deuxième substance la plus utilisée au monde après l’eau
Je parcourais l’article Wikipedia en réalisant que le béton est tellement omniprésent que je n’y avais pourtant jamais vraiment réfléchi, et je trouve étonnant que cela soit possible
Il faudrait aussi voir si l’on parle en masse ou en volume
Si cet article vous a intéressé, Material World: A Substantial Story of Our Past and Future vaut vraiment la lecture
C’est l’un des livres les plus éclairants que j’aie lus ces dernières années
Il y a quelques années, quand je suis parti en vacances au Vietnam, le dragage du sable sur le Mékong semblait clairement être une grosse activité
On pouvait voir des bateaux chargés de sable descendre le fleuve, et j’avais entendu dire que c’était censé être protégé, mais personne ne semblait les arrêter
Le Vietnam m’a semblé assez touché par la corruption, et j’ai entendu dire qu’à cause de l’érosion provoquée par le dragage, des maisons s’effondrent dans le fleuve