Appréciation des résultats de formulation d’un béton bitumineux

Souvent, il s’avère nécessaire d’apprécier les résultats d’essais que livrent les travaux de laboratoire. Des méthodes pratiques de contrôle existent et reposent essentiellement sur trois paramètres : la pénétrabilité ou l’indice de pénétrabilité du bitume, le point de ramollissement et la susceptibilité thermique.

I.2.3.5.1.Pénétrabilité du bitume et stabilité Duriez du béton bitumineux

Les résultats expérimentaux ont montré que la pénétrabilité standard d’un bitume à 25°C (P en 1/10 mm) et la stabilité Duriez à 8 jours dans l’air (R en bar) du béton bitumineux qui en découle, sont liées par une relation logarithmique de la forme :

P R (2/3)log log 

  (4)

où γ est une constante.

Plus la valeur de γ est proche de 3, plus le béton bitumineux est de haute qualité. Une valeur de 2,875 indique que le béton bitumineux correspondant est de qualité moyenne et une valeur de 2,7 constitue la limite entre les bétons bitumineux et les enrobés denses (Duriez et al., 1959).

I.2.3.5.2. Point de ramollissement du bitume et stabilité Duriez du béton bitumineux Si R est la résistance du béton bitumineux à 8 jours air (en bar) et () la température (en °C) marquant le point de ramollissement du liant, on a la relation :

64 .

2



R (5)

où reste également une constante. Pour un béton bitumineux très étudié et de haute qualité,

 prend la valeur 1/500; pour un béton moyen, il prend la valeur 1/750 ; pour un béton de qualité à la limite entre les bétons bitumineux et les enrobés denses, prend la valeur 1/1000 (Duriez et al., 1959).

I.2.3.5.3. Susceptibilité thermique (Pénétrabilité et point de ramollissement)

Pfeiffer et Doormal (1936) ont classé les bitumes suivant leurs propriétés rhéologiques et leur dépendance avec la température. Un indice de pénétrabilité IP a été calculé à partir de la pénétrabilité à 25°C (P25) et la température de Bille et Anneau ().

Dans ce calcul,  est considérée comme la température équivisqueuse à laquelle la pénétrabilité vaut 800 dixièmes de mm. En effet, à la température de Bille et Anneau (), la pénétrabilité du bitume (P) est sensiblement égale à 800.

30 Malgré sa précision limitée, l’IP est un indicateur pertinent de la susceptibilité thermique du bitume en relation avec sa composition chimique (Béghin, 2003). L’indice de pénétrabilité est lié à la susceptibilité thermique par la relation (Jeuffroy, 1978):

25

Plus la valeur de (IP) est élevée, moins le bitume correspondant est susceptible à la chaleur.

Les valeurs courantes de (IP) sont comprises entre -3 et +8. Les bitumes de distillation simple ont des indices (IP) négatifs ou inférieurs à 1. Les bitumes soufflés moins susceptibles ont des indices positifs.

Les bitumes provenant de la distillation directe sont à peu près les seuls utilisés en technique routière. Les bitumes oxydés ou bitumes soufflés, sont surtout utilisés en étanchéité, car leur viscosité varie relativement peu en fonction de la température (Cissé et al., 2003).

I.2.4. VALORISATION DES DECHETS PLASTIQUES DANS LA CONSTRUCTION: LES TRAVAUX RECENTS

De nombreux travaux sont actuellement en cours de par le monde sur le sujet de la valorisation des déchets plastiques ; citons comme exemples : (Adjovi et al., 2010 ; Bindu et al., 2010 ; Choudhary et al. 2010 ; Gbèdo 2009 ; Ghernouti et al., 2009 ; Huang et al.,2007 ; Kalantar et al., 2010; Kapil et al., 2013 ; Khan et al., 2009 ; Kowanou, 2011; Kowanou et al., 2014 ; Lee et al., 1999 ; May et al., 2011 ; Prasad et al., 2009; Punith et al.,2007 ; Qadir et al., 2005 ; Rebeiz, 2005; Tchéhouali et al., 2012 ; Vasudevan et al., 2007 ; Verma, 2008;

Yazoghli-Marzouk et al., 2005 ; Zaki, 2008 ; Zoorob, 2000).

Ces différents travaux concernent : le recyclage matière, le recyclage chimique et bien d’autres aspects dont, par exemple, ceux dédiés au recyclage du plastique en essence pour moteurs.

Nous avons examiné de très près quelques travaux orientés sur la même piste que celle envisagée dans la présente étude, c'est-à-dire les déchets plastiques dans la construction, en mettant un accent particulier sur les travaux ayant utilisé des déchets de sachets plastiques.

Vasudevan et al. (2007) ont, dans leurs investigations portant sur plusieurs matériaux, travaillé aussi sur des mélanges de déchets plastiques et du bitume. Ce travail a eu pour but d’utiliser des sachets d’emballages et des pneus usagés dans la confection de la couche de roulement de chaussée.

31 Ghernouti et al. (2009) ont traité de l’influence des déchets plastiques en substitution partielle au sable sur les propriétés physico-mécaniques des mortiers et des bétons ainsi que leur comportement vis-à-vis des attaques chimiques.

Yazoghli-Marzouk et al. (2005) ont étudié la réduction de l’absorption d’eau du mortier de ciment en réalisant la substitution volumique du sable par des granulés de polyéthylène téréphtalate (PET).

Prasad et al. (2009) ont traité de la consolidation des sols de fondation d’ouvrages en utilisant des renforts constitués de hachis de pneus usés.

A la lecture des différents procédés de recyclage des plastics proposés dans le secteur de la construction, on peut dire qu’il s’agit d’un recyclage « matière », parce qu’il y a peu ou presque pas de transformation des matières plastiques utilisées avant l’incorporation de ces dernières dans les différentes matrices porteuses ou matériaux d’accueil. C’est vrai que, l’un des avantages d’une telle méthode de recyclage est évidemment une économie d’énergie et la conservation des dispositifs traditionnels de sa mise en œuvre (Vasudevan et al. 2007).

Toutefois, en examinant les différents procédés exploités dans leurs différentes techniques de recyclage, des voies de perfection sont vraisemblablement possibles. Par exemple, au niveau des mortiers de ciment, la substitution de 50% de sable, par des granulés de PET, s’est manifestée par des écrans de granulés étanches sur la trajectoire des pores : cela a contribué à diviser le taux d’absorption d’eau par 10, mais l’hydratation des grains de ciment, pendant la phase de murissement, pourrait bien être compromise, d’une part. Les pores demeurent ouverts et, de ce fait, ils constituent des interfaces de contact avec les agents chimiques et constituent aussi le siège des irréversibilités mécaniques, d’autre part. De plus, le PET (de module de Young E de l’ordre de 200 à 700 MPa) étant mécaniquement plus faible que la silice (de module de Young E de l’ordre de 107000 MPa), avec un taux de 50% de substitution, c’est d’autant le squelette du mortier qui en est ainsi affaibli.

Au niveau du béton bitumineux, à 170°C, le sachet plastique fond mais à cette température, sa consistance ne permet pas d’espérer une alliance très intime dans son mélange avec les granulats, surtout les fillers. Par ailleurs, sur le plan pratique, 5% de hachis de sachets, pourcentage en masse de granulats, poseraient des problèmes de stockage, de manutention et de manipulation, en raison du coefficient de foisonnement que s’imposeraient les petits confettis du matériau. En effet, ce foisonnement rendrait difficile les mélanges à grande échelle sur site d’une part, et les nuisances liées à la fusion des sachets ne peuvent être correctement prises en charge dans des unités d’utilisation directe non spécialisées, de l’autre.

32 Le plastique, en tant que matériau, est aujourd’hui un produit de laboratoire. Certaines propriétés, notamment celles relatives aux différentes molécules incorporées comme additifs, charges, adjuvants, colorants, sont détenues dans les secrets des procédés de fabrication.

Chaque matière plastique a donc des caractéristiques physiques et chimiques propres et qui devraient impliquer des modes de recyclage spécifiques. Les procédés de recyclage tirent leurs premiers handicaps de ce fait.

Bien sûr que les récents marquages conventionnels permettent de distinguer les déchets plastiques sous 7 catégories. Mais les sachets présents dans les décharges béninoises ne portent plus très souvent de marquages ; ce qui rend ainsi difficile leur identification. Il s’agit de plus de 50% des déchets plastiques collectés. Objectivement, la diversité des sachets plastiques d’emballages jonchant les décharges imposent que nous ne perdrions plus le temps à en attendre le décodage de tous les secrets de laboratoires, donnant la composition de chaque variante de sachets plastiques utilisés au Bénin, avant d’examiner si cela valait la peine d’entamer leur recyclage.

La réponse à cette question d’importance n’est, à notre humble avis, pas suspensive de la recherche de solution à la problématique réelle. En attendant donc, nous allons entreprendre le programme de recyclage visé sous l’angle de la prospection des possibilités offertes par les procédés de construction aux déchets de sachets plastiques. Spécifiquement, nous analysons les déchets de sachets plastiques utilisés, soit en qualité de liant pour la mise au point de matériaux de construction, soit en qualité d’adjuvant au mortier de ciment contre l’absorption d’eau, soit encore en tant que dope dans la formulation de bétons bitumineux en couche de roulement en technique routière, l’une des trois possibilités d’usage ainsi évoquées n’excluant évidemment, en aucun cas, l’autre.

33

CHAPITRE II – MATERIAUX, MATERIEL ET METHODES

L’histoire situe à -750 000 ans, le début de l’organisation de l’habitat par l’homme. Dès lors et suivant le niveau d’évolution des connaissances, des exigences sont nées et se sont greffées sur le simple besoin de se protéger contre les intempéries : besoin de conserver des vivres, conserver de l’eau, se protéger contre les prédateurs par exemple. Dans les vieux âges, l’instruction étant peu développée et les communications difficiles, on comprend la lenteur des progrès dans le domaine. Jusqu’à un passé récent, les hommes ont entrepris des travaux dont la robustesse s’explique au moins partiellement par la connaissance limitée des matériaux. Aujourd’hui les matériaux sont de mieux en mieux connus et les soucis s’appellent désormais confort, esthétique, sécurité, durabilité, délai d’exécution dont certains aspects sont pratiquement chronométrés, etc. ; et tous ces facteurs sont, depuis la conception des projets, en permanente négociation avec l’économie. Bien sûr, tous les peuples de tous les lieux ne sont pas au même diapason ; les charpentes des esquimaux du pôle nord sont en os de mâchoire de baleine, alors que les pygmées les font en branchages dans la forêt équatoriale africaine. Mais l’habitat étant le mode de peuplement et d’organisation par l’homme du milieu dans lequel il vit, une constance est demeurée chez tous les peuples de tous les temps:

l’homme construit à partir des matériaux de son environnement immédiat. Raison sans doute pour laquelle, plus d’un tiers des habitants du globe vit encore dans des habitats en terre.

Aujourd’hui, la prolifération des déchets plastiques dans la nature fait d’eux une opportunité de matériau de proximité à l’instar de la terre. Le réflexe le plus banal, dans la tendance de l’utilisation profitable de ces déchets abondants et de longues durées de vie, est donc l’exploitation des propriétés de fusion de certaines familles pour faire d’elles des liants, des adjuvants ou des dopes.

2.1. MATERIAUX

Les matériaux utilisés comprennent des sachets plastiques, des granulats, du ciment et d’autres matériaux accessoires décrits dans les paragraphes qui suivent.

2.1.1. SACHETS PLASTIQUES

Les matériaux utilisés comprennent des déchets de sachets plastiques de couleur noire. Il s’agit de sachets de décharges principalement.

Cependant, pour les besoins de notre étude, nous avons utilisé aussi des sachets plastiques neufs acquis dans le commerce pour observer les différences de comportement que présenteraient les matériaux qui en seraient produits. Sur le marché béninois, les marques de

34 sachets qui dominent sont : en provenance du Togo, les marques Induplast, Africa 24, Eagle, Cheval ; en provenance de la Cote d’Ivoire, la marque Le Nouveau, et celles du Bénin, les marques Sunshine et Cheval.

A part donc les sachets tirés des décharges, nous avons aussi travaillé avec quatre (4) types de sachets plastiques parmi ces marques dominantes. Ce sont les :

- Sachet plastique type 1 : Marque Induplast ; - Sachet plastique type 2 : Marque Africa 24 ; - Sachet plastique type 3 : Marque Eagle ; - Sachet plastique type 4 : Marque Le nouveau.

2.1.2. GRANULATS

Différentes catégories de granulats ont été utilisées dans la mise au point et la recherche des paramètres de sensibilité de nouveau matériau à confectionner.

Nous avons utilisé quatre (4) types de sable roulé dénommés respectivement S0, S1, S2 et S3, un type de sable concassé S4 et du gravillon roulé G ; leurs caractéristiques sont rassemblées dans le Tableau 2.1 et dans les courbes granulométriques des Figures 2.1, 2.2 et 2.3.

Tableau 2.1 : Caractéristiques des sables et gravillons utilisés dans les tests d’élaboration de matériaux composites à base de sachets plastiques en qualité de liant

Matériaux Origine Es (%)

35 Figure 2.1: Courbe granulométrique du sable S0

Figure 2.2: Courbes granulométriques des sables S₁, S₂, S₃ et du gravillon G

36 Figure 2.3 : Courbe granulométrique originale du sable de granite concassé S4

Les matériaux utilisés comprennent aussi de la terre de barre. La terre de barre (Photo 2.1) provient des environs d’Abomey Calavi

dans le Département du Littoral (Bénin).Le sable et l’argile de la terre de barre ont été d’abord séparés par lavage à l’eau sur le tamis de 80 microns (ouvertures carrées) ;les passants sont considérés comme étant de l’argile et les retenus comme étant du sable. Les deux parties ont été séchées à l’étuve à température de 105°C.

Photo 2.1 : Utilisation de la terre de barre dans la construction traditionnelle dans le Département de l’Ouémé au Bénin. (Source : Kowanou, 2010)

Après le séchage, des études granulométriques ont été réalisées sur chaque partie. Pour ce faire, la technique de tamisage a été appliquée au sable conformément à la norme NF P94-056

37 et la sédimentométrie à l’argile suivant la norme NF P 94-057 qui prescrit une analyse granulométrique par sédimentation pour les éléments inférieurs à 80µ.

Les caractéristiques de ces intrants apparaissent sur le Tableau 2.2 et les Figures 2.4.

Tableau 2.2 : Caractéristiques de la terre de barre utilisée: décomposition en sable et argile Matériaux Densités

Apparente

Densité absolue

Equivalent de sable

(ES)

Limite d’Atterberg

Module de finesse

(Mf)

Sable S5 1,635 2,071 97 - 1,936

Argile 1,730

WL=53 WP=31 IP=22

Figures 2.4 Courbes granulométriques de l’argile(a)et du sable S5(b) issus de la séparation de la terre de barre

Un autre groupe de granulats a été utilisé dans la mise au point et la recherche des paramètres de sensibilité du matériau élaboré: deux (2) types de sable roulé dénommés respectivement S6

et S₇; le sable normalisé EN-196.1 désigné par S₈ a servi de témoin pour les besoins de comparaison dans les mesures d’absorption d’eau du mortier de ciment.

Au cours des opérations d’enrobage au fondu de déchets de sachets plastiques, un gravillon roulé désigné par G₀ a été utilisé.

Leurs différentes caractéristiques figurent au Tableau 2.3 et dans les courbes granulométriques des Figures 2.5 et 2.6.

38 Tableau 2.3 : Caractéristiques des sables et gravillons utilisés pour les tests d’absorption

d’eau Matériaux Origine Es (%)

NF EN 933-8

Mv vrac (kg/m³) NF EN 1097-3

Mv absolue (kg/m³)

Mf

Sable roulé

S6 Lagunaire

Porto-Novo

73 1660 2650 1,69

S₇ Lagunaire

Adjohoun

91 1540 2640 2,71

S8 France Sable normalisé certifié EN 196.1 Gravillon

G0 Sédimentaire

Mono

1695 2680

Légende : Es = Equivalent de sable ; Mv vrac = Masse volumique en vrac ; Mv absolue = Masse volumique absolue ; Mf = Module de finesse.

Figure 2.5 : Courbes granulométriques du sable roulé S₆ et du gravillon G₀ utilisés

39 Figure 2.6: Courbe granulométrique du sable roulé S7

Photo 2.2: Sable normalisé S8 CEN EN 196-1

40

2.1.3. CIMENT

Certaines de nos manipulations ont nécessité l’usage du ciment. Le ciment utilisé est celui produit au Bénin. Il est de la marque Bouclier fourni par la Société des Ciments du Bénin (SCB Lafarge). La composition chimique essentielle de ce ciment figure au Tableau 2.4.

Tableau 2.4 : Composition chimique essentielle du ciment Bouclier CPJ 35 (Production du 16 juillet 2012)

Source : Laboratoires de la Cimenterie LAFARGE d’ONIGBOLO (à Pobè)

Autres caractéristiques de production de ce ciment:

On note les données complémentaires suivantes:

*Perte au feu : 9,46%

*Finesse (refus au tamis 100 : 5,4%).

Les essais de qualification et de contrôle effectués sur ce ciment dans les ateliers du CNERTP (Laboratoire de référence d’envergure sous régionale ayant une responsabilité de contrôle permanent sur les productions de ciments du Bénin) ont donné les résultats figurant au Tableau 2.5.

Tableau 2.5 : Caractéristiques de base du ciment Bouclier CPJ 35 (Production du 16 juillet 2012) propriétés d’étanchéification dans le domaine de la formulation des bétons de ciment.

41

* Le sable de mer : de granulométrie 0,2-0,5 mm, il a juste servi comme grenailles au disque de l’appareil d’usure dans les tests de caractérisation des carreaux.

* Le granite : il s’agit du granite concassé de la carrière de Dan (Bénin) en trois classes granulaires G1 (10/14), G2 (6/10) et G3 (0/6) (Figure 2.7), de masse volumique absolue 2690 kg/m³. Il a été utilisé pour la formulation du béton bitumineux. C’est celui réellement utilisé dans les travaux de revêtement sur la plupart des chantiers du territoire national au Bénin.

*Le bitume routier titré 50-70 : il s’agit du produit hydrocarbure classiquement utilisé dans les travaux routiers des pays tropicaux africains au Sud du Sahara et surtout au Bénin.

*L’eau distillée, l’eau de robinet ainsi que certains réactifs chimiques constitués de solutions aqueuses de carbonate de sodium (Na2CO3), de toluène et du savon, pour ne citer que ceux-là, ont servi au cours des tests de caractérisation.

Figure 2.7: Courbes granulométriques des granulats G₁, G₂ et G₃ 2.2. MATERIEL ET METHODES

En raison de la relative variabilité des tests et des matériels impliqués, la description de cette partie concernant le matériel expérimental et les méthodes empruntées est effectuée en suivant les trois différents volets de l’étude d’une part, et par types d’essais menés, de l’autre, en

42 tenant grandement compte du fait que certaines phases opératoires soient parfois communes à des volets différents : cas de la fusion des sachets plastiques, par exemple.

2.2.1- VOLET SACHET PLASTIQUE DANS LE ROLE DE LIANT DE GRANULATS

Dans le but de trouver une consignation durable aux déchets de sachets plastiques dont le recyclage intéresse peu les industries, nous avons entrepris ici de concevoir la confection d’un matériau constitué de granulats liés par des sachets plastiques fondus. Dans ce sens, il s’agit de la mise au point d’un matériau composite. Engager un tel matériau dans une construction qui devra vivre peut-être cent ans, c’est, de toute évidence, une façon de reporter ou d’allonger d’autant d’années, le délai de retour de ces déchets plastiques à la nature.

Dans la mise au point du matériau, nous avons examiné le seuil des dosages en liant, calculé la masse volumique, déterminé la cinétique de refroidissement du matériau, mesuré les résistances mécaniques, en recherchant parmi les intrants et les facteurs, ceux qui pourraient influencer la résistance, paramètre important pour un matériau de construction. En effet, à travers le comportement mécanique, le poste d’affectation ou de service du matériau composite élaboré pourrait être décidé en toute connaissance de cause.

Les opérations principales consistent donc à faire fondre des déchets de sachets plastiques et à mélanger le fondu résultant à des agrégats.

2.2.1.1. Matériau composite à base de granulats liés par des déchets de sachets plastiques fondus

 Matériel expérimental

Le matériel expérimental comprend essentiellement:

 un récipient métallique munie d’un dispositif de fermeture appropriée : elle sert à faire fondre les déchets de sachets plastiques ;

 un réchaud à gaz : il produit la chaleur indispensable à la fusion des sachets plastiques;

 une balance électronique de portée 4000 g et sensible au dixième de gramme destinée aux pesées des sachets et des granulats ;

 des moules 40 x 40 x 160 mm et un moule 20 x 20 x 375 mm (Photos 2.3);

 un thermocouple de type K Marque OXFORD Modèle M 890 C mesurant de 0 à 1000 °C pour le suivi des températures de fusion et de refroidissement des sachets plastiques ;

 un enregistreur de température Marque TESTO avec 4 sorties et mesurant de 0 à 1000 °C pour suivre la cinétique de refroidissement des matériaux ;

43

 un hygromètre de Marque CORECI et de type H4 mesurant de 0 à 100% d’humidité relative et pouvant mesurer les températures de -20 à 60 °C ; il permet de suivre les conditions hygrométriques de déroulement des essais (Photo 2.4) ;

 une presse de marque Seidner (Photo 2.4) destinée aux essais de compression et de traction par flexion à trois points sur les éprouvettes des matériaux développés et à dimensions de 40 x 40 x 160 mm.

 une série normalisée de tamis AFNOR d'ouvertures respectives 0,08 - 0,16 - 0,315 - 0,63 - 1,25 – 2- 2,5-3,15- 4 – 5-6,3 – 8 – 10-12,5 – 14- 16 (mm), une truelle, des béchers, des bocaux métalliques, un chronomètre pour mesurer le temps (fusion et refroidissement).

 Des moules cubiques de dimensions 50x50x50 mm et des moules cylindriques de diamètre 50 mm et de hauteur 100 mm, pour la réalisation de l’essai brésilien de traction par fendage. Il y a eu enfin une étuve pour l’étude de comportement du matériau sous l’effet de la chaleur.

Photos 2.3 : Moules à gauche 40 x 40 x 160 mm ; à droite20 x 20 x 375 mm

Photos 2.4 : Appareils de mesure : à gauche : la presse Seidner; à droite : le

Photos 2.4 : Appareils de mesure : à gauche : la presse Seidner; à droite : le

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