ETUDE DE L’INFLUENCE DU VERRE BROYE SUR LES CARACTERISTIQUES MECANIQUES DES BLOCS DE TERRE COMPRIMEE STABILISEE AU CIMENT ET DES BRIQUES CUITES

OPTION : Bâtiments et Travaux Publics

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MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

UNIVERSITÉ D’ABOMEY – CALAVI (UAC)

ÉCOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY – CALAVI (EPAC) SECTEUR INDUSTRIEL

DÉPARTEMENT DE GÉNIE CIVIL

POUR L’OBTENTION DU DIPLÔME D’INGENIEUR DE CONCEPTION

ETUDE DE L’INFLUENCE DU VERRE BROYE SUR LES CARACTERISTIQUES MECANIQUES DES BLOCS DE TERRE COMPRIMEE STABILISEE AU CIMENT ET DES BRIQUES CUITES

Présenté et soutenu par : Constant Sêdo ADISSIN

Pr. Victor S. GBAGUIDI Maître de conférences-CAMES

Enseignant-Chercheur à l’EPAC-UAC Pr. Malahimi ANJORIN Maître de conférences-CAMES

Enseignant-Chercheur à l’EPAC-UAC

Ing. Gladys S. MILOHIN

Doctorante en Matériaux et Structures

Année académique : 2014-2015 Sous la direction de :

REPUBLIQUE DU BENIN

OPTION : Bâtiments et Travaux Publics

COMPOSITION DU JURY

 Président

Pr. OLODO Emmanuel

 Membres

Pr. GBAGUIDI S. Victor Dr. ANANOUH Victor Dr. ZINSOU C. Luc

 Invité

Pr. ANJORIN Malahimi

Je dédie ce travail à

Tous ceux qui me sont chers.

REMERCIEMENTS

Ce travail a porté de fruit grâce à la collaboration et au soutien de plusieurs personnes. Je tiens sincèrement à remercier tous ceux qui, d’une manière ou d’une autre, m’ont apporté leur aide pour la réussite de ce travail.

Je tiens à témoigner en premier lieu ma profonde gratitude à Dieu Tout - Puissant pour sa grâce et sa protection qu’Il ne cesse de m’accorder.

J’exprime également ma profonde gratitude aux Professeurs Victor S.

GBAGUIDI et Malahimi ANJORIN qui m’ont accepté dans ce travail de recherche et ont su me guider ; je leur exprime ma reconnaissance pour leur disponibilité, leur soutien intellectuel, matériel, financier et moral. Merci à Vous!

Je remercie également l’Ingénieur Gladys S. MILOHIN pour sa disponibilité, ses précieux conseils sans oublier son soutien matériel.

Mes remerciements vont également à l’endroit du :

Pr. Félicien AVLESSI, Directeur de l’Ecole Polytechnique d’Abomey- Calavi, Professeur titulaire des Universités ;

Pr. Clément BONOU, Directeur adjoint de l’Ecole Polytechnique d’Abomey – Calavi, Maître de Conférences des Universités ;

Pr. Edmond ADJOVI, Professeur titulaire des Universités, Directeur de l’ESTBR d’Abomey ;

Pr. Emmanuel OLODO, Maître de Conférences des Universités ;

Pr. Aïssè Gérard GBAGUIDI, Maître de Conférences des Universités, Directeur de VERECHAGUINE A. K. ;

Pr. Mohamed GIBIGAYE, Maître de Conférences des Universités, Pr. François de Paule CODO, Maître de Conférences des Universités ; Dr. Ezéchiel ALLOBA, Maître Assistant des Universités ;

Dr. Mathias SAVY, Maître Assistant des Universités ;

Dr. Adolphe TCHEHOUALI, Maître de Conférences des Universités ; Dr. Léopold DEGBEGNON, Maître Assistant des Universités ;

Dr. Agathe HOUINOU, Assistante des Universités ;

Dr. Gossou Jean HOUINOU, Maître Assistant des Universités ; Dr. Crépin ZEVOUNOU, Maître Assistant des Universités;

Dr. Codjo Luc ZINSOU, Maître Assistant des Universités ; Dr. Taofic BACHAROU, Maître Assistant des Universités ; Dr. Architecte Noël DIOGO, Enseignant à l’EPAC ;

Dr. Valéry Kouandété DOKO, Assistant des Universités ; Merci à toi Maman pour tout !

Je remercie tous mes frères et sœurs Georges, Laure, Luc, Florentine, Jacques pour leurs soutiens.

Je n’oublie pas mes camarades de classe en particulier Jean-Philippe et Ulrich ; Merci à Vous !

R

La valorisation des matériaux locaux dans le domaine de la construction civile est la préoccupation actuelle de tout pays. En effet, ces matériaux présentent de nombreux avantages dont économiques grâce à leur disponibilité locale en grande quantité. L’incorporation des déchets de verres broyés dans ces matériaux permet de résoudre un problème environnemental qui est la gestion des déchets.

Le présent travail étudie les résistances mécaniques des briques de terre comprimée et des briques cuites avec incorporation des déchets de verres broyés.

Le dosage en ajout de verres a été varié de 0 à 60% par pas de 5% dans les blocs afin de déterminer le dosage présentant les meilleures performances.

Nous avons utilisé deux sols : la terre de barre et l’argile. D’après la classification selon la norme NF P 11 – 300, la terre de barre est un sol de type A2ts et l’argile de type A4.

Les résultats ont montré que le verre broyé a fragilisé les blocs de terre comprimée stabilisé au ciment à la flexion mais a considérablement amélioré leur résistance en compression. La résistance maximale en compression est obtenue pour un dosage de 10% en verre broyé ; soit 5,3MPa à 21 jours.

Par ailleurs, le verre broyé a un effet positif sur les résistances à la flexion et à la compression des briques cuites. Les valeurs maximales de ces résistances sont obtenues au dosage de 25 % en verre broyé. Soient 8 MPa à la flexion et 16,6 MPa à la compression.

Mots clés : Résistances mécaniques, blocs de terre comprimée, briques cuites, verre broyé.

A

The valorization of local materials in the field of civil construction is the current concern of all country. Indeed, these materials have many advantages which economic thanks to availability in large quantities. Incorporation waste crushed glass in these materials can solve environmental problem which is waste management.

This work studies the strengths of compressed earth blocks and baked bricks with incorporation of crushed glass. We varied the crushed glass from 0 to 60%

per step of 5% in the bricks in order to determine the dosage having better performance.

We used two soils: the bar of earth and the clay. According to the classification according to standard NF P 11 – 300, the bar of earth is a soil of type A2ts and the clay, A4 type.

The results showed that the glass has weakened the compressed earth blocks stabilized cement at bending but has substantially improved their compressive strength. The high strength is obtained by dosing 10% of crushed glass, 5.3 MPa at 21 days.

Also, crushed glass ground to a positive effect on the resistance bending and compression of bricks. The peak values of these strength are obtained by dosing 25% of crushed glass. We have 8 MPa at bending and 16.6 MPa at compressive.

Keywords: Strengths, compressed earth blocks, baked bricks, crushed glass.

Sommaire

... I REMERCIEMENTS ... II RESUME ... IV

ABSTRACT ... V SOMMAIRE... VI LISTE DES FIGURES ... VII LISTE DES TABLEAUX ... VIII LISTE DES PHOTOGRAPHIES... IX LISTE DES GRAPHES ... X LISTE DES SYMBOLES ET ABREVIATIONS ... XI LISTE DES ANNEXES ... XIV

... 1

... 5

DESTRAVAUXEFFECTUESSURLEMATERIAUTERRE ... 6

LESMATERIAUXCOMPOSITES ... 8

PRESENTATIONDESMATERIAUXUTILISES ... 12

1.4. LASTABILISATION ... 26

... 30

2.1. CYCLEDEPRODUCTIONDESBLOCS ... 31

2.2. LESMATERIAUXUTILISES ... 32

2.3. LACONFECTIONDESBLOCS ... 35

2.4. LESESSAISREALISES... 41

... 59

3.1. LESESSAISD’IDENTIFICATION ... 60

3.2. LESRESULTATSDESESSAISDEDETERMINATIONDESMASSES VOLUMIQUES ... 65

3.3. LESESSAISMECANIQUES ... 67

3.4. POSSIBILITED’UTILISATIONDESMATERIAUXETUDIES ... 75

... 79

BIBLIOGRAPHIE ... 83

ANNEXES ... 86

TABLES DES MATIERES ... 93

L

Figure 1: les techniques de construction en terre de barre (H. Houben, H. Guillaud, 2006) .. 19

Figure 2: Schéma de la fabrication du ciment Portland (Sadok, 2011) ... 22

Figure 3: Mélange total sec pour les briques en terre de barre et les briques cuites ... 36

Figure 4 : Dispositif de la flexion 3 points ... 57

Figure 5 : Dispositif de la compression ... 57

Figure 6 : Courbe granulométrique par tamisage sur la terre de barre ... 60

Figure 7 : Courbe granulométrique par sédimentometrie sur la terre de barre ... 61

Figure 8 : Limite d’Atterberg sur la terre de barre ... 61

Figure 9 : Courbe granulométrique par sédimentometrie de l’argile ... 62

Figure 10 : Limite d’Atterberg sur la terre de barre ... 62

Figure 11 : Courbe granulométrique par tamisage sur le verre broyé ... 63

Figure 12 : Abaque de CASAGRANDE ... 64

Figure 13 : Variation des taux du compactage en fonction du dosage en verre broyé ... 66

L

Tableau 1: les minéraux lourds présents dans la terre de barre ... 17

Tableau 2 : Types de ciments courants normalisés par la norme NF P 15-301 ... 23

Tableau 3 : Cycle de production des blocs ... 31

Tableau 4 : Les différentes formulations pour les blocs en terre de barre ... 38

Tableau 5 : Les différentes formulations pour les blocs en argiles ... 38

Tableau 6 : Teneur en eau du mélange des briques de terre comprimée stabilisée au ciment 39 Tableau 7 : Teneur en eau du mélange des briques cuites ... 39

Tableau 8 : Codification des blocs ... 40

Tableau 9 : Les masses volumiques des matériaux ... 65

Tableau 10 : Les taux du compactage des briques ... 65

Tableau 11 : Caractéristiques mécaniques, hydriques et physiques exigées pour les BTC ordinaires ... 77

L

Photo 1 : Des sacs remplis de terre de barre ... 32

Photo 2 : Carrière de terre de barre de Hêvié ... 32

Photo 3 : Terre de barre passée au tamis de 2 mm ... 32

Photo 4 : Des sacs remplis d’argile ... 33

Photo 5 : Lieu du prélèvement de l’argile ... 33

Photo 6 : L’appareil Los Angeles ... 33

Photo 7 : L’argile étalée et séchée au soleil ... 33

Photo 8 : Argile passée au tamis de 2 mm ... 33

Photo 9 : Le broyeur des verres ... 34

Photo 10 : Bouteilles recyclées ... 34

Photo 11 : Poudre de verres ... 34

Photo 12 : La presse pour la confection des blocs de 4x4x16 cm³ ... 35

Photo 13 : Le four du Lycée Technique de Kpondéhou ... 41

Photo 14 : Les blocs cuits normaux ... 69

Photo 15 : Cœurs des blocs cuits ... 70

Photo 16 : Photos des blocs cuits gonflés ... 72

L

Graphe 1 : Volume des vides des matériaux ... 66

Graphe 2 : Résistances à la flexion 3 points des briques stabilisées à froid ... 67

Graphe 3 : Résistances à la compression des briques stabilisées à froid ... 68

Graphe 4 : Résistance à la flexion des briques cuites ... 70

Graphe 5 : Résistance à la compression des briques cuites ... 71

Graphe 6 : Résistances à la flexion des blocs gonflés ... 73

Graphe 7 : Résistances à la compression des blocs cuits gonflés ... 73

Graphe 8 : Etude comparative entre les résistances à la flexion ... 74

Graphe 9 : Etude comparative entre les résistances à la compression ... 74

L

ASTM American Society for Testing Materials;

TEM Microscopie Electronique en Transmission;

BTC Briques de Terre Comprimée ; BTS Briques de Terre Stabilisée ; GES Gaz à effet de serre ;

CMO Composite à matrice organique ; CMC Composite à matrice céramique ; CMM Composite à matrice métallique ; CPJ Ciment Portland avec ajout ; CVD Dépôt chimique en phase vapeur ; NFP Norme Française

ISO Internationnal Organization for Standardization

GIEC Groupe d’Expert Intergouvernementaux sur l’Evolution du Climat ; CRATerre Centre international de la construction en terre ;

UAC Université d’Abomey – Calavi ;

EPAC Ecole Polytechnique d’Abomey – Calavi ; Rth Résistance thermique ;

e Epaisseur de la paroi ; λ Conductivité thermique ;

S Surface de la paroi normale au flux ; a Diffusivité thermique ;

ρ Masse volumique ; CP Chaleur spécifique ; Q Quantité de Chaleur ; Δt Variation de température ; m Masse du corps ;

E Effusivité thermique ; φ Flux thermique ;

P Pourcentage des particules de diamètre inférieur ou égal à D ; VS Volume de la suspension ;

ρs Masse volumique des particules solides ;

ρw Masse volumique de l’eau distillée à la température d’essai ; ρt Masse volumique de la suspension au temps t ;

RC La lecture corrigée du densimètre à l’instant t ; R La lecture du densimètre à l’instant t ;

Ct Le facteur de correction de la température ; Cm Le facteur de correction du ménisque ; Cd Le facteur du défloculant ;

D Le diamètre équivalent des particules ;

Vd Le volume du densimètre ; ωL Limite de liquidité ;

ωP Limite de plasticité ; IP Indice de plasticité ;

CV Briques cuites avec incorporation du calcin broyé

FV Blocs stabilisés au ciment avec incorporation du calcin broyé

L

Annexe 1 : Tableau montrant les résultats de l’analyse granulométrique par tamisage sur la terre de barre ... 86 Annexe 2 : Tableau montrant les résultats de l’analyse granulométrique par sédimentometrie sur la terre de barre ... 87 Annexe 3 : Tableau montrant les résultats de l’analyse granulométrique par sédimentometrie sur l’argile ... 88 Annexe 4 : Tableau montrant les résultats des limites d’Atterberg de l’argile ... 88 Annexe 5 : Tableau montrant les résultats des limites d’Atterberg de la terre de barre ... 89 Annexe 6 : Tableau montrant les résultats de l’analyse granulométrique par tamisage sur le verre broyé ... 89 Annexe 7 : Tableau montrant les résultats de l’essai de détermination de la masse volumique de la terre de barre ... 90 Annexe 8 : Tableau montrant les résultats de l’essai de détermination de la masse volumique de l’argile ... 90 Annexe 9 : Tableau montrant les résultats de l’essai de détermination de la masse volumique du verre broyé ... 91 Annexe 10 : Quelques photos ... 92

Ntroduction générale

I

INTRODUCTION GENERALE

La notion de développement durable est définie pour la première fois en 1987 par la Commission Mondiale sur l’Environnement et le Développement dans le rapport Brundtland. Ce rapport introduit que : ‘’le développement durable est un développement qui répond aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures de répondre aux leurs’’. De cette définition résulte un aspect concomitant essentiel à un développement durable ; cet aspect est celui environnemental, par la préservation du patrimoine naturel pour les générations futures. On doit répondre à cette exigence afin de limiter l’impact des différents secteurs, entre autre le bâtiment, sur la qualité de l’environnement.

L’un des indicateurs de l’impact global de l’homme sur la planète est le réchauffement climatique provoqué par les émissions de gaz à effets de serre d’origine anthropique (GIEC, 2007). Pour GIEC (Groupe d’Expert Intergouvernementaux sur l’Evolution du Climat), afin de limiter les répercussions humaines du changement climatique, il faut réduire de moitié les émissions de gaz à effet de serre (GES) au niveau planétaire d’ici à 2050.

Le secteur du bâtiment est directement concerné puisque grand consommateur d’énergie. En effet, la fabrication d’une tonne de ciment produit 0,8t du CO2. (G. Escadeillas, 2006). Ainsi l’utilisation du ciment dans n’importe quel matériau de construction favorise l’émission de GES.

Environ 80% des émissions de CO2 d'un bâtiment proviennent de son exploitation tout au long de sa durée de vie, a expliqué Christophe Lévy, directeur de la Recherche Granulats et Bétons de Lafarge lors d'un point de presse. Il est donc nécessaire de repenser les systèmes constructifs pour concevoir des bâtiments moins consommateurs d'énergie.

Il est aussi à noter que les matériaux utilisés dans le bâtiment sont excessivement chers ; ce qui fait que le coût de la construction des logements se

voit souvent très élevé et n’est pas à la portée de tout le monde. En plus ils n’offrent pas le confort voulu.

Comment faire alors pour résoudre ces problèmes de confort, de coût, et d’émission de CO2 générés par le secteur du génie civil ?

Pour résoudre ces problèmes, les chercheurs du domaine du génie civil se sont lancés dans la recherche de nouveaux matériaux moins énergivores respectant l’environnement, à moindre coût et offrant un meilleur confort. Ils se sont alors orientés vers les éco matériaux qui consistent en utilisation des matériaux locaux dont l’argile et la terre de barre. En effet la fabrication de 1m³ de ces matériaux locaux ne requière que 5 à 10 kWh tandis que 1m³ de béton requière 400 à 800 kWh (H. Houben, 1997).

Pour résoudre un autre problème environnemental, les chercheurs ont pensé à l’incorporation des déchets dans ces matériaux locaux pour étudier l’influence de ces déchets sur ces derniers ; ce qui permet d’obtenir des matériaux composites.

L’un des déchets qui fait l’objet d’étude est le verre. Il faut 4000 ans pour que le verre se dégrade (C. DOURY). Donc leur utilisation dans les matériaux de construction permet de résoudre un problème environnemental : la gestion des déchets.

Dans le but de concevoir de nouveaux matériaux présentant de bonnes caractéristiques et résolvant les problèmes coût et confort sans avoir de conséquences néfastes sur l’environnement, nous avons choisi travailler, dans le cadre de notre mémoire de fin de formation du cycle d’ingénieur, sur le thème :

L’objectif général de cette étude est de voir le comportement de l’argile cuite et de la terre de barre stabilisée au ciment sous l’influence du verre broyé.

« Etude de l’influence du verre broyé sur les caractéristiques mécaniques des blocs de terre comprimée stabilisée au ciment

et des briques cuites».

De façon spécifique, il s’agira de :

 Caractériser les matériaux de base : argile et terre de barre ;

 Evaluer les caractéristiques mécaniques des matériaux sous l’influence du verre broyé ;

 Déduire l’influence du verre broyé sur les matériaux de base ;

 Déterminer la formulation convenable à l’élaboration des composites.

DESTRAVAUXEFFECTUESSURLEMATERIAUTERRE ... 6

LESMATERIAUXCOMPOSITES ... 8

PRESENTATIONDESMATERIAUXUTILISES ... 12

1.4. LASTABILISATION ... 26

C Synthèse bibliographique ^Hapitre 1

SOMMAIRE

La terre est utilisée pour la construction de bâtiments depuis les temps les plus reculés, comme en témoigne l’habitat traditionnel en de nombreux points de notre planète. Après avoir été abandonnée et presque oubliée avec l’avènement des matériaux de construction industriels, en particulier le béton et l’acier, elle fait aujourd’hui l’objet d’un regain d’intérêt dans les pays en développement comme dans les pays industrialisés. Ce matériau, souvent critiqué pour sa sensibilité à l’eau et son manque de durabilité, présente dans sa forme actuelle de nombreux avantages pour la construction de logements durables, confortables et économiques.

Dans ce chapitre, nous allons faire une revue bibliographique sur les matériaux de base tels que : l’argile, la terre de barre, le verre sans oublier le ciment. Mais bien avant, présentons quelques travaux effectués sur le matériau terre.

DES TRAVAUX EFFECTUES SUR LE MATERIAU TERRE

P. MEUKAM a fait des études sur des briques de terre stabilisée sans ajout, des briques de terre stabilisée avec l’incorporation de pouzzolane naturelle et de sciure de bois et soumises à trois climats : climat tropical sec, climat tropical humide et équatorial humide. Les résultats ont permis de faire une prédiction sur la durabilité des matériaux utilisés pour les murs soumis aux conditions climatiques locales. Les résultats montrent que pour chacun des trois climats considérés, il existe une faible possibilité de condensation de la vapeur d’eau dans les matériaux utilisés. Il arrive à la conclusion que les briques de terre stabilisée avec incorporation de pouzzolane ou de sciure de bois peuvent être utilisées comme enveloppe de bâtiment dans les régions à climat tropical ou équatorial sans que leur durabilité soit fortement altérée par les conditions climatiques. La brique de terre stabilisée sans ajouts présente la plus faible humidité relative et la plus faible teneur en eau. Ce matériau a un meilleur comportement hygroscopique,

comme enveloppe de bâtiment mais est moins bon isolant thermique que les autres matériaux avec ajouts. (P. Meukam, 2004)

S. AVAMASSE a étudié les caractéristiques thermomécaniques des blocs de terre comprimée avec ajout de sciure de bois. Il a utilisé deux essences de bois.

Il a conclu qu’à 10% de ciment, les BTC offrent une résistance acceptable et une meilleure isolation thermique pour 2% d’ajout de sciure de bois d’essence Tectona Grandis. (AVAMASSE, 2011)

G. MILOHIN a étudié les caractéristiques thermomécaniques des blocs de terre comprimée stabilisée au ciment et des briques cuites avec ajout de cendres de bois. A la fin de ses études, elle a retenu 20% de cendres de bois comme le meilleur dosage. Ce dosage a considérablement amélioré les résistances à la flexion et à la compression des bocs de terre stabilisés au ciment et par cuisson ; ses résultats ont également montré que les 20% de cendres ont amélioré les performances isolantes des composites obtenus. (MILOHIN, 2014)

B. TAALLAR a étudié le comportement physico – mécanique du bloc de terre comprimée avec fibre. Il a utilisé comme fibres végétales les fibres de palmier dattier. Il a également utilisé la paille d’orge hachée et des fibres de polypropylène mais seulement à titre de comparaison. La présence des fibres a un effet positif sur le comportement mécanique du composite, en augmentant sa ductilité par rapport au comportement fragile de la matrice seule. Cette étude a montré aussi que l’augmentation de la contrainte de compactage a un effet bénéfique sur l’ensemble des propriétés étudiées. Les résultats montrent aussi une baisse générale de l’absorption totale d’eau et du gonflement des blocs avec l’augmentation de la teneur en liant et avec la diminution de la teneur en fibres de palmier dattier. La résistance à la compression sèche des BTC à base de chaux augmente avec le temps de cure à l’étuve. Les blocs curés à l’étuve ont donné une résistance meilleure que celle des BTC curés au laboratoire ou avec de la vapeur

naturelle, tout en signalant que ce dernier type de cure présente l’avantage d’absence de dépense énergétique. (TAALLAR, 2014)

M. ADAGBE a étudié les caractéristiques physiques, mécaniques et thermiques du matériau banco. L’étude a été effectuée sur des blocs composés de tiges de riz, du sol argileux et de l’infusion de néré. D’après les valeurs obtenues pour les résistances à la traction par flexion et à la compression simple, elle a conclu que ces blocs sont résistants pour être utilisés comme des entrevous. Aussi, les caractéristiques effusivité, conductivité thermique et diffusivité varient-elles proportionnellement avec la teneur en eau. Cette étude montre que le fait d’ajouter de tige de riz à la terre de barre a considérablement amélioré ses propriétés mécaniques et thermiques. (ADAGBE, 2014)

LES MATERIAUX COMPOSITES 1.2.1. Définition

Un matériau composite est un assemblage d'au moins deux matériaux. Le nouveau matériau ainsi constitué possède des propriétés que les éléments seuls ne possèdent pas. Il est constitué d'une ossature appelée renfort qui assure la tenue mécanique et d'une protection appelée matrice qui est généralement une matière plastique (résine thermoplastique ou thermodurcissable) et qui assure la cohésion de la structure et la retransmission des efforts vers le renfort. Il existe aujourd'hui un grand nombre de matériaux composites que l'on classe généralement en trois familles en fonction de la nature de la matrice :

 les composites à matrices organiques (CMO) qui constituent, de loin, les volumes les plus importants aujourd'hui à l'échelle industrielle ;

 les composites à matrices céramiques (CMC) réservés aux applications de très haute technicité et travaillant à haute température comme le spatial, le nucléaire et le militaire, ainsi que le freinage (freins carbone) ;

 les composites à matrices métalliques (CMM).

Les composites trouvent leurs principales applications dans le transport aérien (civil et militaire), maritime et ferroviaire, le bâtiment, l'aérospatial ainsi que les sports et loisirs, notamment grâce à leur bonne tenue mécanique comparable aux matériaux homogènes comme l’acier et leur faible masse volumique (B. LY, 2008).

1.2.2. Les principaux composites

Les composites sont légions et sont utilisés dans plusieurs domaines. Nous avons :

 Les fibres de verre sont utilisées notamment dans la fabrication de piscines.

 Les fibres de carbone utilisées dans l’aviation.

 Le contreplaqué utilisé en menuiserie, construction, ébénisterie.

 Le béton et le béton armé en génie civil.

 La fibre d'aramide (ou Kevlar qui est une dénomination commerciale) utilisée dans les protections balistiques gilets pare-balles

 Le GLARE composé principalement d’aluminium et de fibre de verre est utilisé en aéronautique.

1.2.3. Les renforts

Le renfort est le squelette supportant les efforts mécaniques. Il peut se présenter sous de nombreuses formes : fibres courtes ou fibres continues (tissus ou textures multidirectionnelles) en fonction de l'application envisagée. Les fibres possèdent généralement une bonne résistance à la traction mais une résistance à la compression faible. Parmi les fibres les plus employées on peut citer :

 Les fibres de verre qui sont utilisées dans le bâtiment, le nautisme et diverses applications non structurantes. Le coût de production de ces fibres est peu élevé ; ce qui en fait l'une des fibres les plus utilisées à l’heure actuelle.

 Les fibres de carbone utilisées pour des applications structurantes. Elles sont obtenues par la pyrolyse d'un précurseur organique ou non sous

atmosphère contrôlée. Le plus utilisé de ces précurseurs est le PolyAcryloNitrile (PAN). Le prix de ces fibres reste relativement élevé mais il n'a cessé de diminuer avec l'augmentation des volumes de production. On les retrouve dans de nombreuses applications dans l'aéronautique, le spatial ainsi que les sports et loisirs de compétitions.

 Les fibres d'aramide (ou Kevlar qui est une dénomination commerciale) utilisées dans les protections balistiques comme les gilets pare-balles.

 Les fibres de carbure de silicium sont une bonne réponse à l'oxydation du carbone dès 500°C. Elles sont utilisées dans des applications très spécifiques travaillant à haute température et sous atmosphère oxydante (spatial et nucléaire). Leur coût de production est très élevé ce qui limite donc leur utilisation.

 Pour les composites d'entrée de gamme, un intérêt croissant est porté aux fibres végétales, comme le chanvre ou le lin. Ces fibres ont de bonnes propriétés mécaniques pour un prix modeste, et sont particulièrement écologiques puisque ce sont des produits naturels.

1.2.4. Les matrices

La matrice a pour principal but de transmettre les efforts mécaniques au renfort. Elle assure aussi la protection du renfort vis à vis des diverses conditions environnementales.

Dans le cas des CMO (composites à matrices organiques) les principales matrices utilisées sont :

 Les résines polyester peu onéreuses qui sont généralement utilisées avec les fibres de verre et que l'on retrouve dans de nombreuses applications de la vie courante.

 Les résines vinylester sont surtout utilisées pour des applications où les résines polyester ne sont pas suffisantes. Elle est issue d'une modification

d'une résine époxyde et est excellente pour des applications de résistance chimique.

 Les résines époxy qui possèdent de bonnes caractéristiques mécaniques.

Elles sont généralement utilisées avec les fibres de carbone pour la réalisation de pièces de structure et d'aéronautique.

 Les résines phénoliques utilisées dans les applications nécessitant des propriétés de tenue aux feux et flammes imposées par les normes dans les transports civils.

 Les résines thermoplastiques comme le polypropylène ou le polyamide.

Dans le cas des CMC (composites à matrices céramiques), la matrice peut être constituée de carbone ou de carbure de silicium. Ces matrices sont déposées soit par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) par densification d'une préforme fibreuse, soit à partir de résines cokéfiables comme les résines phénoliques (dans le cas des matrices de carbone).

Dans le cas des CMM (composites à matrice métallique) le matériau composite est constitué :

 D’une matrice métallique (par ex. aluminium, magnésium, Zinc, Nickel…)

 D’un renfort métallique ou Céramique (par ex : fils d’acier, particules de SiC, carbone, alumine, poudre de diamant…)

1.2.5. Avantages et inconvénients des composites

Les matériaux composites sont préférés à d’autres matériaux parce qu’ils offrent des atouts liés à :

 Leur légèreté ;

 Leur résistance à la corrosion et aussi à la fatigue ;

 Leur insensibilité aux produits comme les graisses, les liquides hydrauliques, les peintures et les solvants ;

 Leur possibilité de prendre plusieurs formes, d’intégrer des accessoires et permettre la réduction de bruit, etc….

Cependant certains inconvénients freinent leur diffusion :

 Les coûts des matières premières et des procédés de fabrication ;

 La gestion des déchets engendrés et la réglementation de plus en plus stricte. (B. LY, 2008)

PRESENTATION DES MATERIAUX UTILISES 1.3.1. L’argile

1.3.1.1. Définition

L’argile est une matière première utilisée depuis la plus haute antiquité. Le mot argile vient du grec “argilos” dérivé de “argos” qui veut dire blanc, ou du latin “argila”; c’est la couleur du matériau utilisé en céramique qui a conduit les anciens à lui donner ce nom. Pétrie avec de l'eau, elle donne une pâte plastique qui peut être facilement moulée ou mise en forme. Après cuisson, elle donne un objet résistant et (si émaillé ou porcelaine) imperméable. Ces propriétés remarquables sont à l'origine de son utilisation très ancienne pour réaliser des objets en céramique, en porcelaine… Briques et tuiles sont également fabriquées à partir d'un mélange d'argile et d'eau moulé sous pression et cuit à température suffisamment élevée (1 000 à 1 300 °C).

Il n’y a pas de définition universelle du terme « argile ». En effet, il en existe autant que de disciplines. Elle est une roche sédimentaire (issue de la précipitation ou du dépôt de particules) et forme en association avec d'autres roches plus de 50

% des roches sédimentaires. Si la température est basse, l'argile se métamorphise (transformation suite à des conditions nouvelles de température et de pression) en ardoise (roche noire de structure feuilletée), à l’inverse si la température et la pression sont hautes, elle se métamorphise en schiste ou en gneiss. L’argile à l’état naturel est rarement composée d’un seul minéral. Ainsi, elle correspond souvent à un mélange de phyllosilicates ; le minéral majoritaire lui donne alors son nom.

Il y a de plus, de nombreux minéraux associés comme les carbonates ( dolomite, diobertite, calcite, aragonite…) , la silice ( quartz, cristobalite, tridymite ) , des oxydes et hydroxydes d’aluminium ( corindon, gibbsite, diaspore,... ) ou encore des minéraux ferrifères (lépidocrocite, maghémite…).

Le terme argile désigne donc un mélange de minéraux argileux associés à d’autres minéraux (feldspaths, quartz etc.) ainsi que des impuretés (oxyde de fer, titane etc.). Par ailleurs, ce mélange est caractérisé par une certaine plasticité et des grains ayant une taille inférieure 2 µm (Michot, 2008).

1.3.1.2. Principaux types d’argile

Il existe plusieurs familles d’argiles qui rassemblent des dizaines d’espèces.

Mais ceux sont trois grands types d’argiles dont la présence dans le sol est la plus fréquente: la kaolinite, l’illite et la montmorillonite.

a- La kaolinite, de formule Al2Si2O5(OH)4, est une espèce minérale composée de silicate d'aluminium hydraté. La kaolinite se trouve dans les roches argileuses, comme le kaolin, ou dans les roches magmatiques, résultat de l'altération des feldspaths, des granites. Elle est utilisée en céramique notamment pour la fabrication de porcelaines dont elle est le constituant essentiel.

b- La montmorillonite, de formule Si4O10Al5/3Mg1/3Na1/3(OH)2, est connue sous l'appellation de « terre de Sommières » utilisée comme détachant ou comme bentonite employée en génie civil en raison de ses propriétés colloïdales. À la différence de l'halloysite, plusieurs couches d'eau peuvent prendre place entre deux feuillets de montmorillonite et par conséquent la séparation entre deux feuillets peut aller de 0,96 nm à la séparation complète.

c- L’illite de formule KAl2(AlSi3O10)(OH)2, possède une charge de -0,75 à -0,9.

Elle peut servir à la fabrication des objets en terre cuite. La structure des illites est proche de celle des micas mais en diffère par le degré de substitution Si/Al

(inférieur dans l'illite), la présence de potassium (inférieure dans l'illite) et pour un certain degré de désordre dans l'empilement des feuillets.

A part ces grands types d’argile, il en existe d’autres :

 Les interstratifiés formés par l’intercalage régulier ou non des feuillets des smectites avec d’autres feuillets argileux, souvent illitiques.

 Le chlorite qui peut comporter quelques substitutions isomorphes et dans certains cas, perdre une couche de brucite (Cation Mg²⁺) ou de gibbsite (cation Al²⁺). Il peut être gonflant mais pas aussi actif que la montmorillonite.

 La vermiculite : c’est un minéral semblable à la montmorillonite mais qui ne comporte que deux espaces d’eau entre les couches.

 L’attapulgite : minéral argileux qui n’a pas une structure en feuillets ; elle est constituée d’une chaîne de silicates et par conséquent, elle a la forme d’une aiguille ou d’une tige.

 L’allophane : c’est un silicate d’aluminium, cependant on la classe souvent comme minéral argileux. Elle est cependant amorphe, c’est-à-dire qu’elle n’a pas de structure cristalline régulière.

1.3.1.3. Les propriétés de l’argile

L’argile possède les caractéristiques d’un colloïde électronégatif (possédant des charges négatives à sa surface). Elle est très hydrophile, c’est-à-dire qu’elle a la capacité de se lier facilement avec l’eau. Elle présente ainsi les caractéristiques suivantes :

 La plasticité : elle peut être modelée ;

 L’adhésivité : elle se colle aux pièces métalliques des outils ;

 Le gonflement et le retrait : c’est-à-dire que l’argile change de volume selon le degré de l’humidité du sol.

L’alternance humectation - dessiccation est responsable du gonflement - retrait des colloïdes argileux. Lorsque le sol argileux se dessèche, les colloïdes se rétractent, des fissures se créent dans la masse de terre qui se crevasse.

1.3.2. La terre de barre 1.3.2.1. Définition

Plusieurs chercheurs ont travaillé sur la terre de barre du Bénin et ont donné les définitions suivantes:

Guilchers (1959) est l’un des premiers à étudier la terre de barre ; il définit la terre de barre qui recouvre le plateau, en arrière du complexe côtier, comme une formation meuble, rouge foncé, de texture argilo-sableuse. La terminologie terre de barre est héritée du portugais « barral » qui signifie argile. Les analyses granulométriques, morphoscopiques et l’étude des minéraux argileux indiquent que la terre de barre est formée d’un matériau hétérométrique, mis en place sous des conditions subaériennes tropicales, avec des consolidations sporadiques.

Guilchers conclut que ce matériel forme le couronnement de la série sédimentaire du bassin côtier du Bénin.

Slansky (1959) décrivant les plateaux du bassin sédimentaire qualifie de sol la terre de barre ; ses caractéristiques essentielles sont : mélange meuble de sable et d’argile, de couleur brun rouge. La proportion d’argile ferrugineuse et de sable est très variable. Il pense qu’il s’agit simplement de l’évolution latéritique des niveaux sous-jacents.

Selon Furon (1964), le continental terminal du Dahomey est caractérisé par des formations argilo-sableuse connues sous le nom de « terre de barre ». Elles peuvent atteindre une centaine de mètre de puissance et contenir à la base des niveaux ligniteux.

Fauck (1972) attribue, lui le terme de « terre de barre » aux sols rouges développés sur les roches-mères que représente le continental terminal du Bénin.

D’après le rapport national sur la diversité biologique en 1998 (Bénin), la terre de barre est définie comme étant une formation plus ou moins meuble, de couleur rouge à brun rouge ; humide, elle est légèrement ‘’collante’’. Elle ne contient jamais de débris de roches ou de galets de diamètre supérieur à 1 cm.

Lorsque la formation est faiblement indurée, elle présente des fentes de dessiccation. (M. ADAGBE, 2014)

1.3.2.2. Répartition de la terre de barre au Bénin

D’après le rapport national sur la diversité biologique en 1998 (Bénin), la terre de barre est la bande de terre comprise entre le cordon littoral et la latitude de 7°N. Elle est divisée en deux par la dépression de Lama et comprend six plateaux :

o Abomey-Calavi – Allada ; o Sakété – Pobè ;

o Bopa – Dogbo – Aplahoué ; o Zogbodomey – Abomey ; o Zangnanado ;

o Kétou ;

Elle couvre une superficie d'environ 10500 km². 1.3.2.3. Composition de terre de barre

La terre de barre du sud Bénin décrite par WILLIAME et VOLKOFF en 1966 présente les caractéristiques physiques et chimiques suivantes: 15,3%

d'Argile; 5,4% de limon; 77,3% de sable et 0,05% d'Azote total; la teneur en matières organiques est de 2,64%.

L’analyse minéralogique a permis de distinguer deux catégories de matériaux par leur densité :

 Les minéraux légers : constitués essentiellement de quartz et quelques paillettes de micas;

 Les minéraux lourds : constitués de zircon, tourmaline, rutile, disthène, épidote (clinozoïte, pistachite, staurotide et sphène)

Tableau 1: les minéraux lourds présents dans la terre de barre

Types Caractéristiques

Zircon Rose ou incolore, très roulé ou avec sa forme cristalline nette.

Tourmaline Brune, noire ou verte, se présente sous des formes très diverses.

Rutile Rouge, rouge-jaune, rarement bien usé.

Disthène Grands cristaux allongés et aplaties, généralement anguleux, cassure irrégulière en marche d’escalier.

Staurotide Brun jaune, toujours non usé, grain en général irrégulier à cassure en dents de scies.

Sphène Fragment de cristaux ou en grain irréguliers, plus ou moins usés, de couleur marron à gris.

Epidote Clinozoïde

Transparent, presque incolore, avec des clivages parallèles à l'allongement du grain, cassures irrégulières.

Pistachite Couleur jaune sous forme cristalline.

1.3.2.4. Les techniques de constructions en terre

Construire en terre, c’est construire avec un matériau que l’on foule aux pieds tous les jours. Mais la terre ne peut être employée en construction que si elle offre une bonne cohésion propre, principalement due à la présence d’argile qui joue le rôle de liant naturel.

En maintes contrées dont les paysages familiers en sont très souvent richement marqués, l’architecture de terre est véritablement un témoignage vivant de l’histoire et de la culture des peuples.

De la tradition de construire en terre, on dénombre de très nombreux modes de construction avec une infinité de variantes qui traduisent l’identité des lieux et des cultures. On connait principalement douze modes d’utilisation de la terre en

construction. Parmi ceux-ci, sept sont très couramment employés et constituent les genres techniques majeurs.

a- Adobe : la brique séchée au soleil est plus communément connue sous le nom d’adobe. Les briques d’adobe sont moulées à partir d’une terre malléable souvent ajoutée de paille. A l’origine, ces briques étaient formées à la main. Plus tard (et encore aujourd’hui), elles seront fabriquées manuellement à l’aide de moules à formes prismatiques variées en bois ou en métal. Actuellement, on emploie également des machines.

b- Pisé : la terre est comprimée en masse avec un pilon dans des branches, couche par couche, et banchée par banchée. Traditionnellement, ces outils sont en bois.

c- Terre-paille : pour cette technique, la terre utilisée doit avoir une bonne cohésion. Elle est dispersée dans de l’eau jusqu’à l’obtention d’une barbotine homogène, que l’on verse sur de la paille, jusqu’à enrober chaque brin. Au séchage, on obtient un matériau dont la texture est essentiellement celle de la paille.

d- Torchis : une structure en colombages et claies de bois est hourdée avec une ou plusieurs couches de terre. Cette terre argileuse, amendée de paille ou d’autres fibres, constitue les parois de la bâtisse.

e- Façonnage : cette technique ancestrale est toujours fréquemment utilisée.

La terre est façonnée de la même façon que pour la poterie, sans outils.

f- Blocs comprimés : pendant longtemps, on a fabriqué des bocs de terre à l’aide de moules dans lesquels on comprimait la terre à l’aide d’un petit pilon ou en rabattant avec force un couvercle très lourd. Ce procédé a été mécanisé et on utilise aujourd’hui des presses de toutes sortes. Les produits obtenus sont extrêmement variés.

g- Bauge : ce procédé consiste à empiler des boules de terre les unes sur les autres et à les tasser légèrement à l’aide des mains ou des pieds jusqu’à

confectionner des murs monolithiques. Habituellement, la terre est amendée de fibres de natures diverses.

Aujourd’hui, ce sont les techniques de l’adobe, du prisé et du bloc comprimé qui sont les plus à l’honneur et même abordées à un très haut niveau de recherche scientifique et technologique.

Figure 1: les techniques de construction en terre de barre (H. Houben, H. Guillaud, 2006)

1.3.2.5. Avantages des blocs de terre comprimée (Houben, Guillaud, 1995)

Les avantages des BTC sont légion :

 Economiques :

- Réduction de la fuite des devises par une diminution des matériaux importés (ciment, acier, bois) ;

- Une production manuelle à haute intensité de d’œuvre qui favorise l’économie locale.

 Ecologiques :

- Réduction d’émission de CO2, dont 5% de l’émission mondiale provient de la production de ciment ;

- Réduction importante d’énergie consommée pour le transport du matériau de construction.

 Disponibilité :

- La terre est disponible en quantités quasiment illimitées dans la plupart des régions ;

- Production possible de l’échelle artisanale à l’échelle industrielle, possibilité de produire directement sur le chantier.

 Confort :

- Atténuation de l’amplitude et de la rapidité des variations climatiques à l’intérieur des bâtiments, grâce à une grande inertie thermique ;

- Autorégulation du taux d’humidité à l’intérieur des réalisations grâce aux matériaux.

 Qualité architecturale :

- Produits aux dimensions standardisées, modulaires, réguliers et précis ; - Réalisation des architectures aux murs apparents.

1.3.3. Le ciment

1.3.3.1. Définition

Le ciment est un liant hydraulique obtenu par cuisson (à 1450°C) et broyage d’un mélange de calcaire et d’argile. Un liant hydraulique est une poudre finement brayée qui avec contact d’eau fait prise et durcit sous des processus physico- chimiques complexes.

1.3.3.2. Fabrication de ciment

Les différentes étapes de fabrication du ciment sont : a) Extraction et concassage :

Le calcaire est extrait par explosif dans des carrières généralement prêt de la cimenterie. L’argile, plus meuble, est extraite par des engins mécaniques et transportée en cimenterie. Le concassage, fait sur les lieux de l’extraction, réduit la granulométrie des matériaux à environ 50mm.

b) Préparation de cru :

Un mélange homogène d’argile et de calcaire est réalisé. Les proportions sont déterminées selon leurs compositions chimiques et sont toujours proche de 80%

de calcaire et 20% d’argile. Le mélange est broyé en une poudre de granulométrie inférieure à 200 microns. La poudre obtenue est homogénéisée par un mélangeur pneumatique ou mécanique. Le produit obtenu est appelé « le CRU ».

c) Cuisson

Réalisée dans des fours rotatifs à une température maximale d’environ 1450°C, la cuisson permet la transformation du cru en clinker (forme de grains de 0,5 à 4 cm de diamètre). A la sortie du four, le clinker est refroidi rapidement (à une température de 50 à 250°C) pour éviter une forte cristallisation.

d) Broyage

Le Clinker Portland est additionné de gypse et éventuellement d’ajouts cimentaires (Laitier, pouzzolane, calcaire,…) et est broyé en poudre fine d’une granulométrie inférieure à 80 µm, c’est le ciment Portland.

Figure 2: Schéma de la fabrication du ciment Portland (Sadok, 2011)

Tableau 2 : Types de ciments courants normalisés par la norme NF P 15-301

Désignation Types de ciment Clinker % Ajouts en Teneur en % Matière secondaire CEM I Ciment Portland 95 à 100% ---

0 à 5%

CEM II/ A

CEM II/ B

Ciment Portland composé

80 à 94%

65 à 79%

- 6 à 20%

L’un des ajouts - 21 à 35%

CEM III/ A

CEM III/ B

CEM III/ C

Ciment de haut fourneau

35 à 64%

20 à 34%

5 à 19%

- 35 à 65%

Laitier - 66 à 80%

- 81 à 95%

CEM IV/ A

CEM IV/ B

Ciment pouzzolamique

65 à 90%

45 à 64%

Pouzzolane, - 10 à 35%

cendre

ou fume silice - 36 à 55%

CEM V/ A

CEM V/ B Ciment au laitier aux cendres

40 à 64%

20 à 39%

Laitier - 18 à 30%

et cendre

- 31 à 50%

1.3.4. Le verre

1.3.4.1. Quelques définitions

Le mot verre peut prendre des significations variées. Si dans le langage courant ce terme sert à désigner un matériau fragile et transparent, dans le langage scientifique, le terme verre a une portée très vaste, alors qu’il est très difficile de le définir ; on peut définir le verre de deux façons :

 Une définition classique énoncée par R. Haas se formule ainsi « On désigne par verre un liquide surfondu figé ». Si l’on tient compte de cette définition, on arrive à ignorer toute une classe de verres qui n’ont jamais été obtenus à partir d’un liquide ;

 L’ASTM (American Society for Testing Materials) (Scholze, 1980), définit le verre en tant que : «produit non organique, qui a été refroidi après la fusion en conditions sévères, tout en évitant la cristallisation ». Ceci exprime essentiellement la même chose que la définition précédente, puisqu’elle exclut les verres polymères.

Il est bien clair ainsi qu’on ne peut pas avoir une définition générale du verre par le concours des méthodes d’élaboration. (BAAZOUZI, 2014).

Une autre alternative définit le verre comme étant : « un matériau solide, qui ne présente pas un ordre à long distance ». C’est-à-dire l’arrangement ne s’étale pas plus de deux à trois fois les dimensions de l’entité de base du verre. Cette définition est confirmée expérimentalement que ce soit par diffraction des rayons X, ou par microscopie électronique en transmission (TEM), mais elle porte un aspect arbitraire puisqu’elle dépend de la taille du motif de base.

En deuxième alternative : « le verre est un ensemble de tétraèdres partageant des sommets communs, et manquant de l’ordre à longue distance ». Cet énoncé exprime bien le concept du réseau vitreux, et il s’applique pour certain verres d’oxydes notamment les silicates.

La dernière alternative décrit le verre comme « un solide non-cristallin présentant le phénomène de la transition vitreuse », l’état physique correspondant est appelé état vitreux. Cette définition n’impose aucune restriction quant à la manière dont est obtenu le matériau vitreux. (Zarzycki, 1982)

Le verre est fabriqué principalement avec du sable et de la silice. On y retrouve également une bonne partie de calcaire et de carbonate de sodium.

Physiques, thermiques et chimiques, les caractéristiques du verre sont variées tout autant que leurs composants. Le verre possède moult propriétés qui font de ce

matériau un élément de choix dans la construction et le bâtiment (YANEZ, s.d.).

L’énergie utilisée pour la fabrication du verre à partir des matériaux bruts est très importante. Le recyclage du verre permet, d'une part la récupération d'une partie de cette énergie et d'autre part, la préservation de la nature. Ainsi, selon l'utilisation faite des résidus de verre provenant des déchets domestiques et industriels, son recyclage demande moins d’énergie que lors de sa fabrication originale.

Malgré les connaissances encore limitées sur l’utilisation des débris de verre dans la construction, on les retrouve dans les enrobés bitumineux, le béton de ciment, comme granulat de chaussée, comme enrobage de conduites souterraines et comme matériau de drainage. Le besoin de conserver les ressources et de protéger la nature incite aussi à utiliser les débris de verre provenant des déchets domestiques et industriels dans la construction (J. Wartan, D.G. Grubb et A.S.M.

Nasim, 2004).

1.3.4.2. Utilisation de verre dans le ciment Portland

Les rebuts de verre, comme d’autres matériaux, sont utilisés dans la fabrication du ciment Portland. Les verres de récupération sont ainsi utilisés comme constituant principal pour le clinker, un adjuvant pour le ciment, ou même comme granulat pour le béton. L’utilisation du verre dans le ciment Portland en est encore à l’état expérimental. Ces débris de verre sont préalablement lavés avant de passer dans une meule à verre. Le résultat de ce meulage est une poudre qui passe le tamis de 600 µm. L’examen aux rayons X montre qu’il s’agit d’une poudre amorphe. (Lupien, 2006)

D’après une étude faite sur le comportement des débris de verre dans le ciment Portland, on peut conclure que les résidus de verre (réduits en particules fines) pourraient être utilisés, en combinaison avec le ciment Portland, comme liant (T. D. Dyer et R. K. Dhir, 2001).

1.3.4.3. Utilisation des résidus de verre dans les enrobés bitumineux Un grand nombre d’expériences ont été menées visant l’utilisation des résidus de verre comme granulat dans les enrobés bitumineux. Ce type d’enrobé est appelé Glasphalt. Entre 1969 et 1988, environ 45 localités aux États-Unis et au Canada ont utilisé avec succès le Glasphalt sur des sites tels que les routes locales, les aires de stationnement ainsi que les routes à grande vitesse (autoroutes). Le département des transports du Connecticut (ConnDOT) (Larsen, 1989) a réalisé une étude de mise en œuvre technique ainsi qu’une analyse économique de l’utilisation des débris de verre dans les enrobés bitumineux. Cette étude a permis d’identifier certains comportements et particularités liés à l’utilisation du verre dans les enrobés bitumineux, à savoir :

le manque d’adhésion entre les granulats de verre et le bitume, faible densité, brisure de morceau de verre et endommagement des pneus. Ainsi, le Glasphalt utilisé en couche de base procurait un meilleur résultat, puisque l’on ne retrouvait plus le problème d'endommagement des pneus;

la grosseur des grains de verre devrait être limitée à 10 mm;

dans des conditions idéales, le Glasphalt coûtait environ 15 % plus cher que le mélange bitumineux conventionnel.

Dans l’ensemble, les études ont démontré que l’on peut utiliser des résidus de verre dans l’enrobé bitumineux et que le pourcentage de résidus ne devrait pas dépasser 15%. (Lupien, 2006)

1.4. LA STABILISATION

Suivant l’usage que l’on va faire des briques, il peut être utile, voire nécessaire de les stabiliser. Une brique de terre comprimée non stabilisée a de très bonnes propriétés d’échanges thermiques et hygrométriques et une résistance suffisante à la compression pour pouvoir être utilisée telle quelle dans la construction. Dans les régions très pluvieuses, il est nécessaire de stabiliser les briques de terre

comprimées (BTC) : l’humidité contenue dans les briques entraine leur émiettement.

La stabilisation est un ensemble de procédés physiques ou chimiques visant à améliorer les caractéristiques d’une brique de terre, en particulier sa résistance portante, sa sensibilité à l’eau et sa durabilité. Elle doit permettre de:

 Réduire le volume des vides entre les particules solides ;

 Colmater les vides que l’on peut supprimer ;

 Créer des liens ou améliorer les liaisons existant entre les particules (résistances mécaniques).

L’amélioration de ces caractéristiques doit garder un caractère irréversible.

1.4.1. Stabilisation mécanique

La stabilisation mécanique améliore la brique de terre par modification de sa densité naturelle. Il s’agit du compactage qui consiste essentiellement en une réduction de la porosité du matériau par resserrement des particules. Les effets d’un compactage effectué dans de bonnes conditions, se traduisent par une diminution de la perméabilité, de la compressibilité, de l’absorption d’eau et du gonflement. Les résistances mécaniques initiales et à long terme augmentent. Le compactage à lui seul permet d’obtenir un matériau aux caractéristiques mécaniques élevées, cependant ces matériaux restent très sensibles à l’eau. Mise au contact de l’eau, la brique redevient plastique et ne résiste plus du tout à la compression. L’immersion d’une brique de terre comprimée dans un seau d’eau, donne le lendemain un tas de boue au fond du seau. Si les BTC sont protégées des intempéries (débords de toiture importants, protection contre le rejaillissement, soubassements suffisamment élevés, drainage en pied de mur), il n’est pas nécessaire de stabiliser. Ce qui n’est toujours pas le cas dans les zones concernées par cette étude.

1.4.2. Stabilisation chimique

La stabilisation chimique modifie les propriétés d’une brique de terre par l’intermédiaire de certains adjuvants. Afin de diminuer la sensibilité à l’eau, on a souvent recours à l’adjonction de produits (liants hydrauliques par exemple), rendant les sols traités moins hydrophiles. L’adjonction du ciment qui est un liant hydraulique permet de lier les grains de sable tout en stabilisant l’argile de terre.

On obtient ainsi une amélioration des caractéristiques mécaniques et de la sensibilité à l’eau. Il faudra veiller à ce que l’eau de gâchage ne contiennent ni de matières organiques, ni de sulfates. D’après Remillon cité par Ottou (1987), la technique anglaise estime que tous les sols sont utilisables, sauf ceux dont la nature est trop plastique, c’est-à-dire ceux dont l’indice de plasticité est supérieur à 20% et ceux contenant des sulfates nuisibles au ciment ou des matières organiques.

1.4.3. Stabilisation physique

La stabilisation physique modifie les propriétés des sols par une amélioration des caractéristiques du matériau par correction de la granularité. Le mélange obtenu conduit selon le cas, soit à diminuer l’indice de plasticité du matériau de base, soit à lui conférer une certaine cohésion.

1.4.4. Stabilisation au ciment

Lors de la fabrication des Briques de Terre Stabilisées (BTS), il faut tenir compte du fait que le ciment a besoin d’eau pour faire prise (matériau hydraulique). Pour que le ciment assure son rôle de stabilisant, il faut un minimum de 3 à 4% en poids de ciment par rapport au poids de la terre utilisée, sinon il n’y a pas assez de liant. Ce minimum vaut pour un ciment de bonne qualité : suivant les qualités du ciment utilisé, ce pourcentage peut monter à plus de 10%. Plus la terre est composée d’éléments fins, plus il faudra de ciment pour lier les éléments entre eux. Dans le cas où il est difficile de se procurer du ciment, il est moins

coûteux d’avoir une terre contenant des éléments plus gros car nécessitant moins de ciment pour un même degré de stabilisation (tout en restant dans les proportions et dimensions des éléments d’une terre propre à fabriquer des BTC).

Pour des constructions devant résister à l’eau de pluie, il faut monter le pourcentage de ciment à 10%. La stabilisation améliore la résistance à la compression et la tenue des angles des briques à l’abrasion et aux chocs.

1.4.5. Stabilisation par cuisson

Les briques sont issues d’un mélange de terre et d’eau, dans lequel on ajoute, pour certains modèles isolants, des grains combustibles, tels que la sciure de bois.

Lors de la cuisson, dans des fours au gaz naturel, la sciure se consume en économisant l’énergie du four et disparait en créant de petites bulles d’air qui améliorent l’isolation thermique. La brique de terre cuite, est un matériau qui permet d’évacuer efficacement l’humidité vers l’extérieur. Cette maitrise essentielle de l’hygrométrie et de la ventilation est un avantage que possède la terre cuite. Une maison en brique de terre cuite est un habitat bioclimatique qui protège les occupants du bruit, des variations climatiques, de l’humidité, de l’incendie. Elle nécessite par contre de l’énergie pour la cuisson et par conséquent coûte plus cher que la brique de terre stabilisée au ciment et sa production participe à la déforestation.

Le présent chapitre nous a permis d’avoir un aperçu sur les matériaux de base (tels que l’argile, terre de barre, ciment et verre), leur utilité dans le secteur de génie civil. Nous avons également pris connaissance de quelques travaux effectués sur ces matériaux ; ce qui nous a permis de savoir que notre thème n’a jamais été abordé et est une contribution aux recherches car elle vise à incorporer les déchets de verres broyés dans la terre de barre stabilisée au ciment et l’argile cuite afin d’étudier leur influence sur ces matériaux.

2.1. CYCLEDEPRODUCTIONDESBLOCS ... 31 2.2. LESMATERIAUXUTILISES ... 32 2.3. LACONFECTIONDESBLOCS ... 35 2.4. LESESSAISREALISES ... 41

Matériaux utilisés et

techniques expérimentales

C ^Hapitre 2

SOMMAIRE

Si entre temps la terre a été abandonnée au détriment des matériaux industriels, elle fait aujourd’hui l’objet d’un regain d’intérêt dans le domaine de la construction ; ce qui explique les études faites tous les jours sur ce type de matériau. Cette partie de notre mémoire sera consacrée aux différents matériaux utilisés ainsi qu’aux essais effectués.

2.1. CYCLE DE PRODUCTION DES BLOCS La production de nos blocs suit le cycle suivant :

Tableau 3 : Cycle de production des blocs