À l'époque où elle vivait en Californie, Katrina Cornish s'est interrogée sur ces camions ouverts qu'elle a vus transportant de grosses cargaisons de tomates mûres. Pourquoi, pensa-t-elle, les tomates sur le fond n'étaient-elles pas écrasées en grandes flaques rouges?
Elle apprendra plus tard que la raison en est que les tomates avaient une peau dure qui leur permettait de supporter tout ce poids d'en haut.
Cette connaissance viendrait au service de Cornish bien après son déménagement à l’Ohio State University, où elle est chercheuse dans le domaine des biomatériaux. Récemment, elle et son équipe de recherche ont découvert que non seulement ces pelures de tomates tenaces, mais également des coquilles d'œufs broyées, peuvent remplacer efficacement le produit de remplissage à base de pétrole utilisé dans les pneus de voiture.
«Ce que vous voulez dans un poste de remplissage, c'est quelque chose de très dur et de fort», dit-elle. "C'est pourquoi nous avons examiné les pelures de tomates."
Le matériau de remplissage de choix pour les pneus et autres produits en caoutchouc a longtemps été ce que l’on appelle le noir de carbone, un produit en poudre de carbone qui constitue 30% de la plupart des pneus. En fait, c'est la raison pour laquelle de nombreux produits en caoutchouc sont noirs. Le noir de carbone contribue à rendre le caoutchouc des pneus plus durable.
Mais il est de plus en plus rare, car la demande de voitures augmente rapidement dans les pays en développement. Dans le même temps, la production de noir de carbone aux États-Unis a diminué ces dernières années, alors que l'EPA s'attaquait aux usines émettant des quantités excessives d'anhydride sulfureux et d'oxydes d'azote.
Cela a rendu les fabricants américains de caoutchouc plus dépendants des sociétés étrangères pour un produit qui a toujours été sensible aux fluctuations des prix mondiaux du pétrole.
Le potentiel de gaspillage alimentaire
Ainsi, pouvoir utiliser les déchets alimentaires pour réduire la quantité de noir de carbone nécessaire pourrait réduire les coûts. Cela pourrait également apporter des avantages environnementaux. «L'une des raisons pour lesquelles ils constituent un tel atout est toute la question de la durabilité», déclare Cornish. «Le noir de carbone est produit avec du pétrole. Si vous pouviez commencer à remplacer certains de ces matériaux non durables par des matériaux durables, vous aiderez à nous sevrer du pétrole. »
Il n'y a clairement aucune pénurie de déchets alimentaires en Amérique. Les Américains consomment plus de 30 livres de tomates par personne et par an, selon le ministère de l'Agriculture, la plupart d'entre elles étant en conserve ou transformées d'une manière ou d'une autre, telles que la sauce sur des pizzas. Les entreprises alimentaires pèlent et éliminent la peau dure. Et chaque Américain consomme en moyenne près de 270 œufs par an, ce qui porte le total dans le pays à environ 86 milliards de dollars. Environ 40% de ces œufs sont utilisés par les entreprises du secteur alimentaire, qui finissent par expédier des tonnes d'obus fissurés vers des sites d'enfouissement. Là, ils restent assis longtemps car ils ne se décomposent pas très facilement.
«Nous pensions qu’utiliser des coquilles d’œufs comme matière de remplissage serait un meilleur sort que de finir dans une décharge», déclare Cornish. «Et j’ai été très agréablement surpris quand il s’est avéré qu’il s’agissait d’une charge renforçante très efficace, et non d’une charge diluante.»
Les peaux de tomates séchées et moulues (en haut) et les coquilles d'œufs (en bas) sont transformées en poudre grossière, moyenne et fine avant d'être ajoutées au caoutchouc. (Kenneth Chamberlain, avec la permission de l'Ohio State University) Comme l'explique Cornish, une charge diluante peut rendre un composite plus faible et plus rigide, plus il est ajouté à un produit. Cela réduit les coûts, mais diminue également la qualité. En revanche, une charge renforçante augmente la résistance du produit, même si elle peut également réduire son élasticité.
«Mais avec certains de ces nouveaux agents de remplissage, les coquilles d'œufs et les écorces de tomates, lorsqu'ils sont utilisés en association avec du noir de carbone, nous pouvons obtenir une résistance accrue, mais pas une augmentation de la dureté ni une perte d'élasticité», dit-elle.
En d’autres termes, il a été constaté que les agents de remplissage des déchets alimentaires renforcent le caoutchouc tout en le maintenant souple.
Alternatives durables
Jusqu'à présent, l'équipe de l'Ohio State a testé des coquilles d'œufs ou des pelures de tomates en combinaison avec du noir de carbone, réduisant ainsi la quantité de charge traditionnelle sans la remplacer. Les chercheurs n’ont pas encore combiné les deux déchets alimentaires dans une charge. Ils travaillent sur l'identification de la façon dont la combinaison des deux, avec et sans noir de carbone, pourrait modifier les propriétés mécaniques uniques de chacune des performances du caoutchouc. L’objectif ultime serait de créer des «recettes» pour différentes combinaisons afin d’obtenir les résultats correspondant le mieux aux besoins du fabricant.
«Nous avons déjà montré que vous pouvez obtenir différentes combinaisons de propriétés en les utilisant simplement avec du noir de carbone, bien plus que ce que le noir de carbone peut faire par lui-même. Nous pensons pouvoir aller encore plus loin en combinant les deux d'une manière intelligente et prédictive », déclare Cornish.
Katrina Cornish (à gauche) et Cindy Barrera (à droite) examinent des peaux de tomates moulues et des coquilles d'œufs, ainsi que des échantillons de caoutchouc. (Kenneth Chamberlain, avec la permission de l'Ohio State University) Elle note que les chercheurs ont reçu une subvention de Ford pour travailler sur un projet utilisant des coquilles d'œufs concassées dans des pièces en caoutchouc, et qu'un autre fabricant de caoutchouc a manifesté son intérêt pour le travail avec le remplisseur de pelures de tomates.
Les chercheurs ont reçu du Bureau américain des brevets et des marques de commerce des commentaires sur leur demande de brevet concernant leurs composites de caoutchouc contenant des déchets biologiques, et M. Cornish a annoncé qu'elle serait de nouveau présentée sous peu. La technologie a été concédée sous licence à une société appartenant à Cornish, appelée EnergyEne.
La recherche d’alternatives naturelles dans la fabrication de produits n’a rien de nouveau pour Cornish. Elle supervise également un projet visant à déterminer si une variété de pissenlit originaire du Kazakhstan peut être utilisée comme source de caoutchouc. Environ 10 à 15% des racines de la plante sont en caoutchouc naturel.
Selon elle, une des clés pour elle est de garder les yeux ouverts sur les possibilités du monde naturel.
«Je viens d'un très large milieu et je suis très intéressé par une économie durable. Dans l'Ohio, l'agriculture est une industrie énorme, la transformation des aliments est une industrie énorme », a-t-elle noté. «Je voulais examiner ce que je pouvais faire en tant que scientifique non spécialisé dans le secteur alimentaire dans le secteur de la transformation des aliments. Ils ont tous des déchets majeurs. Les déchets coûtent beaucoup d'argent. Les déchets vont à la décharge. Nous avons donc évalué ce que sont les déchets et ce que nous pourrions en faire.
«Et le projet s’est révélé être un succès spectaculaire. Je ne veux pas que cela paraisse condescendant, mais la plupart des gens ne regardent pas autour d'eux et ne voient vraiment pas ce qui se passe là-bas. "
