Fusion du sachet plastique

Dépendant de l’intensité du feu, cette opération dure normalement 40 à 50 minutes, mais pour les besoins de la maîtrise des paramètres opératoires du procédé, notamment la mesure des températures, à feu doux et à intensité du flux de chaleur constante, la durée de la fusion a atteint jusqu’à 80 minutes. Les résultats ont montré que la liquéfaction des sachets plastiques utilisés démarre entre 140 et 150°C (Figure 3.1, partie montante de la courbe). Elle devient complète entre 270 et 300 °C. Le retour du liquide à la température ambiante (accompagnant la solidification) dure plus longtemps que le temps nécessaire à la fusion, notamment lorsque le mélange granulat – fondu de plastique a été réalisé au cours de l’élaboration des matériaux composites. C’est le cas avec l’exemple présenté sur la figure 3.1

Il convient de souligner que l’utilisation faite du fondu de déchets de sachets plastiques dans nos présents travaux procède principalement de deux manières :

1- soit le fondu obtenu est directement mélangé, sous sa forme liquide, avec des granulats et malaxé : cas de l’enrobage des granulats avant leur utilisation dans les mélanges formulés pour réaliser les composites développés ;

2- soit le fondu est laissé à refroidir jusqu’à la température ambiante et, une fois solidifié, il est alors broyé en poudre fine : cas de son utilisation en qualité de dope de bitume).

77 Figure 3.1 : Diagramme des températures de fusion des déchets de sachets plastiques et de

refroidissement du composite 3.1.1.2. Mise au point du matériau composite

Après plusieurs essais, nous avons remarqué que le rapport pondéral convenable liant/sable pour garantir la bonne malléabilité du matériau composite produit est d’environ, une part de sachet, pour trois parts de sable en masse, soit un dosage (liant/liant + sable) égal à 25 %. Les Photos 3.1, 3.2 et 3.3 montrent les différentes étapes d’optimisation du rapport (sachet plastique fondu / sable).

Photos 3.1 : Echantillons de matériaux réalisés au dosage pondéral (liant / (liant+ sable) supérieur à 33% et montrant des manifestations de retraits dimensionnels

78 Lorsqu’il y a un excès de liant, il y a une manifestation flagrante de retrait dimensionnel sur le produit final : ouverture d’espace entre le produit refroidi et les parois du moule (Photos 3.1) Lorsqu’au contraire, il n’y a pas assez de liant, le résultat en est un produit farineux ou qui montre peu de cohésion (Photos 3.2).

Photos 3.2 : Echantillons de matériaux réalisés au dosage pondéral liant / (liant+ sable) inférieur à 20%

Lorsqu’enfin le rapport entre le liant et le granulat est de un quart pour trois quarts, le résultat est un matériau présentant un bel aspect physique

(Photo 3.3).

3.1.1.3. Détermination de la masse volumique La masse volumique absolue du produit est de : 1,74

± 0,15 g/cm³.

Il s’agit donc d’un matériau relativement léger, si l’on sait que le mortier de ciment est à environ 2 g/cm³ et le béton 2,52 g/cm³.

Photo 3.3 : Echantillons de matériaux réalisés au dosage pondéral [liant / (liant + sable)]

égal à 25%

3.1.1.4. Détermination de la cinétique de refroidissement

Le relevé des températures du matériau sachet plastique fondu, toutes les 3 minutes pendant son refroidissement, à la suite de la coupure du chauffage, a permis de tracer la courbe de la Figure 3.2.

79 Soit C la cinétique de refroidissement; il s’agit de calculer de combien varie en moyenne la température, par unité de temps et par unité de masse, de matériau depuis l’instant initial d’opération jusqu’à l’instant où le matériau retrouve la température ambiante.

La cinétique de refroidissement que nous cherchons à appréhender, étant la chute de la température, par unité de temps et par unité de masse, sa formule mathématique peut s’établir en celle qui suit :

  

t T T



/M t

C  _i _f  (10)

avec C(t) la cinétique, Ti la température du fondu chaud, Tf la température à la fin du refroidissement, t le temps et M la masse de l’échantillon mis en jeu.

Figure 3.2 : Cinétique de refroidissement du fondu de déchets de sachets plastiques D’après le relevé des températures de refroidissement, Ti=245,1°C et Tf=29,1°C, le calcul relatif à la cinétique de refroidissement donne :

) 80 72

/(

) 1 , 29 1

, 245

( C C mn g

C    

Soit : C = 42,5 °C/min/kg.

Remarque

Le refroidissement paraît particulièrement rapide dans les premières minutes. En effet, au bout des trois (03) premières minutes, il a été enregistré une chute de température de 94,9 °C, ce qui correspondrait à une vitesse de refroidissement de 395,4 °C/min/kg du matériau.

80 La chute trop rapide de la température, dans les premiers instants de refroidissement durant l’opération, impose que le moulage s’effectue assez rapidement afin d’éviter un durcissement prématuré hypothéquant le succès.

Les manifestations du durcissement prématuré ont été enregistrées sur certaines éprouvettes.

L’exemple est celui observable sur les baguettes de la Photo 3.4 qui se sont brisées sur des points de faiblesse. En effet, le moule étant relativement long, la mise en place du matériau dans le moule a connu une brève interruption en ces points, le temps de racler l’ustensile de fusion. Au démoulage, en ces points qui ont concédé une interruption de quelques secondes, il s’est établi un plan séparant deux matériaux d’âges différents.

Photo 3.4 : Observation de points de faiblesse sur des éprouvettes minces ayant connu une reprise de coulage de quelques secondes

Le moulage du matériau doit s’effectuer par une coulée uniforme et continue et non pas, par à-coups, par exemple à l’aide de truelles. Si ce matériau est promu à un avenir d’utilisation populaire, il sera nécessaire de lui trouver un retardateur de "durcissement" afin de permettre une mise en place aisée. C’est vrai que la chaleur (température) pourrait jouer ce rôle ; mais, d’une part il n’est pas évident que la température, dans la durée, ne nuise au produit en agissant sur les liaisons atomiques ; d’autre part, la température suppose un supplément d’énergie et l’énergie a un coût qu’il va falloir intégrer au prix de revient, ce qui rendrait notre produit peu compétitif. Cependant, les caractéristiques les plus décisives, en matière de parement ou de structure en construction, concernent les résistances mécaniques.

3.1.2. MATERIAU COMPOSITE A BASE DE TERRE DE BARRE LIEEPAR DES DECHETS DE SACHETS PLASTIQUES FONDUS

Les matériaux composites que nous avons confectionnés jusqu’ici ont utilisé des déchets de sachets plastiques fondus et des renforts de granulats (sable et gravillons notamment). Les présents travaux gagneraient, semble-t-il, beaucoup plus d’intérêts à toucher le plus grand nombre, lors de leur mise en application effective. En effet, le gravier roulé se rencontre essentiellement dans les régions du Mono (13.081.000 m³), du Couffo, de l’Alibori et très peu dans l’Ouémé.

81 Le sable fait partie des sols minéraux bruts et peu évolués du littoral atlantique. Et pour des raisons d’érosion côtière, le sable marin est interdit d’utilisation depuis l’année 2009. Pour échapper aux difficultés actuellement rencontrées dans la fabrication du béton, avec le repliement sur les sables fluviaux et continentaux, il nous a paru important de regarder l’avenir avec d’autres matériaux de renfort tout en cherchant à impacter le plus grand nombre possible de potentiels utilisateurs.

A travers une étude menée en 2002 sur un sujet intitulé« Stratégie Nationale et Plan d’Action pour la Conservation de la Diversité Biologique du Bénin », le PNUD a publié les détails ci-après cités concernant la géographie béninoise : « On distingue cinq principaux types de sols au Bénin dont deux sont les plus importants en matière d’habitat. Les premiers sont importants par les populations qui les occupent et les seconds par l’étendue de leurs aires. Il s’agit des sols faiblement ferralitiques encore appelés ‘’terre de barre’’ situés sur les plateaux du sud. Ils couvrent environ 5 % du territoire national. Près de la moitié de la population actuelle du pays les occupe. Les sols les plus représentés sont les sols ferrugineux tropicaux.

Ils occupent 80 % de la surface du pays. Il s’agit des latérites. Ces deux sols sont utilisés dans les mêmes conditions dans les constructions. Pétris à l’eau, ils sont utilisés bruts ou moulés surtout en parement des habitations (Kowanou, 2010).

Les sols argileux, communément appelés terre de barre et latérite, sont donc des matériaux de proximité disponibles sur 85% de l’étendue du territoire national et utilisables et utilisés dans la construction.

La présente étude vise à élaborer et à caractériser de nouveaux matériaux constitués de mélanges de déchets de sachets plastiques fondus avec du sable et de l’argile issus de la terre de barre.

Les résultats des essais d’identification, effectués sur le sable et l’argile issus de la terre de barre, ont montré que, d’un côté, le sable est fin et propre et que, de l’autre côté, l’argile obtenue appartient à la classe des argiles très plastiques, d’où la recherche d’une optimisation de dosage de l’argile vis-à-vis du liant proposé : le fondu de déchets de sachets plastiques.

3.1.2.1. Optimisation des dosages en argile

Les éprouvettes issues du sable S5 et constituant la variante M0 du matériau, ont montré plus de retrait lorsqu’elles sont élaborées avec 25 % de liant que lorsqu’elles sont élaborées avec 20%. En effet, avec un taux de 20% de liant, nous atteignons le seuil de l’aspect acceptable.

Le dosage de 23% en liant, soit une valeur à 2% en-dessous du taux seuil d’acceptabilité, a donc été retenu pour la variante M0 : soit M0-23.

82 Les différents résultats d’investigation ont permis de noter qu’au fur et à mesure que le taux d’argile augmente, le mélange granulat-sachet plastique fondu devient moins fluide ; ce qui exige une augmentation de la teneur en liant pour une bonne maniabilité.

La variante M30, avec un dosage en liant de 26%, a donné un aspect trop sec avec un défaut de cohésion entre les grains. Cela signifie qu’il manque de liant. Par contre, à 36% en liant, l’aspect présenté par les échantillons indique un retrait brusque ; ce qui signifie par conséquent, qu’il y a eu une trop grande quantité de liant. Sur la base de ces différentes observations, le dosage de 29 % en liant est apparu comme le dosage le plus approprié pour la variante M30. Le matériau issu est donc désigné par M30-29

De la même manière, les meilleurs dosages en liant identifiés au niveau des variantes M10 et M20 sont respectivement 26 % et 27 % et désignés par M10-26 et M20-27.

Pour réussir les opérations de dosage, il importe de bien maîtriser, non seulement la cinétique de refroidissement du fondu de déchets de sachets plastiques, mais aussi et surtout celle du mélange fondu et granulats ou terre de barre avec son contenu en argile.

3.1.2.2. Cinétique de refroidissement

La figure 3.3 présente les exemples de cinétiques de refroidissement du composite en cours d’élaboration. On y note que le refroidissement du produit «sachets plastiques fondus – terre de barre» s’effectue essentiellement en trois phases:

*Pour la variante M0-23

- Une première phase de 10 minutes pendant laquelle on a enregistré une baisse de température de 150°C pour un échantillon de 80g, soit une très forte cinétique de refroidissement égale à 0,1875 °C/mn/g.

- Une deuxième phase de 50 minutes pendant laquelle il a été enregistré une chute de température de 92°C soit une cinétique de refroidissement relativement très faible égale à 0,023°C/mn/g.

- Une troisième phase de 40 minutes pendant laquelle il a été enregistré une chute de température de 10°C soit une cinétique de refroidissement encore plus faible de 0,0031°C/mn/g.

*Pour la variante M_30-29

Les trois phases se décrivent ainsi qu’elles suivent:

83 - une première phase de 10 minutes pendant laquelle on a enregistré une baisse de température de 160°C pour un échantillon de 80g soit une cinétique de refroidissement égale à 0,20 °C/ mn /g ;

- une deuxième phase de 90 minutes pendant laquelle il a été enregistré une chute de température de 82°C soit une cinétique de refroidissement relativement très faible égale à 0,011°C/mn/g ;

- une troisième phase de 50 minutes pendant laquelle il a été enregistré une chute de température de 10°C soit une cinétique de refroidissement de 0,0025 °C/mn/g.

Figure 3.3: Courbes de refroidissement des variantes du matériau composite M_0-23 et M_30-29 Ces résultats ont montré que globalement la variante M0-23, sans argile, se refroidit plus vite (au bout de 100 minutes au plus) et que la variante M30-20 contenant de l’argile se refroidit au bout de 150 minutes.

Une fois que les matériaux ont été élaborés, l’étude de leur caractérisation physique et mécanique s’impose.

3.1.2.3. Densités des variantes de composites obtenus

La densité des produits obtenus fait partie des deux caractéristiques essentiellement visées dans cette étude exploratoire. Elle devrait donner l’indication sur l’effet de remplissage des interstices des granulats par les particules argileuses plus fines.

84 La figure 3.4 donne l’évolution de la densité des différentes variantes du matériau composite produit en fonction de la teneur en argile.

Les données collectées et portées sur cette figure 3.4 montrent que les densités diminuent lorsque le taux d’argile dans les composites augmente. Cela est cohérent car la densité du sable (2,071) est plus forte que celle de l’argile (1,730). Cette diminution peut atteindre 30%, pour un taux d’argile de 30%.

Figure 3.4. Evolution des densités des variantes du matériau composite en fonction de la teneur en argile

Les variantes du matériau, à base de sable-argileux liés par des sachets plastiques fondus, ont une densité comparable à celles des bétons dits cellulaires caractérisés par des valeurs de densité inférieures à 2.

En conclusion à ce volet, nous retiendrons que les diverses expériences effectuées dans ce premier volet de notre étude, sont purement exploratoires et basées sur le principe dit de recherche « par essais et erreurs », l’objectif principal poursuivi étant de trouver la formulation adéquate permettant de faire consigner les déchets de sachets plastiques dans les granulats et la terre de barre de proximité. Ce même souci va guider la démarche exploratoire déployée dans les deux volets à venir.

3.2. SACHET PLASTIQUE DANS LE ROLE D’ADJUVANT CONTRE L’ABSORPTION D’EAU DANS LE MORTIER DE CIMENT

Dans ce volet de l’étude, deux pistes ont été également explorées: les déchets de sachets plastiques en qualité d’adjuvant de masses et en qualité d’adjuvant de surface.

3.2.1. DECHETS DE SACHETS PLASTIQUES COMME ADJUVANT DE MASSE CONTRE L’ABSORPTIOND’EAU DANS LE MORTIER DE CIMENT

3.2.1.1. Enrobage des granulats

L’enrobage des granulats par du fondu de sachet plastique a été essayé aussi bien, sur du gravillon, que sur du sable.

85 Photos 3.5 : a) à gauche: Aspect compact du gravillon G₀ enrobé à 10 % ; plus que le sable, il a besoin d’un accompagnement assidu au refroidissement dans les premières minutes de la descente du feu ;b) à droite: Le gravillon roulé G0 à la fin de l’enrobage

Photos 3.6 : a) à gauche : Floculation observée à une étape de l’enrobage du sable S₆: chute brutale de la température suite à l’apport de sable dans le liant ; une des opérations à

résultat d’échec ;b) à droite: Le sable S6 enrobé parfaitement meuble à la suite d’une opération réussie

Les figures 3.5 à 3.7 présentent les étapes majeures de ces opérations dont le succès à la pratique n’est pas évident. Les résultats des différentes étapes de l’enrobage des granulats ont prouvé que :

Photo 3.7 : Différences d’aspect : sable S7 enrobé à 2% gauche et à

5% à droite

86

 L’opération d’enrobage des granulats au fondu de sachets plastiques est bien possible à différents dosages en liant jusqu’à 18%, avec des difficultés liées à chaque cas. Les taux de liant compris entre 8% et 12% présentant une facilité relativement marquée.

 L’opération d’enrobage requiert une assistance et un contrôle permanents parce qu’un refroidissement trop rapide du mélange granulats-fondu de sachets plastiques fait foirer le résultat visé.

3.2.1.2. Confection et cure des éprouvettes

Les éprouvettes ont été confectionnées et conservées dans le format et les conditions prescrits par la norme EN 196.1. Sur les Photos 3.8 et 3.9 suivantes, sont présentées quelques images d’étapes majeures du procédé mis au point.

Photos 3.8 : Quelques étapes de traitement des échantillons (à gauche) : Identification des éprouvettes et préparation à la cure de murissement ; à droite : attente de retour à une

épreuve de séchage à l’étuve)

Photo 3.9: Différences d’aspect intérieur avec sable S₇ enrobé à 0% gauche et à 15% à droite

87 3.2.1.3. Optimisation du taux d’enrobage

Nous avons travaillé avec la courbe de tendance des absorptions à 28 jours parce que :

 à 28 jours d’âge, le mortier a atteint sa maturité conventionnelle. A cet âge, le béton est décoffré et donc livré seul à ses sollicitations ; il a acquis, selon les théories, au moins 60% de ses capacités mécaniques définitives.

A observer les courbes de tendances et les valeurs des coefficients de régression R² qui constituent des indices de précision, nous pouvons dire que les résultats des opérations du 7^èmejour sont moins dispersés que ceux du 2^ème jour et ceux du 28^ème jour sont encore plus précis que ceux du 7^ème jour.

L’expression de la courbe de tendance de l’absorption à 28 jours d’âge est:

125

avec un coefficient de régression de R²=1 (Figure 4.12).

Sa dérivée première est :

Cette expression (11) cerne nos résultats à 100%. Sa dérivée première (12) s’annule et change de signe autour de la valeur X=10%. En effet, la dérivée première pour X=10,07040 est négative et a pour valeur -0,000003075, et celle de 10,07050 est positive et a pour valeur 0,000005651. Nous avons alors considéré, pour valeur d’optimum théorique, celle du dosage 10,07045% qui donne à la dérivée première, la valeur 0,000001288.

A ce dosage de 10,07045%, la valeur théorique de l’absorption d’eau, d’après l’expression de la courbe de tendance (11), est alors de 0,92%.

Dans la suite des expérimentations effectuées, la teneur de fondu de déchets de sachets plastiques effectivement adoptée dans l’enrobage, pour des raisons de manipulation pratique, est la valeur de la partie entière : 10%. Cela a ainsi conduit à concéder un petit risque de ne pas atteindre exactement la valeur du taux d’absorption théorique de 0,92% prédite par l’expression de la courbe de tendance (11).

3.2.1.4. Essais d’identification sommaire sur le sable enrobé à 10%

Des essais d’identification ont été entrepris sur le sable S₇ enrobé à 10% de fondu de déchets de sachets plastiques. Pour ce faire, deux paramètres ont été essentiellement examinés : la granulométrie et la masse volumique en vrac.

88 La densité absolue n’a pas été reprise, parce que le passage à l’eau bouillante destinée à l’évacuation des bulles d’air contenues, à travers le bain de sable, pourrait négativement agir en créant une éventuelle désorganisation du manteau de sachets plastiques généré à l’étape de l’enrobage des granulats.

La masse volumique de vrac du sable enrobé est de 1309 kg/m³contre 1540 kg/m³pour le même sable non enrobé, soit une diminution estimée à : [100 (1540-1309)/1540]=15%.

En ce qui concerne la granulométrie, la courbe de distribution des tailles des particules s’est déplacée vers les valeurs des diamètres plus élevées (particules devenues plus grosses) que celles initialement déterminées pour le même sable non enrobé. Le plus fort décalage s’est manifesté au tamis de 0,63 mm : 57% sont passés pour le non enrobé, alors que seulement 8%

sont passés pour l’enrobé à 10% (Figure 3.5).

Ce sont là les preuves tangibles du succès de l’enrobage, opération qui confère, aux particules de sable, un manteau de sachet plastique qui fait augmenter leurs tailles respectives.

Figure 3.5 : Courbe granulométrique du sable S7 non enrobé et courbe granulométrique du même sable S₇ enrobé à teneur de 10% de sachets plastiques fondus.

3.2.1.5. Caractéristiques physiques et mécaniques des éprouvettes 3.2.1.5.1. Caractéristiques physiques

Dans cette rubrique, il a été examiné l’évolution des masses moyennes enregistrées à 28 jours d’âge ainsi que des masses volumiques comparées.

89 3.2.1.5.1.1. Etude comparée des masses

D’après la Figure 3.6, les résultats expérimentaux ont montré que les échantillons fabriqués en utilisant le sable normalisé S₈ pèsent plus lourd (585±0 g) que les échantillons fabriqués avec du sable S₇ (557,8±1,15 g) d’une part. Les échantillons fabriqués avec du sable S₇ à leur tour pèsent plus lourd que les échantillons fabriqués avec du sable S7 enrobés de fondu de sachet plastique (493,2±1,25g), d’autre part.

Figure 3.6 : Comparaison des masses des échantillons des trois catégories de sable utilisées

Figure 3.7: Evolution des masses volumiques absolues à 28 jours d’âge en fonction de la teneur en sachet plastique

90 Cette situation parait plutôt normale et cohérente, en raison du fondement même du procédé qui consiste à opérer une substitution partielle en incorporant du fondu de sachet plastique en lieu et place d’un pourcentage de granulats de sable. La masse volumique absolue est aussi affectée par l’incorporation du sachet plastique dans les structures des mortiers.

3.2.1.5.1.2. Evolution de la masse volumique absolue en fonction de dosage en sachets à 28 jours

3.2.1.5.1.2. Evolution de la masse volumique absolue en fonction de dosage en sachets à 28 jours

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