i N° d’ordre: 38/DU
Université d’Abomey-Calavi
Ecole Doctorale Sciences et Techniques de l’Ingénieur Thèse de Doctorat Unique
Présentée pour l’obtention du grade de Docteur de l’Université d’Abomey-Calavi
Spécialité : Matériaux et Structures
Utilisation des déchets plastiques dans la construction:
cas des sachets plastiques
Présentée par:
Ing.-DEA-SPI Houénou KOWANOU Rapporteurs:
Pr. Erick Amos Foudjet Université de Dschang (Cameroun)
Pr. Magolmèèna Banna Université de Lomé (Togo)
Soutenue le 28 Novembre 2014 devant le jury composé de:
Jury:
* Président :
Professeur Titulaire Antoine Cokou VIANOU, Université d’Abomey-Calavi (Bénin)
* Membres :
Professeur Titulaire Erick Amos Foudjet Université de Dschang (Cameroun), Examinateur Professeur Titulaire Magolmèèna Banna Université de Lomé (Togo), Examinateur Professeur Titulaire Gérard Dègan Université d’Abomey-Calavi (Bénin) Examinateur Maître Conférences Valentin D. Wotto Université d’Ab-Calavi (Bénin) Examinateur Maître Conférences Emile A. Sanya Université d’Ab-Calavi (Bénin) Directeur Maître Assistant Adolphe D. Tchéhouali Université d’Ab-Calavi (Bénin) Invité
ii
DEDICACE
Je dédie ce travail à :
Feue ma mère LalieAmanavo Mark Twain would say:
“You did not know it was impossible, so you did it!”
iii
REMERCIEMENTS
A mes derniers Professeurs, avec le miroir de ce qui vous symbolise à mes yeux :
Pr. Gérard Dègan : Directeur du LEMA, l’épouvantail qui attaque comme par peur d’avoir peur ;
Pr. Emile A. Sanya : le 13ème apôtre que l’on prie tous les jours et dont on ne parle jamais assez ;
Dr. Eusèbe Agoua : la convivialité du message est un tenseur du résultat ; Dr. Aurélien Goudjo : l’infiniment juste se plait à entraîner vers le paradis les âmes perdues dans les antres du purgatoire ;
Dr. Latif A. Fagbémi: modestie et humilité : il dirait que ces mots sont encore trop violents pour le définir !
Pr. Victor S. Gbaguidi : le rigorisme discret ;
feu Dr Sèmiyou A. Adédjouma : si tous les diables portaient des cornes, les hommes seraient peu nombreux ;
Pr. Gérard A. Gbaguidi : même dans l’indigence morale totale, il puise les ressources nécessaires pour bâtir une fidélité parfaite ;
Pr. André Girardey : trouver la logique dans un support de cours sans reliure ni pagination, il fallait l’expérience du fauve solitaire ;
Pr. Erick Amos Foudjet : Baleine d’eau douce ou requin des hautes mers, frotter avec cette espèce est déjà une épreuve ; Amos porte en lui la garantie d’un travail de qualité ;
Dr Adolphe Dèfodji Tchéhouali : mon berger qui se bile et se bile ; je sais maintenant pourquoi ; il souffrait d’agacement ; il ne connaissait que les sens interdits ; il ne connaissait pas le chemin du pâturage ;
Aux sommités de l’Ecole Doctorale Sciences et Techniques de l’Ingénieur :
Pr. C. Antoine Vianou, Directeur, à qui la grandeur brodée donne de materner ;
Pr. Gérard Dègan, Directeur Adjoint, au carrefour de toutes les décisions !
Aux amis des Départements Techniques et de l’Administration de l’EPAC.
Pr. C. Edmond Adjovi, dont les conseils ne m’ont pas fait défaut ;
Pr. Mohamed Gibigayé, Dr. Mathias Savy; Dr. Crépin Zèvounou ; Dr. Chakirou A. Toukourou; Dr. Clément Ahouannou.
Madame Saratou Fatoké, Mr. Cyprien Laadé ; Mr Igor Zèvounou.
iv
A mes quatre compagnons de DEA Matériaux et Structures; vous avez bien voulu me compter parmi vous et vous y êtes parvenus. Au temps fort de la lutte, il a fallu se surpasser :
- Docteur AGAPI : Le titulaire.
- Docteur KOUANDETE : Dieu a bu l’autre chose ! - Docteur BOZABE : Une poule, ça se mange ! - Monsieur FANOU : Quelle histoire !
Aux amis du Centre National d’Etudes et de Recherche des Travaux Publics (CNERTP) :
Septime Gbaguidi, sans lequel ce travail n’aurait eu lieu ;
Boni Daniel, honorant la mémoire de feue Lorry et celle de son époux Hounsinou Akpèlo, les jeunes des années 1665.
Tessilimi et Boussari, Tassou Alassane, Zotomey Constant et Danfi Akomula Midété François ; Saturnin Cogué, le Directeur d’Exploitation et le Directeur de la Recherche
Aux amis du laboratoire de chimie de la cimenterie LAFARGE d’Onigbolo, notamment M. Philibert Sossou
A mon épouse Léontine, mes enfants Aurore et Omer ; mon frère J., mes petites filles Immaculée et Gloria, vous qui m’avez soutenu dans l’aventure,
A feu mon père Agonsanou Akowanou Oké que je n’ai pas connu ; merci pour m’avoir offert par ta mort, l’opportunité d’aller à l’école.
Aux Maîtres et Maîtresses Georges Apithy, Cyprien Houédikin, Louise, Lydia et Pauline,
Aux éminents membres de mon jury :
Président : Pr. C. Antoine Vianou : J’aurais bien voulu ressembler à ce grand philosophe des Sciences Techniques ; mais il me manque tellement d’arguments !
Rapporteur : Pr. Erick Amos Foudjet, le patriarche camerounais a choisi notre compagnie ce 28 novembre 2014. On devine quel sacrifice il lui a coûté de nous préférer.
D’autres universités du monde l’attendaient.
Rapporteur : Pr. Magolmèèna Banna, hier Lomé, demain Kara. Magolmèèna a choisi Abomey-Calavi ce jour, rien que pour nous. C’est un honneur !
Examinateur : Pr. Gérard Dègan ; il jette bébé et eau de bain; il rejette même les compliments, lui l’incorruptible du royaume. Et pourtant ! Pourtant, si ce n’est lui, c’est donc quelqu’un des siens qui aura fauté ! Il n’existe pas de double-conscience.
v Examinateur : Pr. Valentin D. Wotto ; il a accepté d’examiner moi aussi, un profane en chimie ; je suis embêté de ne pas avoir eu une petite formule chimique à croquer pour lui.
Directeur de thèse : Pr. Emile Adjibadé Sanya ; maître bien particulier qui a été capable d’ouvrir son porte-monnaie plus d’une fois pour supporter son vieux lascar d’étudiant. La nature le lui rendra au centuple.
L’Invité : Dr. Adolphe Dèfodji Tchéhouali: sous les cloches du pandémonium, le gardien de l’enfer dort ; dès que sonnera le glas, il accomplira son œuvre sordide pour permettre le passage au purgatoire. Peut-être ! sera-t-il nécessaire qu’il t’arrache un œil. Il suffira de comprendre ; c’est pour ton bien !
A tous ceux qui, de près ou de loin, ont contribué à ma formation,
Merci
vi
SIGLES ET ABREVIATIONS
AFNOR: Association Française de Normalisation ASTM: American Society for Testing and Materials
BCEOM: Bureau Central d’Etudes pour les Equipements d’Outre-Mer BPA: Bisphénol A
CBR: California Bearing Ratio
CEBTP: Centre Expérimental de Recherches et d’Etudes de Bâtiment et des Travaux Publics CEN: Comité Européen de normalisation
CNERTP : Centre National d’Etudes et de Recherches des Travaux Publics
DESSAU : Bureau d’Etudes de la firme d’ingénierie-construction canadienne spécialisée dans les aménagements suivant les principes du développement durable.
DIN: Deusches Institutfür Normung EN: European Norm
GIGG : Bureau d’Etudes Canadien
GTZ : Gesellschaftfür Technische Zusammenarbeit
INSAE : Institut National de la Statistique et de l’Analyse Economique LCPC : Laboratoire Central des Ponts et Chaussées
MEHU : Ministère de l’Environnement, de l’Habitat et de l’Urbanisme OMS : Organisation Mondiale de la Santé
ONG : Organisation Non Gouvernementale ONU : Organisation des Nations Unies
RNCR : Réseau National des Centres de Ressources SONEB : Société Nationale des Eaux du Bénin
UEMOA : Union Economique et Monétaire Ouest-Africaine
vii
LISTE DES FIGURES
Chapitre I
Figure 1.1: Topographie moléculaire d’un thermoplastique………... 11 Figure 1.2 : Topographie moléculaire d’un thermodurcissable……….. 11 Figure 1.3 : Plages de valeurs du module de Young [E] pour quelques
matériaux……….. 12
Figure 1.4 : Relation entre liaisons atomiques et point de fusion des
matériaux……….. 14
Figure 1.5a: Courbes de traction de l’acétate de cellulose à diverses températures… 14 Figure 1.5b: Variation du module de Young en fonction de la température………… 14 Figure 1.6 : Représentation de la molécule du sachet de polyéthylène……….. 21 Figure 1.7 : Courbes de distribution de la porosité en fonction du rayon des
pores………. 22
Figure 1.8 : Image de la germination du ciment : le béton est un panier
microscopique……….. 23
Figure 1.9 : Schématisation de l’auréole de transition autour du granulat dans le
béton……….. 24
Chapitre II
Figure 2.1 : Courbe granulométrique du sable S0………. 35 Figure 2.2: Courbes granulométriques des sables S1, S2, S3 et du gravillon G... 35 Figure 2.3: Courbe granulométrique originale du sable de granite concassé S4... 36 Figure 2.4: Courbes granulométriques de l’argile(a)et du sable S5(b) issus de la
séparation de la terre de barre………. 37 Figure 2.5: Courbes granulométriques du sable roulé S6 et du gravillon G0 utilisés. 38 Figure 2.6: Courbe granulométrique du sable roulé S7……….. 39 Figure 2.7: Courbes granulométriques des granulats G1, G2 et G3……….. 41 Figure 2.8: Représentation schématique de la vision poursuivie dans le concept: boucher
les pores à partir du manteau de fondu de sachet……… 52 Chapitre III
Figure 3.1: Diagramme des températures de fusion des déchets de sachets plastiques et
de refroidissement du composite………. 77 Figure 3.2: Cinétique de refroidissement du fondu de déchets de sachets plastiques 79 Figure 3.3: Courbes de refroidissement des variantes du matériau composite M0 et
M30……… 83
Figure 3.4: Evolution des densités des variantes du matériau composite en fonction de la
teneur en argile………. 84
Figure 3.5: Courbe granulométrique du sable S7 non enrobé et courbe granulométrique du même sable S7 enrobé à teneur de 10% de sachets plastiques
fondus……… 88
Figure 3.6: Comparaison des masses des échantillons des trois catégories de sable
utilisées………. 89
Figure 3.7: Evolution des masses volumiques absolues à 28 jours d’âge en fonction de la
teneur en sachet plastique……….. 89
Figure 3.8: Courbes des résistances en flexion et en compression du mortier de sable S7 enrobé à 10% de sachet plastique fondu……… 90 Figure 3.9:
Courbes des résistances en flexion et en compression du mortier du sable S7
91
viii et du Sikalite en poudre………...
Figure 3.10: Résistances en flexion et en compression du mortier du sable S7 témoin 92 Figure 3.11: Courbes des résistances en flexion et en compression du mortier du sable
normalisé……….. 93
Figure 3.12: Evolution des valeurs moyennes de la pénétrabilité du bitume 50-70 en fonction du taux de dopage en poudre de sachets plastiques……….... 96 Figure 3.13: Resserrement des écarts de pénétrabilité du bitume à mesure que le taux de
sachet plastique augmente……….. 96
Figure 3.14: Fuseau granulométrique de référence provenant de la base ‘Normes Routières’ version 1997 (Norme P 18-560)……….. 103 Figure 3.15: Localisation de la granulométrie du mélange des granulats : la courbe est
bien intégrée dans le Fuseau granulométrique théorique……… 104 Figure 3.16: Evolution de la stabilité Marshall du béton bitumineux en fonction de la
teneur en liant M0……….. 109 Figure 3.17: Evolution de la densité apparente du béton bitumineux en fonction de la
teneur en liant M0……… 110
Figure 3.18: Evolution du fluage du béton bitumineux en fonction de la teneur en liant M0 110 Figure 3.19: Evolution du volume de vides dans le béton bitumineux en fonction de la
teneur en liant M0………... 111 Chapitre IV
Figure 4.1: Courbes des résistances en flexion et en compression en fonction du dosage en liant
Induplast……… 115
Figure 4.2: Courbes des résistances en flexion et en compression en fonction du dosage en liant
"Africa 24"………. 115 Figure 4.3: Courbes des résistances en flexion et en compression en fonction du dosage en liant
" Eagle"……… 116 Figure 4.4: Courbes des résistances en flexion et en compression en fonction du dosage en
liant " Le nouveau"……….. 116 Figure 4.5: Evolution des résistances mécaniques du matériau composite en fonction de la
classe granulométrique du sable……… 117 Figure 4.6: Courbes des résistances en flexion et en compression en fonction des trois classes
granulaires du concassé de granite……… 118 Figure 4.7: Concentration des isostatiques vers le granulat lorsque celui-ci est moins
déformable que la matrice du béton (Maso, 1982 ; Baron et al., 1995)……… 119 Figure 4.8: Résistances mécaniques des variétés du matériau (terre de barre-sachet plastiques
fondus) en fonction de la teneur en argile et en sachet plastique………. 122 Figure 4.9: Evolution des résistances mécaniques des variantes du matériau en fonction de
leurs densités (Echantillons non chauffés)……… 123 Figure 4.10: Evolution du taux d’absorption d’eau du composite à 2 jours d’âge en fonction du
taux de sachet plastique……….. 126 Figure 4.11: Evolution du taux d’absorption d’eau du composite à 7 jours d’âge en fonction du
taux de sachet plastique………. 126 Figure 4.12 : Evolution du taux d’absorption d’eau du composite à 28 jours d’âge en fonction du
taux de sachet plastique……….. 127 Figure 4.13 : Absorption d’eau du mortier témoin : sable S7 non enrobé ; ciment et eau: 1 dose 128 Figure 4.14 : Absorption d’eau du mortier de sable S7 enrobé à 10% (2 doses de ciment et d’eau) 129 Figure 4.15: Absorption d’eau du mortier de sable S7 enrobé à 10% ; ciment et eau: 1,5 doses … 130 Figure 4.16: Absorption d’eau du mortier de sable S7 enrobé à 10% ; ciment et eau: 1 dose…….. 131 Figure 4.17: Absorption d’eau du mortier de sable S7 à poudre de Sikalite (adjuvant) et mortier
ix de sable S7 enrobé au fondu de déchets de sachets plastiques - (ciment et eau: 1
dose)……… 131
Figure 4.18: Evolution de la densité du béton bitumineux en fonction de la teneur en poudre de sachets plastiques fondus……… 145 Figure 4.19: Evolution de la stabilité Marshall du béton bitumineux en fonction de la teneur en
poudre de sachets plastiques fondus……… 146 Figure 4.20: Evolution du fluage du béton bitumineux en fonction de la teneur en poudre de
sachets plastiques fondus……… 147 Figure 4.21: Evolution du volume de vides dans le béton bitumineux en fonction de la teneur en
poudre de sachets plastiques fondus……… 148 Figure 4.22: Evolution de la stabilité Duriez du béton bitumineux en fonction de la teneur en
poudre de sachets plastiques fondus……… 149 Figure 4.23: Evolution du taux d’absorption d’eau Duriez à 1 jour en air contrôlé et 7 jours
immergé à 18°C du béton bitumineux en fonction de la teneur en poudre de sachets
plastiques fondus……… 151
Figure 4.24: Evolution du coefficient de réduction du béton bitumineux en fonction de la teneur en fondu de sachets plastiques……… 153 Figure 4.25: Evolution de l’affaissement du béton bitumineux en fonction de la teneur en poudre
de sachets plastiques fondus……… 154
x
LISTE DES TABLEAUX
Chapitre I
Tableau 1.1: Prévision de l’évolution du taux de collecte des déchets au Bénin …… 8 Tableau 1.2 : Evolution du pourcentage de plastique dans les déchets solides
ménagers à Cotonou……… 8
Tableau 1.3 : Catalogue et évolution du gisement de déchets plastiques au Bénin :
2002 à 2012……….... 9
Tableau 1.4 : Principales caractéristiques des liaisons atomiques du plastique et les propriétés qui en découlent……… 13 Tableau 1.5 : Résistance à la traction comparée pour quelques matériaux situant le
HDPE……… 13
Tableau 1.6 : Résistances spécifiques (Rm/ρ) de quelques métaux et polymères……… 15 Tableau 1.7 : Comparaison des caractéristiques thermiques de quelques matériaux.. 16 Tableau 1.8 : Comparaison des propriétés électriques de quelques matériaux à 20°C 17 Tableau 1.9 : Temps nécessaire à l’interruption du réseau capillaire dans le béton
en fonction des rapports Eau-Ciment……… 22 Tableau 1.10 : Valeurs de la perméabilité à l’eau du béton en fonction de l’âge (avec
E/C= 0,5)………. 22
Tableau 1.11 : Classes ou grades de bitumes routiers durs habituels……….. 27 Chapitre II
Tableau 2.1 : Caractéristiques des sables et gravillons utilisés dans les tests d’élaboration de matériaux composites à base de sachets plastiques en
qualité de liant……… 34
Tableau 2.2 : Caractéristiques de la terre de barre utilisée: décomposition en sable
et argile……… 37
Tableau 2.3 : Caractéristiques des sables et gravillons utilisés pour les tests
d’absorption d’eau………. 38
Tableau 2.4 : Composition chimique essentielle du ciment Bouclier CPJ 35
(Production du 16 juillet 2012)………... 40 Tableau 2.5 : Caractéristiques de base du ciment Bouclier CPJ 35
(Production du 16 juillet 2012)……… 40 Tableau 2.6 : Composition des mortiers pour la recherche de l’optimum en
absorption d’eau………. 54
Tableau 2.7 : Proportions des constituants du béton bitumineux dans les essais de
Duriez………... 71
Tableau 2.8 : Composition en masse des constituants en fonction de la teneur en poudre de sachets plastiques fondus ………. 72 Chapitre III
Tableaux 3.1 : Fiche type de collecte de résultats des tests d’adhésivité des liants……. 99 Tableau 3.2 :
Performances majeures prescrites sur le liant bitumineux par le cahier
des charges (Autoroute Cotonou – Porto)………. 102 Tableau 3.3 : Performances majeures prescrites sur le béton bitumineux par le
cahier des charges (Autoroute Cotonou – Porto)……… 103 Tableau 3.4 : Granulométrie optimale théorique………. 104 Tableau 3.5 : Plage de valeurs de taux de liant explorées pour retenir l’optimum…… 107 Tableau 3.6 : Proportions des constituants des mélanges du béton bitumineux pour
xi
Marshall………... 108
Tableau 3.7 : Composition en masse des constituants en fonction de la teneur en
poudre de sachets plastiques fondus……….. 113 Tableau 3.8 : Composition en masse des constituants en fonction de la teneur en
poudre de sachets plastiques fondus ………. 113 Chapitre IV
Tableau 4.1 : Taux d’absorption d’eau et Indices de résistance à l’usure de différentes gammes de revêtements du commerce et du mortier avec
sable S7 enrobé à 10% de fondu de sachet plastique……….. 135 Tableau 4.2 : Résultats des essais d’absorption d’eau suite à des enduits de surface
sur le mortier de ciment au sable S7 non enrobé……….. 138 Tableau 4.3 : Résultats des mesures d’indice de pénétrabilité sur le bitume témoin
(M0) et les mélanges bitumineux (M2 à M20)………. 141 Tableau 4.4 : Résultats des mesures de point de ramollissement des différents
mélanges bitumineux testés Résultats des mesures de point de
ramollissement des différents mélanges bitumineux testés……… 142 Tableau 4.5 : Récapitulation des valeurs des cotes d’adhésivité mesurées en fonction de la
teneur en poudre de déchets de sachets plastiques
ajoutée……… 143
Tableau 4.6 : Teneur en liant obtenue par extraction réalisée sur un échantillon
Marshall dosé à 5,8% de bitume 50-70 pur (témoin)……….. 155 Tableau 4.7 : Teneur en liant obtenue par extraction réalisée sur un échantillon
Marshall dosé à 80% de bitume 50/70 pur et 20% de poudre de
sachets plastiques fondus……….. 156 Tableau 4.8 : Résultats d’essais Marshall avec 100% de poudre de sachets plastiques
fondus……… 158
Tableau 4.9 : Résultats d’essai Duriez avec 100% de poudre de sachets plastiques
fondus……… 159
Tableau 4.10 : Calculs des niveaux de susceptibilité (h) du bitume pur et du bitume dopé à diverses teneurs en poudre de sachets plastiques fondus et
indices de pénétration (IP)………... 162
xii
LISTE DES PHOTOS
Chapitre I
Photo 1.1 : 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………... 23
Chapitre II
Photo 2.1 : Utilisation de la terre de barre dans la construction traditionnelle dans le Département de l’Ouémé au Bénin……….. 36 Photo 2.2 : Sable normalisé S8 CEN EN 196-1……… 39 Photos 2.3 : Moules: à gauche 40 x 40 x 160 mm ; à droite 20 x 20 x 375 mm…… 43 Photos 2.4 : Appareils de mesure : à gauche : la presse Seidner ; à droite : le
Thermo-Hygromètre………. 43
Photos 2.5 : (à gauche) : Malaxeur électrique ; (à droite) : Appareil à choc………. 49 Photos 2.6 : (à gauche) :Pied à coulisse électronique ; (à droite) : Machine d’usure
mécanique ……….. 49
Photo 2.7 : Plaquettes de sachets plastiques fondus et refroidis: une étape de la
mise au point du dope……… 57
Photo 2.8 : Pénétromètre Dow utilisé……… 59
Photos 2.9 : (à gauche) le récipient de sable et le remplissage des coupelles en cours et (à droite) le récipient d’eau avec les échantillons en attente
des mesures……… 60
Photos 2.10: (en haut) Dispositif standard d’essais de point de ramollissement à bille et anneau (en bas) : les deux anneaux hors de leurs chevalets…… 61 Photo 2.11 : Fin de l’essai pour la bille de gauche, l’essai continue pour celle de
droite………... 62
Photo 2.12 : Les dix (10) solutions de carbonate de sodium (Na2CO3) apprêtées
pour les essais………. 64
Photos 2.13 : Préparatifs de l’essai d’adhésivité : à gauche : a) 71 mL de sable de granit ; au centre b) : 29 mL de liant ; c) à droite : Pesée d’une
boulette d’essai………... 64
Photo 2.14 : Essai d’adhésivité en cours de réalisation: Bec à gaz, tube à essai, chronomètre, pince de bois, et la boulette dans sa solution……….. 65 Photo 2.15 : Moules Marshall avec leurs hausses permettant le damage et le
démoulage des éprouvettes………... 67 Photo 2.16 : Presse Marshall utilisée dans nos essais……….. 67 Photo 2.17 : Moules Duriez utilisés dans la confection des éprouvettes à tester……. 69 Photo 2.18 : Presse CBR utilisée pour la confection et pour le test d’écrasement
réalisé dans les essais Duriez………... 69 Photo 2.19 : Contrôle de l’humidité relative dans la salle de conservation des
éprouvettes sans immersion………. 71 Photo 2.20 : Extracteur de type Kumagawa utilisé……… 73 Chapitre III
Photos 3.1 : Echantillons de matériaux réalisés au dosage pondéral (liant / (liant+
sable) supérieur à 33% et montrant des manifestations de retraits
dimensionnels………. 77
xiii Photos 3.2 : Echantillons de matériaux réalisés au dosage pondéral liant / (liant+
sable) inférieur à 20%... 78 Photo 3.3 : Echantillons de matériaux réalisés au dosage pondéral [liant / (liant+
sable)] égal à 25%... 78 Photo 3.4 : Observation de points de faiblesse sur des éprouvettes minces ayant
connu une reprise de coulage de quelques secondes ………. 80 Photos 3.5 : à gauche: Aspect compact du gravillon G0 enrobé à 10 % ; plus que le
sable, il a besoin d’un accompagnement assidu au refroidissement dans les premières minutes de la descente du feu ;b) à droite: Le gravillon roulé G0 à la fin de l’enrobage………. 85 Photos 3.6 : a) à gauche : Floculation observée à une étape de l’enrobage du
sable S6: chute brutale de la température suite à l’apport de sable dans le liant ; une des opérations à résultat d’échec ;b) à droite: Le sable S6 enrobé parfaitement meuble à la suite d’une opération réussie 85 Photo 3.7 : Différences d’aspect : sable S7 enrobé à 2% gauche et à 5% à droite 85 Photos 3.8 : Quelques étapes de traitement des échantillons (à gauche) :
Identification des éprouvettes et préparation à la cure de murissement ; à droite : attente de retour à une épreuve de séchage à
l’étuve)………. 86
Photo 3.9 : Différences d’aspect intérieur avec sable S7 enrobé à 0% gauche et à
15% à droite……… 86
Photo 3.10 : Poudre obtenue de sachets plastiques fondus : aspect du produit au cours d’une opération de pesée………... 94 Photo 3.11 : Décollement d’un feuil d’enduit de fondu de sachet plastique d’un
subjectile de mortier ordinaire……… 95 Photos 3.12 : (à gauche): Bitume dopé à 15% en poudre de sachet plastique fondu:
arrêt de l’essai sous bain d’eau car demeuré infructueux jusqu’au séchage de l’eau ; (à droite): Billes et anneaux intacts à 94 °C rendant impossible la poursuite de l’expérience………. 97 Photos 3.13 : (à gauche) : Bain de glycérol, arrêt de l’essai car demeuré infructueux
à 110°C (à droite) : Trappes de chute des deux billes d’essai sans ramollissement du bitume dopé à 15% de poudre de sachet plastique
fondu………. 98
Photo 3.14 :
Boulettes du bitume pur après l’épreuve du test d’adhésivité : certaines
portent des marques de souffrance……… 100 Photo 3.15 : Boulettes d’essai pour bitume avec 10% de poudre de plastique 100 Chapitre IV
Photos 4.1 : a) à gauche : Echantillons M0 réalisés au dosage pondéral liant/(liant+sable) de 25% ; b) au centre : Echantillons M0 réalisés au dosage pondéral liant/(liant+sable) de 23 % ; c) à droite : Echantillons M30 réalisés au dosage
pondéral liant / (liant+sable) de 26 %... 124 Photos 4.2 : a) à gauche: Echantillon couvert d’une mince couche de fondu de
sachet : pas de fissures apparentes ;b) à droite : Sous forme convenable, une cuvette de mince couche de fondu de sachet peut
contenir de l’eau sans fuite……….. 132 Photo 4.3 :
Echantillon enduit d’une épaisse couche de fondu de sachet plastique; des fissurations apparaissent montrant que le rôle
d’agent d’étanchéité ne peut plus lui être confié………... 133 Photos 4.4 : Echantillons de carreaux: à gauche Grès-cérame; à droite faïence…… 134
xiv Photo 4.5 : Revêtement vertical au mortier de ciment sur un mur en terre de barre
dans la commune de Kandi ………... 136 Photo 4.6 : Tata Somba dans la commune de Boukoumbé……….. 137 Photo 4.7 : Une dalle de terre (latérite) de plus de 100 ans dans la commune de
Toukountouna……… 137
Photo 4.8 : Application, à la spatule, d’un enduit sur la surface d’une éprouvette
en mortier de ciment……… 139
Photos 4.9 : Poudre de sachet plastique comme liant : étape de fusion à gauche et étape de malaxage à droite……….. 158 Photo 4.10 : Lignes de frayées à N’Dali sur un chantier encore en cours ;
orniérages sur Parakou - Bérouboué : Marché résilié, contentieux
technique en procès……… 164
Photo 4.11 : Route Parakou-Bérouboué : profil en travers à N’Dali………... 165
xv
TABLE DES MATIERES
Dédicace ... ii
REMERCIEMENTS ... iii
Sigles et abréviations ... vi
Liste des Figures ... vii
Liste des Tableaux ... x
Liste des photos ... xii
TABLE DES MATIERES ... xv
INTRODUCTION GENERALE ... 1
CHAPITRE I - REVUE BIBLIOGRAPHIQUE ... 6
I.1. DECHETS PLASTIQUES AU BENIN: TYPOLOGIE ET PROPRIETES ... 6
I. 1.1. Situation des déchets au Bénin ... 7
I.1.2. Collecte des déchets au Bénin ... 7
I.1.3. Destinations actuelles des déchets au Bénin ... 8
I.1.4. Evolution des déchetsplastiques dans les décharges béninoises... 8
I. 1.5. Catalogue des plastiques dans les décharges au Bénin ... 9
I. 1.6. Typologie et propriétés des plastiques ... 10
I.1.6.1. Types de plastiques ... 11
I.1.6.2. Fondements des performances mécaniques des plastiques ... 12
I.1.7. Raisons de la prolifération des plastiques ... 15
I. 1.7.1. La résistance spécifique ... 15
I. 1.7.2. La conductivité thermique ... 15
I. 1.7.3. La résistivité électrique ... 17
I. 1.7.4. Autres atouts favorables aux plastiques ... 17
I.1.8. Problèmes induits par la prolifération des plastiques ... 18
I.1.8.1. Encombrement de la nature ... 18
I.1.8.2. Pollution chimique ... 18
I.1.8.3. Pollution technologique ... 19
I.1.8.4. Pollution des chaînes alimentaires ... 19
I.2. RECYCLAGE DE SACHETS PLASTIQUES EN CONSTRUCTION ... 20
I.2.1. Le sachet plastique ... 20
I.2.2. Etanchéité du béton de ciment ... 21
I.2.2.1. Les pores et leurs caractéristiques ... 22
I.2.2.2. Liaison pâte-granulat dans le béton ... 23
I.2.2.3. Caractérisation de la porosité du béton: essai d’absorption ou de perméabilité? ... 24
I.2.3.Bitumes et bétons bitumineux en technique routière ... 25
I.2.3.1. Classification des bitumes routiers... 27
I.2.3.2. Adhésivité d’un liant aux agrégats ... 27
I.2.3.3. Dopes en technique routière ... 28
I.2.3.4. Performances désirables pour les bétons bitumineux ... 28
I.2.3.5. Appréciation des résultats de formulation d’un béton bitumineux ... 29
I.2.4. Valorisation des déchets plastiques dans la construction: les travaux récents ... 30
CHAPITRE II – MATERIAUX, MATERIEL ET METHODES ... 33
2.1. Matériaux ... 33
2.1.1. Sachets plastiques ... 33
2.1.2. Granulats ... 34
xvi
2.1.3. Ciment ... 40
2.1.4: Autres matériaux utilisés... 40
2.2. Matériel et méthodes ... 41
2.2.1- VOLET SACHET PLASTIQUE DANS LE ROLE DE LIANT DE GRANULATS ... 42
2.2.1.1. Matériau composite à base de granulats liés par des déchets de sachets plastiques fondus ... 42
2.2.1.2. Matériau composite à base de terre de barre liée par des déchets de sachets plastiques fondus ... 46
2.2.2. VOLET SACHET PLASTIQUE DANS LE ROLE D’ADJUVANT CONTRE L’ABSORPTION D’EAU DANS LE MORTIER DE CIMENT ... 48
2.2.2.1. Déchets de sachets plastiques comme adjuvant de masse contre l’absorption d’eau dans le mortier de ciment ... 48
2.2.2.2. Déchets de sachets plastiques utilisés en qualité d’adjuvant de surface contre l’absorption d’eau pour le mortier de ciment ... 55
2.2.3- SACHET PLASTIQUE COMME DOPE DE BITUME EN TECHNIQUE ROUTIERE ... 57
2.2.3.1- Déchets de sachets plastiques en qualité de dope du bitume ... 58
2.2.3.2. Déchets de sachets plastiques en qualité de dope dans le béton bitumineux ... 65
CHAPITRE III - COLLECTE, TRAITEMENT ET ANALYSE DES DONNEES ... 76
3.1- SACHET PLASTIQUE DANS LE ROLE DE LIANT DE GRANULATS ET TERRE DE BARRE ... 76
3.1.1. Matériau composite à base de granulats liés par des déchets de sachets plastiques fondus ... 76
3.1.1.1. Fusion du sachet plastique ... 76
3.1.1.2. Mise au point du matériau composite ... 77
3.1.1.3. Détermination de la masse volumique ... 78
3.1.1.4. Détermination de la cinétique de refroidissement ... 78
3.1.2. Matériau composite à base de terre de barre liée par des déchets de sachets plastiques fondus ... 80
3.1.2.1. Optimisation des dosages en argile ... 81
3.1.2.2. Cinétique de refroidissement ... 82
3.1.2.3. Densités des variantes de composites obtenus ... 83
3.2. SACHET PLASTIQUE DANS LE ROLE D’ADJUVANT CONTRE L’ABSORPTION D’EAU DANS LE MORTIER DE CIMENT ... 84
3.2.1. Déchets de sachets plastiques comme adjuvant de masse contre l’absorptiond’eau dans le mortier de ciment ... 84
3.2.1.1. Enrobage des granulats ... 84
3.2.1.2. Confection et cure des éprouvettes ... 86
3.2.1.3. Optimisation du taux d’enrobage ... 87
3.2.1.4. Essais d’identification sommaire sur le sable enrobé à 10% ... 87
3.2.1.5. Caractéristiques physiques et mécaniques des éprouvettes... 88
3.2.2. Déchets de sachets plastiques comme adjuvant de surface contre l’absorptiond’eau dans le mortier de ciment ... 94
3.2.2.1. Préparation et conservation de la poudre de sachets plastiques ... 94
3.2.2.2. Préparation des éprouvettes ... 94
3.3. SACHET PLASTIQUE EN DOPE DE BITUME EN TECHNIQUE ROUTIERE ... 95
3.3.1. Influence du dope sur les propriétés du bitume ... 95
3.3.1.1. Influence sur la pénétrabilité ... 95
xvii
3.3.1.2. Point de ramollissement par Bille et Anneau du bitume ... 97
3.3.1.3. Adhésivité Riedel et Weber des liants étudiés ... 98
3.3.2. Influence du dope sur les propriétés de béton bitumineux ... 101
3.3.2.1. Formulation du béton bitumineux ... 101
3.3.2.2. Composition d’un béton bitumineux ... 102
3.3.2.3. Détermination effective du module de richesse………..105
3.3.2.3. Influence du dope sur le béton bitumineux ... 112
CHAPITRE IV – RESULTATS ET DISCUSSIONS ... 114
4.1- SACHET PLASTIQUE COMME LIANT DE GRANULATS ET TERRE DE BARRE ... 114
4.1.1. Matériau composite à base de granulats liés par le fondu de sachets plastiques .. 114
4.1.1.1. Influence du type de sachet sur la résistance mécanique ... 114
4.1.2-Matériau composite à base de terre de barre liée par des déchets de sachets plastiques fondus ... 122
4.1.2.1. Résistances mécaniques ... 122
4.1.2.2. Influence du réchauffement ambiant sur les résistances mécaniques ... 123
4.2. SACHET PLASTIQUE COMME ADJUVANT CONTRE L’ABSORPTION D’EAU DANS LE MORTIER DE CIMENT ... 125
4.2.1. Déchets de sachets plastiques comme adjuvant de masse contre l’absorption d’eau dans le mortier de ciment ... 125
4.2.1.1. Mesures de l’absorption d’eau ... 125
4.2.1.2. Absorption d’eau du mortier de sable enrobé à 10% ... 128
4.2.1.3. Essais de comparaison ... 132
4.2.1.4. Discussion relatives aux résultats des essais d’absorption d’eau ... 132
4.2.1.5. Etude exploratoire de l’exploitation du matériau composite élaboré ... 134
4.2.2. Déchets de sachets plastiques comme adjuvant de surface contre l’absorption d’eau dans le mortier de ciment ... 138
4.3. SACHET PLASTIQUE COMME DOPE DE BITUME ROUTIER 50/70 ... 140
4.3.1. Résultats des effets du dope sur les propriétés des liants bitumineux ... 140
4.3.1.1. Indice de pénétrabilité ... 140
4.3.1.2. Point de ramollissement Bille et Anneau ... 142
4.3.1.3. Adhésivité Riedel et Weber ... 143
4.3.2. Résultats D’effets du dope sur les propriétés du béton bitumineux ... 144
4.3.2.1. Résultats concernant les paramètres de Marshall ... 144
4.3.2.2. Résultats relatifs aux mesures des paramètres de Duriez ... 149
4.4. Vision prospective ... 158
CONCLUSION GENERALE ... 168
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ... 171
ANNEXES ... 188
ANNEXE 1 ... 188
ANNEXE 2 ... 189
ANNEXE 3……. ... 192
1
INTRODUCTION GENERALE
Les paramètres du développement humain révèlent actuellement que : - la vie sur terre s’urbanise (Vissoh, 2002) ;
- l’urbanisation donne du volume aux poubelles (Adégbindin, 2009), et
- les poubelles produisent de plus en plus des matières imputrescibles dont les plastiques (Gbèdo, 2009).
L’homme a déjà vécu l’âge de la pierre, l’âge du bronze et continue à vivre l’âge du fer. Mais il ne serait pas imprudent d’avancer que nous sommes aussi entrés dans l’âge du plastique (Bailon et al., 1980 ; Cozar et al. 2014). Dans son ouvrage paru en 1991 aux Editions Sang De La Terre, Gérard Bertolini (1991) désigne les hommes contemporains d’homo plasticus. Il est produit une forte quantité de plastiques par an dans le monde : 288 millions de tonnes en 2012 (Couffin, 2013).Or, jusqu’en 2010, le recyclage n’aura concerné annuellement que 5 % des plastiques produits (PLASTICSEUROPE, 2012 ; ADEME, 2012). Comme conséquence, la prolifération des plastiques dans la nature ne s’est pas fait attendre. Lorsque les courants marins les emportent, après 10 ans de dérive, ces déchets se retrouvent à près de 4000 km au- delà des côtes. Ils occupent, de nos jours, de vastes territoires dans les océans. Leur présence est signalée sur 88% de la surface des océans du globe (Cozar et al., 2014). Les poissons ayant du plastique dans le ventre ont atteint 35% des populations halieutiques. Même la vie microscopique n’est pas épargnée par cette forme de pollution. Actuellement, 80% des déchets océaniques sont des plastiques (Couffin, 2013).Les chaînes alimentaires, ainsi touchées à plusieurs pôles, font déjà apparaître des maladies naguère inconnues. On observe, par exemple, une tendance à la féminisation du règne animal, ce qui est dû à une perturbation endocrinienne suite à une exposition aux phtalates et autres dont le bisphénol A (BPA), présent dans 90% des biberons (Vandenberg et al., 2007). Ainsi, en 50 ans, certaines populations humaines ont enregistré une baisse de 50% de production de spermatozoïdes (Carlsen et al., 1992 ; Auger et al., 1995 ; Chen Zee, 2012). De même, pour des faits d’exposition aux mêmes substances, certains animaux femelles connaissent une puberté précoce et une tétanisation des activités ovariennes (INSERM, 2011).En France, les produits contenant du BPA destinés aux enfants de moins 3 ans ne sont plus commercialisés depuis le 1er Janvier 2013.
La plasturgie a, à peine, 50 ans (Bailon et al., 1980). Et déjà, quels dégâts ! Heureusement, 80% des déchets plastiques fondent sous agitation thermique dans des plages modestes (environ 300°C). Cet atout pourrait donc être exploité pour, à terme, délester l’environnement par un retardement du cycle de rejet des plastiques dans la nature. Un sachet plastique sert à
2 peine pour le temps d’une course au marché, en moyenne 20 minutes, selon les statistiques (ADEME, 2012). Mais une fois dans la nature, son déchet ainsi abandonné pourrait vivre plus de 50 ans, certains parlent même de 400 à 1000 ans (Behjat, 2014) voire des millions d’années (Couffin, 2013). Pour notre part, les graves conséquences liées à l’usage des plastiques, notamment des sachets plastiques d’emballages, nous convainquent que le recyclage s’impose aujourd’hui comme une voie incontournable pour sauver l’environnement du péril des plastiques. La filière de la construction apparaît à la fois comme, non seulement un potentiel gros consommateur, mais aussi et surtout, comme un bon consignataire de ces déchets plastiques.
Seulement, pour mériter la confiance de l’Ingénieur, un matériau doit être prévisible. Pour certaines matières, les statistiques de comportement sont aisées et presque fiables. Le module de Young (E) est la constante de proportionnalité entre déformation ε et contrainte σ et correspond à une mesure de l’intensité des forces atomiques. Plus les liaisons sont fortes, plus le matériau est rigide (Bailon et al., 1980). Bien vrai, si l’on s’en tenait à l’intensité des liaisons atomiques, un matériau aussi fragile que le verre devrait résister théoriquement à une contrainte à la traction de l’ordre de E/10 à E/3. La réalité en est loin. Mais les hommes de science savent interpréter le gap pourtant important, puisque les valeurs expérimentales se situent entre E/1000 et E/100. Par exemple, une tige de verre de 1cm2 de section devrait pouvoir supporter une charge de 7 tonnes, et 1 cm² de fer 200 tonnes (Dorlot et al., 1986).
Dans la réalité, il n’en est pas ainsi. Il suffit que les comportements soient répétitifs. L’homme sait faire les calculs nécessaires pour les cerner et les interpréter. Griffith a démontré en 1930, que les lacunes et autres défauts permettaient de comprendre le phénomène. D’après ses calculs, si la tige de verre porte une rayure de poussière, une rayure microscopique de 1μm (1 millième de millimètre) de profondeur, et si le rayon de courbure à la racine de la fissure est large (de la taille d’un espace inter atomique moyen du verre : 0,2 nanomètre), elle connaîtrait dans cette fissure une concentration de contrainte locale 142 fois supérieure à la contrainte appliquée (Berthelot, 1999). C’est relativement énorme ! Mais, c’est déjà suffisamment fiable pour l’Ingénieur !
Les plastiques ne se prêtent pas à ces genres de calculs, parce que leurs architectures moléculaires ne le permettent guère. Le comportement des plastiques dépend peu des interactions entre atomes de carbones qui constituent leur squelette ; leur résistance dépend des forces intermoléculaires (Bailon et al., 1980). Or, la liaison entre chaînes voisines du plastique est assurée par des forces de Van der Waals réputées surtout faibles ; le
3 comportement de ces petits ponts influence de loin la résistance macroscopique du matériau plastique (Dorlot et al., 1986).
Dans une étude antérieure, il nous est apparu que la terre de barre (et la latérite) soit le matériau principal de l’habitat traditionnel au Bénin : 55,3% des parements, 1,1% des toitures et 40,2 % des sols sont en terre de barre et 55,8% en chape en terre et ciment. Par ailleurs, sur le plan architectural, l’habitat traditionnel au Bénin est handicapé dans son développement vers la modernité, par son incapacité à loger, à l’interne, les pièces humides et certaines servitudes qui dépendent de la portée des éléments de structures. L’habitat traditionnel béninois est donc malade; en plus de ses handicaps, il souffre de la précarité. L’organe le plus touché, et qui compromet souvent les autres, est la toiture. Mais, paradoxe ! Malgré la sensibilité à l’eau du matériau ” terre” (terre de barre ou latérite), la construction traditionnelle la plus durable au Bénin se retrouve parmi les habitations à parement de terre et à toiture de dalle de terre : « le tata Somba ». Il s’agit d’un bâtiment Mandingue qui a quitté son berceau sur les frontières sud du désert saharien autour du 13ème siècle. Il est parvenu au Bénin dans les années 1700. Aujourd’hui, d’après nos observations sur le terrain, il bat le record de la longévité parmi les habitats traditionnels. Sous une charge pluviale tropicale qui pèse 3 fois la pluviométrie de son origine, ce bâtiment vit plus de cent ans et avec un confort thermique inégalé. Mais aujourd’hui, avec la pression de la désertification qui avance depuis le Sahara, de 1978 à 1998, les principales formations végétales du Bénin ont régressé de 3.160.153 ha, soit d’environ 160.000 ha/an d’après le Centre National de Télédétection et de la Surveillance du Couvert Forestier (Cenatel). Ainsi, les formations végétales pourvoyeuses de matériaux d’étanchéité aux toitures de terre reculent. Le monument technologique Béninois est menacé de disparition. Dans ces conditions, la recherche de matériau de remplacement ou de matériau de protection des parements et dalle de terre devient une œuvre de salut collectif ; elle permettrait de résoudre le problème de la préservation d’un patrimoine précieux et lui fournirait une rampe d’intégration au tissu urbain.
Dans le domaine de la construction routière, les ouvrages existants souffrent d’un mal épidémique qui sévit sous tous les azimuts au Bénin : les « orniérages ». Les orniérages sont des déformations irréversibles, transversales et de grandes longueurs, qui apparaissent en raison du fluage de la couche de roulement, dues à l’utilisation d’un bitume trop « mou », sous l’effet du passage des roues sur les chaussées revêtues (Béghin, 2003 citant Jeuffroy, 1983). Ils constituent, à côté des fissurations, l’une des deux principales formes de dégradation des revêtements bitumineux des chaussées au Bénin. Mais honnêtement, si cette
4 raison fondée sur la qualité de classe de bitume « mou » était la seule, il y a longtemps que ce phénomène aurait connu une fin au Bénin. Malheureusement, les dégâts continuent et les explications fournies sur leurs causes sont plutôt multiples dans les rangs des professionnels.
Les bitumes étant des produits industriels et leurs gradations théoriquement justifiés à travers une de leurs caractéristiques, notamment celle concernant la pénétrabilité, les motifs souvent avancés s’en prennent pour la plupart aux excès de chargements des essieux, aux malfaçons et autres minéralogies, granulométries et dosage du filler des granulats. Certaines causes évoquées concernent le climat, l’adhésivité, l’absorption d’eau. D’autres attribuent les causes du mal au profil en long de la route et aux efforts tangentiels qu’ils induisent dans le revêtement de la chaussée sur les côtes de longues portées ; ce qui conduit à la réduction de la vitesse des gros porteurs, toutes choses accentuant le fluage du revêtement. Si tant est que ces paramètres sont soupçonnables, les explications fournies ne devraient pas être nombreuses à être justes et le phénomène aurait connu un frein. Mais, hélas ! Ce n’est toujours pas le cas, puisqu’en 2013, le même phénomène s’est encore manifesté sur une route encore en chantier.
Il a provoqué la résiliation du marché qui a déclenché un procès technique actuellement en cours devant les tribunaux.
Le recyclage des déchets plastiques n’en est qu’à 5% dans le monde, venons-nous de dire. Le retard accusé dans le domaine n’est donc pas très énorme si notre démarche est de contribuer à valoriser les déchets plastiques.
L’objectif général du présent travail est donc de valoriser les déchets de sachets plastiques en les rendant utiles dans les procédés de construction d’infrastructures, un moyen de retarder leur cycle de retour à la nature.
Cette prétention nous impose six objectifs spécifiques se déclinant en:
- confectionner des matériaux de construction à base de granulats liés par des déchets de sachets plastiques fondus ;
- confectionner des matériaux de construction à base de terre de barre liée par des déchets de sachets plastiques fondus ;
- élaborer du mortier de ciment en exploitant le potentiel d’étanchéité des sachets plastiques mis en adjuvant de masse pour répondre aux exigences d’usure et d’absorption d’eau des matériaux de revêtements durs classiques du bâtiment;
- élaborer un enduit de surface pour mortier de ciment en vue de réduire son absorption d’eau tout en conservant ses qualités mécaniques;
5 - doper le bitume routier classiquement utilisé aux déchets de sachets plastiques, formulant ainsi de nouveaux liants et, donc, de bétons bitumineux aux caractéristiques mieux adaptées aux conditions climatiques, géologiques, voire de service des revêtements de nos routes ;
- analyser les effets induits par le dope en déchets de sachets plastiques, à travers la formulation requise, sur les principaux paramètres de performance techniques des liants et bétons bitumineux routiers développés.
Dans ce sens, des hypothèses ci-après définies s’imposent à la concrétisation de notre travail:
- un procédé de notre étude sera déclaré concluant lorsqu’il supporte la comparaison avec les performances techniques des standards existants de sorte que nos résultats ne prennent la rampe sentimentale d’un tribut à payer à l’environnement mais plutôt s’imposent comme une technique alternative;
- en technique du bâtiment, le taux d’absorption d’eau et l’indice d’usure du mortier de ciment justifient l’importance à lui accorder ;
- en technique routière, l’étude développée propose des explications consistantes aux phénomènes d’orniérage endémique accompagnées d’une approche de solution au problème.
Pour répondre aux différents objectifs spécifiques définis, tout en satisfaisant les hypothèses ainsi formulées, le présent mémoire de thèse est organisé en quatre chapitres.
* Le premier chapitre est consacré à la présentation de la revue bibliographique sur le sujet.
On y aborde les chiffres relatifs à l’ampleur des déchets plastiques dans les poubelles, les caractéristiques des plastiques, les nuisances causées à l’environnement. Une brève injonction est faite dans le domaine de la construction d’infrastructures visé pour accueillir les déchets en cause sans oublier de souligner quelques résultats de recherches récentes sur le sujet.
* Le deuxième chapitre décrit les matériels et les matériaux utilisés ainsi que les méthodes mises en œuvre dans la réalisation des travaux expérimentaux.
* Le troisième chapitre traite de la collecte, du traitement et des modalités d’analyse des données acquises.
* Le quatrième et dernier chapitre est réservé à la présentation et aux discussions des différents résultats obtenus suivies de recommandations formulées.
Enfin, nous tirons les conclusions qui s’imposent tout en ouvrant des perspectives relatives au sujet traité ainsi qu’à l’orientation à donner à la suite de nos recherches dans le domaine.
6
CHAPITRE I - REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
La gestion des déchets est de nos jours un problème pour toutes les communautés. Les pratiques de salubrité passent, entre autres, par l’enfouissement et l’incinération ; rares sont les pratiques qui n’ont pas une répercussion à moyen ou à long termes sur l’environnement, surtout les déchets finaux comme les cendres d’incinération très chargées en métaux lourds et les déchets nucléaires qui sont radioactifs.
L’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) citée par Gbèdo Victor (2009) renseigne que 21% des maladies dans le monde aujourd’hui sont liés à l’environnement insalubre. Ce n’est qu’un aspect du problème. Et dans cette configuration où le monde commence à peine à prendre conscience du danger des déchets, deux tenseurs importants compliquent les solutions : la dynamique urbaine et la prolifération des déchets imputrescibles comme ceux des plastiques.
Dans ce chapitre, on aborde l’évolution des chiffres concernant les déchets plastiques au Bénin, les propriétés des plastiques, les raisons de leur prolifération, ainsi que les problèmes induits par cette prolifération. Ensuite, nous visitons certains des paramètres techniques que l’utilisation de sachet plastique pourrait permettre d’améliorer sur le mortier de ciment, le bitume et le béton bitumineux.
I.1. DECHETS PLASTIQUES AU BENIN: TYPOLOGIE ET PROPRIETES
L’industrie pétrolière a enfanté la plasturgie ; le plastique sous sa forme industrielle est donc un matériau relativement jeune. Mais malgré son jeune âge, il détient déjà des propriétés qui lui permettent de s’immiscer dans les domaines les plus privilégiés de la technologie contemporaine : aéronautique, automobile, santé, etc. Il s’est targué une telle place que ses secteurs d’activités sont aujourd’hui en Europe, les champions de la croissance et les champions des innovations technologiques (PLASTICSEUROPE, 2012).
Si nous devons entreprendre le recyclage du plastique dans des conditions où le plastique se diversifie en qualité, pèse de plus en plus lourd en volume de production et donc prend de l’importance dans les poubelles du monde entier, il y a lieu d’évaluer la situation réelle au Bénin et de connaître les facteurs qui sont les leviers des chiffres existant à ce sujet. C’est l’objectif assigné dans les paragraphes qui suivent, mais avant, voyons la situation globale de l’ensemble des déchets au Bénin et dans la sous région.
7
I. 1.1. SITUATION DES DECHETS AU BENIN
La loi béninoise n°98-030 du 12 février 1999 portant loi-cadre sur l’Environnement en République du Bénin dispose, en son article 66 : « On entend par déchet, tout résidu d’un processus de production, de transformation ou d’utilisation, ou tout bien meuble abandonné ou destiné à l’abandon» (Gbèdo, 2009). Sous la vision de cette loi, la qualité de la vie d’une cité peut se lire dans ses poubelles. Il est constaté que les sociétés humaines s’urbanisent de plus en plus. Le nombre de grandes villes augmente assez rapidement. En 1960, l’Afrique n’avait qu’une seule ville de plus d’un million d’habitants : le Caire, avec 2,5 millions d’habitants. En 1980, elle en comptait déjà 19. En 2000, le nombre de cette catégorie de villes avait atteint le chiffre de 60 (Vissoh, 2002). L’Afrique connaît actuellement les taux d’urbanisation les plus rapides au monde. Lagos (Nigeria), la plus grande métropole africaine, compte plus de 9 millions d’habitants, produisant environ 9 000 tonnes de déchets solides par jour (Müller et al., 2012). Aujourd’hui, plus de 50% des béninois vivent en ville. D’après les statistiques des Nations Unies, 63% des 8 milliards d’hommes que comptera la terre, résideront en ville en 2025 (MEHU, 2004).
Ces chiffres nous paraissent très importants à savoir, parce que, au niveau de la production des déchets, on observe une différence entre les villes et campagnes d’un même pays. De même, il existe une différence entre pays développés et pays en développement. Dans les pays en développement en général, on estime aujourd’hui la quantité produite à environ 180 - 240 kg de déchets par habitant par an. C’est 1,5 à 2,5 fois moins que les quantités enregistrées dans les pays industrialisés. C’est dire que l’urbanisation donne du volume aux poubelles. En effet, le Maroc présente, par exemple, 274 kg / an / habitant (Adégbindin, 2009) contre 13,8 tonnes par habitant pour la France en 2010, en prenant en compte les déchets professionnels : BTP, industrie, agriculture, activités de soins (Mathery et al., 2012). En zone résidentielle d’Abidjan en Côte d’Ivoire, on enregistre un taux de déchets de 1,2 kg / j / habitant contre 0,4 kg / j / habitant dans les quartiers périphériques. En ce qui concerne le Bénin, pour l’ensemble des centres urbains, le taux de déchets se chiffre à 0,45 kg / j / habitant (Lawson, 2008).
I.1.2. COLLECTE DES DECHETS AU BENIN
Le taux de collecte des déchets au Bénin est faible voire très faible ainsi que le révèlent les quelques données existant officiellement sur le sujet et les prévisions (Tableau 1.1).A travers les études de collecte en 1997 à Cotonou, la population riche (environ5% des Cotonois) résidant dans les quartiers tels que Les Cocotiers, Saint Michel et JAK, a produit 14% des
8 déchets de la ville pendant que les résidents des quartiers considérés comme pauvres, Aïbatin, Mènontin et autres, ont produit moins de déchets par tête (Vissoh, 2002).
Tableau 1.1: Prévision de l’évolution du taux de collecte des déchets au Bénin
ANNEE 2002 2007 2012
TAUX 6,3% 17,8% 29,6%
Source : (MEHU, 2002)
Nous pouvons donc confirmer que, même au Bénin, la quantité des déchets, les substances décelables et les traitements qui en sont effectués, dépendent de loin du niveau de développement des hommes et des lieux.
I.1.3. DESTINATIONS ACTUELLES DES DECHETS AU BENIN
Selon les résultats du troisième recensement général de la population et de l’habitat, 78 % de la population rejetaient leurs déchets dans la nature ou simplement au dehors de leur maison.
Parmi les 22 % restants, seulement 10,6 % accédaient à la voirie privée ou aux ONG (9,6%) ou à la voirie publique (1%) au moment où 9,8% de la population continuaient de brûler leurs déchets alors que 1% se contentait de les enterrer (INSAE, 2003).
I.1.4. EVOLUTION DES DECHETSPLASTIQUES DANS LES DECHARGES BENINOISES
Au Bénin, des études ont montré que la part de la composante plastique de la masse des déchets solides ménagers augmente. Le cas le plus représentatif de l’état des lieux fait en la matière pour la ville de Cotonou par Gbèdo (2009) est résumé dans le Tableau 1.2.
Tableau 1.2: Evolution du pourcentage de plastiques dans les déchets solides ménagers à Cotonou
Auteurs Années Pourcentages de plastique dans les déchets solides ménagers
GIGG 1983 3,20
DESSAU 1997 4,40
BIAOU 2004 7,26
GBEDO 2009 7,74
Source: (Gbèdo, 2009)
Cette ville, à elle seule, produit actuellement environ 32 % des déchets plastiques repérables dans les villes principales et secondaires. Le poids de la présence des plastiques dans les poubelles de cette ville donne donc des indications sérieuses sur la tendance générale du pays.
9
I. 1.5. CATALOGUE DES PLASTIQUES DANS LES DECHARGES AU BENIN
Le Réseau National des Centres de Ressources (RNCR), dans son rapport final, suite à l’Etude menée sur la gestion des déchets plastiques dans l’espace UEMOA: cas du Bénin, a fait le point des objets plastiques des décharges et caractérisé leurs masses respectives sur dix ans : de 2002 jusqu’en 2012. Le catalogue et les masses des plastiques repérés sont présentés dans le Tableau 1.3
Tableau 1.3. Catalogue et évolution du gisement des déchets plastiques au Bénin de 2002 à 2012
TYPE DE DECHETS PLASTIQUES
Exemples
ANNEE
2000 2002 2007 2012
QUANTITES (Tonnes)
1- Polyéthylène
Téréphtalate
PET -Bouteilles d’eau minérale
321 340 395 458
2- Polyéthylène
High Density HDPE
-Ustensiles de cuisine
-Bidons, jouets -Récipients, sièges
3.062 3.248 3.765 4.365 3- Polyvinylchloride
PVC -Tuyaux,
matériaux de quincailleries
62 66 76 89
4- Polyéthylène
Low Density
LDPE -Sachets 4.411 4.680 5.425 6.289
5- Polypropylène
PP
-Seringues, imperméables, jouets, récipients, tuyaux, valises, nappes de table
242 256 297 345
6- Polystyrène
PS -Pots de yaourt, jouets, ustensiles à jeter
158 167 194 225
7- Polyuréthane
PUR
-Matelas, mousse -Coussins pour salon
-Coussins pour voiture
180 191 221 256
TOTAL 8.435 8.948 10.374 12.026
Source : (RNCR, 2011)
10 Jusqu’à nos jours, au Bénin comme dans l’espace UEMOA, la gestion des déchets plastiques ne constitue pas encore une préoccupation officielle importante, du moins en matière de la valorisation de ceux-ci (RNCR, 2011). Tout compte fait, le recyclage paraît objectivement la meilleure voie de traitement des déchets de cette matière. Depuis 1988, certains marquages conventionnels permettent de reconnaître les types de plastiques parmi les déchets et de faciliter ainsi leur recyclage (Tableau 1.3).
Au Bénin, tous les déchets plastiques recyclés se retrouvent encore dans la catégorie des déchets non recyclés tout simplement parce que le mode de recyclage appliqué est peu avancé (GTZ, 1998). En ce qui concerne les sachets plastiques d’emballage, 86% de ceux qui les emploient les jettent dans la rue après usage, 5,50% les incinèrent, 5,50% les utilisent pour faire du feu et 2,75% en font diverses autres choses (RNCR, 2011). Le Ministère Béninois de l’Environnement, de l’Habitat et de l’Urbanisme dénombre trois pratiques courantes à l’issue de l’usage fait des objets plastiques : le rejet dans la nature, l’incinération et l’enfouissement (MEHU, 2002). A titre comparatif, la France affiche les comportements suivants sur l’ensemble de son territoire : incinération : 30 % ; décharges : 36 % ; recyclage : 20 % ; compostage : 14 % (Mathery et al., 2012).
Sans doute, les pratiques dans nos pays ont des conséquences importantes sur la santé et l’environnement. Nous en parlerons plus loin. En effet, les déchets plastiques, prenant du volume dans les poubelles, créent des problèmes d’encombrement difficiles à gérer. Le matériau ne peut être mis en compostage, ni même être pris dans un processus de transformation utile et facilement manipulable à l’instar des matériaux biodégradables. Cette difficulté est par surcroît aggravée par le fait que les plastiques ne sont pas toujours de mêmes sources et la plupart du temps, les formulations de fabrication sont gardées dans les confidences des industries (secrets professionnels obligeant). Or, pour recycler un matériau exclusivement conçu en laboratoire, il s’avère nécessaire de connaître les molécules mises en jeu et leurs propriétés.
I. 1.6. TYPOLOGIE ET PROPRIETES DES PLASTIQUES
La science des matériaux est l’étude des relations qui existent entre leur structure et leurs caractéristiques générales. Pour être en mesure d’utiliser un matériau de façon rationnelle, l’ingénieur doit d’abord connaître ses caractéristiques fonctionnelles et sa structure. Nous présentons la matière plastique dans sa diversité, les fondements de son comportement mécanique, les raisons de son essor et les impacts de sa profusion sur l’environnement.
