Le sachet plastique

Il importe de souligner que la composition des plastiques devient de plus en plus complexe de nos jours. Cela constitue un frein à leur recyclage. Le plastique visé par les essais rapportés

21 dans ce mémoire est constitué de déchets de thermoplastiques, Polyéthylène Basse Densité (LDPE), sous sa forme de sachets d’emballages.

Les sachets en polyéthylène sont essentiellement constitués d'un polymère de formule brute C500H1000, soit (C2H4)250 avec : C=12 ; H=1 g.mol^-1.

La masse molaire du polymère est alors de : (500*12 + 1000*1) = 7000 g.mol^-1.

Sa température de fusion est de 85 à 140 °C. Sa température d’auto-inflammation est de: 330 à 410 °C et sa masse volumique de: 0,91-0,96 g/cm³.

Les conclusions d’une étude de la dégradation thermique de certains polymères, notamment le polyéthylène, le polypropylène et le polystyrène, ont montré que ces polymères fondent facilement sans émission de gaz dangereux autour de 130-140⁰C (Vasudevan et al., 2007).

Vers 350⁰C, ces polymères amorcent une décomposition qui laisse échapper des gaz tels que le méthane (CH₄) et l’éthane (C₂H₆). A 700⁰C, leur combustion produit des gaz de types CO et CO₂.

D’après l’architecture moléculaire représentée sur la Figure 6, et se référant à la classification indiquée au paragraphe I.1.6.1, on peut dire que le sachet de polyéthylène est bel et bien fait de molécules thermoplastiques.

Figure 1.6: Représentation de la molécule du sachet de polyéthylène (Modèle 3D réalisé le 4 août 2006 par Benjamin Mills)

Se référant à l’une de ses propriétés évoquées au paragraphe 1.1.7.4, notamment sa capacité en matière d’étanchéité à l’eau, les sachets plastiques peuvent être bien sollicités dans la résolution de la problématique de l’étanchéification du béton de ciment.

I.2.2. ETANCHEITE DU BETON DE CIMENT

L’étanchéité demeure un problème crucial pour le béton. Si une solution miracle existait, elle serait logée à une enseigne et, sans doute, la stratégie pour y parvenir serait déjà rendue

22 systématique par une méthode de formulation ou une autre. L’étanchéité du béton n’est donc pas d’office un problème d’adjuvant ; ce n’est non plus un problème de granulats, ni même une affaire exclusive de formulation. Selon toute apparence, le problème de l’étanchéité du béton est un problème de tout, à la fois, l’expérience de l’opérateur comprise. Or, pour être sûr d’avoir réussi l’épreuve d’étanchéité d’un ouvrage, c’est en service que son comportement devra être examiné. C’est dire que le jour où le béton est coulé, il est trop tard pour prévenir son étanchéité. Le constat de l’échec conduit souvent à la démolition de l’ouvrage car, le matériau béton présente l’inconvénient majeur des difficultés qu’exiges a modification, sinon qu’au préalable, des précautions devraient être envisagées pour réduire le pourcentage de

Figure 1.7 : Courbe de distribution de la porosité en fonction du rayon des pores (Source : Billhouet, 1994)

Par ailleurs, la porosité du béton change avec le temps comme l’illustrent les données des Tableaux 1.9 et 1.10.

Tableau 1.9: Temps nécessaire à l’interruption du réseau capillaire dans le béton en fonction des rapports Eau-Ciment

Tableau 1.10: Valeurs de la perméabilité du béton en fonction de l’âge (avec E/C= 0,5) Age de la

23 Le remplissage progressif des capillaires entraîne une diminution de la perméabilité. Avant le 5^e jour d’âge, le réseau des capillaires est encore continu. D’après ces données assez illustratives de l’une des caractéristiques fondamentales du béton, la porosité, dont le siège serait localisé entre la pâte de ciment et le granulat (Maso, 1982), est une pathologie congénitale du béton. On sait bien que le béton est un matériau naturellement perméable. Il n’existe donc pas de béton naturellement étanche dans sa forme traditionnelle.

La Figure 1.8 (à gauche) présente l’image montrant la germination du ciment dans le béton.

On y note les détails de l’enchevêtrement des constituants C-S-H.

Figure 1.8 (à gauche): Image de la germination du ciment : le béton est un panier microscopique Source : (Baron et al., 1995) et Photo 1.1 (à droite): Château d’eau portant la

preuve d’une opération d’étanchéité loupée pour le béton ; recours à un matériau plus étanche, le plastique en l’occurrence.

La photo 1.1 (à droite) présente un château d’eau (réservoir) en béton qui, par suite du constat d’échec à l’épreuve d’étanchéité, a simplement abandonné son rôle classique à un matériau plus apte, le réservoir plastique qui, du reste, se trouve posé sur celui en béton.

I.2.2.2. Liaison pâte-granulat dans le béton

Dans la liaison pâte-granulat, des études ont permis de mettre en évidence l’existence d’une auréole de transition, entourant les granulats. Elle est de composition différente de celle de la masse des hydrates (Baron et al., 1995)et caractérisée par (Figure 1.9) :

* Une première couche, au contact, très compacte et ayant une texture très fine. Cette couche est intimement fixée au granulat ;

* Une deuxième couche : celle-ci comporte des cristaux de grandes dimensions et est très poreuse. Cette couche a en plus une cohésion très faible. On y observe une orientation préférentielle des cristaux sur des distances importantes.

24 Pâte de ciment

2^ème couche de l’auréole 1^ère couche de l’auréole Granulat

Figure 1.9: Schématisation de l’auréole de transition autour du granulat dans le béton.

Il s’en suit, que la seconde couche de l’auréole de transition, en raison de sa faible résistance mécanique due à la présence de cristaux de grandes dimensions, et par suite de sa forte porosité, constitue le point faible des bétons soumis à des actions mécaniques (Baron et al., 1995). De plus, le retrait et les actions mécaniques extérieures peuvent y développer une microfissuration offrant à l’eau, et aux agents d’altération chimique qu’elle peut véhiculer, une surface d’attaque considérable.

L’auréole de transition est donc le siège des premières irréversibilités dans le béton. Des assauts sont toujours en cours dans le monde scientifique pour aboutir au béton étanche. Par exemples, les laboratoires de l’Université de Sherbrooke au Canada et ceux de l’Institut National des Sciences Appliquées (INSA) de Toulouse en France, ont fait des études aboutissant en 2001 à des résultats très encourageants. Avec du marbre, roche calcaire métamorphique, la couronne de transition a pu être amincie. Le béton obtenu avec le granulat de marbre s’est avéré étanche, même au gaz ! Les travaux ainsi effectués dénotent de l’importance accordée à la résolution de la problématique d’étanchéité des bétons.

I.2.2.3. Caractérisation de la porosité du béton: essai d’absorption ou de perméabilité?

I.2.2.3.1.Essai d’absorption

Le volume poreux du béton se mesure par l’absorption d’eau. L’absorption d’eau d’un béton, à son tour, se mesure habituellement en faisant sécher une éprouvette de béton à masse constante en l’immergeant dans l’eau et en déterminant l’augmentation de masse exprimée en

25 pourcentage de la masse sèche. Cette mesure n’indique pas forcément une bonne qualité de béton. Mais les bons bétons ont une absorption d’eau inférieure à 10% en masse.

La norme ASTM C 642-90préconise un essai d’absorption sur plusieurs petits fragments de béton. On y prescrit un séchage à une température de 100 à 110°C et une immersion dans l’eau à 21°C pendant au moins 48 heures. Les spécifications de la norme BS 1881, partie 122 de 1983sont semblables, si ce n’est que l’essai est effectué sur des carottes entières de béton.

Ces essais sont utilisés dans des mesures routinières de contrôle de qualité sur des produits de préfabrication comme les pavés, les dalles et les bordures.

I.2.2.3.2.Essai de perméabilité

Les essais de perméabilité du béton n’ont généralement pas été normalisés, de sorte que, les valeurs des coefficients de perméabilité citées dans différentes publications ne peuvent être comparées. La procédure de l’United States Bureau of Reclamation recommande d’utiliser une pression d’eau de 2,76 MPa. La norme allemande DIN 1048-1991 et certains essais canadiens préconisent l’usage de valeurs de pression plus fortes. Or, si l’on force l’eau à s’écouler, l’eau naturelle du béton pourrait être modifiée. Certains pores pourraient s’obstruer par colmatage et certains grains de ciment anhydres pourraient s’hydrater au cours de l’essai.

Par ailleurs, il existe un autre problème associé à la mesure de la perméabilité. En effet, pour un béton de bonne qualité, l’eau ne s’écoule pas à travers le béton. L’eau pénètre à l’intérieur du béton jusqu’à une profondeur. Une relation a été proposée par Valenta (1969) pour convertir la profondeur de pénétration en coefficient de perméabilité K (en m/s) équivalent à celui obtenu à partir de la loi de Darcy :

ht v e

K ² /2

(

1)

avec e la profondeur de pénétration de l’eau dans le béton (en m), h la charge hydraulique (en m), t la durée d’application de la pression hydraulique (en seconde) et v le pourcentage du volume de béton occupé par les pores : entre 0,02 et 0,06% (Neville, 2000).

Le béton bitumineux en technique routière, un matériau poreux donc absorbant d’eau, est aussi concerné par les présents travaux de recherche.

I.2.3.BITUMES ET BETONS BITUMINEUX EN TECHNIQUE ROUTIERE

La caractéristique la plus importante, pour la mise en œuvre en technique routière des brais et goudrons, des bitumes et des cut-backs, c’est la viscosité. La viscosité est donc un grand paramètre pour les liants routiers. Pour ces matériaux, la viscosité s’étudie de deux façons principales: par la pénétrabilité et par le point de ramollissement à bille et anneau (Ring and

26 Ball). Il s’agit donc des paramètres qui caractérisent la consistance du matériau, le premier (pénétrabilité) étant de loin le plus utilisé. Entre la viscosité μ d’un liant bitumineux (exprimée en kilopoises) et la valeur ou encore l’indice de sa pénétrabilité P (exprimée en dixièmes de millimètres), on a sensiblement la relation suivante :

2 6/ 10 P a

 (2)

a valant sensiblement 10, on a donc approximativement (Duriez et al., 1959)

2 7 /

10 P

  (3)

Par ailleurs, l’adhésivité est l’attribut le plus important dans un procédé utilisant le bitume (Kucharek, 2012). Elle est définie comme étant un autre paramètre majeur de performance en technique routière. Parmi les types de revêtement de chaussées actuellement utilisés, le béton bitumineux permet d’assouvir les plus lourdes exigences. Il est le plus cher et notamment matériaux et les conditions de mise en œuvre comme des éléments avec lesquels on ne saurait transiger. Par exemples, le concepteur doit avoir à l’esprit que :

* la viscosité des bitumes et des cut-backs double sensiblement pour un abaissement de température de 5°C ;

* le coefficient de dilatation du liant vaut 20 fois celui des agrégats. Si la température augmente, il y a déformation plastique avec augmentation du volume quand le liant est en excès. Cette déformation est irréversible en majeure partie. Par refroidissement, la rétraction se produit et le liant, bien que pléthorique, se met en traction. Le revêtement se fissure ;

* quant aux conditions d’exploitation, le Maître d’ouvrage doit savoir que, par suite de l’allure logarithmique de la courbe de fatigue des revêtements souples sous les charges répétées, une chaussée conçue pour 20 ans peut ne durer que 2 mois à peine s’il y a 20% de surcharge des poids lourds (Duriez et al., 1959 ; Jeuffroy, 1978).

Sur le théâtre des techniques de l’étanchéité, de l’isolation thermique et de l’acoustique, le bitume est un grand acteur. En effet, la grande diversité de types de bitumes offre de vastes applications. Celle du bitume en qualité de revêtement routier reste majoritaire avec environ 90% de l’ensemble de ces applications (Mouezen, 2011).

27 I.2.3.1. Classification des bitumes routiers

On distingue principalement neuf (09) classes ou grades de bitumes routiers (Tableau 1.11).

Chaque classe est identifiée par sa pénétrabilité ou du moins son indice de pénétrabilité Dow.

Tableau 1.11: Classes ou grades de bitumes routiers durs habituels

Caractéristiques Unité Norme Classes

Pénétrabilité à existe aussi deux autres types de bitumes routiers dits spéciaux. Ils sont qualifiés de bitumes de grades durs. Il s’agit des classes de pénétration 10-20 et 15-25. Ces bitumes, principalement adaptés au renforcement des chaussées, apportent une réponse aux problèmes engendrés par l’accroissement du trafic lourd. L'emploi de ceux-ci permet la réalisation d’enrobés et de bétons bitumineux à modules dynamiques élevés sans compromis en fatigue (ce qui n'est pas possible avec les bitumes routiers classiques).A dimensionnement égal, il y a une réduction d'épaisseur ou une augmentation de la durée de vie de la structure.

Les utilisateurs rencontrent de plus en plus de difficultés à s’approvisionner en bitumes de grades durs (10/20 et 15/25). En effet, la fabrication de ces bitumes, réalisée très souvent en aval de l’unité de distillation, n’est pas techniquement possible dans tous les sites de production. Elle est souvent très pénalisante pour la production d’autres produits pétroliers, car elle s’accompagne d’une réduction des débits de traitement et mobilise une logistique propre jusqu’à l’expédition.

La diversification des gammes et qualités des bitumes a pour objectif premier d’affiner leurs propriétés à travers les paramètres essentiels qui constituent leurs attributs dont l’adhésivité.

I.2.3.2. Adhésivité d’un liant aux agrégats

Les minéraux que l’on rencontre dans la nature sont en général hydrophiles, c'est-à-dire qu’ils présentent une très grande affinité pour le mouillage par l’eau. Ceci est dû au fait que

28 l’énergie de mouillage de l’eau vis-à-vis du minéral est généralement supérieure à l’énergie de mouillage du liant pour ce même minéral. De manière pratique, l’adhérence d’un liant pour un minéral, c’est la faculté pour ce liant ayant mouillé le minéral de résister au déplacement par l’eau. Si un liant a mouillé un minéral sec, il se trouve dans une certaine mesure, dans une position privilégiée par rapport à l’eau qui entrerait en contact ultérieurement du fait qu’il a la position de premier occupant (Duriez et al., 1959).Souvent, il est nécessaire d’amender ou de modifier les propriétés du bitume à travers des ajouts : on parle alors de dopes.

I.2.3.3. Dopes en technique routière

Le dope est, pour le béton bitumineux, ce que représente l’adjuvant pour le béton de ciment.

Par exemple, on améliore souvent l’adhésivité des agrégats siliceux ou quartzeux avec le bitume, en les traitant préalablement avec de la chaux, du ciment portland, des savons du type bromure de cétylpyridinium ou chlorure de laurylpyridinium.

Le caoutchouc est parfois incorporé au liant sous diverses formes. Il présente l’avantage de participer à la résistance à la rupture par fatigue des revêtements (Duriez et al., 1959). Tous ces éléments, des dopes, participent à l’atteinte du but ultime : la formulation, la meilleure, pour le béton bitumineux.

I.2.3.4. Performances désirables pour les bétons bitumineux

Les cahiers de charges fondent leurs critères de choix de la bonne formulation sur les expériences acquises à partir des performances révélées par les ouvrages déjà en service.

Les performances des bétons bitumineux sont, de ce fait, mesurées à partir des valeurs des paramètres déterminés classiquement par les méthodes proposées par Marshall et Duriez, dont entre autres : la stabilité, le fluage, la densité, la compacité, l’absorption d’eau.

S’agissant de la méthode développée par Marshall, on surveille notamment la stabilité, le fluage (écrasement diamétral à la rupture), la densité, la compacité. Pour une autoroute qui draine un trafic lourd et intense, les cahiers de charges retiennent souvent la valeur de la stabilité Marshall de 12 kN, le fluage compris entre 2 et 4 (x 10^-1mm), la compacité comprise entre 96% et 98 %.

En ce qui concerne la méthode développée par Duriez, devenue par la suite la méthode LCPC, pour les cas courants c’est-à-dire autoroute, piste d’envol d’avions civils et chaussées urbaines très circulées, la stabilité R doit être supérieure à 50 bars à sec à 8 jours d’âge, la stabilité R’

après 7 jours d’immersion doit être supérieure à 0,7 R, le pourcentage d’imbibition après 7 jours d’immersion doit être inférieur à 4%. Ces conditions sont moins sévères pour les routes

29 secondaires : R>35 bars, R’>0,65R, pourcentage d’imbibition après 7 jours inférieur à 5%

(Jeuffroy, 1978).

I.2.3.5. Appréciation des résultats de formulation d’un béton bitumineux

Souvent, il s’avère nécessaire d’apprécier les résultats d’essais que livrent les travaux de laboratoire. Des méthodes pratiques de contrôle existent et reposent essentiellement sur trois paramètres : la pénétrabilité ou l’indice de pénétrabilité du bitume, le point de ramollissement et la susceptibilité thermique.

I.2.3.5.1.Pénétrabilité du bitume et stabilité Duriez du béton bitumineux

Les résultats expérimentaux ont montré que la pénétrabilité standard d’un bitume à 25°C (P en 1/10 mm) et la stabilité Duriez à 8 jours dans l’air (R en bar) du béton bitumineux qui en découle, sont liées par une relation logarithmique de la forme :

P R (2/3)log log 

  (4)

où γ est une constante.

Plus la valeur de γ est proche de 3, plus le béton bitumineux est de haute qualité. Une valeur de 2,875 indique que le béton bitumineux correspondant est de qualité moyenne et une valeur de 2,7 constitue la limite entre les bétons bitumineux et les enrobés denses (Duriez et al., 1959).

I.2.3.5.2. Point de ramollissement du bitume et stabilité Duriez du béton bitumineux Si R est la résistance du béton bitumineux à 8 jours air (en bar) et () la température (en °C) marquant le point de ramollissement du liant, on a la relation :

64 .

2



R (5)

où reste également une constante. Pour un béton bitumineux très étudié et de haute qualité,

 prend la valeur 1/500; pour un béton moyen, il prend la valeur 1/750 ; pour un béton de qualité à la limite entre les bétons bitumineux et les enrobés denses, prend la valeur 1/1000 (Duriez et al., 1959).

I.2.3.5.3. Susceptibilité thermique (Pénétrabilité et point de ramollissement)

Pfeiffer et Doormal (1936) ont classé les bitumes suivant leurs propriétés rhéologiques et leur dépendance avec la température. Un indice de pénétrabilité IP a été calculé à partir de la pénétrabilité à 25°C (P25) et la température de Bille et Anneau ().

Dans ce calcul,  est considérée comme la température équivisqueuse à laquelle la pénétrabilité vaut 800 dixièmes de mm. En effet, à la température de Bille et Anneau (), la pénétrabilité du bitume (P) est sensiblement égale à 800.

30 Malgré sa précision limitée, l’IP est un indicateur pertinent de la susceptibilité thermique du bitume en relation avec sa composition chimique (Béghin, 2003). L’indice de pénétrabilité est lié à la susceptibilité thermique par la relation (Jeuffroy, 1978):

25

Plus la valeur de (IP) est élevée, moins le bitume correspondant est susceptible à la chaleur.

Les valeurs courantes de (IP) sont comprises entre -3 et +8. Les bitumes de distillation simple ont des indices (IP) négatifs ou inférieurs à 1. Les bitumes soufflés moins susceptibles ont des indices positifs.

Les bitumes provenant de la distillation directe sont à peu près les seuls utilisés en technique routière. Les bitumes oxydés ou bitumes soufflés, sont surtout utilisés en étanchéité, car leur viscosité varie relativement peu en fonction de la température (Cissé et al., 2003).

I.2.4. VALORISATION DES DECHETS PLASTIQUES DANS LA CONSTRUCTION: LES TRAVAUX RECENTS

De nombreux travaux sont actuellement en cours de par le monde sur le sujet de la valorisation des déchets plastiques ; citons comme exemples : (Adjovi et al., 2010 ; Bindu et al., 2010 ; Choudhary et al. 2010 ; Gbèdo 2009 ; Ghernouti et al., 2009 ; Huang et al.,2007 ; Kalantar et al., 2010; Kapil et al., 2013 ; Khan et al., 2009 ; Kowanou, 2011; Kowanou et al., 2014 ; Lee et al., 1999 ; May et al., 2011 ; Prasad et al., 2009; Punith et al.,2007 ; Qadir et al., 2005 ; Rebeiz, 2005; Tchéhouali et al., 2012 ; Vasudevan et al., 2007 ; Verma, 2008;

Yazoghli-Marzouk et al., 2005 ; Zaki, 2008 ; Zoorob, 2000).

Ces différents travaux concernent : le recyclage matière, le recyclage chimique et bien d’autres aspects dont, par exemple, ceux dédiés au recyclage du plastique en essence pour moteurs.

Nous avons examiné de très près quelques travaux orientés sur la même piste que celle envisagée dans la présente étude, c'est-à-dire les déchets plastiques dans la construction, en mettant un accent particulier sur les travaux ayant utilisé des déchets de sachets plastiques.

Vasudevan et al. (2007) ont, dans leurs investigations portant sur plusieurs matériaux, travaillé aussi sur des mélanges de déchets plastiques et du bitume. Ce travail a eu pour but d’utiliser des sachets d’emballages et des pneus usagés dans la confection de la couche de roulement de chaussée.

31 Ghernouti et al. (2009) ont traité de l’influence des déchets plastiques en substitution partielle au sable sur les propriétés physico-mécaniques des mortiers et des bétons ainsi que leur comportement vis-à-vis des attaques chimiques.

Yazoghli-Marzouk et al. (2005) ont étudié la réduction de l’absorption d’eau du mortier de ciment en réalisant la substitution volumique du sable par des granulés de polyéthylène téréphtalate (PET).

Prasad et al. (2009) ont traité de la consolidation des sols de fondation d’ouvrages en utilisant des renforts constitués de hachis de pneus usés.

A la lecture des différents procédés de recyclage des plastics proposés dans le secteur de la construction, on peut dire qu’il s’agit d’un recyclage « matière », parce qu’il y a peu ou presque pas de transformation des matières plastiques utilisées avant l’incorporation de ces

A la lecture des différents procédés de recyclage des plastics proposés dans le secteur de la construction, on peut dire qu’il s’agit d’un recyclage « matière », parce qu’il y a peu ou presque pas de transformation des matières plastiques utilisées avant l’incorporation de ces

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