Les coques de riz sont uniques dans la nature. Ils contiennent environ 20 % de silice opaline en combinaison avec une grande quantité de polymère structurel phénylpropanoïde appelé lignine. Ces déchets agricoles abondants possèdent toutes les propriétés que l’on peut attendre de certains des meilleurs matériaux isolants. Des tests récents de l'ASTM effectués par les services R&D de Cookville, Tennessee, révèlent que les coques de riz ne s'enflamment pas ou ne couvent pas très facilement, qu'elles sont très résistantes à la pénétration de l'humidité et à la décomposition fongique, qu'elles ne transfèrent pas très bien la chaleur, qu'elles ne sentent pas et n'émettent pas de gaz. et ils ne sont pas corrosifs pour l'aluminium, le cuivre ou l'acier. Dans leur état brut et non transformé, les coques de riz constituent un matériau isolant de classe A ou de classe I et, par conséquent, elles peuvent être utilisées de manière très économique pour isoler les cavités des murs, du sol et du toit d'une maison en coque de riz super isolée. Cet article explique également comment la structure d'une telle maison peut être façonnée à partir d'une variété de produits de bois d'ingénierie dérivés de l'écorce de canne à sucre.
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Lorsque la nature a décidé comment emballer un grain de riz, elle a enveloppé ce petit paquet de nutriments avec ce que l'on appelle souvent une « opale biogénique ». [1] La structure chimique de la coque de riz, contenant de la silice amorphe liée à l'eau, ressemble beaucoup à celle de l'opale, ce qui confère à la coque de riz des propriétés assez étonnantes. Nulle part nous ne pourrions trouver un sous-produit céréalier aussi pauvre en protéines et en glucides disponibles, et pourtant, en même temps, aussi riche en fibres brutes, en cendres brutes et en silice. [2] De tous les sous-produits céréaliers, la balle de riz présente le pourcentage le plus faible de nutriments totaux digestibles (moins de 10 %). [3]
La coque de riz contient environ 20 % de silice opaline en combinaison avec une grande quantité de polymère structurel phénylpropanoïde appelé lignine. Un pourcentage aussi élevé de silice est très inhabituel dans la nature, [4] et ce mélange intime de silice et de lignine rend la coque du riz non seulement résistante à la pénétration de l'eau et à la décomposition fongique, mais également résistante aux meilleurs efforts de l'homme pour s'en débarrasser. . Puisque le riz est cultivé sur tous les continents à l'exception de l'Antarctique, qu'il se classe au deuxième rang après le blé en termes de superficie et de production mondiales, [5] et que la coque représente en moyenne environ 20 % du poids brut de riz récolté, [6] notre la planète se retrouve avec une abondance de ce résidu squameux.
Plus de 100 000 000 de tonnes de coques de riz sont produites chaque année dans le monde. [7] En 1995, les États-Unis ont produit environ 1 260 000 tonnes de coques de riz [8] dans environ 50 usines [9] situées en Louisiane, au Texas, en Arkansas, au Missouri, au Mississippi, en Floride et en Californie. Étant donné que la plupart des moulins stockent le riz brut et le traitent quotidiennement, des coques fraîches et sèches sont disponibles tout au long de l'année. Comme les coques ne se biodégradent pas et ne brûlent pas très facilement, elles sont parfois disponibles gratuitement.
- Les coques se vendent généralement à environ 6 dollars la tonne, bien qu'une usine ait indiqué avoir vendu des coques à des prix allant de 2 à 20 dollars la tonne. [dix]
La coque est un matériau d'emballage très résistant et abrasif, composé de deux moitiés imbriquées. Il encapsule le minuscule espace libéré par le grain moulu et, à proximité d’une myriade d’autres coques, il forme une barrière thermique qui se compare bien à celle d’excellents matériaux isolants. [11] Les tests de résistance thermique sur des coques de riz entières indiquent des valeurs R supérieures à 3,0 par pouce. [12] Si la valeur R des coques de riz est si favorable, pourquoi n'ont-elles pas été largement utilisées pour isoler les structures résidentielles et commerciales ? [13]
Peut-être que nos scientifiques et ingénieurs se concentrent uniquement sur la création de matériaux et de produits pouvant être étiquetés et commercialisés comme exclusifs. Peut-être que l’humble utilisation de la balle de riz comme matériau isolant n’inspire pas suffisamment l’imagination scientifique ou commerciale. Mais pourquoi se concentrer sur les produits fabriqués par l’homme alors que les matériaux naturels abondent ? Il doit sûrement y avoir une raison profonde et évidente qui rend la coque de riz cru impropre à servir de matériau isolant.
Les coques de riz brûlent-elles ? Oui, mais avec difficulté, comme l’a si élégamment expliqué Eldon Beagle :
- "L'agencement structurel particulier des coques en silice-cellulose en forme de "paquet de paille à boire" donne un objet qui ne brûle pas et ne libère même pas de chaleur d'une manière ressemblant à celle de n'importe quelle substance organique. Ces minuscules structures tubulaires à crête de silice offrent une résistance inhérente. Souvent, ils scellent et empêchent la combustion complète et uniforme essentielle à l'obtention du produit final souhaité. [14]
Quiconque a essayé de mettre une allumette sur des coques de riz en vrac comprend à quel point il est difficile de les brûler. Étant donné que l’air ne peut pas circuler librement à travers un tas de coques de riz pour fournir l’oxygène nécessaire à une combustion rapide, celles-ci ne brûlent pas facilement et proprement. La densité apparente des balles de riz en vrac est similaire à celle de la paille en balles, et quiconque a essayé de brûler une balle de paille comprend le problème lié à la disponibilité de l'oxygène. Mais la simple disponibilité de l’oxygène n’explique pas tout.
Comme nous l'avons noté ci-dessus, le pourcentage élevé de silice opaline dans les coques de riz est très inhabituel par rapport à d'autres matières végétales, et certains scientifiques affirment que lors de la combustion des coques de riz, les cendres de silice peuvent former un « cocon » qui empêche l'oxygène de pénétrer. atteindre le carbone à l’intérieur. D'autres scientifiques pensent que, puisque la silice et le carbone peuvent être partiellement liés au niveau moléculaire, du carbure de silicium se forme lors d'une combustion à haute température et que la présence de cette céramique résistante à la chaleur empêche la combustion facile de la coque du riz. [15] D'autres scientifiques encore affirment qu'à certaines températures, la liaison moléculaire entre la silice et le carbone dans la coque est en fait renforcée, empêchant ainsi la combustion complète et uniforme de la coque. [16] Quoi qu'il en soit, même si nous parvenons à enflammer un tas de coques de riz, nous constatons qu'elles ont tendance à couver plutôt qu'à s'enflammer.
- Les balles de riz sont ignifuges et, à températures ordinaires, auto-extinguibles. Une allumette allumée, jetée sur un tas de balles de riz, s'éteindra généralement sans produire de flamme auto-entretenue dans les balles. [17]
L'isolation cellulosique conventionnelle nécessite l'ajout de grandes quantités de retardateurs de flamme et de combustion. La concentration de produits chimiques ignifuges et ignifuges (tels que l'acide borique, le borate de sodium, le sulfate d'ammonium, le sulfate d'aluminium, le trihydrate d'aluminium, le phosphate mono- ou di-ammonium) dans l'isolation cellulosique conventionnelle peut atteindre jusqu'à 40 % en poids. [18] Ces produits chimiques sont coûteux à acheter et à préparer, et la fibre cellulosique doit subir une préparation approfondie pour les recevoir.
Étonnamment, les coques de riz ne nécessitent aucun retardateur de flamme ou de combustion. La nature a librement donné à ce déchet agricole toutes les propriétés de combustion nécessaires pour réussir le test de flux radiant critique (ASTM C739/E970-89), le test de combustion lente (ASTM C739, section 14) et le test des caractéristiques de combustion de surface ( ASTM E84). Des tests récents effectués par les services R&D indiquent un flux radiant critique (CRF) moyen de 0,29 W/cm2, une perte de poids de combustion lente entre 0,03 % et 0,07 %, un indice de propagation de la flamme (FSI) de 10 et un indice de développement de fumée (SDI). de 50. Puisque les codes du bâtiment américains exigent un FSI de 25 ou moins et un SDI de 450 ou moins, nous constatons que la balle de riz a facilement réussi ces tests. À l’état brut et non transformé, la coque de riz constitue un matériau isolant de classe A ou de classe I.
Toutes les matières organiques absorbent ou libèrent de l’humidité jusqu’à ce qu’elles atteignent l’équilibre avec l’humidité relative de l’air ambiant. La forte concentration de silice opaline sur la surface extérieure de la coque du riz empêche le transfert atmosphérique d'humidité dans la coque. De plus, 2,1 à 6,0 % de la coque du riz est constituée d'un biopolyester appelé cutine [19] qui, en combinaison avec une cire produite par le plant de riz, forme une barrière hautement imperméable. La nature emploie plusieurs stratégies très efficaces pour protéger le grain de riz de l’eau et de l’humidité élevée généralement associées à la culture et à la croissance de cette plante.
Par conséquent, les études réalisées sur les balles de riz à 25 °C indiquent que la teneur en humidité d'équilibre des balles de riz à 50 % d'humidité relative est égale ou inférieure à 10 %, tandis qu'à 90 % d'humidité relative, la teneur en humidité d'équilibre des balles de riz reste égale ou inférieure. 15%. [20] Un test de sorption de vapeur d'humidité (ASTM C739, section 12) effectué par R&D Services indique un gain de poids de seulement 3,23 %. C’est bien en dessous de la teneur en humidité nécessaire pour soutenir la croissance des champignons et des moisissures.
La spécification standard ASTM pour l'isolation cellulosique exige un test de 28 jours pour la résistance à la croissance fongique (voir la section 10 de l'ASTM C1497, l'ASTM C1338, la section 6.6 de l'ASTM C1149 ou la section 11 de l'ASTM C739). Conformément à ces normes, les services R&D ont inoculé des coques de riz avec cinq espèces fongiques différentes, et les coques de riz ont réussi ces tests sans ajout de fongicides ou d'autres produits chimiques.
La forte concentration de silice opaline sur la surface extérieure de la coque de riz établit également la dureté effective de la coque de riz à peu près aux mêmes valeurs que celles rapportées pour l'opale (6 sur l'échelle de Mohs). [21] Cependant, en raison de la présence de lignine dans la coque du riz, cette dureté est tempérée par la flexibilité et l'élasticité. Étant donné que la coque du riz est dure et pourtant élastique, elle résiste bien mieux au tassement et à la compression que les journaux déchiquetés. Le tassement de l’isolant cellulosique dans une cavité murale peut réduire sa hauteur d’installation jusqu’à 25 %. C'est pour cette raison qu'il est souvent nécessaire de stabiliser l'isolant cellulosique au moyen d'acétate de polyvinyle ou d'un adhésif acrylique. Aucun de ces composés stabilisants n'est nécessaire avec les coques de riz, si elles sont fermement vibrées ou emballées dans une cavité murale.
Les coques de riz en vrac ont généralement un angle de repos d'environ 35 degrés. [22] Mais une fois fermement emballés dans une cavité murale, leurs minuscules pointes, bords et poils s'emboîtent pour obtenir un angle de repos négatif. En raison de cette liaison particulière des coques de riz sous une légère pression, elles se stabilisent de manière très uniforme et aucune décantation supplémentaire n’est possible. De plus, puisqu'il n'est pas nécessaire d'ajouter des ignifuges, des fongicides ou tout autre produit chimique à la coque du riz, les services R&D ont déterminé que cette biomasse inoffensive et stable n'émet pas d'odeurs nauséabondes (ASTM C739). De même, les services R&D ont déterminé que les coques de riz ne corrodent pas l'aluminium, le cuivre ou l'acier (ASTM C739, section 9).
Avec les coques de riz, nous n’avons pas besoin de nous engager dans un processus d’extraction ou de fabrication générant une pollution de l’air, de l’eau ou une érosion. [23] Avec les coques de riz, nous n'avons pas besoin de nous engager dans un processus de fabrication qui épuise nos réserves de combustibles fossiles (comme avec le polystyrène, [24] le polyisocyanurate et l'isolation en polyuréthane). Avec les coques de riz, nous n'utilisons pas de produits chimiques à base de chlore tels que le phosgène, la chlorhydrine de propylène [25] ou tout autre chlorofluorocarbure appauvrissant la couche d'ozone. [26] Avec les coques de riz, nous n'utilisons pas d'urée-formaldéhyde, et sûrement aucun du phénol-formaldéhyde utilisé dans la plupart des isolants en fibre de verre. [27] Avec les coques de riz, nous n'avons pas à nous soucier de l'irritabilité ou de la canogénicité des poussières et des fibres. [28] De plus, les personnes présentant une sensibilité chimique aiguë ne devraient pas avoir à s'inquiéter des dégagements gazeux associés aux liants des isolants en matelas, à l'encre des journaux recyclés ou aux COV libérés par les isolants en mousse. [29] Étant donné que les coques de riz ne nécessitent aucun déchiquetage, broyage à marteaux, peluchage, fibrage, liaison ou stabilisation, elles possèdent, sûrement dans les États où les coques sont disponibles, beaucoup moins d'énergie grise que même l'isolation cellulosique. [30] Puisque les coques de riz ne brûlent pas très facilement, elles ne nécessitent aucun retardateur de flamme ou de combustion, et comme elles sont si résistantes et durables, rien ne les empêche d’être utilisées et recyclées encore et encore.
Le coût le plus important associé à l’utilisation de la balle de riz est peut-être son transport. À une densité apparente d’environ 9 livres. par pied 3 , [31] les coques en vrac peuvent être transportées à peu près au même prix que la paille en balles. Cependant, pour réduire le coût du transport, les coques de riz peuvent être compressées jusqu'à 25 livres. par pied 3 sans détruire leur élasticité. [32] Ils retrouvent facilement leur densité d'origine une fois que la force de compression est supprimée. Mais pour transporter les coques de riz de manière économique, il ne serait pas nécessaire de comprimer les coques de riz à une densité de 25 lb/pied 3. . À une densité de seulement 14,50 lb/pi 3 , une remorque standard de 53 pieds atteint une efficacité de transport optimale à son poids légal maximum de 24 tonnes. Si, à cette densité de transport, nous payons des frais de camionnage moyens de 1,45 $ par mile, il en coûterait environ 15 $, 30 $, 45 $, 60 $, 75 $ et 90 $ pour transporter une tonne de coques de riz 250, 500, 750, 1 000, 1 250 et 1 500 milles respectivement (voir graphique ci-dessous).
À une densité installée de 9 lb/pi 3 , une tonne de coques de riz isolera 222 pi 2 d'une cavité murale de 12 pouces. Par conséquent, le coût par pied 2 encouru par le transport sur ces mêmes distances est respectivement de 0,07 $, 0,14 $, 0,20 $, 0,27 $, 0,34 $ et 0,41 $ (voir graphique suivant).
Ceux qui vivent à moins de 200 miles des rizeries devraient avoir du mal à justifier l’utilisation de tout autre type de matériau isolant. Lorsque de nombreuses usines vendent à contrecœur les balles de riz à moins de 5,00 dollars la tonne, l'argument en faveur des balles de riz devient encore plus convaincant. À 5,00 $ la tonne, le coût des coques de riz par pied carré d'un mur de 12 pouces de profondeur n'est que de 0,02 $.
En supposant que nous payons non pas 5,00 $ mais 25 $ la tonne (bien au-dessus de la valeur marchande actuelle), nous constatons que le prix d'achat des coques de riz par pied 2 de mur isolé n'est que de 0,11 $. En rajoutant ces 0,11 $ au coût du transport sur ces mêmes distances, nous arrivons à un coût total au pied carré . coque de riz livré sur le chantier de 0,18 $, 0,25 $, 0,32 $, 0,38 $, 0,45 $ et 0,52 $ respectivement (voir graphique ci-dessous). .
Avec ces calculs simples, nous voyons que le transport des coques de riz ne devrait pas limiter ou contraindre leur utilisation généralisée comme isolant. Ces calculs nous permettent de faire deux comparaisons, l'une par rapport à la paille en balles et l'autre par rapport à l'isolant cellulosique dense. Par rapport à tous les autres types d’isolation sur le marché aujourd’hui, ces deux types d’isolation possèdent le contenu de recyclage le plus élevé et le contenu d’énergie grise le plus faible.
En moyenne, une botte de paille à deux cordes (14 x 18 x 36 pouces) pèse 45 livres, se vend 2,50 $ et est transportée sur le chantier pour 1,00 $ de plus. [33] Posée à plat dans un mur, la balle à deux cordes représente 3,5 pi 2 de surface de mur. Cela donne un prix d'achat de 0,71 $ par pied 2 de mur, auquel il faut ajouter un autre 0,29 $ pour le transport. Par conséquent, le coût total de la paille en balles par pied carré de paroi de balle est d'environ 1,00 $. Cela représente plus de cinq fois le prix de la balle de riz transportée sur 250 milles et près de deux fois le prix de la balle de riz transportée sur 1 500 milles. De plus, 12 pouces de coques de riz à R-3,0 par pouce offrent 37 % d'isolation en plus que 18 pouces de paille en balles à R-1,45 par pouce, [34] et ce, pour un cinquième à la moitié du coût, en utilisant 33 % de moins. espace mural.
L'isolant cellulosique en application dense est inséré dans un mur à une densité d'environ 3,5 lb/pi. 3 . En conséquence, une tonne d'isolant cellulosique isolera 571 pi 2 de notre mur proposé de 12 pouces de profondeur. À un prix moyen livré de 540 $ la tonne, l'isolant cellulosique coûte environ 0,95 $ le pied carré de mur isolé. C'est légèrement moins cher que la paille en balles, mais cela reste environ cinq fois le prix de la balle de riz transportée sur 250 milles et deux fois le prix de la balle de riz transportée sur 1 500 milles.
Si l’isolation en coque de riz se compare bien à l’isolation en bottes de paille et en cellulose, alors dans quelle mesure devrait-elle être plus souhaitable que ces formes d’isolation à faible contenu de recyclage et à haute teneur en énergie grise ? Aux États-Unis, l’industrie du bâtiment nécessite chaque année plusieurs millions de tonnes d’isolation. Les rizeries ne devraient-elles pas former une alliance avec les architectes et les constructeurs pour remplacer toutes les formes d’isolation qui ne sont pas produites de manière efficace et bénéfique pour l’environnement ?
- En guise de réfutation, quelqu’un pourrait affirmer à juste titre qu’un mur porteur en bottes de paille offre bien plus qu’une simple isolation. Certains pourraient également affirmer que nous avons comparé la valeur isolante théorique des balles de riz avec la valeur isolante installée des bottes de paille – un cas classique pour les pommes et les oranges. Mais dans la mesure où le système de mur est correctement conçu (pas de conductivité thermique via les éléments de structure), et dans la mesure où les coques de riz sont uniformément réparties et tassées à l'intérieur du mur (pas d'espace inoccupé par les coques), les valeurs théoriques et installées doivent être les mêmes.
En 1994, l'industrie de l'isolation cellulosique a consommé 420 000 tonnes de journaux recyclés.[35] Il s'agit d'une activité qui devrait être encouragée et renforcée par tous les moyens possibles. Si les rizeries apportaient une contribution équivalente à l’industrie de l’isolation, cela ne représenterait qu’un tiers de la production annuelle de coques de riz aux États-Unis.
À un prix de vente moyen de 25 dollars la tonne et une distance de transport moyenne de 600 milles, cela générerait chaque année environ 10,5 millions de dollars de revenus pour les rizeries et plus de 15 millions de dollars pour les sociétés de transport. Puisque les États-Unis génèrent moins de 1,3 % de la production mondiale de coques de riz, le reste du monde a beaucoup plus à gagner de cette utilisation simple et peu sophistiquée d’un sous-produit agricole aussi abondant. En supposant que nous soyons convaincus que les balles de riz offrent de nombreux avantages par rapport aux matériaux isolants conventionnels, comment devrions-nous procéder pour construire une maison super isolée utilisant des balles de riz ? Supposons en outre que l’on veuille construire la structure de cette maison presque entièrement à partir de déchets agricoles, comment procéder ? Puisque les balles de riz en vrac, contrairement aux bottes de paille, n’ont aucune valeur structurelle, comment devrions-nous construire les cavités du sol, des murs et du toit d’une maison en balles de riz ? La technologie qui nous permettrait de créer des systèmes de plancher, de mur et de toiture à partir de matériaux cellulosiques de faible qualité existe déjà. Des entreprises telles que Georgia-Pacific, Louisiana Pacific, Weyerhaeuser et Boise se spécialisent dans une variété de produits de bois d'ingénierie tels que les poutres en I, le bois de placage lamellé (LVL), le bois de torons parallèles (PSL), le bois de torons lamellés (LSL), les torons orientés. bois d'œuvre (OSL), bois lamellé-collé (GLULAM), etc. Ces produits en bois d'ingénierie offrent de nombreux avantages par rapport au bois scié massif traditionnel.
Ils sont exempts de nœuds et autres imperfections. Ils ne rétrécissent pas, ne se courbent pas, ne se tordent pas, ne s'inclinent pas, ne se fendent pas, ne se vérifient pas et ne se déforment pas. Ils sont plus solides, plus rigides, plus légers, plus droits et bien plus précis que le bois massif. Ils peuvent être conçus pour couvrir des distances relativement longues, avec une capacité de charge bien plus élevée par unité de poids. Les architectes peuvent concevoir des structures avec beaucoup plus d'espace habitable et utile, les constructeurs ne sont pas confrontés aux rebuts et aux déchets, et les charpentiers les trouvent faciles à couper et à installer.
Actuellement, le tremble est la principale matière première utilisée pour fabriquer bon nombre de ces produits de bois d’ingénierie. Le tremble pousse dans les forêts et, jusqu'à présent, la destruction de ces forêts était une conséquence inévitable de la fabrication du bois d'œuvre. La construction en paille attire notre attention de manière si puissante pour la simple raison qu’elle utilise d’abondants déchets agricoles. En construisant un mur porteur en paille, nous n’avons pas besoin d’abattre un seul arbre ni d’impacter de quelque manière que ce soit la vie abondante et diversifiée qui dépend des arbres. De plus, nous n’avons pas besoin de consacrer un acre supplémentaire de terre agricole à la production des balles nécessaires à sa construction. La botte de paille est un produit secondaire ou un sous-produit de la culture du blé et de la fabrication de la farine.
Tout comme l’agriculture nous donne la coque de riz comme sous-produit du riz, l’agriculture ne peut-elle pas également nous fournir une fibre ligneuse solide comme sous-produit d’autre chose ? Nous recherchons un sous-produit agricole qui, comme par une logique interne de la nature, devrait ressembler au bambou à bien des égards. Non seulement il devrait avoir une croissance rapide et forte, mais on pourrait même s'attendre à trouver une similitude remarquable avec le bambou en termes de structure de la plante elle-même, plus précisément, la série de nœuds et d'entre-nœuds qui caractérisent la tige ou le chaume. Comme le bambou, il devrait s’agir d’une haute graminée vivace possédant une croûte ou un cortex externe à parois épaisses, mais contrairement au bambou, nous pourrions espérer qu’elle puisse être récoltée et utilisée comme simple sous-produit d’autre chose. Aucune terre ne devrait être réservée spécifiquement à sa culture, et tous les équipements nécessaires à sa récolte, son transport et sa pré-traitement devraient déjà être en place. Où devrions-nous aller pour trouver une plante aussi étonnante ?
Cela existe déjà. Introduite par Christophe Colomb dans le Nouveau Monde dès 1493, la canne à sucre ne représente rien de nouveau pour l'agriculture aux États-Unis. [36] Mais depuis son introduction dans les Amériques, il a été cultivé principalement pour la grande quantité de saccharose qui remplit son noyau interne. Même si tout le saccharose de grande valeur se trouve principalement à l'intérieur, la tige entière est broyée, pressée et transformée, et ce faisant, l'intégrité, la résistance et la valeur de l'écorce extérieure ligneuse sont totalement détruites. Au mieux, il sert de combustible de mauvaise qualité et, au pire, il est jeté à l’extérieur en gros tas où il pourrait éventuellement s’enflammer sous l’action de bactéries thermophiles. Il est difficile de comprendre ce que nous jetons lorsque nous incinérons l’écorce extérieure de la canne à sucre. Si nous comparons le taux de croissance et la qualité des fibres d’une forêt typique du nord-ouest du Pacifique à ceux d’une plantation de canne à sucre typique en Louisiane, nous découvririons à notre grand étonnement que le champ de canne à sucre surpasse clairement la forêt et de loin. Dans une période de temps équivalente, un acre de canne à sucre peut produire près de deux fois la quantité de pieds-planche qu'un acre de forêt.
Une fois que la tige ou la billette entière passe dans une presse conventionnelle, non seulement l'intégrité structurelle de la croûte est détruite, mais la moelle et la croûte se mélangent intimement, et toute possibilité de les séparer économiquement est détruite. Le noyau interne ou la moelle de la canne à sucre représente une fibre hémicellulosique biodégradable qui a très peu de valeur structurelle, et si nous recherchons des alternatives aux produits forestiers conventionnels, même une petite quantité de moelle dans les produits en bois manufacturés serait tout à fait indésirable. Toute l’attention se porte donc sur la recherche des moyens de séparer la croûte de la moelle avant la coupe et le broyage de la canne à sucre au moulin.
Aujourd'hui, la plupart des cannes à sucre des pays développés sont récoltées à l'aide d'une arracheuse à billettes. L'arracheuse de billettes abat la tige et mord la surface du rang, emportant avec elle beaucoup de déchets tels que du fer, du sable, de l'argile, des billes d'argile, des pierres, des briques, des feuilles et des cimes. La récolteuse coupe ensuite la tige en billettes d'environ 8 pouces de longueur. Dans le meilleur des cas, dans des conditions sèches, une tonne de canne contient 8 % de déchets inorganiques en poids, et dans des conditions humides, une tonne de canne contient jusqu'à 30 % de déchets inorganiques en poids. Non seulement la fibre cellulosique résistante de la canne est totalement détruite lors du processus de broyage au moulin, mais cette fibre est parfois intimement mélangée à des quantités égales de débris inorganiques.
Ces déchets entrant dans le moulin ne contiennent pas de sucre, et en sortant du moulin sous forme de gâteau de filtration ou de bagasse, ils emportent le sucre. Chaque pour cent de déchets dans les billettes représente une perte de production de trois livres de sucre par tonne de canne. Plus de déchets signifie plus d'entretien, plus de floculant, plus de chaux, plus de gaz naturel, plus de bagasse non brûlée, plus de gâteau de filtration, plus de chargeuses frontales, plus de traitement de l'eau, plus de bassins de décantation, plus de draglines pour nettoyer les bassins de décantation, plus de transport, plus inversion, plus de mélasse, moins de sucre et plus de coût. Il doit certainement exister un moyen de maximiser la récupération du sucre et de minimiser le coût de sa production, tout en préservant pleinement l’intégrité de la croûte.
Pour résoudre ce problème, deux types de séparation sont nécessaires. Le premier séparateur, un séparateur de milieu dense, élimine tous les débris inorganiques de la canne billettée, et un deuxième séparateur, un séparateur mécanique, sépare la moelle de la croûte.
Engineering, Separation and Recycling LLC de Washington, en Louisiane, a conçu plus de 20 séparateurs à milieu dense largement utilisés dans le prétraitement d'une grande variété de légumes-racines, tels que les pommes de terre, les carottes, les salsifis et les betteraves. Ce même séparateur de légumes peut être utilisé très efficacement pour séparer les billettes des débris inorganiques (voir photo ci-dessous). Étant donné qu'une billette de canne à sucre a une densité d'environ 1,09 RD (assez similaire à celle d'une pomme de terre) et que les billes d'argile, les pierres et les briques ont une densité bien supérieure à 2,00 RD, cette séparation est facile et directe.
Une fois que toutes les matières inorganiques ont été retirées des billettes, celles-ci sont ensuite acheminées vers un séparateur mécanique très moderne et sophistiqué appelé « séparateur Tilby ». Le séparateur Tilby se compose d'un premier ensemble de rouleaux (une station de séparation) où les billettes sont coupées en deux moitiés longitudinales. Ensuite, le processus se divise en un ensemble de rouleaux droit et gauche (une station de dépilage), chaque ensemble raclant et séparant la moelle de la croûte. Les billettes passent par les stations de fendage et de dépilage à une vitesse extraordinaire de 20 pieds par seconde. Seule la moelle est acheminée vers la centrifugeuse, tandis que la croûte est envoyée vers un séchoir. Une fois séchée à une teneur en humidité inférieure à 2 %, la croûte peut être transformée en à peu près n'importe quel type de bois d'ingénierie imaginable.
Étant donné que la structure des fibres et la longueur de la billette d'origine sont entièrement préservées dans le procédé Tilby, la fabrication du bois d'ingénierie nécessite beaucoup moins de colle que ce ne serait normalement le cas. S'ils sont transformés en montants en bois d'ingénierie, nous avons tout ce qui serait nécessaire pour créer les cavités murales de notre maison en coque de riz proposée. Si nous les transformons en solives en I en bois d'ingénierie, nous avons tout ce dont nous avons besoin pour créer des cavités de plancher et de toit. Les appuis, les tuiles de sol, les bardeaux de toit, et même les fibres nécessaires à la fabrication des revêtements en fibrociment, pourraient tous être fabriqués à partir de la fibre extrêmement robuste de l'écorce de canne à sucre. [37] [38]
Grâce à l'utilisation de bois d'ingénierie, l'option de surélever la structure entière du sol (pilier et poutre) se présente à un coût raisonnable et permet une implantation dans des zones basses ou sur un terrain accidenté. De même, le grenier se transforme facilement en espace de vie ouvert, dégagé et utile, réduisant considérablement le coût moyen par pied carré de la structure. [39] Étant donné que la production annuelle mondiale de canne à sucre brute se situe à environ un milliard de tonnes, environ 75 millions de tonnes de croûte sèche sont potentiellement disponibles pour l'industrie du bois d'œuvre. Cela correspond à peu près aux 100 millions de tonnes de balles de riz disponibles chaque année dans le monde. Avec ces deux sous-produits du sucre et du riz, nous pouvons construire et isoler des millions de logements chaque année.
En tant que citoyens d’une grande société industrielle, nous avons du mal à faire des choses qui font réellement une différence. En choisissant de construire une structure dérivée en grande partie de déchets agricoles, non seulement nous faisons ce qui est juste en ce qui concerne l'environnement, mais nous façonnons également pour nous-mêmes une structure bien supérieure à tout ce qui est conventionnellement disponible. Cette maison en coque de riz/canne à sucre super isolée, lorsqu'elle est correctement conçue, [40] devrait être considérablement moins chère à construire qu'une structure conventionnelle, tout en profitant continuellement à son propriétaire avec des factures de services publics ne dépassant jamais en moyenne plus d'un dollar américain par jour.
Par conséquent, pourquoi construire de manière conventionnelle alors qu’il est bien moins coûteux et bien plus judicieux à tous égards de procéder autrement ? Jusqu’à présent, nous pouvions toujours nous réfugier dans le fait que tant que nous ignorions le possible, nous ne pouvions pas le réaliser. Mais il ne s’agit pas tant de devoir et d’obligation que de trouver des façons nouvelles et passionnantes de répondre de manière créative à la beauté impressionnante et écrasante de notre Univers.
annexe
La première maison en coques de riz, achevée en février 2004, est la maison de Paul et Ly Olivier. Situé dans la ville historique de Washington, en Louisiane, juste en face de la magnifique plantation de Magnolia Ridge, [41] il est impossible de le distinguer des maisons construites dans la région il y a plus de 150 ans. La plupart des techniques de construction décrites dans cet article ont été appliquées à la construction de cette maison.
Paul-Olivier
Ingénierie, séparation et recyclage LLC
Boîte postale 250
Washington, Louisiane 70589
Téléphone : 1-337-826-5540
Courriel : xpolivier@hotmail.com
Remarques
- ^ Velupillai, L., Mahin, DB, Warshaw, JW et Wailes, EJ 1996. Une étude du marché des systèmes et équipements de transformation des balles de riz en énergie, p.24, Centre agricole de l'État de Louisiane. "Dans la nature, la silice (SiO2) se présente sous la forme de sept polymorphes distincts : quartz, cristobalite, tridymite, coésite, stishovite, léchatélérite (verre de silice) et opale ; ces deux dernières sont amorphes." Drees, L., Wilding, L., Smeck, N. et Senkayi, A.1989. Minéraux dans les environnements du sol (2e édition), p.913, "L'opale est un polymorphe de silice hydratée (SiO2.nH2O)." Ibid, p.921
- ^ Ciments de cendres de balle de riz : leur développement et leurs applications, Organisation des Nations Unies pour le développement industriel, Vienne, pp.12-13.
- ↑ Juliano, né en 1985. Riz : chimie et technologie, p. 695
- ^ "Aucun autre abat végétal n'approche même la quantité de silice trouvée dans les balles de riz." Beagle, EC 1978. Bulletin des services agricoles FOA 31, p.8
- ^ Velupillai (1996), p.1
- ↑ ibid., p.15. Voir Beagle (1978), p. 6. "Les pourcentages d'enveloppes dans le paddy varient considérablement, mais 20 % peuvent être considérés comme une moyenne raisonnable." Ibid, p.25
- ^ Velupillai (1996), p.15
- ↑ ibid., p.44
- ↑ ibid., p.37. Pour une liste de certaines rizeries aux États-Unis, voir http://web.archive.org/web/20060312140454/http://www.ricecafe.com:80/newlinks2.htm (site supprimé ; novembre 2010) ou ftp://www.usarice.com/publish/member1.htm (adhésion requise ; novembre 2010)
- ^ Velupillai (1996), p.45
- ^ Velupillai (1996), p.16
- ^ "La coque de riz a une conductivité thermique d'environ 0,0359 W/(m.°C) ; les valeurs se comparent bien à la conductivité thermique d'excellents matériaux isolants (Houston, 1972)." Juliano (1985), p.696. La conductivité thermique des cendres de coques de riz serait de 0,062 Wm-1.K-1. Voir ONUDI, p.21. Un test plus récent effectué par les services R&D de Cookville, Tennessee, indique un taux de 3,024 R par pouce.
- ↑ Bien que des coques de riz carbonisées aient été vendues comme matériau isolant dans des applications en vrac sous la marque « Mehabit », il est difficile de trouver des preuves que des coques fraîches ont été utilisées à cette fin. Voir Beagle (1978), p.132.
- ^ Beagle (1978), p.8. "Le pourcentage élevé de silice dans les coques de riz et la structure particulière silice-cellulose empêchent une combustion uniforme et complète des coques lors d'un processus de combustion." Velupillai (1996), p.18. "De toutes les combustions de biomasse, la combustion des coques de riz (et de la paille) est particulièrement difficile en raison de leur teneur élevée en cendres." Ibid., p.23. "Eldon Beagle a mis le feu à un tas de coques de riz de 300'x500'x50' et elles ont brûlé pendant six mois." Ibid., p.24. "Cependant, les coques ne peuvent pas être brûlées facilement ou proprement avec un excès d'air, et la récupération d'énergie est très faible car la chaleur produite ne peut pas être utilisée de manière bénéfique." Ibid., p.25
- ↑ ibid., p.24
- ^ Extrait d'une conversation avec Carl D. Simpson de Riceland Foods, Inc.
- ^ Beagle (1978), p.9, cité dans Burrows (109A)
- ^ "Les concentrations de produits chimiques couramment ajoutés aux isolants cellulosiques commerciaux varient normalement de 10 à 40 % en poids. Les produits chimiques couramment utilisés sont l'acide borique, le borate de sodium, le sulfate d'ammonium, le sulfate d'aluminium, le trihydrate d'aluminium, le phosphate mono- ou di-ammonium. " Bulletin de service intitulé « Borates for Fire Retardancy in Cellulosic Materials », p.5, préparé par US Borax
- ^ Juliano (1985), p.695. Concernant la cutine [1] (aucune page de ce type, novembre 2010)
- ^ Juliano (1985), p.707
- ^ Juliano (1985), p.696
- ^ Julien (1985), p.28
- ↑ Une grande partie du langage comparatif de ce paragraphe est tiré de Environmental Building News – Insulation Materials: Environmental Comparisons [2]
- ^ "Le styrène utilisé dans l'isolation en polystyrène est identifié par l'EPA comme un cancérigène possible, un mutagène, une toxine chronique et une toxine environnementale. De plus, il est produit à partir de benzène, un autre produit chimique présentant des problèmes à la fois environnementaux et sanitaires." Ibid, p.5
- ^ "Pour fabriquer l'isocyanate, précurseur du polyisocyanurate et de l'isolation polyuréthane, deux produits chimiques à base de chlore sont utilisés : le phosgène et la chlorhydrine de propylène." Ibid., p. 4-5
- ↑ "Les polluants les plus importants trouvés dans les matériaux isolants sont des produits chimiques à base de chlore qui détruisent la couche d'ozone protectrice de la Terre." Ibid., p.5
- ^ "La plupart des isolants en fibre de verre sont produits à l'aide d'un liant phénol-formaldéhyde (PF) pour maintenir les fibres ensemble." Ibid., p.5
- ^ "Les préoccupations croissantes en matière de santé concernant la fibre de verre" sont discutées à la p.10 d'ibid.
- ↑ ibid., pp.10-11
- ↑ L'énergie grise est définie comme « l'énergie nécessaire pour produire et transporter des matériaux ». Ibid., p.8
- ^ Juliano (1985), p.696, Velupillai (1996), p.16, Beagle (1978), p.8
- " Les coques peuvent être facilement compressées jusqu'à environ 0,4 g/cm 3 , et le broyage augmente la densité apparente de deux à quatre fois." Juliano (1985), p.696
- ^ Ces chiffres ont été soumis par Catherine Wanek, rédactrice en chef de la publication populaire sur les bottes de paille intitulée The Last Straw.
- ^ "Les mesures ont ensuite montré que le mur (en botte de paille) isolait à R-27,5 (RSI-4,8). Par épaisseur, cela représente R-1,45 par pouce (0,099 W/m°C), soit environ plus de la moitié. de la valeur la plus couramment déclarée. [3] p.2
- ^ www.buldinggreen.com p.2 (abonnement requis, novembre 2010)
- ^ http://web.archive.org/web/20020316053751/http://www.lib.lsu.edu:80/special/exhibits/sugar/case1.html (le lien ne fonctionne pas, novembre 2010)
- ↑ Pour plus d'informations sur cette technique de construction de coques de riz [4]
- ^ L'élimination des matières étrangères des billettes de canne à sucre [5]
- ↑ Si, par exemple, le rez-de-chaussée représente 60 % de la surface habitable totale au coût de 80 $/pi 2 , et si l'étage peut être converti en 40 % de la surface habitable totale au coût supplémentaire de 10 $/pi 2 , alors le coût moyen/pi 2 n'est que de 52 $
- ^ "Une isolation suffisamment épaisse et des fenêtres suffisamment bonnes peuvent éliminer le besoin d'un four, ce qui représente un investissement supérieur au coût de ces mesures d'efficacité. De meilleurs appareils aident également à éliminer le système de refroidissement, ce qui permet d'économiser davantage de coûts en capital. Le seul modérément plus efficace La maison et la voiture coûtent certes plus cher à construire, mais lorsqu'elles sont conçues comme des systèmes complets, la maison et la voiture super efficaces peuvent souvent coûter moins cher que les versions originales non améliorées. Hawkens, P., Lovins, A. et Lovins, H. 1999. Capitalisme naturel, p. 114, Boston : Little, Brown et compagnie
- ^ http://web.archive.org/web/20050624085458/http://www.cajuntravel.com:80/washington.html