Objectifs de l’étude

L’objectif général visé par ce travail est de valoriser de façon concrète les résidus des industries de bois et les déchets plastiques qui jonchent nos décharges publiques afin d’en faire des matériaux innovants pour la fabrication d’élément porteur préfabriqué dans le domaine de la construction au Benin.

I.2.2- Objectifs spécifiques

L’objectif général formulé plus haut ne pourra être atteint que par l’intermédiaire des objectifs spécifiques que sont :

S’approprier les études précédemment faites dans ce domaines de matériau composite mono ou multicouches de manière générale ;

Retenir La formulation des mélanges (sciure de sachet blanc) et (sciure de bois-polystyrène expansé) offrant les meilleurs caractéristiques aussi bien physique que mécanique d’après les récents travaux de recherches ;

Définir les charges que doivent supporter la poutre tri-couche convenablement à l’usage auquel elle est prédestinée dans le bâtiment ;

dimensionner une poutre en composite tri-couche (bâtiment);

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Concevoir le moule devant permettre la réalisation de ladite poutre ; Réaliser enfin en grandeur nature la poutre en I composite tri-couche ;

Chiffrer les matériaux mise en œuvre et évaluer l’impact potentiel sur l’environnement d’un tel projet.

I.3- Intérêt et limite de l’étude I.3.1- Intérêt de l’étude

Dans le contexte actuel, où les effets sur la nature de l’utilisation du tout béton et de l’acier constituent environ 80% des matériaux rentrant dans la construction, tant au plan national que mondial, l’intérêt de notre étude consiste à imaginer un modèle de poutre préfabriquée qui pourra servir comme élément porteurs pour des constructions légères aussi bien que dans les constructions lourdes pouvant être adopté par des particuliers et mêmes les collectivités locale dans leur quête vers le développement local. Cette étude se veut également être également une contribution à l’instauration d’une politique nationale incitative visant à imposer un pourcentage de matériaux recyclés dans la construction des infrastructures publiques, touristiques et d’habitation. Le développement durable de nos communes, voire de notre pays sera boosté sans nul doute.

I.3.2- Limite de l’étude

L’étude a été faite dans le cadre de l’obtention du diplôme de Master en science des matériaux et structure à l’Ecole Doctorale Science pour Ingénieur de l’Université d’Abomey-Calavi, à ce titre, elle a un caractère académique. Par ailleurs, faute de pouvoir disposer de temps suffisant, nous pensons que tous les aspects de notre sujet d’étude ne sont complètement pas approfondis. Nous en sommes donc conscients et considérons que ces aspects pourront faire l’objet de recherches futures.

II- Approche méthodologique

II.1- Indentification des informateurs

Afin de rassembler le plus d’information sur le thème objet de notre étude, nous nous sommes déplacés vers les structures suivantes :

- L’ONAB ; - Le PGRN ; - Le CENATEL ; - L’EPAC/UAC ;

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- Le MCVDD ; - Le MA ;

- Des acteurs et opérateurs du secteur du bâtiment.

II.2- Outils méthodologiques utilisés

En vue de recueillir les informations nécessaires à notre étude, la recherche de données s’avère indispensables. Ainsi, l’approche méthodologique qui sous-tend cette recherche s’articule autour des éléments suivants :

II.2.1- La recherche documentaire

En termes d’outils et méthodes, afin d’établir un niveau élevé de connaissance et de maitrise des contours de notre sujet, il est adopté une démarche continue de lecture et d’analyse de projet. Cette recherche documentaire a été menée dans différentes bibliothèques dans le souci de faire une revue des écrits relatifs. Ces investigations se sont penchées sur des ouvrages traitant des matériaux composites dans le domaine de la construction en général et des structures (plaque ou poutre) mono ou multicouche en particulier.

La revue des travaux antérieurs au-delà du cadre de l’Université d’ Abomey-Calavi a été possible grâce aux recherches sur l’internet via mémoire online et les articles scientifiques consultés sur des moteurs de recherches spécialisées tel que google.com, altavista.fr, etc.

Aussi s’agit-il des ouvrages qui traitent du sujet de pièces d’ouvrage en composite préfabriquées. Ces recherches se sont effectuées dans les bibliothèques, institutions, directions et autres ministères.

II.2.2- Observations, photographies

L’observation de notre environnement, de quelques échantillons de matériaux composite mono et multicouche réalisés dans le cadre de certains travaux de recherche à l’UAC ajoutée au photos que nous avons pu consulter dans certains documents d’origine étrangère ont permis de rendre compte de l’état des lieux et nous ont permis de mieux repenser notre projet et d’illustrer des différentes analyses et commentaires.

II.2.3- Enquêtes et interviews

Cette étape de l’étude a permis à une collecte de donnée indispensable à nos analyses et la vérification de nos hypothèses afin d’atteindre nos objectifs. A l’aide de questionnaire préétabli nous avons interviewé le personnel et les responsables des différentes institutions et administration énuméré plus haut.

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Ces enquêtes et interviews ont permis, d’une part, de comprendre et de cerner la conception des intervenants et opérateurs du secteur des industries de bois et du recyclage des déchets plastiques, leur besoins ainsi que leurs difficultés.

II.2.4- L’étape d’analyse

A l’étape d’analyse, nous avons procédé d’abord à un travail de synthèse de toutes les données collectées. Ensuite nous y avons porté une réflexion poussée pour comprendre dans toute sa complexité le thème que nous traitons, en vue de proposer des solutions qui seraient en adéquation avec les réalités observées sur le terrain. De cette analyse est assorti un modèle de poutre tri-couche pouvant être intégrée au corps du bâtiment suivant les réalités constructives béninoises.

II.2.5- Proposition de projet

Il nous revient de proposer un projet de conception et de réalisation d’une poutre en matériau composite tri-couche et dont la structure devrait répondre aux exigences aussi bien mécanique qu’architecturale et qui se présenterait comme la proposition logique résultant des conclusions de phase d’analyse.

De ce fait, la poutre tri-couche est une pièce pouvant servir de coffrage pour la préparation et le coulage de dalle à nervures préfabriquées.

II.2.6- Difficultés rencontrées

Les difficultés rencontrées pendant nos recherches ont concerné, d’une part la disponibilité de certains responsables de structure, directions ou institutions du secteur du bois de production et traitements des déchets plastiques ce qui ne nous a pas permis d’avoir toutes les informations actualisées. A souligner que certaines données sont mêmes parfois inexistantes. De plus nous avons dû fait face à des entraves techniques. Et enfin on peut ajouter à tout ceci les difficultés financières.

Par soucis de clarté nous avons organisé notre étude en deux grandes parties scindées l’une et l’autre en en deux chapitres.

D’abord, une première partie qui aborde les généralités sur les matériaux composites et la synthèse des travaux effectués dans ce domaine.

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En suite une seconde partie qui traite des bases de conception et de réalisation de la poutre en composite tri-couche, du chiffrage des matériaux mise en œuvre, suivi de l’impact d’un tel projet surl’environnement (de nos décharges) d’un point de vue global.

La suite de ce document consistera donc à décliner les deux différentes parties structurant le travail.

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DON

PREMIERE PARTIE : REVUE DE LA LITTERATURE

Chapitre 1 : GENERALITES SUR LES MATERIAUX COMPOSITES

Chapitre 2 : SYNTHESE DES TRAVAUX EFFECTUES

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Une revue bibliographique sur les matériaux composites en construction sandwich est présentée dans ce chapitre. Cette revue débutera avec une exposition plutôt générale des matériaux composites et leurs procédés de fabrication. Dans un second temps, l’accent sera mis sur les composites à structure sandwich, leurs différents constituants, l’intérêt de leur utilisation ainsi que les différents domaines d’application. Enfin on présentera une revue des travaux réalisés concernant les problèmes relatifs à la mise en forme des composites de grande épaisseur.

I- Les Matériaux composites I.1- Définition

Une définition générale d’un matériau composite est donnée par Berthelot « Un matériau composite est constitué de l’assemblage d’au moins deux matériaux non miscibles et de nature différente, se complétant et permettant d’aboutir à un matériau dont l’ensemble des performances est supérieur à celui des composants pris séparément ». Pris sous cette acception, un matériau est constitué de différentes phases nommées renforts et matrice.

Lorsque le matériau composite est non endommagé, les renforts et la matrice sont parfaitement liés et il ne peut y avoir ni glissement ni séparation entre les différentes phases.

Les renforts se présentent sous forme de fibres continues ou discontinues. Le rôle du renfort est d’assurer la fonction de résistance mécanique aux efforts. La matrice assure quant à elle la cohésion entre les renforts de manière à répartir les sollicitations mécaniques. Nous notons généralement deux types de matrice : la matrice minérale (céramique et métallique) et la matrice organique (les thermoplastiques et les thermodurcissables). Cette dernière catégorie fera l’objet de notre étude.

Figure 1-1 : Matériau composite

I.2- Les polymères synthétiques

Selon leur comportement vis-à-vis de la chaleur, les polymères peuvent être divisés en deux grandes classes : les thermoplastiques et les thermodurcissables. Les thermoplastiques,

Chapitre 1 : GENERALITES SUR LES MATERIAUX COMPOSITES

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peuvent se ramollir chaque fois qu'ils sont portés à une température déterminée après leur mise en forme (Polypropylène PP, Polyéthylène PE, Polychlorure de vinyle PVC, etc.).

L'autre groupe est celui des matériaux polymères thermodurcissables (Époxy, Polyuréthanne, colles phénoliques, etc..). Ces polymères ont des structures réticulées, formant un réseau 3D et caractérisés par des liaisons covalentes qui assurent les pontages entre les chaînes. Chaque polymère de ces deux groupes possède un ensemble de propriétés et de procédés de fabrication spécifiques. Cependant, l'incorporation de charges (ou renforts) peut modifier leurs caractéristiques physiques et mécaniques (Trotignon et al., 1996; Nabi Saheb et al., 1999).

I.2.1- Les thermodurcissables

Les thermodurcissables sont des plastiques à base de polymères qui, ayant subi une réaction chimique (amorcée par la chaleur, par les catalyseurs ou par la lumière UV), se transforment en un produit relativement infusible et insoluble. Il se trouve à l'état réticulé.

Ces polymères se comportent donc comme le béton : après la réticulation, on ne peut plus les fondre ou les mouler à nouveau.

Les plastiques thermodurcissables typiques sont les phénoliques, les polyuréthanes, les mélamines, les urées formaldéhydes (urée-formols) et Ceux à base de résines époxydes. Les colles, ou polymères thermodurcissables, sont largement utilisés pour le collage du bois ou dans les composites à base de bois, en particulier ceux à base de fibres cellulosiques (koubaa, 2005).

Les thermodurcissables sont utilisés du bois comme adhésifs pour le bois et les fibres de bois.

Les adhésifs (résines) les plus couramment employées par l'industrie des panneaux de bois sont l'urée formaldéhyde (UF) (Xing, 2003), le phénol formaldéhyde (PF) et les colles isocyanates (Rosthauser et al, 1997). L’adhésion résine-bois est très importante pour améliorer la qualité des produits finis. Les bois les plus difficiles à coller sont les bois riches en résines, gommes ou matières huileuses (pin maritime, teck). D'autre part, la teneur en humidité du bois a des effets sur l'adhésion puisqu'un excès d'eau dans le bois risque de diluer la résine. D'autre part, un manque d'humidité peut provoquer une prise trop rapide (Xing, 2003). Le tableau –I montre les principales caractéristiques des résines thermodurcissables.

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Tableau –I : principales caractéristiques des résines thermodurcissables.

ρ: densité; MOE: Module d'élasticité (en flexion) ;

R: Résistance à la traction ; Tc : Teneur à la chaleur continue

 Les polyuréthanes (PUR)

Ce sont des matériaux dont les caractéristiques sont très variées avec une grande diversité de textures et de duretés. Les polyuréthanes sont les polymères les plus utilisés pour faire les mousses. En fonction des associations chimiques réalisées avec différents monomères on peut obtenir des colles, des élastomères, des fibres (Licra) des mousses souples ou rigides grâce à des agents d’expansion, des polyuréthanes solides et compacts que l’on peut renforcer par de la fibre de verre. On les utilise pour fabriquer des matelas, des sièges de voiture, des tableaux de bord, des roues de patins à roulettes ou des chaussures de ski…

 Les polyesters insaturés

Le polyester (figure 1-2) sert surtout à fabriquer des fibres textiles artificielles, Les tissus produits sont brevetés sous les noms de Dacron, de Tergal ou de Térylène. La fibre polyester est la plus produite dans le monde car son utilisation très est répandue dans l'habillement.

Ses applications se sont aussi diversifiées dans l'industrie, notamment sous forme de films destinés à l’agriculture, aux travaux publics, aux coques et cabines de bateaux, aux carrosseries d'automobiles, aux piscines.

Figure 1-2 : Les polyesters insaturés

Source : SLAMA, Décembre 2008

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 Les phénoplastes (PF) :

Dans ce groupe, une des plus anciennes matières plastiques connue est la Bakélite. Ce matériau providentiel a eu d'innombrables applications dans le domaine scientifique et dans la réalisation d'objets : téléphones, postes de radio. Ces résines thermodurcissables résistent très bien aux produits chimiques et à la chaleur. Elles sont aussi électriquement isolantes.

On peut les transformer par moulage et par compression pour fabriquer les poignées de casserole, de fer à repasser et des plaques de revêtement.

 Les aminoplastes (MF)

Ces produits résineux sont essentiellement utilisés en stratification sur des textiles plastifiés, les panneaux de bois agglomérés pour le mobilier de cuisine et les plans de travail.

Tableau –II : Propriétés des résines thermodurcissables les plus répandues Nom de la œuvre facile, Prix réduit

Retrait au moulage important,

120-200 Haute rigidité Fragile, Inflammable

Vi Venylesters

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I.2.2- Les thermoplastiques :

Les thermoplastiques ramollissent sous l'effet de la chaleur. Ils deviennent souples, malléables et durcissent à nouveau quand on les refroidit. Avant transformation, ils sont sous forme de granulés ou de poudre dans un état chimique stable et définitif car il n’y a pas de modification chimique lors de la mise en forme. Les granulés sont chauffés puis moulés par injection et le matériau broyé est réutilisable. Comme cette transformation est réversible, ces matériaux conservent leurs propriétés et ils sont facilement recyclables. Ils sont utilisés comme éléments décoratifs dans diverses applications (le bâtiment, la construction, etc.).

Les thermoplastiques sont généralement des matériaux ductiles. Le Tableau- III montre quelques caractéristiques des polymères thermoplastiques les plus couramment utilisés.

Tableau- III: caractéristiques de quelques thermoplastiques

Polymères Densité 𝜎_{𝑡𝑟𝑎𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛} MOE A (⁰/0) R(IZOD) Tfle (⁰C) (N/mm²) (N/mm²) (KJ/m²)

PVC 1,5 50 2400 10-50 - 60 PS 1,05 40 2800-3500 4 - 90 HDPE 0,95 30-35 1000 700-1000 5 77

PET 1,39 2,5 3400 90 3 80 PMMA 1,19 65 3300 4 15 95 PP 0,91 20-40 1100-1600 200-1000 - 100 Source : Bailon & Morin, 2005

𝜎_{𝑡𝑟𝑎𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛} : Résistance à la traction ; MOE Module d’élasticité en flexion A : Allongement à la rupture ; R(IZOD) : Résistance au choc ;

Tfle (⁰C) : Température de fléchissement sous charge (1,8 N/mm²) PVC : Chlorure de polyvinyle rigide ;

PS : Polystyrène à l’état cristal ; HDPE : Polyéthylène à haute densité ; PET : Polyéthylène Téréphtalate cristallin ;

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PMMA : Poly méthacrylate de méthyle à l’état amorphe ; PP : Polypropylène à l’état semi cristallin.

 Polyéthylène (PE)

Cette matière plastique représente à elle seule environ un tiers de la production totale des matières synthétiques et constitue la moitié des emballages plastiques. Plusieurs millions de tonnes de polyéthylène sont produites chaque année car c’est un matériau extrêmement polyvalent et important sur le plan économique et écologique. Grâce à sa structure chimique simple, le polyéthylène prime sur la plupart des autres matériaux car il peut être réutilisé. Au cours de ces dernières années, le recyclage des produits usés en PE a pris de plus en plus d'importance :

50% du PE constituant les sacs poubelle sont recyclés. Le polyéthylène est translucide, inerte, facile à manier et résistant au froid. Il existe différents polyéthylènes classés en fonction de leur densité. Celle-ci dépend du nombre et de la longueur des ramifications présentes dans le matériau. On distingue deux familles : le PEBD (polyéthylène basse densité) et le PEHD (polyéthylène haute densité).

Le PEBD est utilisé dans les domaines les plus divers. Sa densité est inférieure à celle de l'eau. Il présente une bonne résistance chimique, il est olfactivement, gustativement et chimiquement neutre pour les denrées alimentaires. Il est transparent, peut être facilement transformé et se prête très bien au soudage. Sa durée de vie est très longue à cause de sa grande stabilité et il se recycle bien. Les principales applications du PEBD sont des produits souples : sacs, films, sachets, sacs poubelle, récipients souples (bouteilles de ketchup, de shampoing, tubes de crème cosmétique…).

Le PEHD est utilisé pour des objets plastiques rigides. On le trouve par exemple dans des bouteilles et des flacons, des bacs poubelles, des cagettes, des tuyaux, des fûts, des jouets, des ustensiles ménagers, des boîtes type « Tupperware »… Certains sacs plastiques sont constitués par du PEHD : lorsque le sac se froisse facilement sous la main, avec un bruit craquant et revient spontanément à sa forme d'origine, c'est du PEHD (Figure1-4).

Lorsque le touché est plus « gras », que le plastique se froisse sans bruit et se perce facilement avec le doigt, c'est du PEBD (Figure1-3).

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 Le polystyrène (PS)

Le polystyrène est un plastique dur, cassant et transparent. On distingue trois types de polystyrènes (figure1-5) :

 Le polystyrène « Cristal » : C’est un plastique dur et cassant utilisé pour de nombreux types de boîtes, les boîtiers CD notamment

 Le polystyrène « choc »

 Le polystyrène expansé (PSE) : c’est le matériau le plus connus et utilisé de la gamme. Ce polystyrène est solide à 20°C, pâteux à 120°C et fondant à 160°C. C’est une sorte de mousse blanche compacte inflammable et combustible. C’est un matériau qui sert à emballer les appareils sensibles aux chocs et qui est un très bon isolant thermique pour les plaques de doublage des murs.

a- polystyrène expansé b- polystyrène cristal c- polystyrène choc

 Le polycarbonate ⁽PC⁾ :

Le polycarbonate (Figure1-6) est un matériau qui présente d'excellentes propriétés mécaniques et une bonne résistance thermique jusqu'à 120°C. On l’utilise pour la fabrication des casques de moto ou des boucliers de police. Comme il est très transparent, il

Figure 1-4: Exemple de PEHD Figure 1-3 : Exemple de PEBD

Figure 1-5 : Différents types de polystyrène

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sert aussi à la fabrication des CD et des DVD, des vitrages des guichets à l'épreuve des balles et des phares, feux arrière et clignotants de voitures. Enfin, sa neutralité physiologique permet son utilisation dans le domaine médical pour la fabrication de matériel et de prothèses. Par contre, il résiste mal aux contacts prolongés avec l'eau, aux agents chimiques et aux rayons ultraviolets.

Figure 1-6 : Vitrage en pc

 Les polyesters et le polyéthylène téréphtalate (PET)

Le PET (Figure 1-7) est surtout employé pour la fabrication de fils textiles, de films et de bouteilles. L'inventeur des bouteilles en PET, Nathaniel Wyeth voulait faire une bouteille

Le PET (Figure 1-7) est surtout employé pour la fabrication de fils textiles, de films et de bouteilles. L'inventeur des bouteilles en PET, Nathaniel Wyeth voulait faire une bouteille

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