Effet du biochar de bambou sur les propriétés de résistance et de rétention d'eau de l'argile à faible teneur en plastique et du sable limoneux

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 6201 (2023) Citer cet article

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Le biochar est un produit stable riche en carbone issu de la décomposition thermochimique de la biomasse. Les propriétés du biochar varient en fonction des types de matières premières, de la vitesse de chauffage, de la température de pyrolyse, etc. Par conséquent, les propriétés mécaniques et hydrologiques du sol amendé au biochar (BAS) diffèrent également selon les types de biochar et de sols. Cependant, l’effet de l’amendement au biochar de bambou (BB) sur la résistance du sol et les propriétés de rétention d’eau est absent de la littérature précédente. La biomasse du bambou a été pyrolysée à 600 °C pour produire du biochar. BB et sols (argile à faible plasticité (CL) et sable limoneux (SM)) ont été mélangés pour préparer le BAS. Les échantillons ont été préparés en mélangeant BB selon cinq ratios, soit 0 %, 1 %, 2 %, 3,5 % et 5 % du poids sec du sol. L'application de biochar a augmenté la teneur optimale en humidité, l'alcalinité (pH) et les limites d'Atterberg, tout en réduisant la densité sèche maximale et la densité spécifique des deux sols (CL et SM). Il a été observé que la résistance à la compression non confinée (UCS) du sol CL augmentait de 10,5 % avec une teneur en biochar de 2 % et diminuait par la suite, alors que la résistance à la compression non confinée (UCS) du sol SM diminuait continuellement avec l'augmentation de la teneur en biochar. Par conséquent, les résultats de résistance à la compression non confinée (UCS) ont montré que l’application de biocharbon a des effets contraires sur les deux sols. La teneur en eau gravimétrique (GWC) mesurée du BAS a augmenté avec l'augmentation du biochar dans les deux sols. Cependant, le GWC a augmenté davantage dans les sols CL que dans les sols SM pour la même teneur en biochar. L'analyse microstructurale a montré que l'amendement du biocharbon remplissait l'espace poreux de la matrice du sol, entraînant une augmentation des valeurs UCS et GWC. La capacité et la résistance accrues de rétention d’eau (UCS) du sol CL modifié au biochar prouve qu’il pourrait être utilisé comme matériau de couverture de décharge.

Le biochar (BC) est un produit stable riche en carbone issu de la pyrolyse ou de la gazéification de la biomasse à haute température avec peu ou pas d'oxygène disponible dans une chambre fermée1,2. Les principales matières premières (matières premières) pour la production de biochar sont les résidus agricoles, le fumier animal, les déchets solides municipaux, les déchets forestiers et les déchets de transformation du bois3. En général, la pyrolyse est la décomposition thermochimique de la matière organique dans un environnement anaérobie à une température comprise entre 200 et 700 °C, produisant du gaz de synthèse, de la biohuile et du biochar4. Généralement, le gaz de synthèse et le biopétrole sont utilisés dans la production d’énergie2,5. Considérant que, en raison des propriétés avantageuses du biochar, qui incluent une surface spécifique plus élevée, une capacité d'échange de cations, une teneur en carbone, un pH, une capacité de rétention d'eau et une densité plus faible, etc., il est largement utilisé dans l'élimination de la contamination par les métaux lourds, la séquestration du carbone, l'agriculture. et les domaines de l'ingénierie6,7. Par conséquent, le biochar a été potentiellement appliqué dans l'agriculture, les toits verts, les pentes bio-ingéniées, les remblais, les décharges, etc. Récemment, des chercheurs ont étudié les applications potentielles du biochar comme matériau de couverture réalisable dans les décharges et la stabilité des pentes végétalisées8,9,10,11,12. ,13,14,15,16.

Dans le passé, diverses études ont été menées sur différents types de biocharbon produit pour étudier les propriétés géotechniques (mécaniques et hydrologiques) du sol amendé par biocharbon (BAS), et la plupart des études ont conclu que les propriétés du biochar varient selon les types de matières premières, la pyrolyse température, vitesse de chauffage et conditions atmosphériques de la chambre de pyrolyse8,17,18,19,20,21,22,23. De plus, peu d’études ont rapporté que les propriétés du BAS changent avec l’âge du biochar24. Les propriétés mécaniques et hydrologiques du BAS varient également en fonction de la taille des particules de biocharbon25,26,27.

De manière générale, une diminution de la densité sèche du BAS a été rapportée par les chercheurs12,27. Alors que la résistance à la compression non confinée (UCS) et la résistance au cisaillement du BAS contredisaient les résultats, qui montraient une variation selon la matière première et le type de sol. Des études sur des sols argileux montrent que la valeur UCS a augmenté jusqu'à un certain pourcentage de la teneur en biocharbon, puis a diminué28,29. Bora et al.22 ont signalé une valeur UCS inchangée ou diminuée du sable limoneux en raison de l'augmentation de la teneur en biocharbon. Ahmed et al.30 ont observé une diminution de la résistance au cisaillement sur un sol limoneux limoneux attribuée à l’ajout de biochar. Sadasivam et Reddy15 ainsi que Xu et al.31 ont signalé une augmentation des paramètres de résistance au cisaillement en raison de l'application de biocharbon sur des sols limoneux et purement argileux. En plus des caractéristiques mécaniques, l’application du biochar affecte également la capacité de rétention d’eau du sol. Il a été rapporté que l'application de biocharbon augmentait la capacité de rétention d'eau (WRC) du sol21,32,33,34,35,36. Cependant, certains chercheurs ont rapporté des résultats contradictoires, tels que l'application de biochar est inefficace pour augmenter ou une matière première différente ayant un WRC différent de BAS37,38,39,40.