Etude exploratoire de l’exploitation du matériau composite élaboré

Dans une démarche prospective de l’utilisation potentielle du composite mortier de ciment au sachet plastique élaboré, des essais comparatifs exploratoires ont été effectués. Pour ce faire et surtout dans la perspective d’une orientation du composite réalisé vers la préfabrication de carreaux pour revêtement, vingt (20) échantillons de carreaux, dans les catégories grès et faïence acquis dans les quincailleries de Cotonou, ont été prélevés (Photos 4.4) et soumis à des essais d’absorption et d’usure.

Photos 4.4 : Echantillons de carreaux: à gauche ; Grès-cérame; à droite faïence Le détail des résultats enregistrés, suite aux différents essais relatifs aux mesures de taux d’absorption d’eau et aux mesures d’empreintes d’usure sont consignés en annexe.

Les moyennes des absorptions d’eau, des longueurs d’empreintes, et les plages des indices d’usures sont résumés au Tableau 4.1.

135 Tableau 4.1 : Taux d’absorption d’eau et Indices de résistance à l’usure de différentes gammes de revêtements du commerce et du mortier avec sable S7 enrobé à 10% de fondu de

sachet plastique

Carreaux Grès-cérame du commerce 0,89±0,31 21,60±1,35 915 1405 Carreaux Faïence du commerce 14,95±5,44 23,00±1,63 725 1240 Mortier avec sable S7 enrobé à 10% 0,90±0,05 26,30±1,53 510 725 Carreau de mortier artisanal du commerce 13,34±2,64 40,2±4,32 120 240 Remarque: Certains chiffres attirent la curiosité ; les carreaux de mortier simple artisanal vendus dans le commerce ont enregistré une longueur d’empreinte d’usure moyenne de 40,20 mm alors que les échantillons de mortier à base du sable S7 enrobé de sachets plastiques ont connu une longueur d’empreinte de 26,30 mm. Ces résultats vont dans le sens des conclusions de Vasudevan et al. (2007) qui, à l’essai d’abrasion des granulats (Los Angeles), ont trouvé que l’enrobage des granulats au fondu de déchets plastiques réduisait l’effet d’abrasion sur eux. C’est donc certainement l’enrobage de sachets plastiques qui s’est opposé à l’usure des échantillons de sable enrobé.

L’analyse des résultats exposés au Tableau 4.1 a montré que, malgré ses indices d’usure (510 à 725) plus faibles que ceux des carreaux en grès-cérame (915 à 1405) et carreaux en faïence (725 à 1240) du commerce, et au vu de sa faible absorption d’eau (0,90±0,04%) contre respectivement (0,89±0,31%) et (14,95±5,44), déjà en l’état, ce matériau en mortier de ciment au sable enrobé de fondu de sachets plastiques, mis en carreaux pourrait jouer le rôle de revêtement, au moins dans les habitations traditionnelles où le besoin d’un tel type de protection reste et demeure grandement exprimé (Photos 4.5 à 4.7).

Un carreau artisanal en mortier de ciment peint sur une face et vendu dans le commerce a participé à la comparaison et a présenté des performances qui sont loin de se mesurer à celles du matériau de sable S₇ enrobé à 10% de fondu de sachets plastiques (Tableau 4.1): à l’absorption d’eau, ce carreau a enregistré 13,34% ± 2,64 et son indice de résistance à l’usure varie entre 120 et 240.

136 Avec un taux d’absorption d’eau comparable à celui du carreau grès-cérame, et la résistance à l’usure de la trempe du carreau faïence, la destination revêtement est suffisamment justifiée pour le mortier du sable S7 couvert d’un manteau de 10% de fondu de sachet plastique.

Depuis 2010 déjà, et ainsi que la tendance s’affirme pour la plupart des pays au sud du Sahara, plus de la moitié de la population béninoise, a été classée citadine. Or, certains espaces, indispensables à la vie en ville, ont toujours fait défaut à l’habitat traditionnel. Ce sont, entre autres, les salles d’eau que le matériau terre de barre ne permet pas de loger à l’interne. Ville et campagne confondues, le dernier recensement de la population indique qu’au Bénin : 55,3% des parements, 1,1% des toitures, et 40,2% des sols sont en terre de barre et 55,8% en chape de ciment (INSAE, 2003). Un tel besoin indique très bien qu’un matériau de revêtement de certains espaces en terre de barre va, indubitablement, servir l’intérêt du grand nombre en permettant, sans grande tension financière, de résoudre à la fois, le problème d’étanchéité de la dalle de terre et celui de l’hébergement à l’interne d’espaces humides.

Des pratiques contemporaines consistent à utiliser du mortier de ciment ordinaire comme enduit sur les parois en terre de barre ou latérite (Photo 4.5).

Photo 4.5 : Revêtement vertical au mortier de ciment sur un mur en terre de barre dans la commune de Kandi (Source: Kowanou, 2010)

Revêtement mural

137 Photo 4.6 : Tata Somba dans la commune de Boukoumbé (Source: Kowanou, 2010)

Photo 4.7 : Une dalle de terre (latérite) de plus de 100 ans dans la commune de Toukountouna (Source: Kowanou, 2010)

138 Une voie nouvelle s’offre alors et consiste en celle de confectionner des carreaux de revêtement, à base de mortier de ciment et de sable enrobé de fondu de déchets de sachets plastiques sous forme préfabriquée et de les appliquer après un gobetis de mortier.

Actuellement, des pratiques sont en cours dans des laboratoires d’industries pour réduire le taux d’usure des carreaux de mortiers. On parle de saupoudrage du carreau frais par de la poudre de marbre. La décoration que par ailleurs ce matériau admet, permet de croire que des atouts restent à déployer pour concurrencer le grès-cérame dans ses qualités les plus pointues.

Les tests ne sont donc pas encore terminés pour pouvoir conclure à ce sujet. Les granulométries, les minéralogies, les formulations et les décorations restent à prospecter dans d’autres études.

4.2.2. DECHETS DE SACHETS PLASTIQUES COMME ADJUVANT DE SURFACE CONTRE L’ABSORPTION D’EAU DANS LE MORTIER DE CIMENT

Les résultats obtenus à l’issue des expériences effectuées dans le paragraphe précédent ont montré que les déchets de sachets plastiques, utilisés en qualité d’adjuvant de masse, permettent de réduire, de près de 90%, l’absorption d’eau, par le mortier de ciment subséquemment avec la perte d’environ 60% de ses résistances mécaniques en flexion et en compression.

Dans le présent paragraphe, est examinée la possibilité de conserver les résistances mécaniques et de réduire quand même le taux d’absorption d’eau, à partir de l’application du fondu de sachets plastiques en qualité d’enduit de surface si toutefois la couleur ou autre aspect ne nuisait au rendu du subjectile. Les ouvrages enterrés tels que les fondations et les masques de barrages hydrauliques, accepteraient par exemple sans grandes réserves.

Les résultats de cette série d’essais sont consignés dans le tableau 4.2.

Tableau 4.2. Résultats des essais d’absorption d’eau suite à des enduits de surface sur le mortier de ciment au sable S7 non enrobé

Type de revêtement appliqué à la surface du mortier de ciment ordinaire

Moyenne des taux d’absorption (%)

Ecart-type (%)

Echantillons de référence non enduit 12,40 0,48

Couche mince de fondu de sachet 100% 4,58 0,20

Couche épaisse de fondu de sachet 100% 5,45 0,26

Couche mince de Bitume 100%+sachet 0% 4,45 0,20

Couche mince de Bitume 92%+sachet 8% 1,35 0,15

Couche mince de Bitume 80%+sachet 20% 0,39 0,01

139 La Photo 4.8 montre une expérience au cours de laquelle est réalisée l’application d’un enduit de fondu de déchets de sachets plastiques à une éprouvette de mortier de ciment ordinaire.

Photo 4.8 : Application, à la spatule, d’un enduit sur la surface d’une éprouvette en mortier de ciment

L’analyse des données portées dans le Tableau 4.2 a permis de conclure que, dans le rôle d’étanchéification, en tant que matériau d’enduit de surface:

 le sachet plastique fondu, à l’instar du bitume 50/70 classiquement utilisé, appliqués en couches minces, réalisent sensiblement les performances quasi identiques;

 le bitume 50/70 dopé à la poudre de sachet plastique a réduit considérablement le taux d’absorption d’eau dans le mortier de ciment. A hauteur de 92% de bitume additionné de 8%

de poudre de sachets plastiques, les résultats enregistrés ont donné un taux d’absorption de 1,35±0,15% après 72 heures d’immersion en eau. Lorsque la composition du mélange, constitué de bitume 50/70 dopé à la poudre de sachet plastique, a été modifiée en portant les teneurs respectives à 80% et 20%,le taux d’absorption est réduit, après 72 heures d’immersion, à 0,39±0,01%.

Ces résultats sont fort intéressants surtout lorsqu’on sait que, en plus d’acquérir une certaine étanchéité, le matériau conserve son potentiel en résistance mécanique.

En conclusion à cette rubrique, les résultats obtenus par l’enduit au fondu de sachets plastiques indiquent que des travaux restent à faire pour sa perfection, notamment en ce qui concerne l’adhérence du fondu aux subjectiles pulvérulents. L’industrie des peintures a fait des progrès dans le domaine pour avoir inventé des matériaux d’accrochage et des procédures

140 de ravalement avec fixateur. Mais à notre avis, le fondu de déchets de sachets plastiques seul ne sera pas compétitif dans le concert des enduits.

La méthode associant les 80% de bitume dopé à 20% de poudre de sachets plastiques fondus et finement broyée, méthode qui a remporté la meilleure performance (0,39% d’absorption d’eau après 72 h d’immersion), a toutes les chances de s’imposer sur les chantiers de construction parce que, même en surface ouverte, le problème de décollement ne s’est pas manifesté.

4.3. SACHET PLASTIQUE COMME DOPE DU BITUME ROUTIER 50/70

Rappelons que, dans ce volet, les résultats et discussions ont porté sur les effets induits par l’incorporation du dope fait de la poudre du fondu de déchets de sachets plastiques sur les propriétés des liants bitumineux formulés d’une part, et sur celles des bétons bitumineux découlant d’autre part.

4.3.1. RESULTATS DES EFFETS DU DOPE SUR LES PROPRIETES DES LIANTS BITUMINEUX

4.3.1.1. Indice de pénétrabilité

Les valeurs enregistrées lors des mesures d’indice de pénétrabilité appliquées au bitume témoin (M0) ainsi que les neuf mélanges de liants bitumineux (M2 à M20) sont regroupées dans le Tableau 4.3. En effet, l’expression des valeurs obtenues (colonnes 3 à 8) et traduites en plages de valeurs (colonne 9), valeurs moyennes arrondies (colonne 10) et classes d’appartenance (colonne 11), la plus pertinente choisie parmi les neuf (09) classes de bitumes définies par la norme EN 1426, a permis de catégoriser les différents mélanges.

L’analyse de ces valeurs a montré que l’introduction de la poudre issue des sachets plastiques fondus, refroidis et broyés, exerce une grande influence sur la pénétrabilité du liant. Ainsi, les mélanges indexés M0 et M2, M4 et M6, M8 et M10, M12, puis M15 et M18 correspondent à des liants bitumineux de classes respectives 50-70, 40-60, 35-50, 30-45 et 20-30.

L’indice de pénétrabilité obtenu avec la teneur en poudre de sachets de 20% a permis de conclure que le mélange bitumineux M20 correspondant sort des bitumes routiers classiques. Il est plutôt entré dans les classes des bitumes spéciaux d’indices de pénétrabilité 10-20 et 15-25 qui relèvent de l’identification suivant la norme NF EN 13924. Ils sont destinés à la mise au point de béton bitumineux à module élevé (BBME). Ces bitumes sont ceux destinés à apporter une réponse aux problèmes engendrés par l’accroissement imprévu d’un trafic lourd.

141 Tableau 4.3 : Résultats des mesures d’indice de pénétrabilité sur le bitume témoin (M0) et

les mélanges bitumineux (M₂ à M₂₀) affirmer qu’il a été observé que l’incorporation de la poudre de fondu de sachets plastiques a provoqué un déclassement progressif des grades du bitume dopé vers les catégories des bitumes les plus durs. De la classe 50-70 à 0%, le bitume dopé à teneur de 10% en poudre de fondu de sachets plastiques est passé à la classe 35-50 puis à 20-30à 15%. À 20% de dopage, le liant bitume dopé est complètement sorti de la classification des bitumes routiers classiques.

Les écarts entre les valeurs maximale et minimale de la pénétrabilité se sont resserrés au fur et à mesure que le taux de dope augmente dans le mélange. Ces écarts sont passés de 9 (x1/10 mm) à 0%,par 7 à 2%et 3 à 8% pour atteindre 1 (x1/10 mm) à 20%.

Avec le dope fait de déchets de sachets plastiques, le bitume devient relativement plus dur et résiste à la pénétration de l’aiguille à 25 °C. Ainsi, l’Afrique tropicale est bien servie parce

142 que les bitumes les plus durs sont préférés pour les régions les plus chaudes (BCEOM-CEBTP, 1975).

4.3.1.2. Point de ramollissement Bille et Anneau

A l’analyse des valeurs enregistrées et figurant dans le Tableau 4.4, on peut noter que, dans la plage de dopage de 2 à 15%, le point de ramollissement s’accroît à mesure que la teneur en sachets plastiques augmente.

Tableau 4.4: Résultats des mesures de point de ramollissement des différents mélanges bitumineux testés

Ces résultats confirment ceux obtenus par Vasudevan et al. (2007) qui avaient observé la même tendance avec un dopage en confettis de Polyéthylène, polypropylène et de polystyrène aux taux de 1 à 10% d’une part, et un dopage en ces trois polymères à taux constant de 5%

additionné de déchets de pneus aux taux progressifs de 1 à 5% d’autre part.

Ces résultats ont permis d’observer que le point de ramollissement du bitume pur 50-70 acquis (M0) et effectivement utilisé est en réalité de 36,5 °C. Cette valeur paraît trop basse et ne correspond pas aux indications prescrites par la norme pour la classe d’un tel bitume, à savoir : de 46 à 54 °C, soit un écart de 9,5 à 17,5°C. Nous pourrions donc attribuer cet important écart de valeurs, soit aux conditions de stockage inappropriées chez le fournisseur, soit à l’origine de la livraison du bitume et leurs corollaires que sont les formulations chimiques et autres raisons commerciales que nous ne maîtrisons pas. En effet, la concordance entre la pénétrabilité et le point de ramollissement n’est souvent pas recherchée.

On donne la priorité à un paramètre et le second devient accessoire, le choix n’étant pas forcément innocent. Les usagers du domaine préfèrent le plus souvent que la priorité soit réservée à la pénétrabilité. Mais apparemment, ce paramètre ne suffit pas à prévenir certains problèmes de revêtement des routes notamment en climat chaud. Ces problèmes relèvent

Billes d’essais (diamètre)

Mélanges bitumineux testés et valeurs en températures (°C)

M0 M2 M4 M6 M8 M10 M12 M15

Teneur en dope (%) 0 2 4 6 8 10 12 15

Bille n°1 36 41 41 41 43 43 50 > 110

Bille n°2 37 42 43 43 44 45 51 > 110

Moyenne (°C) 36,5 41,5 42 42 43,5 44 50,5 > 110

143 aussi, sans doute, de la susceptibilité thermique du bitume que nous avons prévue de développer plus loin.

En conclusion partielle, nous pouvons retenir qu’au fur et à mesure que le taux de dope incorporé au bitume 50-70 augmente, le point de ramollissement du liant bitume - dope (bitumineux) croît. À la teneur de 15% de dopage à la poudre de sachets plastiques, le comportement, voire le point de ramollissement, du matériau sort des limites des dispositions prévues par la norme NF EN 1427.

4.3.1.3. Adhésivité Riedel et Weber

Dans le Tableau 4.5, sont récapitulés les résultats de l’ensemble des tests réalisés concernant les cotes d’adhésivité des liants étudiés. On peut y constater que les concentrations correspondant aux débuts de dégradation (désenrobage) exigent des solutions de plus en plus fortes, à mesure que le taux de poudre du fondu de déchets de sachets plastiques augmente dans le liant bitumineux.

Tableau 4.5. Récapitulation des valeurs des cotes d’adhésivité mesurées en fonction de la teneur en poudre de déchets de sachets plastiques ajoutée

Mélanges bitumineux M0 M2 M4 M6 M8 M10

Teneur en dope (%) 0 2 4 6 8 10

Cotes d’adhésivité 2-10 5-10 5-10 6-10 9-10 >10 L’analyse de ces résultats amène à conclure que l’incorporation de la poudre de fondu de déchets de sachets plastiques au bitume classique 50-70 influe, de manière positive et significative, sur son aptitude à adhérer aux granulats. En effet, entre 0% et 10% de dopage à la poudre de sachets plastiques fondus, nous avons assisté à une aptitude progressivement renforcée du liant bitumineux résultant à adhérer à l’agrégat comparée à celle du bitume seul.

Cette conclusion est attestée par le fait que l’on ait enregistré une augmentation des valeurs des cotes d’adhésivité, à mesure que s’accroit la teneur en poudre de sachets plastiques fondus dans le liant bitumineux. La solution de concentration S2 a engendré le démarrage du désenrobage du bitume témoin et, avec la solution S9, le désenrobage obtenu n’a été que partiel. Tous les autres mélanges bitumineux (dopés) ont opposé la résistance à l’arrachement avec les solutions allant des concentrées à très concentrées, au point où l’on n’a observé le début de désenrobage qu’au-delà de la solution S4. Le désenrobage total n’a donc pas été enregistré, même avec la solution la plus concentrée. Cependant, la boulette de liant bitumineux réalisée et soumise à essais, au terme desquels la cote 10 est atteinte pour le liant

144 M0, a été sérieusement dégradée, alors que celles issues des mélanges M8 et M10 (cotes >10) n’ont subi aucune dégradation décelable suite à l’application de cette même solution S9. En définitive, pour ces trois volets de notre étude, nous pouvons retenir que :

1- Par le mélange effectué entre bitume 50-70 et poudre de déchets de sachets plastiques, nous avons enregistré un déclassement du bitume vers les catégories les plus durs au fur et à mesure que le taux de dopage augmente.

2- Au fur et à mesure que le taux de dopage augmente, le point de ramollissement du bitume dopé s’accroît ;

3- À 20% de dopage à la poudre de sachets plastiques, le comportement du matériau sort des dispositions de la norme NF EN 1426 relative à la classification des bitumes routiers par la pénétrabilité.

4- Les bitumes les plus durs étant destinés aux travaux routiers sous les climats les plus chauds, le bitume dopé à la poudre de sachet plastique devrait convenir aux besoins des pays de l’Afrique subsaharienne ;

5- De 0% à 10% de dopage à la poudre de sachet plastique, nous enregistrons une aptitude progressivement plus forte du liant bitumineux à adhérer à l’agrégat. La poudre de sachet plastique est donc un excellent dope d’adhésivité de liants bitumineux.

Au vu des promesses que tiennent ainsi les paramètres de consistance et de qualité les plus utilisés pour qualifier un bitume, il apparait important d’examiner l’influence du dope ainsi élaboré sur le comportement du béton bitumineux qui est la finalité de ce volet de l’étude.

4.3.2. RESULTATS D’EFFETS DU DOPE SUR LES PROPRIETES DU BETON BITUMINEUX

4.3.2.1. Résultats concernant les paramètres de Marshall 4.3.2.1.1. Effets du dope sur la densité apparente

Les résultats enregistrés, pour l’évolution de la densité apparente du matériau composite obtenu, suite à l’utilisation de la poudre de sachets plastiques fondus en mélange avec le bitume et les granulats, pour constituer le béton bitumineux, sont présentés sur la Figure 4.18.

On peut y observer que, la densité apparente du béton bitumineux décroit lorsque la teneur en poudre de sachets plastiques fondus dans le bitume augmente. En effet, sans aucune addition de la poudre de sachets plastiques, la densité du béton bitumineux valait déjà 2,420 alors qu’à 20% d’incorporation de fondu de sachets plastiques, la valeur de la densité est réduite à 2,395.

145 Figure 4.18 : Evolution de la densité du béton bitumineux en fonction de la teneur en poudre

de sachets plastiques fondus

Le modèle qui permet de fixer, de manière adéquate, les données ainsi recueillies sur le comportement de la densité apparente (Y) en fonction de la teneur en poudre de sachets plastiques fondus (X), peut être représenté par l’équation de la courbe de tendance exprimée par :

42 . 2 3763 . 0

² 2135 . 5 844 . 39 91

.

100 ⁴ ³  

 X X X X

Y (19)

avec la valeur du coefficient de régression égale à : R² = 1.

4.3.2.1.2. Effets du dope sur la stabilité Marshall

Les résultats relatifs à l’évolution de la stabilité Marshall, suite à l’utilisation de la poudre de sachets plastiques fondus en mélange avec le bitume et les granulats, pour constituer le béton bitumineux, sont présentés à la Figure 4.19. Ces résultats permettent d’affirmer que, la stabilité Marshall du béton bitumineux s’accroît avec l’augmentation de la teneur en poudre de sachets plastiques fondus. En effet, la stabilité Marshall du béton bitumineux à 0% (sans poudre de sachets plastiques) est de 20,934 kN alors qu’à 20% d’addition de poudre, elle monte à 22,08 kN.

146 Figure 4.19 : Evolution de la stabilité Marshall du béton bitumineux en fonction de la teneur

en poudre de sachets plastiques fondus

Le modèle qui fixe, de manière adéquate, les données relatives au comportement de la stabilité (Y) en fonction de la teneur en poudre de déchets de sachets plastiques fondus (X), peut être représenté l’équation de la tendance:

934 . 20 143 . 14

² 98 . 120 63

.

390 ³  

 X X X

Y (20)

avec une valeur du coefficient de régression égale à : R² = 0,997.

4.3.2.1.3. Effets du dope sur le fluage du béton bitumineux

Les résultats enregistrés suite aux essais de fluage en utilisant de la poudre de sachets plastiques fondus en mélange avec le bitume et les granulats, pour constituer le béton, sont présentés sur la Figure 4.20.

Les résultats ainsi portés sur la Figure 4.20 montrent clairement que le fluage du béton bitumineux diminue à mesure qu’augmente la teneur en poudre de sachets plastiques fondus.

147 Figure 4.20 : Evolution du fluage du béton bitumineux en fonction de la teneur en poudre de

sachets plastiques fondus

Le modèle qui fixe, de manière adéquate, les données recueillies sur le comportement du fluage (Y) en fonction de la teneur en poudre de sachets plastiques fondus (X), peut être représenté par l’équation de la courbe de tendance exprimée par:

4

avec la valeur du coefficient de régression égale à : R² = 0,999.

4.3.2.1.4. Effets du dope au sachet plastique sur le volume de vides du béton bitumineux

4.3.2.1.4. Effets du dope au sachet plastique sur le volume de vides du béton bitumineux

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