Utilisation de la poussière de carrière de quartz comme remplacement partiel durable du sable dans le mortier de ciment

Transformer la poussière de pierre en ressource de construction

Les villes modernes fonctionnent grâce au sable. C’est un ingrédient clé du béton et du mortier qui maintiennent nos bâtiments, ponts et routes. Mais le monde connaît une pénurie de sable, et l’extraction de sable dans les rivières détériore les écosystèmes. Cette étude examine une idée attrayante : peut-on transformer la poussière de carrière de quartz — une fine poudre généralement considérée comme un déchet industriel — en un ingrédient utile remplaçant une partie du sable dans le mortier de ciment courant ?

Du tas de déchets à un matériau utile

La poussière de carrière de quartz se forme lorsque des blocs de roche riches en quartz sont concassés et découpés. Plutôt que d’être mise en décharge, cette poussière pourrait devenir une matière première. Les chercheurs ont collecté du sable de rivière naturel et de la poussière de quartz provenant de carrières en Tanzanie et ont mesuré avec précision leur taille, leur forme et leur composition chimique. Les tests ont confirmé que la poussière est presque du quartz pur (environ 99,6 % de silice), avec très peu d’impuretés et sans minéraux réactifs susceptibles de faire fissurer ou gonfler le mortier ultérieurement. Au microscope électronique, les particules de poussière apparaissaient anguleuses, rugueuses et aux bords vifs — très différentes des grains plus lisses du sable de rivière. Ces arêtes rugueuses, bien qu’exigeant plus d’eau de gâchage, peuvent aider les particules à s’ancrer fermement dans la pâte de ciment.

Concevoir un mortier plus résistant et plus écologique

Pour déterminer quelle quantité de poussière de carrière pouvait être utilisée sans compromettre les performances, l’équipe a préparé une série de formulations de mortier. Toutes contenaient la même quantité de ciment et d’eau, mais le sable a été remplacé progressivement par 0 %, 5 %, 10 %, 15 % ou 20 % de poussière de quartz en poids. Les mélanges ont été coulés dans de petits cubes et curés dans l’eau jusqu’à 28 jours, puis testés pour leur maniabilité à l’état frais, leur densité à l’état durci, leur absorption d’eau et leur résistance en compression avant écrasement. Des images microscopiques du mortier durci ont aidé à relier les phénomènes observés à l’échelle microscopique au comportement visible du matériau.

Trouver le point optimal

À mesure que la proportion de poussière augmentait, le mortier frais devenait sensiblement plus raide : l’affaissement (slump), mesure standard de l’écoulement, est passé d’environ 74 millimètres sans poussière à environ 56 millimètres pour 20 % de poussière. Jusqu’à 15 % de remplacement, toutefois, le mélange restait utilisable pour les ouvriers. La vraie surprise est venue de la résistance et de la durabilité. Lorsque 10 % du sable a été remplacé par de la poussière de carrière, la résistance à la compression à 28 jours est passée de 10,8 mégapascals pour le mélange témoin à 18,5 mégapascals — soit une augmentation d’environ 70 %, bien dans l’éventail des mortiers structurels typiques. L’absorption d’eau, indicateur de porosité et donc de vulnérabilité du matériau, est passée de 6,4 % à 5,7 % pour ce même niveau de 10 %. Au-delà de 10 %, les bénéfices ont diminué : des contenus plus élevés en poussière ont commencé à introduire des vides supplémentaires et à perturber le contact homogène ciment–sable, entraînant une légère baisse de la résistance et une hausse de l’absorption d’eau.

Ce qui se passe à l’intérieur du mélange

Les images au microscope du mortier durci expliquent pourquoi 10 % de poussière de carrière fonctionnent si bien. Dans le mélange classique contenant seulement du sable de rivière, la structure présentait plus d’espaces vides et un réseau de ciment durci plus lâche. Lorsqu’une quantité modérée de poussière de quartz a été ajoutée, ses grains fins et anguleux se sont logés entre les particules de sable, comblant les lacunes et contribuant à créer un réseau de produits cimentaires plus continu et plus rocheux. À environ 10 % de remplacement, cette structure interne paraissait la plus compacte et uniforme, avec moins de pores visibles et un meilleur contact entre les particules. Quand davantage de poussière était utilisée, les grains acérés ont commencé à s’agglomérer et n’étaient pas complètement enrobés par la pâte, produisant des points faibles et des vides dispersés qui annulaient les gains.

Ce que cela signifie pour la construction de tous les jours

Pour un non-spécialiste, la conclusion est simple : une petite dose de poussière de carrière — environ un dixième du sable dans un mélange de mortier standard — peut rendre le matériau plus résistant et légèrement moins absorbant, tout en réutilisant un déchet et en réduisant la pression sur les réserves de sable de rivière. Dépasser largement ce seuil rend le mélange plus difficile à mettre en œuvre et les bénéfices décroissent. Bien que des essais en conditions réelles à plus long terme et des études de durabilité restent nécessaires, cette recherche montre une voie pratique pour transformer un sous-produit poussiéreux en un ingrédient fiable pour une construction plus verte et plus économe en ressources.

Citation: Ngayakamo, B.H., Ikotun, B.D. Utilization of quartz quarry dust as a sustainable partial sand replacement in cement mortar. Sci Rep 16, 7031 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37993-y

Mots-clés: construction durable, mortier de ciment, poussière de carrière, remplacement du sable, quartz