Evaluation des quantités potentielles de bois économisées et déchets plastiques

Chapitre 3 : CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DE LA POUTRE EN FORME DE

IV. 2.2- Cas des déchets plastiques

IV.3- Evaluation des quantités potentielles de bois économisées et déchets plastiques

plastiques valorisés l’usage de la poutre de coffrage en I pour la dalle IV.3.1- Hypothèses

Dalle à nervures préfabriquées Surface de dalle à coffrer : 12m²

IV.3.2- Evaluation

 Coffrage ordinaire tout en bois

Chevrons (volume) servant d’appui aux nervures préfabriquées : 2 x 0,082 x 4 = 0,0512m3 Planche (volume) pour coffrage tout autour de la dalle : 0,027 x 0,25 x 15,20 = 0,1026 m3 Nombre d’étais en bois rond de 8cm de diamètre : 6 unités

 Coffrage hybride en matériau composite sandwich CBPl / CBPo/ CBPl (CTC) Poutre en I (volume) servant d’appui aux nervures préfabriquées : [(2 x 0,04 x 0,14) +0,04x0, 12] x2 = 0,032m3

Planche (volume) pour coffrage tout autour de la dalle : 0,027 x 0,25 x 15,20 = 0,1026 m3 Nombre d’étais en bois rond de 8cm de diamètre : 4 unités

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Tableau-XXVII : évolution des caractéristiques mécanique du tri -couche

Type de coffrage Volume de bois de coffrage (m3)

Nombre d’étais

Masse de sciure (kg)

Masse de déchets plastique (kg)

Masse de polystyrène

(kg) Coffrage ordinaire

(tout bois) 0,1536 6 - ^-

-Coffrage en matériau composite

tri-couche

0,1026 4 9,830 11,880 3,966

De l’étude de ce tableau, on remarque bien que la préparation de la dalle avec la poutre sandwich bois plastique/bois polystyrène/bois plastique entraine moins de mètre cube de planche de coffrage à utiliser (environ un madrier) et une réduction sensible du nombre d’étais (4). On peut aussi noter que l’usage de ce composite permet de recycler environ 12kg de plastique et 4kg de polystyrène qui sont tous des déchets issus de l’activité industrielle et humaines dont les conséquences sur l’environnement ne sont plus à démontrer.

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I- Caractéristiques physiques des constituants des composites I.1- Matériels

Cette partie englobe la procédure expérimentale et les caractéristiques des matériaux employés dans notre étude. A cet effet, nous définirons les caractéristiques des différents produits (fibre, polyéthylène) afin d’étudier leurs effets sur les propriétés des produits obtenus.

I.1.1- La sciure de bois

L’ensemble des résidus de bois obtenu des scieries est appelé sciures ou copeaux de bois.

L’essence de la sciure de bois collectée et tamisée en vue de séparer le matériau en plusieurs classes granulaires est celle de l’ébène. La farine de bois finement moulue provient de matières ligneuses récupérées à la suite des opérations de rabotage, de sciage et de sablage. Les propriétés physiques de la sciure de bois : densité apparente, humidité et masse volumique absolue sont entre autres des propriétés physiques qui varient relativement pour une même essence et selon le lieu de collecte.

Figure 4-1 : la sciure de l’ébène

I.1.1.1- Caractéristiques (Généralités) de l’ébène d’Afrique

Famille : EBENACEAE (angiosperme)

Nom(s) scientifique(s) : Diospyros crassiflora, Diospyros mespiliformis Restrictions commerciales : pas de restriction commerciale

Chapitre 4 : MATERIELS ET METHODES EXPERIMENTALES

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Propriétés physiques Densité : 0.90 ± 0.06 Dureté moyenne : 7.0 ± 0.6

Coefficient de retrait volumique : 0.51 ± 0.04 % Retrait tangentiel total (RT) : 11.0 ± 0.5 % Retrait radial total (RR) : 7.0 ± 0.2%

Ratio RT/RR : 1.6

Point de saturation des fibres : 29 % Stabilité en service : peu stable

Propriétés mécaniques et acoustiques

Contrainte de rupture en compression : 58 ± 8 MPa Contrainte de rupture en flexion statique : 130 ± 31 MPa Module d’élasticité longitudinale : 15500 ± 3500 MPa

I.1.2- Le polystyrène expansé

Les polystyrènes expansés de différentes masses volumiques utilisés dans notre étude sont ceux qui ont servi aux emballages de pièces de motos et d’objets fragiles.

Figure 4-2 : le polystyrène expansé

I.1.3- Le solvant

Le solvant utilisé pour fondre le polystyrène est l’essence.

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I.1.4- Sachets plastiques (polystyrène basse densité)

Les sachets plastiques qui ont faits l’objet de notre étude proviennent d’une usine de production de sachets et sont des déchets issus de la production. Cette industrie est localisée dans la ville de Cotonou plus précisément dans le quartier d’Agla. Ces sachets sont des défauts de fabrication. Il s’agit de polyéthylène basse densité.

Figure 4-3 : Les déchets de sachets plastiques

II- Méthodes expérimentales II.1- Sciure de bois

II.1.1- Analyse granulométrique par tamisage (NFP 94-056)

 But de l’essai

L'analyse granulométrique permet de déterminer la grosseur et les pourcentages pondéraux respectifs des différentes familles de grains constituant les échantillons. Elle s'applique à tous les granulats de dimension nominale inférieure ou égale à 630mm.

 Principe de l’essai

L'essai consiste à classer les différents grains constituants l'échantillon de sciure de bois en utilisant une série de tamis, emboîtés les uns sur les autres, dont les dimensions des ouvertures sont décroissantes du haut vers le bas. Le matériau étudié est placé en partie supérieure des tamis et les classements des grains s'obtiennent par vibration de la colonne de tamis.

 Matériel nécessaire

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 une série de tamis : 5 mm (38) – 2,5 mm (35) – 1,25 mm (32) – 0,635 mm (29) – 0,315 mm (26) – 0,160 mm (23) – 0,080 mm (20) ;

 une étuve ;

 une balance électronique ;

 des plateaux ;

 des brosses métalliques

 Mode opératoire

 sécher le matériau à l’étuve avec une température maximale de 105°C pendant 24h ;

 placer l’échantillon sur la passoire de plus grand diamètre ;

 tenir le tamis d’une main, légèrement inclinée, et l’agiter de long en large en la frappant à chaque oscillation contre l’autre main à la cadence de 125 coups environ par minute. Tous les 25 coups environ tourner le tamis horizontalement d’un angle de 90° ; frapper quelques coups secs contre la monture au besoin pour faire sauter 2 ou 3 fois les sciures de bois avant de continuer l’agitation horizontale ;

 arrêter le tamisage lorsqu’aucun grain ne traverse plus le tamis pendant une période de 25 secousses ;

 recueillir le tamisât sur la passoire immédiatement inférieure et recommencer l’opération et ainsi de suite…

 peser les refus sur chaque tamis et le tamisât sur le fond ; on appelle refus sur un tamis le poids de matériau retenu sur ce tamis et tamisât le poids de matériau passant à travers le même tamis ;

 vérifier que la somme des poids obtenus (refus cumulés plus dernier tamisât) ne diffère de plus de 2% du poids initial de l’échantillon.

II.1.2- Choix de la classe granulaire

Ce choix trouve sa légitimité dans l’objectif de l’étude de l’influence de la granulométrie sur les caractéristiques physiques et mécaniques des composites tri-couches. A cet effet compte tenu des travaux antérieurs sur aussi bien les panneaux sachet plastique-sciure de bois que sur les panneaux polystyrènes expansé-sciure de bois ; les meilleures compositions granulométriques sont :

 Le refus sur tamis 0,630 ;

 Le refus sur tamis 0,315 ;

 Le refus sur tamis 0,16.

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Il apparait Les différentes classes granulaires et les pourcentages des différents refus obtenus par tamisage de la sciure de bois de manière à obtenir un module de finesse sont illustrés par la courbe granulométrique ci-dessous :

Figure 4-4 : Courbe d’analyse granulométrique de la sciure du bois d’ébène Il apparait que d’après les mêmes études que le mélange grossier le meilleur module de finesse (Mf = 2,3) car supérieur à celui du sable qui est de 2,2.

A noter que le module de finesse d’un granulat est égal au 1/100° de la somme des refus, exprimés en pourcentage sur les différents tamis de la série suivante : 0,16 (20) – 0,315 (23) – 0,63 (26) – 1,25 (29) – 2,5 (32) – 5 (35) mm Ce module sera déterminé par la formule suivante :

𝑀_𝑓= ∑ 𝑟𝑒𝑓𝑢𝑠 𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙é𝑠 𝑒𝑛 % 𝑑𝑢 𝑡𝑎𝑚𝑖𝑠 0,16𝑚𝑚 𝑎𝑢 𝑡𝑎𝑚𝑖𝑠 5𝑚𝑚 100

Ainsi nous avons adopté le mélange les refus sur tamis 0,630 pour la réalisation de nos plaques, ceci au vu des travaux de (HOUSSOU E. & GBESSEMEHLAN 2016)

II.1.3- Détermination de la densité absolue (ou poids spécifique) des sciures de bois (NF EN 1097-6)

L’essai consiste à déterminer la densité brute des sciures c’est-à-dire sans les vides.

 Matériels nécessaire

 Pycnomètre ;

 une étuve ;

 une balance électronique de portée 65kg et précision 1g;

 des plateaux ;

0,08 0,16 0,32 0,64 1,28 2,56 5,12

Passant (%)

Ouverture tamis (mm)

Analyse granulométrique

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 mettre le matériau dans l’eau et laisser séjourner pendant 24heures au moins pour avoir un matériau saturé ;

 étaler le matériau saturé sur un plateau ;

 remplir le pycnomètre d’eau et peser l’ensemble, soit m ;

 vider le pycnomètre de son contenu ;

 étaler le matériau sur un plateau exposé au courant d’air jusqu’à ce que l’eau qui se trouve à la surface des grains s’évapore complètement : on parle alors de l’état saturé et sec en surface «sss » mettre une masse m du matériau saturé et sec en surface «sss» et ajouter de l’eau jusqu’à remplir le pycnomètre puis peser ; soit m1 ;

 vider le pycnomètre et recueillir le matériau dans un récipient qu’on portera à l’étuve pour séchage de l’échantillon à poids constant. Soit cette masse ;

La densité absolue est calculée par la relation suivante et on a les résultats ci-après :

pe 1

ρ = m

m -(m - m)

II.1.4- Détermination de la densité apparente (NF EN 197-3)

Le but est de déterminer le poids par unité de volume du matériau non tassé c’est- à-dire y compris les vides entre les grains.

 Principe

L’essai consiste à peser la masse de matériau pouvant occuper un volume connu.

 Matériel nécessaire

 remplir le container de matériau ;

 araser avec une règle et couvrir avec une plaque de verre;

 déterminer le poids P1 de matériau + plaque + container ;

 remplir ensuite le container d’eau et peser avec la plaque, soit P2 ;

 peser le container vide + plaque, soit P0. La densité apparente est déterminée par la relation :

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Densité apparente ¹ ⁰

Tableau -XXIX : récapitulatif de la densité apparente Compositions

L’essai consiste à déterminer la quantité d’eau que ce matériau contient par unité de volume.

 Matériel utilisé granulométrique seront prélevées puis pesées ; soit m1 cette masse ;

 les échantillons seront ensuite mis à l’étuve à une température de 105°C et

II.2- Sachets plastiques (polyéthylène basse densité) II.2.1- Masse volumique des sachets plastiques

Le sachet plastique étant un produit fini du polyéthylène basse densité sa masse volumique varie entre 0,910 g/cm³ et 0,925 g/cm³.

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II.3- Polystyrène expansé recyclé

II.3.1- Détermination de la masse volumique

 Matériel utilisé Balance électronique

 Mode opératoire

Peser le polystyrène à l’aide de la balance électronique. Soit m Déterminer le volume V du polystyrène pesé,

La masse volumique est donc obtenue par la formule suivante :

ρ = m V

II.4- Le solvant :

Le solvant utilisé est l’essence.

II.4.1- Détermination de Sa masse volumique

 Principe

Le principe de la détermination de la masse volumique consiste à remplir un bocal avec de l’eau et à déterminer la masse du contenu. Connaissant la masse et le volume, nous pouvons alors déterminer la masse volumique.

 Matériel utilisé

 des bocaux ;

 une balance électronique.

 Méthodologie

 tarer un bocal de masse T ;

 remplir ce bocal d’eau à ras bord et peser l’ensemble. Soit Mbe cette masse ;

 vider le bocal de son contenu ;

 remplir ce bocal vidé par de la colle puis peser l’ensemble. SoitMbes_cette

masse ;

Le volume du bocal est :

b be

M - T V = ρ La masse Mes de l’essence est :

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es bes M = M - T

La masse volumique es de l’essence sera déterminée par l’expression : es

es b

ρ = M V

Tableau -XXX : les différentes masses volumiques des constituants

Constituants Masse volumique (g/cm³)

Sachets plastiques 0,910-0,925

Polystyrène expansé 0,015-0,023

Essence 0,698-0.731

II.5- Formulation des colles

II.5.1- Formulation de la colle pour le composite bois-sachet plastique

La colle est obtenue par la fonte du polyéthylène (basse densité) à une température élevée (près de 282,5°C). Après sa préparation, nous allons déterminer sa masse volumique et sa viscosité.

II.5.1.1- Préparation de la colle

La préparation consistera à faire fondre les sachets.

 Matériel utilisé

 sachets plastiques ;

 dispositif de fusion ;

 balance électronique.

 Mode opératoire

 Peser les sachets à une masse donnée ;

 Introduire cette quantité dans une marmite puis l’ensemble (marmite + sachets) est mis au feu jusqu’à la fonte complète de tous les sachets. La durée de cette opération varie selon l’intensité du feu et la quantité de sachets introduite.

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Figure 4-5 : dispositif de fonte des sachets plastiques du centre VALDERA/UAC

II.5.2- Formulation de la colle pour le composite bois-polystyrène

La colle est le produit de la dissolution du polystyrène expansé dans l’essence. Sa caractérisation fera suite à sa préparation.

II.5.2.1- Préparation de la colle

La colle est obtenue en fondant le polystyrène expansé dans le solvant (essence) dans de proportions bien définies. En effet, nous sommes partis des travaux de nos prédécesseurs (TOGBEDJI, 2008 & CHABI, 2012) qui ont utilisé le dosage (colle/sciure) D2=2. Ce dosage a été optimisé par (GBECHI, YOKOPI, WOROU, 2015) à D2= 1,4 et recorrigé par les travaux de (HOUESSOU, GBEMESSEHLAN, 2016) à D2= 1,5 comme étant le meilleur pour toutes les compositions granulaires du composite bois/polystyrène. C’est au regard de tous ces observations nous avons retenu le dosage

D =

m

^c2

=1,5

ms

II.5.3- Détermination de la masse volumique de la colle

 Principe

Le principe de la détermination de la masse volumique consiste à remplir un bocal dont on connaît le volume de l’eau et à déterminer la masse du contenu. Connaissant la masse et le volume, nous pouvons alors déterminer la masse volumique.

 Matériels utilisés

 des bocaux ;

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 une balance électronique.

 Méthodologie

 tarer un bocal de masse T ;

 remplir ce bocal d’eau à ras bord et peser l’ensemble. Soit Mbe cette masse ;

 vider le bocal de son contenu ;

 remplir ce bocal vidé par de la colle puis peser l’ensemble. Soit Mbc2 cette masse;

Le volume du bocal est :

b be

M - T V = ρ La masse MC2 de la colle est :

c2 bc2 M = M - T

La masse volumique ^c₂ de la colle sera déterminée par l’expression :

c2 b

ρ =M V

Tableau-XXXI : Masse volumique de la colle de polystyrène

Type de colle Masse volumique (g/cm³)

colle (essence-polystyrène) 0,929

II.6- Formulation des mélanges sciures-colle

II.6.1- Formulation du mélange du composite bois plastique II.6.1.1- Choix du dosage

Les études antérieures de (Jonathan GUIDIGO, 2012 & Marius CHANHOUN, 2013) ont montré que la masse volumique du composite bois sachet plastique est ^^composite=1.1g/cm3.

De même elles nous révèlent qu’en ce qui concerne le dosage, seulement à partir de D=2,5 qu’il y a une bonne cohésion entre les particules de sciure de bois. Enfin ces mêmes travaux ont révélé qu’avec le dosage D=3, le matériau composite offre de très bonnes caractéristiques mécaniques.

Ainsi nous conservons ce même dosage D=3 dans la formulation du mélange pour la réalisation du panneau bois plastique.

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II.6.1.2- Détermination des quantités des différents constituants pour la confection des plaques

Connaissant le poids spécifique des différents constituants du composite et le dosage, nous pouvons déterminer la masse nécessaire de chaque constituant pour avoir un volume donné du mélange.

La masse du composite est:

composite sciure colle1 talc

M = m + m + m

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II.6.2- Formulation du mélange sciure-colle (polystyrène expansé) II.6.2.1- Préparation de la colle

La préparation de la colle consiste à faire dissoudre le polystyrène dans l’essence ; c’est-à-dire mettre le polystyrène dans l’essence puis malaxer jusqu’à obtenir la colle dans la proportion :

m_essence m_polystyr_è_ne = K

D’après les travaux menés par nos prédécesseurs (CHABI, 2012) le rapport de la masse d’essence à celle de polystyrène est K=1,4. Ce rapport a été optimisé par (GBECHI, YOKOPI, WOROU, 2015) et ramené à K=1,2. Pour notre travail, nous avons utilisé K=1,22 qui est le résultat des études faites par (HOUESSOU, GBESSEMEHLAN, 2016) pour optimiser le temps de fusion. En effet, ils indiquent que lorsque le rapport est inférieur à 1,2, il y a manque d’essence pour pouvoir fondre le polystyrène et quand c’est supérieur à 1,2 il y a surplus d’essence mais la fusion est rapide.

II.6.2

2- Formulation du mélange sciure colle

Pour formuler le mélange sciure/polystyrène (colle), nous sommes partir des travaux de nos prédécesseurs (TOGBEDJI, 2008 & CHABI, 2012) qui ont utilisé le dosage (colle/sciure) D2=2. Ce dosage a été optimisé par (GBECHI, YOKOPI, WOROU, 2015) à D2= 1,4 et recorrigé par (HOUESSOU, GBESSEMEHLAN, 2016) à D2=1,5 comme étant le meilleur pour toutes les compositions granulaires du composite bois/polystyrène. C’est donc à l’issue de cette étude, que nous avons retenu le dosage

D =

m

^c2

=1,5

ms

II.7- Détermination des masses des différents constituants pour la confection des plaques

Connaissant le poids spécifique des différents constituants du composite et le dosage, nous pouvons déterminer la masse nécessaire de chaque constituant pour avoir un volume donné du mélange. Soit :

abs mél2 abs2 sciure abs colle2

V = V + V

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c2 

2 c2 2 s2

m = D m = D ×m m

Tableau –XXXII : récapitulatif des masses des constituants du mélange bois polystyrène expansé

Masse de sciure Masse polystyrène Masse d’essence

 

II.8- Fabrication des composites tri-couches

II.8.1- Fabrication des plaques bois-polystyrène expansé

On fabriquera des plaques par compactage à l’aide du dispositif de presse manuelle (Figure 4-6). Notre moule a les dimensions suivantes : longueur 2000 mm, largeur : 140 mm, hauteur : 45mm (Figure 4-7).

L’étude de la variation de l’épaisseur des mélanges en fonction de la force de pressage nous permettra de connaître le taux de compactage des différents mélanges granulaires. Par conséquent, en connaissant le taux de compactage d’une composition granulaire donnée, on peut déterminer la hauteur à laquelle il faut remplir le moule pour avoir l’épaisseur souhaitée avec un compactage maximal.

Ainsi cette hauteur sera déduite de la formule :

e : epaisseur - initial0

e : epaisseur -après -compactage T% : taux -de-compactage

En s’appropriant des résultats du taux de compactage obtenus par (HOUESSOU, GBESSEMEHLAN, 2016), nous avons rempli le moule jusqu’à une épaisseur initiale de e0 =33mm pour la classe granulaire 0,630 retenue et après compactage, nous avons obtenu une épaisseur finale de 20 mm comme attendu.

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II.8.2- Procédés de fabrication du composite bois plastique

Le composite bois plastique est obtenu par le mélange à chaud de la colle (sachets plastiques Figure 4-7 : Moule de préfabrication des plaques monocouche composites

Figure 4-9 : Composite bois polystyrène après compactage, démoulage, séchage et murissement (plaque mono couche)

Figure 4-8 : Moule de préfabrication à l’intérieur duquel est disposé le dispositif de compactage

Figure 4-6 : Masse métallique de 80kg servant de presse

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fondus) et des sciures de bois. Le procédé de formation des panneaux est divisé en plusieurs étapes :

 la fonte des sachets jusqu’à la température de 282,5^oC ;

 le refroidissement de la colle jusqu’à environ 170°C à 150^oC ;

 le mélange de la colle et de la sciure ;

 le moulage dans un moule métallique de dimensions : - Longueur = 2000 mm

- Largeur = 40 mm - Hauteur = 150 mm

 Démoulage au bout de 1h

Figure 4-10 : moule pour le bois plastique simple

II.8.3- Fabrication des composites tri-couches bois plastique-bois polystyrène-bois plastique

Ils existent deux méthodes de fabrication des tri-couches : assemblage par collage et moulage in situ.

Au cours de notre travail, nous avons utilisé la méthode fabrication par moulage in situ.

 Description de la méthode : moulage in situ

Les plaques en composites tri-couches sont constituées de deux peaux encore appelées semelles entre lesquelles se trouve la couche intermédiaire plus épaisse que celle des peaux appelée âme. Leur fabrication passe en principe par la réalisation des plaques monocouches (âme). Ainsi nous utilisons le mélange sciure de bois-sachet plastique fondu comme le

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