2. REVUE DE LA LITTERATURE
2.3. Le rotin
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 ciment ou l’âge du béton à la mise en charge (GBAGUIDI V. 2015).
v
3
i
(2.1)où
vest la déformation totale et
i la déformation instantanée.Figure 2.8 : Contrainte appliqué et déformation enregistré en fonction du temps pour un essai de fluage d’éprouvette de béton (GAGLIARDINI O. 2004)
2.4.4.2. Le phénomène de retrait
C’est un phénomène de raccourcissement qui accompagne la prise du ciment. Elle est due à l’évaporation de l’eau non lié avec le ciment et peut entrainer des déformations de l’ordre de 1.5 10-4 à 5 10-4 selon l’humidité de l’environnement. La principale conséquence du retrait est l’apparition de contraintes internes de traction, contraintes dont la valeur peut facilement dépasser la limite de fissuration (GAGLIARDINI O. 2004).
Pour se protéger des désordres liés au retrait, on adoptera les dispositifs constructifs suivants :
utiliser des ciments à faible chaleur d’hydratation ;
maintenir les paramètres en ambiance humidité après coulage ;
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disposer des armatures de peaux de faible espacement pour bien répartir les fissures de retrait ;
utiliser des adjuvants limitant les effets du retrait.
2.4.4.3. La dilatation thermique
Le coefficient de dilatation thermique du béton varie entre 7 et 12 10 °C 6 -1. On adopte en général dans les calculs 10 10 °C 6 -1 (GBAGUIDI V. 2015).
Par ailleurs, on notera en général, que la valeur du coefficient de dilatation du bois est en moyenne de 5 10 °C 6 -1 dans la direction axiale, ce qui est inférieure à celle du béton.
2.4.5. Modélisation et calculs réglementaires 2.4.5.1. Résistance à la compression
Notée
f
cj à j jours d’âge, elle est définie comme la valeur de la résistance en dessous de laquelle on peut s’attendre à rencontrer 5% au plus de l’ensemble des ruptures des essais de compression. En pratique, comme le nombre d’essais réalisés ne permet pas un traitement statistique suffisant, on adopte la relation simplifiée suivante :1,15
j
fcj
(2.2)
où
j est la valeur moyenne des résistances obtenues sur l’ensemble des essais réalisés (GAGLIARDINI O. 2004).46
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2.4.5.2. Résistance à la traction
La résistance caractéristique à la traction du béton à j jours, notée ftj, est conventionnellement définie par les relations :
28
Ainsi donc la résistance à la traction du béton croît avec l’accroissement de la résistance à la compression (GAGLIARDINI O. 2004).
2.4.5.3. Les modules de déformations longitudinales
Pour le béton, nous disposons du module de déformation instantanée et du module de déformation différé. Le premier est utilisé pour les calculs en cas de chargement de courte durée, inférieure à 24h, et le second pour les chargements de longue durée (cas courant) afin de prendre en compte artificiellement les déformations de fluage du béton. Celles-ci représentant approximativement trois fois les déformations instantanées, le module différé Evjest pris égal au tiers du module instantané Eij (GAGLIARDINI O. 2004).
1
vj 3 ij
E E (2.6) Le module de déformations instantanées est :
1
Pour les calculs à ELU, le comportement réel du béton est modélisé par la loi parabole-rectangle sur un diagramme contraintes déformations donné sur la figure suivante :
47
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Figure 2.9 :Diagramme de calcul du Béton à ELU (GAGLIARDINI O. 2004) De ce diagramme le règlement BAEL défini les valeurs de calcul suivant :
bc1 2
000La valeur de calcul de la résistance en compression du béton
f
buest donnée par :
f
cj est la résistance caractéristique du béton en compression à j jours est un coefficient qui tient compte de la durée d’application des charges : 1, si la durée est supérieure 24h;
b, le coefficient de sécurité partiel vaut 1,5 pour les combinaisons fondamentales et 1,15 pour les combinaisons accidentelles.48
Mahutin Anicet HOUNSA 2.5. Conclusion
De ce chapitre, il ressort clairement que l’usage du bois de rônier comme matériau de construction est d’une tradition très ancienne et remonte même au néolithique. Avec ses propriétés telles que sa consistance et sa tenue aux intempéries et surtout grâce à ses fibres longitudinales qui lui confèrent une résistance élevée en traction, proche de celle de l’acier le rônier paraît susceptible de remplacer celui-ci comme armature dans les éléments de béton, telles que les poutres, pour des constructions modernes surtout en milieu rural. Le rônier a même été utilisé dans le cadre de la construction d’une villa. Par ailleurs, un pont de la région de Takamanda, au Cameroun, a été construit en rotin.
Cette partie nous a permis de faire l’état de l’art des connaissances sur l’utilisation des matériaux.
3. MATERIELS ET METHODES
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Mahutin Anicet HOUNSA 3.1. Introduction
La qualité sur la détermination des caractéristiques physiques et mécaniques des matériaux à utiliser dépend des matériels utilisés et des différentes méthodes employées.
Dans ce chapitre, nous présenterons successivement les matériaux, les matériels et les différentes méthodes utilisés pour déterminer ces caractéristiques.
3.2. Matériaux
Les matériaux utilisés dans le cadre de notre étude sont :
le bois borassus provenant des lattes laissées en stock dans un milieu sec par les promotions antérieures;
le bois rotin que nous avons racheté à un artisanat ;
les granulats :
le sable lagunaire ;
le gravier roulé de Lokossa que nous avons lavé et débarrassé de toutes impuretés ;
le ciment CEM II/B-LL 42,5 R de la nouvelle cimenterie du Bénin ;
l’eau de forage du Campus d’Abomey-Calavi.
3.3. Materiels et methodes
3.3.1. Caractéristiques physiques et mécaniques du bois rônier 3.3.1.1. Détermination de l’humidité (NF B51-004)
3.3.1.1.1. But
Cet essai a pour but de déterminer l’humidité du bois en vue des essais physiques et mécaniques.
3.3.1.1.2. Principe
Détermination, par pesées, de la diminution de masse d’une éprouvette ou d’un lot d’éprouvettes après dessiccation et calcul en pourcentage du rapport entre la diminution de masse constatée et la masse de l’éprouvette ou du lot d’éprouvettes anhydre.
3.3.1.1.3. Appareillage
Une balance précise à 0,01 g ;
une étuve ventilée ;
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un dessiccateur.
3.3.1.1.4. Mode opératoire
Reprendre les éprouvettes utilisées pour d’autres essais physiques et mécaniques ou des fragments, de forme quelconque, après rupture.
Peser l’éprouvette à 0,5 % de sa masse mH.
Déshydrater l’éprouvette dans l’étuve jusqu’à masse constante.
Peser l’éprouvette anhydre à 0,5 % de sa masse après son refroidissement dans le dessiccateur (m0).
Cette pesée doit être effectuée rapidement afin d’éviter une reprise d’humidité supérieure à 0,1 %.
3.3.1.1.5. Calcul et expression des résultats L’humidité H est calculé par la formule :
00
% mH m 100
H m
(3.1)
où :
mH est la masse, en gramme, de l’éprouvette avant dessiccation,
m0 est la masse, en gramme, de l’éprouvette anhydre.
Photo 3.1 : Etuve utilisé pour tous les
essais Photo 3.2: Balance précise à 0,01 g utilisée pour les essais sur les bois
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L’humidité d’un lot d’éprouvettes est égale à la moyenne arithmétique arrondis à 0,1 % des résultats obtenus sur chaque éprouvette.
3.3.1.2. Détermination de la rétractibilité totale (NF B51-006) 3.3.1.2.1. Le retrait
3.3.1.2.1.1. But
Cet essai a pour but de déterminer le retrait volumique total, le retrait total dans les sens radial et tangentiel du bois.
3.3.1.2.1.2. Principe
Détermination des variations de volume d’une éprouvette ayant une humidité égale ou supérieure au point de saturation des parois cellulaires et ramenée à anhydre.
3.3.1.2.1.3. Appareillage
Une balance précise à 0,01 g ;
un voluménomètre à mercure permettant de déterminer le volume à 0,003 cm3 près ;
une étuve ventilée ;
un dessiccateur ;
un pied à coulisse.
Photo 3.3 : Pied à coulisse utilisé pour les essais sur les bois
Photo 3.3 : Pied à coulisse utilisé pour les essais sur les bois