2.2- Technologies par voie sèche (imprégnation indirecte) :

Les procédés de mise en œuvre par voie sèche (ou procédés d'imprégnation indirecte) consistent à réaliser des structures sandwichs dont les peaux sont obtenues à partir de pré- imprégnés. La mise en œuvre peut s'effectuer sous vide en étuve, sous presse chauffante, ou sous vide en autoclave. Le recours aux pré-imprégnés permet de garantir une imprégnation des renforts uniforme et de qualité, et confère à la pièce sandwich de bonnes propriétés mécaniques résultant du taux de fibres élevé. L'excès de résine contenu dans le pré-imprégné, qui sera extrait par l'application de la pression et de la température adéquates, peut être utilisé pour assurer le collage âme/peau.

IV.2.3- Assemblage par collage

L'assemblage des sandwichs par collage (figure1-20) reste un procédé très répandu, qui consiste à associer à l'aide d'un adhésif l'âme et les peaux préalablement préformées. Les phases de mise en forme et d'assemblages sont alors bien distinctes. La préparation des surfaces est une étape importante qui permet d'assurer une adhésion de qualité :

Nettoyage afin d'éliminer les matières grasses ou la poussière ; Augmentation de la rugosité ; Apprêt par attaque chimique des peaux métalliques.

L'adhésif, dont la nature est fonction des matériaux constitutifs du sandwich, doit être appliqué uniformément. L'empilement (âme + adhésif + peaux) est chauffé et mis sous

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pression, l'application de la pression pouvant se faire à la presse, en autoclave sous vide, par moulage au sac.

Figure 1-20 : Assemblage par collage

IV.2.4- Moussage (in situ) :

La mise en œuvre de sandwichs par expansion « in situ » (figure1-21) de la mousse formant l'âme est un procédé initialement développé pour les composites thermodurcissables, et essentiellement appliqué aux mousses polyuréthanes et phénoliques.

Le principe consiste à injecter le polymère d'âme mélangé à son agent gonflant entre les peaux préformées préalablement positionnées dans un moule ou un caisson de coulée. Cette technologie de mise en œuvre permet d'obtenir aisément des structures de géométries complexes ne se limitant pas à des panneaux plans, et de réaliser des pièces présentant un bon aspect de surface, si les peaux ont été moulées sur leur face extérieure. Cependant, elle conduit à la fabrication de pièces pouvant présenter des âmes à densités hétérogènes, et ce d'autant plus que la géométrie est complexe avec des variations d'épaisseurs. Cette méthode de fabrication peut être illustrée par la figure 2-21 ci-après

Figure 1-21 : Moussage du matériau sandwich

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IV.2.5- Moulage de panneaux en continu :

La fabrication de panneaux sandwichs peut également être réalisée en continu, au moyen d'un procédé pouvant être totalement automatisé. Une grande liberté est laissée au concepteur quant au choix des matériaux constitutifs des peaux (feuilles métalliques, pré-imprégnés, tissus secs, polymères...) qui se présentent sous forme de rouleaux. Un film adhésif est inséré, si nécessaire, entre l'âme et les peaux. La mise en forme des panneaux s'effectue généralement par compression entre rouleaux de calandrage. L'ensemble est dans un premier temps, chauffé sous pression afin d'assurer l'adhésion entre l'âme et les peaux, puis refroidi, toujours sous pression, de manière à consolider le sandwich.

V- Analyses des travaux sur les structures sandwichs V.1- Caractéristique géométrique des sandwichs

Du fait de la fabrication des sandwichs, les propriétés mécaniques sont adaptées en faisant varier la nature des peaux (identiques ou non), de l’âme et de l’épaisseur de chacune des phases. En règle générale, les peaux ont la même épaisseur (soit ep) et le rapport ep/ec (ec

étant l’épaisseur de l’âme) est compris entre 0,01 et 0,1. D’après (Allen, 1969), les sandwichs sont classés en trois catégories selon la valeur du rapport d/ep, d étant la distance entre les axes neutre des peaux du sandwich :

 Pour un rapport de d/ep inférieur à 5.77, le sandwich est dit à peaux épaisses.

 Pour un rapport de d/ep compris entre 5.77 et 100, le sandwich est dit à peaux fines.

 Pour un rapport de d/ep supérieur à 100, le sandwich est dit à peaux très fines.

Ces bornes limites sont définies par rapport à la contribution de chaque constituant vis-à-vis de la rigidité en flexion et en cisaillement du sandwich.

V.2- L’effet de l’épaisseur de l’âme sur la rigidité et la résistance de la structure sandwich

Les propriétés des composites sandwichs dépendent des propriétés de l’âme et des peaux, leur épaisseur relative et les caractéristiques de liaison entre eux (Figure 1-22). Le bon choix de l’âme et des peaux permet de fabriquer un composite en sandwich adapté pour un grand nombre d'applications et de conditions environnementales.

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Figure 1-22 : Géométrie de l’âme et des peaux d’un matériau sandwich

Tableau-VI : Comparaison des caractéristiques mécaniques en flexion (rigidité et résistance) et des masses de trois structures : une plaque et deux sandwichs.

Plaque monolithique

Plaque sandwich

Rigidité relative 100 700 3700

Résistance relative

100 350 925

Masse relative 100 104 108

V.3- Intérêt des composites sandwichs

L’analogie entre une structure sandwich et un profilé en I (IPN) peut être établie : les peaux jouent le même rôle que les semelles du profilé. L’intérêt du composite sandwich est double : il permet une augmentation de la rigidité de la structure sans pour autant augmenter de façon significative la masse. En effet, l’augmentation de l’épaisseur d’une poutre conduit à l’augmentation de son moment quadratique et par suite sa rigidité. Cette augmentation de rigidité pour la structure sandwich, s’opère par une augmentation de l’âme. Puisque cette dernière possède une faible densité, la masse du composite sandwich n’évolue pas de façon importante.

Un grand intérêt de la construction composite est de permettre la fabrication des poutres de grande raideur, c’est-à-dire fléchissant peu sous charge, en utilisant des sandwichs.

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L’utilisation des matériaux composites permet des gains de masse variant de 10 à 50% sur le même composant en alliage métallique conventionnel, avec un coût inférieur de 10 à 20%

(Gbson & M. F. Ashby, 1988) .

L’association des trois couches permet de combiner la rigidité, la résistance mécanique élevée et la légèreté. Un exemple typique est le gain occasionné par la réalisation du sustentateur rotatif d’hélicoptère en structures sandwichs (peaux en couche de composite stratifiées unidirectionnelle orientées à ±45°, l’âme en nida aluminium) (Gibson L.J., 1989).

V.4- Mode d’endommagement et ruine des structures sandwichs (A. Mir, 2011)

Les modes d’endommagement et ruine des structures sandwiches ont été étudiés par plusieurs chercheurs dans le domaine (Dai & H. Hahn, 2003) et (Avila, 2007). Petras A. & al, ont montré que le processus des modes d’endommagement lors du chargement en flexion trois points, dépend de la charge, du rapport de la longueur entre appuis et de l’épaisseur des peaux et de la densité du cœur. Triantafillou et Gibson (1987), répertorient les différents modes de dégradation d’un sandwich soumis à la flexion.

Ils existent sept modes principaux de dégradation :

 déformation plastique de la peau,

 flambement de la peau en compression ou "Wrinkling",

 flambement des cellules du cœur (l’âme),

 rupture en cisaillement du cœur,

 indentation du cœur et de la peau au point d’application de la charge centrale.

Dans cette partie, nous décrivons les modes de ruptures des structures sandwichs soumises aux sollicitations données par la figure1-23 :

Figure 1-23 : Différentes sollicitations (M, N, T) appliquées sur un sandwich Indentation

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V.4.1- Flambement généralisé des peaux

Une poutre sandwich soumise à de la compression, debout peut céder sous l’effet des conditions d’instabilité (Figure 1-24). Le flambement généralisé peut aussi survenir quand les contraintes dans les peaux et dans l’âme sont inférieures aux résistances à la rupture. La charge, causant le flambement du sandwich, dépend des paramètres tels que les dimensions dans le plans de la poutre et les conditions aux limites, qui ne peuvent être modifiées que partiellement lors de la conception.

D’autres grandeurs, également importantes dans la définition de la charge de flambement, dépendent directement du type de sandwich, exemple la rigidité de flexion du sandwich, l’épaisseur des peaux, les propriétés élastiques des peaux, l’épaisseur de l’âme, ou le module de cisaillement de l’âme. Si l’on craint un flambement généralisé, on peut utiliser des peaux ayant un module d’élasticité plus élevé, augmenter l’épaisseur des peaux, et l’épaisseur de l’âme, ou encore utiliser pour l’âme un matériaux de module de cisaillement plus élevé.

Figure 1-24 : Mode de ruine par « flambement généralisé » des peaux du sandwich

V.4.2- Flambement généralisé des peaux « crimping »

Si le rapport longueur sur épaisseur est relativement faible, et que la rigidité de cisaillement est négligeable devant la rigidité de flexion, le flambement généralisé prend la forme du flambement de l’âme (figure 1-25). Le flambement de l’âme ne dépend pratiquement pas des propriétés des peaux, mais augmente de façon linéaire avec l’épaisseur de l’âme et le module de cisaillement dans l’âme. Pour augmenter la résistance à cette charge critique, il faut donc soit augmenter l’épaisseur de l’âme, soit utiliser une âme de module de cisaillement plus élevé.

Figure 1-25 : Mode de ruine par flambement généralisé « général BuckLing »de l’âme du sandwich

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V.4.3- Rupture de l’âme en cisaillement

Si la contrainte de cisaillement (prépondérante dans l’âme) dépasse la résistance au cisaillement du matériau de l’âme, il y a rupture de l’âme (figure 1-26). Dans ce cas, on peut soit utiliser un matériau pour l’âme possédant une résistance au cisaillement plus élevée, soit augmenter l’épaisseur de l’âme. Par contre, utiliser un matériau différent pour les peaux, ou changer leur épaisseur, n’aura aucun effet.

Figure 1-26 : Mode de rupture par cisaillement de l’âme

V.4.4- Observations des faciès de rupture après essais en flexion (A. Mir, 2012)

L’analyse des observations macroscopiques des éprouvettes rompues des sandwichs testés, nous a permis de mettre en évidence les mécanismes de rupture suivants :

 La rupture des deux sandwichs dépend fortement du type du stratifié formant les peaux (croisé ou unidirectionnel).

 l’endommagement se manifeste par une décohésion entre l’âme et la peau supérieure comprimée proche de l’appui central (évènement 1) ensuite par la propagation d’une fissure initiée par cisaillement en zig zag de l’âme (évènement 2) ce qui entraîne une autre décohésion entre l’âme et la peau inférieure (évènement 3) et donc la ruine finale du sandwich (figures 1-27).

Figure 1-27 : Observations macroscopique des faciès de rupture du sandwich

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VI- Disponibilité des matériaux de base des composites PBP

l

et CBP

o

VI.1- L’état des forets et des plantations

IV.1.1- Les surfaces sous forêt, couvert forestier naturel

La couverture forestière du Bénin recèle une gamme variée et relativement diversifiée de types de végétation. Cette végétation représentée par quelques reliques de forêts denses semi-décidues, de forêts denses sèches, de forêts claires, de forêts galeries, le tout dominé par de vastes étendues de savanes allant de type sahélien à guinéen reflète les grandes zones agro-écologiques du pays.

Ainsi:

A la zone sud équatoriale s’étendant de la côte atlantique à une ligne transversale passant par Savè, où la pluviométrie varie de 900 mm à 1 400 mm/an avec deux saisons de pluie par an, correspond une végétation du type guinéen.

A la zone soudano guinéenne, jusqu’à la transversale de Bembérékè avec des amplitudes thermiques bien marquées, une pluviométrie moyenne annuelle se situant entre 1000 et 1200 mm et deux saisons bien distinctes correspond une végétation de type soudano-guinéenne

A la zone soudanienne sèche de type semi-aride dans la partie Nord du Borgou avec 900 à 1100 mm de pluie par an et deux saisons bien marquées correspond une végétation de type soudano sahélien..

En dépit de sa position géographique, le Bénin n’est pas un pays aussi forestier que certains de ces voisins côtiers tels que la Côte d’Ivoire, le Ghana et le Nigeria. En effet l’ensemble du territoire du pays est couvert à 65 % par une végétation arborée. Les forêts et galeries forestières couvrent moins de 1 % de la superficie du pays. Il existe cependant de grandes étendues de formations (forêts claires, savanes boisées) qui actuellement constituent les réserves les plus importantes en terres cultivables et en bois mais malheureusement soumises à de fortes pressions anthropiques.

Dans le but de sauvegarder le patrimoine forestier des effets néfastes de la dégradation, le Gouvernement a procédé depuis les années 1940 et 1950 à la constitution du domaine forestier classé de L’état comprenant 58 massifs forestiers pour une superficie totale de 27 000 Km² soit 19 % du territoire national répartis comme suit:

- 46 Forêts Classées pour 1 303 043 ha, - 02 Parcs Nationaux pour 777 600 ha,

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- 03 Zones Cynégétiques pour 580 000 ha et - 07 Périmètres de Reboisement 4 162 ha.

Le reste du domaine forestier ne faisant pas objet de classement est le domaine protégé qui inclut le domaine privé

VI.1.2- Situation du bois de construction et volume de bois traité dans les scieries du Bénin

VI.1.2.1- Identification des essences de bois d’œuvre dans les forêts

Afin d'informer les utilisateurs, commerçants et les grands industriels du bois sur la présence des différentes essences de bois dans nos forêts, une enquête a été menée au niveau des services chargés de la réglementation de la coupure du bois et de l'exploitation de ce dernier ( DFRN ; CENAGREF ; ONAB ; INRAB; MA, MCVDD).

Dans ces différentes sections, des rapports d'inventaire des forêts ont été nos principales sources d'information sur la présence des essences de bois dans nos forêts. Force est de constater que toutes les forêts classées n'ont pas été inventoriées.

Les principales essences de bois d’œuvre utilisées sont : Khaya grandifolia, Khaya senegalensis, Chlorophora excelsa, Triplochyton scleroxylon, Antiaris africana, Afzelia africana, Tectona grandis, Casuarina equisitifolia, Gmelina arboréa, Isobertina doka, Pterocarpus erinaceus, diospyros mespilifomis, Pseudocedrela, Kotschyi, Vitex chyssocarpa, Berlinia grandifolia,, Milletia thonningii, Caïlcedra, Ceiba pentadra, Achras sapota, Eucalytus camadulensis etc... (Voir Tableau-XXXIII).

Mais en raison des pénuries des produits forestiers ligneux qui ont surgis ces dernières décennies, le Ghana comme le Nigeria sont devenus de principaux fournisseurs.

Les bois d’œuvres couvrent l’ensemble des essences exploitables sous formes de grumes destinées à un sciage et à un tranchage en planche ....etc.

Les usages de ces bois sont multiples et comprennent l’ameublement intérieur et extérieur (meuble, charpente, ....etc.)

La consommation en bois d’œuvre estimée en 2001 à 475911,16 m³ environs et à 95680,56 m³ environ en 2002, reste largement dominée par leur importation respectivement, 472.209,242 m³ en 2001 et 49576,39 m³ environs en 2002. Ces analyses nous montrent que la disponibilité en bois d’œuvre ne satisfait pas à la demande des

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consommateurs et utilisateurs de bois.

Le travail de ces bois d’œuvre génère d’importantes quantités de résidus de bois (cf. figure 1-3, Tableau-VII) issus des différents usages du bois des scieries au Bénin.

Tableau-VII : Quantité du bois débité et de sciure de bois produit au Bénin dans les années récentes

Année volume du bois débité

(m3)

Masse de sciure de bois (tonne)

2013 8517,2 2981,02

2014 13260,3 4641,105

2015 13033,5 4561,725

Source : DGFRN, ONAB

Figure 1-28 : sciure de bois

VI.2- Situation des déchets plastiques au Bénin

A l’instar de plusieurs grandes villes africaines, la ville de Cotonou connait de plus en plus de difficultés pour assurer la gestion des DSM qui y sont générés. La pression démographique qui s’y exerce s’est accompagnée de la croissance de la quantité de déchets produite par jour. Cette réalité cotonoise n’est pas loin de la moyenne nationale. Le tableau ci-dessus présent la situation de la production des déchets plastiques de 2002 à 2012 dans les centres urbains du pays.

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La quantité de plastiques produite évolue d’année en année suivant deux facteurs : D’une part l’accroissement de la population et d’autre part l’accroissement de la consommation ou de l’utilisation des plastiques. L’accroissement de la population est situé à 3% l’an. Quant à l’accroissement lié à l’évolution de la consommation, il est considéré comme négligeable par rapport à l’erreur globale sur le gisement.

Tableau -VIII : Evolution du gisement total de 2002 à 2012 avec un accroissement de la population de 3% l’an

Source: Enquête de terrain, CREPA 2011

Une caractérisation faite des différents déchets dans certaines grandes villes donnent les résultats suivants :

Tableau -IX : Caractérisation des déchets plastiques dans les villes à statut particulier

A l’analyse de ces données, on se rend compte que les déchets plastiques produits sont composés essentiellement des LDPE et des HDPE. Il faut toutefois souligner près du quart des déchets produits à Parakou sont composés de Polyéthylène Téréphtalate (PET). Ce qui peut signifier, une très faible récupération ou une réutilisation des bouteilles en plastiques.

Source: Enquête de terrain, CREPA 2011

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Figure 1-29 : Dépotoir sauvage de déchets plastique

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Depuis plusieurs années, des travaux ont été engagés par différents auteurs pour la création et l’exploitation des matériaux composites dans plusieurs domaines de la vie humaine et notamment dans le secteur du bâtiment et des travaux publics de par le monde. Au bénin plusieurs travaux de recherches ont été initiés que ce soit à travers des thèses ou des mémoires de fin d’étude. Nous allons à travers ce chapitre fait le point sur les études réalisées à l’université d’Abomey-calai et ailleurs sur les composites bois plastiques/bois polystyrène ou autres.

I- Point des travaux réalisés relatif aux composites bois plastique/bois Polystyrène et matériaux sandwich (tri-couche)

I.1- Les travaux de J. S. YOKOPI (2015)

L’auteur dans le cadre de son mémoire de fin d’étude a eu à mener des travaux de recherche sur les composites notamment l’étude expérimentale du comportement mécanique d’un nouveau matériau en composite de type sandwich à base de la sciure de bois-sachets plastiques comme peaux et de la sciure de bois-polystyrène comme âme.

I.1.1- Caractéristiques des mélanges

I.1.1.1-Variation de l’épaisseur des différents mélanges en fonction de la force de pressage

Les courbes de variation de l’épaisseur des différents mélanges en fonction de la force de pressage sont présentées ci-après :

Figure 2-1 : Courbes épaisseurs force de pressage du mélange (CBPo 0,630)

0 5 10 15 20 25

0 20000 40000 60000 80000 100000 120000

Epaisseur (mm)

Force de pressage(N)

Diamètre-0,630

Chapitre 2 : SYNTHESE DES TRAVAUX EFFECTUES

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Figure 2-2 : Courbes épaisseurs force de pressage du mélange (CBPo-0,315)

Figure 2-3 : Courbes épaisseurs force de pressage du mélange (CBPo 0,160) Le taux de compactage par échantillon se récapitule dans le Tableau –X ci-après : Tableau –X : Taux de compactage par échantillon (CBR)

I.1.1.2- Variation de la masse des plaques bois polystyrène en fonction de l’âge

Après la confection des éprouvettes, nous avons apprécié la variation de la masse en fonction du temps jusqu’à stabilisation.

0

0 20000 40000 60000 80000 100000

Epaisseur (mm)

0 20000 40000 60000 80000 100000 120000

Epaisseur (mm)

Force de pressage (N)

CBPo-0,160

1 2 3

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