Composites de magnésium Des chercheurs transforment des coquilles d'œufs en renforts en magnésium

Les coquilles d'œufs en poudre pourraient remplacer les additifs calciques classiques dans la production d'alliages de magnésium. Dans le cadre d'une étude de validation de principe, des chercheurs ont utilisé le procédé d'extrusion par friction-agitation pour transformer ces déchets en composés de renforcement, obtenant ainsi un magnésium plus résistant et plus dur. Cette technique pourrait permettre de réduire la dépendance vis-à-vis du traitement des minéraux, très gourmand en énergie.

Des chercheurs ont mis au point une technique qui utilise des coquilles d'œufs réduites en poudre pour produire des alliages de magnésium de haute qualité, qui trouvent de nombreuses applications dans les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale et de la biomédecine. Les coquilles d'œufs constituent une alternative économique et respectueuse de l'environnement aux matériaux à base de calcium classiques, qui sont fabriqués à partir de minerai selon un procédé très gourmand en énergie.

Les matériaux à base de calcium, tels que le carbonate de calcium et l’oxyde de calcium, sont utilisés dans une grande variété d’applications. « Par exemple, le carbonate de calcium et l’oxyde de calcium sont des matériaux importants pour la fabrication d’alliages métalliques », explique Bharat Gwalani, auteur correspondant d’un article consacré à ces travaux et maître de conférences en science et ingénierie des matériaux à l’université d’État de Caroline du Nord. « Mais la production de ces matériaux à base de calcium repose sur un processus complexe faisant appel à des matières premières extraites des mines. Nous avons mis au point une technique qui permet de sauter une étape. Plutôt que de traiter du minerai pour obtenir des matériaux à base de calcium, puis d’utiliser ces derniers pour produire des métaux ou des alliages métalliques, nous avons démontré qu’il était possible de produire un alliage métallique de haute qualité à partir de coquilles d’œufs. »

Les coquilles d'œufs sont composées à 95 % de carbonate de calcium, et le procédé utilisé par les chercheurs pour incorporer la coquille d'œuf dans des alliages la transforme en oxyde de calcium et en calcium naissant.

« Cela présente de nombreux avantages », explique Gwalani. « Il y a moins d'étapes. On dispose d'une chaîne d'approvisionnement fiable et durable. Les coquilles d'œufs ne coûtent pas cher. Et on consomme beaucoup moins d'énergie, car on n'a pas besoin de passer par le processus de fabrication de produits à base de calcium à partir de minerai. »

Dans le cadre de ce travail de validation de principe, les chercheurs ont utilisé des coquilles d'œufs pour produire des alliages de magnésium plus résistants et plus durs, dont le rapport résistance/poids les rend particulièrement adaptés à des applications telles que l'électronique et les équipements aérospatiaux.

« On ajoute du calcium au magnésium pour améliorer ses propriétés mécaniques », explique Gwalani. « Nous voulions voir s'il était possible d'utiliser des déchets d'origine biologique — des coquilles d'œufs — pour produire les matériaux calciques nécessaires au cours du processus de fabrication. »

Pour ce procédé, les chercheurs commencent par percer une série de trous régulièrement espacés dans un bloc cylindrique de magnésium. Ces trous sont ensuite remplis de coquilles d'œufs finement broyées. Ce bloc est ensuite placé dans un cylindre en acier. Un mandrin en acier, muni d'un trou en son centre, est ensuite introduit dans le cylindre. Le mandrin fait office de pilon dans un mortier : il exerce une pression sur le bloc de magnésium tout en tournant à une vitesse de 300 tours par minute.

Ce procédé s'appelle l'extrusion par friction-agitation. Lorsque le mandrin appuie vers le bas tout en tournant, plusieurs phénomènes se produisent pratiquement simultanément. La poudre de coquille d'œuf est mélangée au magnésium environnant, ce qui crée une friction entre les particules de coquille d'œuf et le métal. Ce frottement transforme le carbonate de calcium en oxyde de calcium et en calcium, et produit l'alliage Mg₂Ca à haute résistance. Enfin, la pression exercée par le mandrin vers le bas force l'alliage de magnésium à sortir par l'orifice, produisant ainsi une tige extrudée constituant le produit fini.

« Ces travaux montrent qu’il est possible de produire des alliages de magnésium de grande valeur et de haute qualité à partir d’un déchet biogénique peu coûteux et durable », explique Gwalani. « Il s’agit d’un procédé évolutif, économe en énergie et respectueux de l’environnement permettant de produire des composites à base de magnésium à partir de déchets biogéniques. »

« Et nous avons déjà démontré que cette approche a des applications qui vont au-delà du magnésium et des coquilles d’œufs », explique Gwalani. « Nous avons démontré plus tôt cette année qu’il est possible d’utiliser la même approche — l’extrusion par agitation et friction — pour produire des composites magnétiques en broyant de la poudre magnétique de samarium-cobalt (SmCo5) dans des déchets d’aluminium. »

Article original : « Circular Manufacturing of Mg–Eggshell Composites: Transforming Biogenic Waste into Functional Reinforcements » ; Journal of Magnesium and Alloys ; DOI : 10.1016/j.jma.2026.102290