L’étude de la résistance mécanique et des méthodes de dimensionnement

borassus

Dans ce cadre les travaux effectués se présentent comme suit :

 étude comparative de la résistance des sections carrées et circulaires d’armatures en bois de borassus qui a abouti à la conclusion que ces deux sections offrent des résistances voisines dans les poutres. (Etude menée par AHOUANDJINOU en 2009) ;

 détermination théorique des sections d’armatures en bois de borassus dans les poutres faiblement chargées et simplement fléchies qui a conclure que le bois peut être utilisé comme armatures dans le béton, résultat obtenu par des essais de traction directe sur les éprouvettes. (Etude menée par AHOUSSINOU et OROUNLA en 2010) ;

 mise au point d’une méthode de dimensionnement des éléments de structure en béton armé de borassus faiblement chargés pour les éléments sollicités à la traction simple qui a permis de révéler qu’à ELU la section d’armature longitudinale obtenue pour le borassus est 2.10 fois celle de l’acier HA400 et qu’ ELS un rapport de 1.12

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pour les FP et 1.27 pour les FTP, la longueur de scellement LS pour le béton armé de borassus (E224) est de 71D. (Etude menée par HOUNNOUGBO en 2011) ;

 mise au point d’une méthode de dimensionnement de la section théorique d’armatures dans un poteau en béton armé de borassus faiblement chargé en compression simple qui a conclure que le dimensionnement suivant les règles BAEL offre une marge de sécurité de 1.34. La présence de borassus a augmenté de 19.78%

la résistance en compression des poteaux expérimentaux par rapport à un pourcentage théorique de 21.77% (Comparaison faite par rapport aux poteaux non armé). Pour une même section d’armature, le borassus équilibre 5 fois moins de charge que l’acier.

(Etude menée par SOUROU en 2011) ;

 mise au point d’une méthode de dimensionnement des éléments de structure en béton armé de borassus faiblement chargés pour les éléments sollicités à la flexion simple qui a aboutie aux coefficients de sécurité suivant :

 Armatures comprimé : 0.99 à l’âge J=7 ; 1.31 à l’âge J=14 ; 0.23 à l’âge J=21 et 1.34 à l’âge J=28 ;

 Armature tendues : 0.72 à l’âge J=7 ; 0.75 à l’âge J=14 ; 0.63 à l’âge J=21 ; 0.76 à l’âge J=28. (Etude menée par CHADA en 2010) ;

 étude du comportement mécanique des plaques en béton armé de borassus qui a conclu que les armatures en bois de borassus peuvent être utilisées dans les plaques horizontales chargées et que les sections d’armatures en borassus rectangulaires offrent une très bonne résistance aux plaques. (Etude menée par HOUGBO en 2010) ;

 étude et conception d’un prototype de bâtiment avec usage du rônier comme armature végétale. (Etude menée par GBAGUIDI) ;

 la méthode de dimensionnement à l’ELU pour la détermination des sections d’armatures de poutres armées de borassus en s’inspirant de la méthode classique de dimensionnement des sections d’armatures de poutres armées en acier selon le règlement BAEL élaborées par DANDJINOU (2011). Méthode qu’elle a appliquée au dimensionnement des poutres de planchers d’une villa de type F4 ;

 étude du comportement en flexion simple d’un plancher mixte arme de rônier et de rotin: analyse numérique et simulation qui a abouti à la conclusion que l’introduction de nouveaux matériaux n’a pas affecté le fonctionnement du plancher (Etude menée par KAKPO en 2016).

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Mahutin Anicet HOUNSA 2.3. Le rotin

2.3.1. Généralités

De la sous-famille des Calamoideae (LETOUZEY R. 1985), les « rotins sont des palmiers grimpants épineux qui poussent dans les régions tropicales et semi-tropicales du vieux monde et sont exploités pour leurs tiges flexibles » (DRANSFIELD J. 2001). Le mot « rotin » vient du malais rotan, dont la signification littérale est palmier grimpant. Les rotins grimpent à divers supports à l’aide soit des flagelles qui sont des pousses sortant directement de la gaine foliaire et considérés comme des fleurs modifiées (IRIE A. et al. 2004), soit des cirres qui sont des extensions en forme de fouet placées avant la feuille et souvent garnies d’épines courtes et arquées (TOMLINSON P. 1990).

Photo 2.10 : Le rotin, un palmier grimpant (DINESH V. 2017)

Pour ce qui est de la diversité, la plus grande concentration de rotins et les niveaux d’endémisme les plus élevés se rencontrent dans les forêts guinéo-congolaises (SUNDERLAND T. 2001). On dénombre environ 600 espèces de rotin, retrouvées exclusivement dans l’ancien monde. En effet, son aire de répartition est limitée à l’Asie tropicale et subtropicale, au Pacifique et à l’Afrique tropicale. La majorité des espèces que l’on connaît aujourd’hui est originaire d’Asie où 10 des 13 genres sont endémiques (SUNDERLAND T. et DRANSFIELD J. 2002). On estime à vingt (ABWE M. et al. 2000) le nombre d’espèces présentes en Afrique (au Cameroun). Il s’agit notamment de calamus deëratus, eremospatha barendii, eremospatha cabrae, eremospatha cuspidata, eremospatha

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haullevilleana, eremospatha hookeri, eremospatha laurentii, eremospatha macrocarpa, eremospatha quinquecostulata, eremospatha tessmanniana, eremospatha wendlandiana, laccosperma acutiflorum, laccosperma leave, laccosperma opacum, laccosperma robustum, laccosperma secundiflorum, oncocalamus macrospathus, oncocalamus mannii, oncocalamus tuleyi et oncocalamus wrightianus.

2.3.2. Description du rotin

Les vingt espèces de rotins africains sont réparties en quatre genres que sont : Calamus, Laccosperma, Eremospatha et Oncocalamus (SUNDERLAND T. et DRANSFIELD J. 2002).

Ces quatre genres de rotins que l’on retrouve au Cameroun et en Afrique se distinguent des rotins asiatiques notamment par la morphologie de leurs organes d’ancrage (flagelle, cirre) et de leurs fleurs. Le flagelle est une pousse sortant directement de la gaine foliaire et considéré comme une fleur modifiée (IRIE A. et al. 2004). Il n’est présent que dans certaines espèces de Calamus tel que Calamus deërratus. Le cirre est une extension en forme de fouet placée avant la feuille et souvent garnie d’épines courtes et arquées qui rappellent souvent la griffe d’un chat (TOMLINSON P. 1990). Il se distingue très nettement dans les trois genres de rotin endémiques de celui des Calamoideae (en particulier celles d’origine asiatique), se présentant comme une excroissance au milieu de feuillets réduits et en forme d’épines dits anthophylles. Les fruits, recouverts d’écailles losangiques disposées en hélices, sont souvent de couleurs très variées mais toujours vives : jaune, orange, rouge, violet ou brun luisant.

Les principales espèces présentes au Cameroun se présentent sous forme de clones de 2 à 60 tiges (par touffe), de longueur variant entre 5 et 150 mètres chacune quand elles sont à maturité. Leur diamètre varie généralement entre 0,8 et 5 centimètres et suivant les espèces, la gaine foliaire est avec ou sans épines (NZOOH DONGMO Z. 1999).

Photo 2.11 : Stipe du rotin garni de sa gaine épineuse (ANONYME 2008)

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Tableau 2.6 : caractères morphologiques des espèces du genre Eremospatha (NZOOH DONGMO Z., NKONGMENECK B. et FOTSO R. 1999)

Caractères morphologiques E.

Macrocarpa

Couleur des fleurs Violette beige

Fruit

Gaines foliaires glabres (sans épines), inflorescence pléonanthique (axillaire) à 2 axes, Cirre munie de crochets en forme de harpon, folioles de la base du rachis à marges hérissées d’aiguillons, pétiole absent sur les feuilles des tiges âgées, de 5 à 10 cm sur les feuilles des tiges juvéniles ; pétioles des feuilles des plantules portant des aiguillons en forme de crochets, fruits à écailles de couleur orange à rouge à maturité

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Tableau 2.7 : caractères morphologiques des espèces du genre Laccosperma et des espèces Calamus deëratus et Oncocalamus mannii (NZOOH DONGMO Z. et al. 1999)

Caractères morphologiques

Genre Laccosperma Calamus deëratus Fruit Forme ellipsoïdale orbiculaire Ellipsoïdale à

ovoïdale

Orbiculaire (rond) Taille (cm) 0,7-1,5 x 1-2 1-1,5 x 1-1,5 1-1,5 x 1-2,5 1-1,5 x 1-1,5 Plantule (pétiole) Epines longues

et pointues portant de nombreuses épines effilées , cirre épineuse munie

de crochets en forme de harpon

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Au bénin, les artisans distinguent deux groupes de rotin, en rapport avec les usages et le diamètre de la canne : les rotins à gros diamètre telle l’espèce Laccosperma secundiflorum et ceux à petit diamètre, encore appelés lianes, tels que l’Eremospatha macrocarpa.

2.3.3. Qualité et anatomie

Les facteurs déterminants pour la qualité du rotin présentent des différences marquées au niveau de chaque genre africain (OTENG-AMOAKA A. et EBANYELE E. 2001). Ces facteurs déterminants sont entre autres l’épaisseur des parois fibreuses, le pourcentage de tissu fibreux et le diamètre du vaisseau du métaxylème.

Les espèces de Laccosperma ont un taux relativement élevé de fibres épaisses, des vaisseaux à diamètre plutôt étroit et donc une densité plus élevée que les cannes des autres genres. Leur résistance est donc meilleure et elles présentent une bonne durabilité. Cette anatomie est semblable à celle des espèces de Calamus deërratus et d’Eremospatha à quelques différences près.

En effet, les cannes des espèces de Calamus deërratus et d’Eremospatha ont un pourcentage de fibres minces majeur et un diamètre des vaisseaux de métaxylène plus large, ce qui accroît les espaces vides à l’intérieur des tiges tout en diminuant la densité et la résistance.

Les cannes des espèces Oncocalamus sont particulièrement très faibles et fragiles (PROFIZI J. 1986), (DEFO L. 1999), (SUNDERLAND T. 1999). Elles ont des parois fibreuses très minces et les vaisseaux du méta xylème sont d’un très grand diamètre. Sa densité et sa résistance font de l’Oncocalamus, le genre le moins recherché de tous les genres africains.

Les rotins africains ont des caractéristiques anatomiques différentes d’un genre à l’autre au niveau de l’épaisseur des parois fibreuses, du pourcentage de tissus fibreux et du diamètre du vaisseau du métaxylème (SUNDERLAND T. 2001). Ils se multiplient de façon sexuée ou asexuée. Le rotin peut se récolter et se cultiver de façon durable grâce à sa croissance rapide et à sa capacité d’adaptation à des conditions écologiques très variées.

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Figure 2.5 : Développement du rotin (NGO-SAMNICK E. 2012) 2.3.4. Usage du rotin

D’après les statistiques, dans de nombreuses régions d’Afrique, le rotin fait l’objet d’une demande croissante et le nombre de cannes transformées est beaucoup plus élevé qu’il y a cinq ou dix ans (SUNDERLAND T. et al. 2001). En effet, le rotin revêt une grande importance économique et écologique sans compter le fait qu’il contribue fortement à la satisfaction des besoins des peuples.

Dans le monde entier, plus de 700 millions de personnes commercialisent ou utilisent le rotin à de multiples fins (SASTRY C. 2001) : fabrication de meubles qui constituent les articles en rotin les plus connus, confection de paniers, de cordes, de nattes, de cages à oiseaux, etc. En effet, Laccosperma secundiflorum, Eremospatha macrocarpa, Eremospatha wendlandiana, Oncocalamus mannii, Laccosperma opacum et Calamus deëratus ont servi et servent encore à la confection des paniers et hottes de différentes formes utilisées comme contenant pour le transport et/ou la conservation. Par exemple, la hotte est utilisée dans le transport des vivres du champ à la maison. Eremospatha macrocarpa, Calamus deëratus, Laccosperma secundiflorum, et Eremospatha wendlandiana étaient utilisés pour confectionner des claies et dans la fabrication des meubles. Eremospatha hookeri, Laccosperma acutiflorum servait de brosse à dent. Eremospatha macrocarpa et Eremospatha wendlandiana étaient (et sont encore) utilisés au cours des inhumations pour faire descendre les corps en douceur au fond des tombes (DEFO L. 2005).

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Photo 2.12 : Salon en rotin (ANONYME 2014)

Eremospatha macrocarpa, Eremospatha wendlandiana et dans une moindre mesure Laccosperma secundiflorum, Calamus deëratus et Oncocalamus mannü sont utilisés dans la construction des cases. Leurs sclérenchymes constituent grâce à leur solidité et leur flexibilité d’excellents fils d’attache. On les utilise pour fixer les bâtons transversaux sur les piquets afin de constituer le squelette des murs en « poto poto » ou terre battue et pour fixer les nattes sur les charpentes des maisons (DEFO L. 2005).

Dans un registre tout à fait différent, la population camerounaise utilisait les rotins à des fins alimentaires et/ou médicinales. En effet, les extrémités fraîches de Laccosperma secundiflorum préparées accompagnaient le manioc ou le macabo dans certaines recettes contre la faim et/ou contre les maux de ventre ou les vers intestinaux (DEFO L. 2005).

Parmi les particularités locales saillantes au Cameroun, on peut, sans aucune prétention d’exhaustivité évoquer celles qui suivent : L’utilisation des rotins dans la construction des ponts (par certaines communautés du Sud-Ouest) et le recours aux rotins pour la réalisation des dispositifs de capture de poissons (les nasses chez les Bakoko du Littoral, les filets traditionnels chez les Bamesing...). Certaines communautés de l’Ouest et du Nord-Ouest (Bamiléké,

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Bamoun, Bamuka et Kedjom-Keku par exemple) les utilisent pour décorer les calebasses, spécialement celles devant contenir le vin des notables. Les Bamilékés les utilisent également pour fabriquer des bracelets spéciaux réservés aux jumeaux et à leurs parents (DEFO L. 2005).

Photo 2.13 : Pont en rotin de la région de Takamanda, au Cameroun (SUNDERLAND T., BALINGA M. et GROVES J. 2002)

Aussi, au Gabon, les rotins ont-ils été exploités pour construire depuis 1915, un pont fonctionnel qui traverse l’Ogooué, à proximité des chutes de Poubara, au sud de Franceville dans l’est gabonais. Le pont de lianes de Poubara a été construit par l’architecte Moussikoué Mvouzangoye pour éviter les traversées en pirogue dans les eaux tumultueuses de l’Ogooué au droit du village de Poubara (VAQUIN V. 2013).

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Photo 2.14 : Pont de liane de Poubara, au sud de Franceville, Gabon (VAQUIN V. 2013) Les rotins étaient donc principalement des plantes de service et on les utilisait presque exclusivement dans le cadre d’un artisanat domestique. Leurs produits étaient destinés essentiellement aux usages personnels de l’artisan ou aux échanges avec les parents, amis et autres villageois. Leur exploitation, comme d’ailleurs celle des autres ressources forestières obéissait à des règles sociales plus ou moins formelles suivant les groupes (DEFO L. 2005).

En fait, depuis les 20 dernières années, les bailleurs de fonds et les gouvernements reconnaissent de plus en plus le rôle potentiel des rotins sur le marché mondial, ainsi que la place importante qu’ils occupent parmi les Produits Forestiers Non Ligneux (PFNL) (PREBBLE C. 1997), (JOHNSON D. 1998), (SASTRY C. 2002). Ainsi, dans plusieurs pays où les ressources sont disponibles (Indonésie, Malaisie, Inde, Cameroun, Ghana, etc.) d’importants investissements ont-ils été faits en vue d’une mise en valeur et une promotion significative des rotins. Comme résultat, depuis les deux dernières décennies, on note une croissance remarquable des industries à base de rotin. Ainsi, en Asie, générant environ 6,5 milliards $ US par an, l’industrie du rotin emploie-t-elle 1,2 millions de personnes (SASTRY C. 2001). Tout comme dans les pays d’Asie, les rotins africains font partie intégrante des populations rurales et sont à la base d’une industrie artisanale prospère (DEFO L. 2005).

2.3.5. Utilisation du rotin comme armature dans le béton

Beaucoup de travaux ont porté sur l’utilisation dans le béton, d’armatures végétales comme le bambou et le rotin. Tous les auteurs s’accordent pour dire que les équations et

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procédures de design pour le béton armé d’acier peuvent être employées de façon tout à fait sécuritaire pour la conception des poutres de béton armé de bambou. Mais la grande difficulté à laquelle ils sont confrontés est l’adhérence entre les deux matériaux.

NGOUADJEU P. (1992) s’est penché sur les possibilités techniques d’utilisation du gros rotin (Laccosperma secundiflorum) dans le béton pour les constructions. De ses travaux, il ressort que l’utilisation du gros rotin comme armature dans les éléments faiblement chargés et les poutres de petite portée est possible. L’approche consiste à utiliser des cadres (armatures principales dont les deux bouts se prolongent dans la partie comprimée de la poutre) pour reprendre le moment fléchissant. Ainsi obtient-on une adhérence apparente variant de 2,83 MPa à 5,43 MPa pour des contraintes de rupture en traction du rotin allant de 52 MPa, à 100 MPa.

Mais, FOUDJET A. et FOMO J. (1995) affirment que l’adhérence béton-rotin est très faible. Ils proposent alors un procédé qui consiste à utiliser une structure périodique de confinement pour mieux reprendre le moment fléchissant. La technique consiste globalement à façonner les armatures de rotin ou de bambou en forme de cadre ayant un coté dans la zone comprimée. Ils affirment qu’ils pensent qu’avec le bambou cette valeur de l’adhérence approcherait celle obtenue dans le cas de l’acier. Leur souci est de proposer plus tard un matériau économique pour l’habitat en zone tropicale, en utilisant le béton de nodules latéritiques dans lequel le gravier est remplacé par des nodules et comme armature le bois rotin.

MAHZUZ H. et al. (2014) ont évalué l’efficacité d’utiliser Zali Bet, nom Bangladesh du rotin Calamus guruba comme armature dans une poutre. Zali Bet a été utilisé comme armature longitudinale et transversale afin d’avoir son apport physique. Sa limite d’élasticité et son module d’élasticité sont respectivement 52 MPa et 71 MPa. Ils ont constaté que les barres de rotin prennent environ 23,5% de la charge maximale que peut supporter la poutre. De plus, la diminution de l’espacement des armatures transversales fait augmenter la résistance en cisaillement. Les barres de rotin supportent 63% de la charge maximale. Ils ont donc conclu que le rotin peut être utilisé pour des éléments de structure faiblement chargés.

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Photo 2.15 : Zali Bet utilisé comme armature longitudinale (MAHZUZ H. et al. 2014)

Photo 2.16 : Zali Bet utilisé comme armature transversale (MAHZUZ H. et al. 2014) SOHOUNHLOUE A. et al. (2014) ont fait une étude de la zone de recouvrement entre deux tiges de rotin du Cameroun afin d’obtenir un ensemble ayant la résistance d’un rotin non sectionné dans la zone de liaison. Des essais de compression et de cisaillement par compression ont été réalisés pour déterminer les caractéristiques mécaniques du rotin et les caractéristiques mécaniques de l’assemblage et de connaître la résistance au cisaillement de la section mixte métal-rotin ainsi constituée. Il en ressort que, Le module de Young du rotin en compression est de 1190 MPa avec un écart type de 174 MPa. La contrainte de rupture en compression vaut 26 MPa avec un écart type de 2 MPa. Et la limite élastique est de 21 MPa avec un écart type de 2,5 MPa. De l’essai du cisaillement par compression de la section mixte métal - rotin, une longueur de 2,5d (d diamètre du rotin) garantit une liaison maximale entre le rotin et le métal dans la zone de recouvrement. Ils ont conclu que ce mode de recouvrement peut être avantageusement utilisé dans les poteaux en béton qui travaillent essentiellement en flexion

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composée avec une grande prépondérance de compression avec une longueur de recouvrement de 2,5d ; ou alors dans la partie tendue des poutres en flexion avec un recouvrement de 8d. Il est aussi à noter que cette section mixte augmente l’adhérence de l’armature de rotin dans le béton à cause du métal utilisé.

Figure 2.6 : Schéma de modélisation du système (SOHOUNHLOUE A. et al. 2014) 2.4. Le béton hydraulique

2.4.1. Définitions

Le béton est un matériau de construction usuel, qui s’apparente à une pierre artificielle.

Ses constituants essentiels sont :

 un mélange granulaire de sable et graviers formant le squelette du matériau ;

 un liant hydraulique, le ciment, assurant la cohésion entre les différents grains du squelette ;

 l’eau est le réactif chimique provocant la prise du ciment (hydratation) ;

 éventuellement, et en faible quantité, des produits d’addition, les adjuvants, influençant certaines propriétés ou comportements du matériau béton (TCHOUANI NANA J. 2002).

2.4.2. Qualités recherchées pour un béton

Les principales qualités recherchées pour un bon béton sont :

 une résistance mécanique élevée ;

 une imperméabilité et une absence de réaction chimique avec les armatures ;

 une bonne tenue dans le temps ;

 un retrait minimum ;

 une facilité de mise en œuvre (GBAGUIDI V. 2015).

Dans le cadre de cette recherche, nous nous intéresserons aux propriétés mécaniques du béton notamment la résistance en compression et aux différents phénomènes susceptibles d’agir sur cette dernière.

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2.4.3. Propriétés mécaniques

2.4.3.1. Résistance à la compression

La résistance à la compression du béton dépend en majeure partie de sa composition.

En général le béton présente de bonne résistance à la compression, les essais de détermination de la résistance à la compression sont effectués suivant la norme européenne NF EN 12390-3, sur des éprouvettes cylindriques de 160 mm de diamètre et 320 mm de hauteur (GAGLIARDINI O. 2004). Il permet à partir d’une courbe contrainte - déformation de déterminer :

 la résistance maximale à la compression ;

 le module de Young instantanée ;

 la déformation maximale à la rupture qui est sensiblement égale à 2%.

Figure 2.7 : Courbe contrainte-déformation d’un essai de compression (GAGLIARDINI O. 2004)

2.4.3.2. Résistance à la traction

Le béton ne présente pas de très bonne caractéristique à la traction, sa résistance à la traction est d’environ 8 à 12 fois plus faible que celle en compression. La résistance à la traction se détermine par différents essais tels que l’essai de traction directe, l’essai de traction par fendage ou essai brésilien et l’essai de traction par flexion (GBAGUIDI V. 2015).

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2.4.4. Phénomènes influant les caractéristiques mécaniques du béton 2.4.4.1. Le fluage

Le fluage est un phénomène de déformation différé du béton sous charges de longues durées d’application. Ces déformations ne sont pas négligeables puisqu’elles peuvent représenter jusqu’à 2 fois la déformation instantanée. Elle augmente en fonction de l’eau de gâchage et de la sécheresse de l’air (comme le retrait) et, diminue lorsque croît le dosage en

Le fluage est un phénomène de déformation différé du béton sous charges de longues durées d’application. Ces déformations ne sont pas négligeables puisqu’elles peuvent représenter jusqu’à 2 fois la déformation instantanée. Elle augmente en fonction de l’eau de gâchage et de la sécheresse de l’air (comme le retrait) et, diminue lorsque croît le dosage en

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