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MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
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UNIVERSITE D’ABOMEY-CALAVI (UAC)
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ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI (EPAC)
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DEPARTEMENT DE GENIE CIVIL Option : Bâtiment et Travaux Publics
MEMOIRE DE FIN DE FORMATION
POUR L’OBTENTION DU DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION
THEME
Présenté par :
Bignon B. Charlie GNANCADJA
Ing. Gladys MILOHIN
Doctorante en Matériaux et Structures
Pr. Victor S. GBAGUIDI,
Maître de conférences des Universités CAMES, EPAC/Université d’Abomey-
Calavi (Bénin)
Pr. Malahimi ANJORIN, Maître de conférences des Universités
CAMES, EPAC/Université d’Abomey- Calavi (Bénin)
CARACTERISATION DES BLOCS DE TERRE STABILISEE AU CIMENT ET DES BRIQUES CUITES AVEC INCORPORATION
DE COQUILLES ET DE VERRE BROYE EN VUE DE LEUR UTILISATION DANS LE BATIMENT
Année universitaire : 2015 – 2016 9ème promotion
DEDICACE
JE DEDIE CE MEMOIRE :
A mes parents, Félix GNANCADJA et Rosalie MEDEGAN, pour leurs apports et soutiens
Bignon B. Charlie GNANCADJA, 2016
REMERCIEMENTS
Ce mémoire d’ingénieur est le résultat d’un travail de plusieurs mois. En préambule, je souhaite adresser tous mes remerciements aux personnes qui m’ont apporté leur soutien et qui ont ainsi contribué à l’élaboration de ce mémoire de recherche appliquée.
Tout d’abord, je voudrais exprimer ma profonde gratitude à Dieu Tout- Puissant, notre Créateur, Gloire à Toi pour tous Tes bienfaits;
Je voudrais également exprimer ma profonde gratitude aux professeurs, Victor S. GBAGUIDI, mon maître mémoire et Malahimi ANJORIN, mon co-maître mémoire, dont la constante disponibilité et la spontanéité ont permis l'encadrement scientifique et technique de ce mémoire. Que le Très Haut vous accorde une longévité, vous honore et vous comble de grâces dans toutes vos entreprises.
Ma gratitude aussi à l’endroit des doctorants Gladys S. MILOHIN et Gildas GODONOU, dont leurs disponibilités, les questions, les sages conseils et les orientations ont enrichi et éclairé ce travail. Que le Tout Puissant bénisse vos projets.
Je tiens à remercier tous les enseignants de l’Ecole Polytechnique d’Abomey Calavi (EPAC), et plus particulièrement les enseignants du département de génie civil. Nos vives reconnaissances aux :
Pr. SOUMANOU M. Mohamed, Directeur de l’Ecole Polytechnique d’’Abomey Calavi (EPAC) ;
Pr. AHOUANNOU Clément, Directeur Adjoint de l’EPAC et à tout le personnel de l’administration de l’EPAC ;
Dr. HOUINOU Gossou Jean, chef du département de Génie Civil de l’EPAC ;
Pr. ADJOVI Edmond, professeur titulaire à l’UAC (Université d’Abomey- Calavi) ;
Dr. SAVY Mathias, Maître assistant des Universités ;
Dr. BACHAROU Taofic, Maître assistant des Universités ;
Dr. DIOGO Noel, Docteur architecte ;
Pr. CODO François de Paule, Maître de conférences des Universités ;
Dr. DEGBEGNON Léopold, Maître assistant des Universités ;
Pr. GBAGUIDI Aissè Gérard Léopold, Maître de conférences des Universités ;
Dr. HOUINOU Agathe, assistante des universités ;
Dr. ZINSOU Luc, Maître assistant des Universités ;
Pr. GIBIGAYE Mohamed, Maître de conférences des Universités ;
Pr. TCHEHOUALI Adolphe, Maître de conférences des Universités ;
Dr. WANKPO Tonalémi Epiphane Sonon, Docteur ingénieur en hydraulique ;
Dr. ZEVOUNOU Crépin, Maître assistant des universités ;
Dr. ALLOBA Ezéchiel, Maître assistant des universités ;
Dr. CHAFFA Gédéon, Maître assistant des universités ;
Pr. OLODO Emmanuel, Maître de conférences des Universités ;
M. ZOHOUNGBOGBO Prosper, ingénieur en Génie Civil ;
Mme AHONONGA Elena, ingénieur en Génie Civil ;
M. SEWANOUDE Cosme, Professeur de comptabilité ;
M. LAADE Cyprien, Agent du Laboratoire d’Essais et de Recherche en Génie Civil (LERGC) ;
Messieurs BOCOVO Mariano, YABI Crépin, AGOSSOU Daniel ;
Nos remerciements vont aussi au personnel du bureau d’étude ECCO- GC et aux agents du LERGC, du Lycée Technique de KPONDEHOU ;
Je tiens également à remercier mes sœurs Nathalie, Elvire, Ornique GNANCADJA, pour leurs irremplaçable et inconditionnel soutiens. Elles ont été présentes pour écarter les doutes et partager les joies.
Enfin, je voudrais aussi remercier d’une façon très particulière Mériaque ZOHOUN, qui n’a ménagé aucun effort pour l’aboutissement de ce dessein.
Que tous ceux qui, de près ou de loin, ont aidé à la réalisation de ce travail trouvent ici, l’expression de mon infinie gratitude.
Résumé
La terre crue est utilisée dans la construction depuis les temps reculés.
Elle présente de nombreux avantages environnementaux, sociaux et culturels.
La présente étude porte sur la valorisation des matériaux de construction localement disponibles tels que : la Terre de barre et l’argile au Bénin et intègre le volet environnemental à travers l’incorporation des déchets "verre et coquille"
en vue de leur utilisation efficiente. Ainsi, les matériaux de base ont été caractérisés et les blocs ont été confectionnés en variant le dosage en ajout de verre + coquille de 0 à 60% par pas de 5%, afin de comparer les performances au bloc témoin. Les blocs confectionnés ont été soumis aux essais mécaniques (flexion trois point et compression) à différents âges.
Les résultats ont montré que l’ajout ‘’verre + coquilles’’ a un effet néfaste sur la résistance des blocs stabilisés au ciment à la flexion. Mais par contre notons une amélioration en compression.
Par ailleurs pour les blocs stabilisés par cuisson, l’ajout a un effet plus appréciable sur les résistances en flexion et en compression. Les résistances maximales en flexion et en compression sont toutes obtenues avec un ajout de 15% de verre + coquille, et sont respectivement égales à 4,11 MPa et 13.23 MPa.
Mots clés: compression, verre, coquille, essais mécaniques, bloc témoin.
Abstract
Raw earth is used in construction since remote times. It has many environmental, social and cultural benefits. The present study focuses on the valorisation of locally available building materials such as: Bar land and clay in Benin and integrates the environmental component through the incorporation of glass and shell waste for efficient use. Thus, the base matérials were characterized and the blocks were made by varying the ‘’glass + shell’’ dosage from 0 to 60% in 5% steps, in order to compare the performances with the control block. The made-up blocks were subjected to mechanical tests (three- point bending and compression) at different ages.
The results showed that the addition of ‘’glass + shell’’ had a detrimental effect on the strength of the cement-stabilized blocks. at bending but greath improved their compressive strength with a maximum resistance at 28 days which was obtained at 15% addition of ‘’glass + shell’’ and equal 3,67 MPa.
Moreover for the staibilized by firing, the addition to a positive effect on the resistance in flexion and in compression. The maximum bending and compression strengths are all obtained with an addition of 15% ‘’glass + shell’’, and are respectively equal to 4,11MPa and 13,23MPa.
Keywords: compression, glass, shell, mechanical tests, control block.
Sommaire
DEDICACE ... ii
REMERCIEMENTS ... iii
Résumé ... vi
Abstract ... vii
Sommaire ... viii
Liste des figures ... ix
Liste des tableaux ... x
Liste des photographies ... xi
Liste des courbes ... xii
Liste des symboles et abréviations ... xiii
Liste des annexes ... xv
INTRODUCTION GENENRALE ... 1
CHAPITRE I : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE ... 6
1.1 Les travaux réalisés sur le matériau sur la terre barre et l’argile ... 6
1.2 Généralité sur les matériaux composites ... 9
1.3 Généralité sur les matériaux de l’étude ... 12
1.4 Les blocs de terre comprimée ... 26
CHAPITRE II : MATERIELS ET METHODES EXPERIMENTALES ... 30
2.1 Les matériaux utilises ... 31
2.2 Les essais réalisés sur les matériaux ... 35
2.3 Confection des blocs ... 49
CHAPITRE III : ANALYSE ET INTERPRETATIONS DES RESULTATS .. 59
3.1Essais d’identification ... 60
3.2 Interprétation des résultats d’essais d’identification : Classification des matériaux ... 66
3.3 Essais mécaniques ... 68
CONCLUSION GENERALE ... 77
Bibliographie ... 80
Annexes ... 84
Table des matières ... 101
Liste des figures
Figure 1: Matériau composite [2]. ... 10
Figure 2 : Différentes familles de matrice [2]. ... 11
Figure 3: différents types de renforts de base. [2]. ... 12
Figure 4: schema des particules [6] et [7] ... 17
Figure 5 : Les blocs pleins [25] ... 26
Figure 6 : Les blocs évidés [25] ... 27
Figure 7 : Les blocs alvéolaires [25] ... 27
Figure 8 : Les blocs à emboitement [25] ... 28
Liste des tableaux
Tableau 1 : Caractéristique des différentes familles d’argile [7] ... 18
Tableau 2: Cycle de production. A refaire ... 50
Tableau 3 : Différentes formulations pour les blocs en terre de barre. ... 52
Tableau 4 : Différentes formulations pour les blocs en argile. ... 53
Liste des photographies
Photo 1 : Carrière de la Terre de barre de Hêvié……… 31
Photo 2 : Sacs remplis de la Terre de barre……… 31
Photo 3 : Terre de barre passée au tamis 2mm………..…… 32
Photo 4 : Séchage de l’argile ………..………. 32
Photo 5 : Ecrasement de l’argile………. 32
Photo 6 : Argile passé au tamis de 2mm……… 33
Photo 7 : Lavage de coquille………..……… 33
Photo 8 : Séchage de coquille……… 33
Photo 9 : Le broyeur……… 34
Photo 10 : Poudre de coquille……….………… 34
Photo 11 : Poudre de coquille………. 34
Photo 12 : Broyeur de verres……….………. 34
Photo 13 : Poudre de verres………..………. 35
Photo 14 : La presse pour la confection des blocs de 4x4x16cm3…………. 50
Photo 15 : Numérotation des blocs à froid………..……….. 55
Photo 16 : Numérotation des blocs à chaud……… 55
Photo 17 : stockage des blocs………..………. 56
Photo 18 : Le cœur des blocs………..……… 70
Liste des courbes
Courbe 1 : Courbe granulométrique par tamisage de la terre de barre ... 60
Courbe 2 : Courbe de granulométrique par sédimentométrie de la terre de barre ... 61
Courbe 3 : Courbe de limite d’Atterberg de la terre de barre. ... 62
Courbe 4 : Courbe granulométrique par sédimentométrie de l’argile ... 63
Courbe 5 : Courbe de limite d’Atterberg de l’argile ... 64
Courbe 6 : Courbe de l’analyse granulométrique par tamisage du verre broyé. 65 Courbe 7 : Résistance à la flexion trois points des blocs stabilisés au ciment.. 68
Courbe 8 : Résistance en compression des blocs stabilisés au ciment. ... 69
Courbe 9 : Résistance en flexion des blocs stabilisés par cuisson. ... 71
Courbe 10 : Résistance en flexion des blocs stabilisés par cuisson. ... 72
Courbe 11 : Résistance à la flexion pour les blocs à chaud et à froid aux différents dosages ... 73
Courbe 12 : Résistances en compression des blocs à chaud et à froid aux différents dosages. ... 74
Courbe 13 : Résistances optimales en flexion des deux ajouts ... 75
Courbe 14 : Résistances optimales en compression des deux ajouts ... 75
Liste des symboles et abréviations
BTC : Briques de Terre Comprimée ; BTS : Briques de Terre Stabilisée ; CPJ : Ciment Portland avec ajout ; NFP : Norme Française
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 ;
ρb : Masse volumique en vrac;
CP : Chaleur spécifique ; Q : Quantité de Chaleur ; Δt : Variation de température ;
P : Pourcentage des particules de diamètre inférieur ou égal à D ; 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 ; WL : Limite de liquidité ;
WP : Limite de plasticité ; IP : Indice de plasticité ;
CCaV : Briques cuites avec incorporation du verre broyé + coquille ;
FCaV : Blocs stabilisés au ciment avec incorporation du verre broyé + coquille ; Cu : Coefficient d’uniformité ;
Cc : Coefficient de courbure ; Vs : Volume de la suspension ; η : Viscosité dynamique ;
N : Nombre de coup
LERGC : Laboratoire d’Essais et de Recherche en Génie Civil ; VSB : Valeur au bleu ;
Liste des annexes
Annexe 1 : Les tableaux montrant les résultats de l’analyse granulométrique par
tamisage ... 85
Annexe 2 : Les tableaux montrant les résultats de l’analyse granulométrique par sédimentométie ... 87
Annexe 3 : Les tableaux montrant les résultats de limite d’Atterberg ... 89
Annexe 4 : Tableau montrant les résultats de la teneur en matière organique. .. 91
Annexe 5 : Norme française P 11-300 ... 94
Annexe 6 : Tableau montrant les résultats de l’essai au bleu de méthylène. ... 96
Annexe 7 : Disposition des blocs dans le four ... 98
Annexe 8 : Photos des blocs stabilisés par cuisson ... 98
Annexe 9 : Quelques photos des blocs stabilisés au ciment ... 100
INTRODUCTION GENENRALE
Le développement de tout pays dépend de plusieurs facteurs parmi lesquels la construction des ouvrages civils dont les bâtiments. Ces derniers sont conçus pour assurer plusieurs fonctions : l’hébergement, le confort thermique.
La construction de ces bâtiments nécessite beaucoup de moyens financiers, du fait du coût élevé de jours en jours des matériaux de construction, surtout ceux importés. La production de bon nombre de ces matériaux a pour conséquence l’émission de CO2 qui fait partie de gaz à effet de serre. Il faut noter que le CO2 représente 50% des émissions des gaz à effets de serre. Le secteur de bâtiment est donc non seulement responsable de plus d'un tiers de ces émissions de dioxyde de carbone, mais aussi est le plus gros consommateur d’énergie.
De nombreux scientifiques à travers le monde, clament pour une réduction urgente des émissions de gaz à effet de serre (GES), en améliorant l’efficacité énergétiques, en modifiant nos modes de vie et faisant recours aux éco- matériaux. Le défi et le grand enjeu des bâtisseurs serraient alors, de nos jours, la maîtrise des consommations d’énergie et la réduction substantielle des émissions de gaz à effet de serre.
Il est alors impérieux de rechercher des matériaux de construction localement disponibles pouvant répondre à ces préoccupations de leurs, en matière de constructions.
Il s’agit notamment donc :
La réduction sensible des coûts des constructions ;
La réduction des effets de serre ;
Assurer une bonne efficacité énergétique.
Pour ce faire de nombreuses études ont été menées sur les matériaux de base (latérite et argile) afin d’élaborer un nouveau matériau à moindre coût,
ayant un bon confort thermique et moins d’impact sur l’environnement. Ainsi, C. ADISSIN a étudié les matériaux locaux en incorporant du verre broyé, qui a pu réduire l’un des problèmes de l’environnement : la gestion des déchets. C’est dans le même ordre d’idée que nous nous sommes proposés d’étudié un nouveau matériau composite (terre + verre +coquille). Ces blocs de terre comprimés confectionnés avec l’incorporation de ces déchets (verre + coquille) offriront- ils des qualités recherchées ?
Pour répondre à la question, nous avons choisi travailler, dans le cadre de notre mémoire de fin de formation du cycle d’ingénieur, sur le thème :
« Caractérisation des blocs de terre stabilisée au ciment et des briques cuites avec incorporation de coquilles et de verre broyé en vue de leur utilisation dans le bâtiment »
Les objectifs peuvent s’énumérer comme suit :
Objectif général
L’objectif général est de proposer un éco-matériau de construction permettant de valoriser la terre de barre, l’argile et les déchets de verre et de coquilles.
Objectifs spécifiques Il s’agira de :
caractériser les matériaux de base : terre de barre, argile ;
évaluer les caractéristiques mécaniques des matériaux élaborés ;
évaluer l’influence de l’ajout de verre broyé et de coquilles sur les caractéristiques mécaniques des matériaux de base ;
déterminer le dosage optimal de l’ajout de verre broyé et de coquilles pour l’élaboration du composite.
Nos recherches alors, dans un premier temps, aborderont la partie de la revue bibliographique puis en un second temps, l’ensemble des méthodes et
techniques utilisées ainsi que les matériels et moyens mis en œuvre. Ensuite, la troisième partie sera consacrée à l’étude des caractéristiques mécaniques (flexion trois points et compression) des blocs, en donnant une interprétation aux résultats obtenus. Enfin, la conclusion fera état de nos observations et recommandations.
CHAPITRE I : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
Les matériaux locaux tels que la terre, les pierres, le bois. Ont servi fidèlement dans la construction de l'habitat social depuis des millénaires. En effet, pendant ces Milliers d’années la terre, le bois et la pierre déterminent le caractère des bâtiments. De nos jours, il importe de revaloriser ces ressources en les associant avec d’autres matériaux pour former des matériaux composites. A travers ce chapitre, nous nous évertuons à compiler quelques résultats issus des nombreux travaux réalisés.
1.1 Les travaux réalisés sur le matériau sur la terre barre et l’argile Au vue des travaux antérieurs, nous pouvons retenir que :
S. AVAMASSE (2011) 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.
MADOUGOU Largum (2012) a étudié : « la caractérisation des blocs de terre stabilisée au ciment et des blocs d’argiles cuites avec incorporation
de polystyrène expansé en vue de leur utilisation dans les bâtiments ».
Son étude a montré que, en flexion trois points comme en compression, la tendance est la même. Les résistances mécaniques des blocs diminuent avec la teneur en polystyrène expansé car les granulats de polystyrène expansé créent des zones de faiblesse à l’intérieur des blocs et réduisent l’aire de la section résistante des éprouvettes. Par contre les blocs d’argile stabilisés par cuisson offrent de meilleures résistances mécaniques par rapport aux blocs stabilisés au ciment. Ceci est dû au polystyrène qui, malgré le fait qu’il réduise les résistances mécaniques, améliore la qualité de la cuisson.
MILOHIN Gladys (2014), a étudié : « les caractéristiques mécaniques et thermiques de la terre de barre stabilisée au ciment et de l’argile cuite avec incorporation de cendres de bois en vue d’une utilisation en construction ». Pour la terre de barre stabilisée au ciment avec ajout de cendres, les résistances maximales en traction par flexion et en compression sont obtenues pour un ajout en cendres de 20%. Elles sont de 2,6MPa en flexion et de 5,8MPa en compression. Pour l’argile stabilisée par cuisson avec ajout de cendres, les résistances les plus faibles en traction par flexion sont obtenues pour un ajout en cendres de 20% et les résistances les plus élevées en compression à 20% d’ajout. Elles sont de 1,3MPa en flexion et de 9,2MPa en compression.
Les deux matériaux peuvent donc être utilisés pour les éléments de construction sollicités en compression ; à noter que l’argile stabilisée avec ajout de cendres offre un meilleur intérêt.
Jean-Philippe AKPINFA (2015) a étudié : « la caractérisation mécanique de la terre barre stabilisée au ciment et de l’argile avec incorporation du kaolin en vue d’une utilisation en construction ». Pour les blocs stabilisés au ciment, la résistance maximale en flexion est obtenue à 10% de dosage en kaolin et celle en compression est obtenue 0à 0%. Elles sont respectivement 2,3 MPa et 4,8 MPa. Pour les blocs stabilisés par cuisson, la résistance maximale en flexion est obtenue à 10% de dosage en kaolin et celle en compression est obtenue à 0%. Elles sont respectivement 4,8MPa et 14,4 MPa.
Les deux matériaux peuvent donc être utilisés pour les éléments de construction sollicités en flexion trois points ; à noter que l’argile stabilisée avec ajout de kaolin offre un meilleur intérêt.
Constant ADISSIN (2015) a étudié : « la caractérisation mécanique de la terre de barre stabilisée au ciment et de l’argile cuite avec incorporation
du verre broyé en vue d’une utilisation en construction ». Pour les blocs stabilisés au ciment, la résistance maximale en flexion est obtenue à 0%
de dosage en verre broyé et celle en compression est obtenue à 10% de dosage en verre broyé. Elles sont respectivement 2 MPa et 5,3 MPa. Par contre pour les blocs stabilisés par cuisson, les résistances mécaniques en compression et en flexion augmentent proportionnellement au dosage en verre. Les résistances maximales à la flexion et à la compression sont alors obtenues au dosage de 25% du verre broyé. Soient respectivement 8,0 MPa et 16,6 MPa à 21 jours. Le verre broyé a un effet positif sur les résistances mécaniques des briques cuites.
1.1.2 Tableau récapitulatif des résultats sur les travaux effectués sur la terre.
Année Noms Thème Age Dosage Résistances maximales
Flexion Compression Flexion compression
2015 ADISSIN Constant
caractérisation mécanique de la
terre de barre stabilisée au ci ment et de l’argile cuite avec
incorporation du verre broyé en vue d’une utilisation en
construction
21 jours
0% 2 Mpa - - -
10% - 5,3 Mpa - -
25% - - 8 Mpa 16,6MPa
2015
AKPINFA Jean- Pillipe
caractérisation mécanique de la terre de barre stabilisée au ciment et de l’argile cuite avec incorporation du verre broyé en
vue d’une utilisation en construction
28 jours
10%
2 ,3 Mpa
- 4,8
Mpa -
-
0% -
4,8 Mpa - 14,4 Mpa
2014 MILOHIN Gladys
caractéristiques mécaniques et thermiques de la terre de barre
stabilisée au ciment et de l’argile cuite avec incorporation de cendres de bois en vue d’une
utilisation en construction
28
jours 20%
2,6
Mpa 5,8 Mpa
- 0% - 6,6
Mpa -
- 20% -
- - 9,2 Mpa
1.2 Généralité sur les matériaux composites
Un matériau composite est constitué de différentes phases nommées renforts et matrice. Lorsque le matériau composite est non endommagé, les renforts et la matrice sont parfaitement liés et il ne peut y avoir ni glissement ni séparation entre les différentes phases. L’arrangement des fibres, leur orientation permettent de renforcer les propriétés mécaniques de la structure. Nous étudions plus particulièrement les matériaux composites à renfort fibre longue continue utilisés dans l’industrie nautique, automobile, aéronautique et spatiale. Les pièces structurelles sont réalisées par empilement de nappes en optimisant les directions des renforts en fonction des charges qu’elles doivent subir. La nature de la résine ou du renfort est choisie en fonction de l’application finale visée [1].
Les matériaux composites disposent d’éventualités importantes par rapport aux matériaux traditionnels. Ils possèdent de nombreux avantages fonctionnels : légèreté, résistance mécanique et chimique, maintenance réduite, libertés de formes. Ils permettent d’augmenter la durée de vie de certains équipements grâce à leurs propriétés mécaniques et chimiques. Ils offrent une meilleure isolation thermique ou phonique et, pour certains d’entre eux, une bonne isolation électrique [2].
1.2.1 Constituants des matériaux composites
Les matériaux composites sont constitués principalement :
D’une matrice à laquelle sont ajoutés, dans certains composites des charges,
D’un renfort.
Figure 1: Matériau composite [2].
1.2.1.1 Les matrices
Elles assurent la cohésion entre les renforts de manière à répartir les sollicitations mécaniques. Dans un grand nombre de cas, la matrice constituant le matériau composite est une résine polymère. Les résines polymères existent en grand nombre et chacune à un domaine particulier d’utilisation. Dans les applications où une tenue de la structure aux très hautes températures est requise, des matériaux composites à matrice métallique, céramique ou carbone sont utilisés. Dans le cas des matériaux en carbone des températures de 2 200˚C peuvent être atteintes.
On peut retrouver dans l’organigramme ci-dessous, les différentes familles de matrices :
Figure 2 : Différentes familles de matrice[2].
1.2.1.2 Les renforts
Ils se présentent sous forme de fibres continues ou discontinues. Le rôle du renfort est d’assurer la fonction de résistance mécanique aux efforts. Les renforts constitués de fibres se présentent sous les formes suivantes :
- linéique (fils, mèches) ;
- tissus surfaciques (tissus, mats) ;
- multidirectionnelle (tresse, tissus complexes, tissage tri directionnel ou plus).
Ces fibres sont disponibles sur le marché en fonction de leurs coûts de revient recherchés pour la structure à réaliser.
Les différents types de renforts sont cités dans l’organigramme ci- dessous :
Figure 3: différents types de renforts de base. [2].
1.3 Généralité sur les matériaux de l’étude 1.3.1 La terre de barre
Ils sont issus d'une altération poussée du Continental Terminal. Ils sont sablo-limoneux en surface et argilo-sableux en profondeur. Ces sols sont ferralitiques rouges profonds et perméables. Leur fertilité est essentiellement due à leur teneur en matière organique [25].
1.3.1.1 Définition
Les sols ferralitiques saturés du Sud-Bénin, appelés terres de barre (barral
= argile en portugais), occupent la quasi-totalité des terrains exondés bien drainés de cette partie du pays. Ils représentent 7 % de la superficie du pays mais concentrent le tiers de la population.
Le profil moyen est caractérisé par les horizons suivants [25] :
Un horizon humifère (O-10 cm), brun-rougeâtre, sablo-limoneux, très perméable, avec une structure particulaire à grumeleuse contenant de nombreuses racines fines et moyennes ; transition distincte et régulière ;
Un horizon moins humifère (10-20 cm), rouge-brun, limono-sableux à limono-argilo-sableux, bien perméable ; structure polyédrique subangulaire fine comportant d’assez nombreuses racines fines et moyennes ; transition distincte et régulière ;
Un horizon (20-60 cm), rouge, argilo-sableux, perméable, bien structuré en polyèdres fins à moyens avec d’assez nombreuses racines ; l’activité biologique est intense dans tout le profil et les racines vont à plus d’un mètre de profondeur. [25]
1.3.1.2 Composition de la terre de barre
La terre de barre du Sud Bénin décrite par WILLIAIME et VOLKOFF en 1966 présentait les caractéristiques physiques et chimiques suivantes : 15,3%
d’Argile ; 5,4% de limon ; 77,5% de sable ; 0,05% d’Azote total ; la teneur en matière organique était de 2,64% ; la somme totale des bases échangeables de 2,44 méq/l00 g et la capacité d'échange cationique de 4,4.
Cette même terre prélevée et analysée 10 ans après (1976) par TRAN VlNHAN a donné les résultats suivants: 19,2% d'Argile ; 4,7% de limon ; 1,3%
de matière organique et 0,04% d'Azote ; le PH eau était de 5,40 ; la somme des bases échangeables était tombée à 1,5 méq/100 g et la capacité d'échange a 4,01.
Ces analyses reprises en 1989 à travers d'autres prélèvements d'échantillon ont donné les résultats ci-après: 21,3% d'Argile ; 4,4% de limon ; 75,3% de sable ; 0,83% de matière organique ; 0,04 d'Azote; le PH était devenu 4,8 ; la somme des bases 1,3 méq/100 g et la capacité d'échange cationique 3,5 méq/l00 g.
Cette évolution dans la dégradation de la terre de barre est confirmée par les résultats d'analyse et de descriptions réalisées par MESSAN Rock en 1991.
Ce dernier, à partir des observations, des descriptions de profils et des analyses de ces sols à Agonkanmey a abouti aux conclusions suivantes:
Ce sont des sols très sableux (75 à 90% de sable dont les deux tiers sont du sable grossier).
Leur capacité de rétention en eau est très faible et peu variable (environ 40 mm). Ce sont donc de véritables passoires pour l'eau.
Leur structure est détruite (inexistence d'agrégats stables);
Teneur en matière organique très faible (inférieure à 0,8%);
Acidité élevée (pH eau < 4,5).
1.3.2 Argile
Les argiles sont les roches silicatées en feuillets (phyllosilicates), ce sont des aluminosilicates hydratés formés au cours du processus de lessivage des particules grossières de minéraux rocheux primaires. Elles sont très souvent de forme plate et allongée, lamellaire. Les argiles forment seules ou composent, en association avec d’autres roches, plus de 50% des roches sédimentaires.
Elles se présentent comme des particules extrêmement fines (de l’ordre 2 micromètre de diamètre). Les particules d'argile diffèrent de celles des autres fractions de la terre par leur constitution chimique et leurs propriétés physiques.
Leur surface spécifique est infiniment plus grande que celle des particules grossières de forme sphérique ou anguleuse. Les argiles sont notoirement sujettes au gonflement et au retrait. [9]
1.3.2.1 Structure des minéraux argileux [7]
Les minéraux argileux appartiennent à la famille des phyllosilicates. Leur structure est un empilement de couches tétraédriques et octaédriques qui forme les feuillets. Les tétraèdres sont liés les uns aux autres par des atomes d’oxygène. Ils forment ainsi un réseau planaire d’hexagones d’atomes d’oxygène. Les octaèdres sont liés par un côté. L’agencement des couches permet de distinguer trois principaux types de minéraux :
Type 1 :1 ou T – O (1 couche octaédrique et 1 couche tétraédrique) équidistance voisine de 7 Å ;
Type 2 :1 ou T – O - T (1 couche octaédrique entre 2 couches tétraédriques) équidistance variable entre 9 et 15 Å, suivant le remplissage ou non de l’espace interfoliaire ;
Type 2 :1 :1 ou T – O -T – O est similaire au type précédent mais l’espace interfoliaire est occupé par une couche d’octaèdres. L’équidistance caractéristique est alors de 14 Å environ.
Chimiquement, les tétraèdres sont constitués de quatre oxygènes (trois planaires et un apical) encadrant généralement un atome de Si4+ ou Al3+, et plus occasionnellement Fe3+ et Cr3+. Idéalement, une demi-maille élémentaire est définie par trois octaèdres. Quoi qu’il en soit, l’électroneutralité de la maille est réalisée avec 6 charges positives obtenues par le remplissage cationique de deux ou trois cavités octaédriques. On peut ainsi distinguer deux grands groupes parmi les familles de minéraux argileux : les minéraux dioctaédriques (deux cavités sur trois sont remplies par des cations trivalents) et les minéraux trioctaédriques (les trois cavités sont remplies par des cations divalents). Les différentes substitutions possibles dans le tétraèdre ou dans l’octaèdre créent un déficit de charge cationique dans la structure. Ce déficit, s’il existe, est compensé au plus près par la charge du remplissage interfoliaire, soit par des cations (Ca2+, Mg2+, Na+, K+, NH4+), soit par une couche octaédrique (cas des chlorites), qui agit également sur la distance entre les feuillets (figure 1.4).
1.3.2.2 Les différentes familles d’argile [7]
Les illites : (K, H2O) 2 Si8 (Al, Fe, Mg) 4.6 O20 (OH) 4
Elles appartiennent à la famille des phyllosilicates 2 :1. Le feuillet élémentaire est composé d’une couche octaédrique d’aluminium comprise entre deux couches tétraédriques de silicium. Dans les couches tétraédriques de silicium un ion Si4+ sur quatre est remplacé par un ion Al3+. Le déficit de charge qui en résulte est compensé dans l’espace interfoliaire par des ions potassium K+ qui assurent des liaisons fortes entre les feuillets. Figure b.
Les smectites : (OH) 4 Si8 (Al10/3, Mg2/3) O20, nH2O
Les smectites, dont la montmorillonite et la bentonite, appartiennent à la famille des phyllosilicates 2 :1 gonflant. Le feuillet élémentaire est caractérisé par l’empilement de 2 couches tétraédriques séparées par une couche octaédrique. Les atomes de silicium constituent majoritairement les tétraèdres mais des cations (Al, Fe) peuvent se substituer au Si dans ces tétraèdres. Les
couches octaédriques sont quant à elles composées d’Al, Mg, Fe2+, Fe3+,….
Les smectites ont, de par leur structure, la nécessité d’équilibrer leur charge dans l’espace interfoliaire par l’insertion de cations dans cet espace. Ces cations, peu liés à la structure, sont susceptibles d’être échangés par d’autres cations. C’est ce que l’on appelle la capacité d’échange cationique (CEC). Cette structure permet aussi l’insertion, entre les feuillets de molécules telles que l’eau, le glycérol, ou d’autres molécules organiques. Cette insertion se traduit par un gonflement de la structure. Ces variations sont dépendantes de la nature de la molécule, des conditions de température, de pression et de la nature du cation compensateur.
Figure c
Les vermiculites : (Mg, Ca) 0,7 (Mg, Fe, Al) 6 (Al, Si) 8 O22 (OH) 4.8 H2O Les vermiculites appartiennent à la famille des phyllosilicates 2 :1. Elles constituent une famille proche de celle des smectites, mais elles sont caractérisées par un déficit de charge plus important. Elles sont majoritairement trioctaédriques. Le déficit de charge est essentiellement dû aux substitutions tétraédriques et la compensation est assurée dans l’espace interfoliaire par des cations (Mg 2+ principalement) et des couches d’eau.
Les chlorites : (OH) 4 (Si Al) 8 (Mg, Fe) 6 O20
Les chlorites appartiennent à la famille des phyllosilicates 2 :1 :1. Il est nécessaire de citer les chlorites du fait que leurs propriétés se rapprochent de celles des argiles et que ce minéral peut être présent en quantité non négligeable dans les sols les moins évolués de la région. Leur structure est cependant plus complexe, et se compose d’un feuillet 2 :1 entre lequel s’insère un feuillet de brucite. Figure d
La kaolinite : (Si4 O10) Al4 (OH) 8
Les kaolinites appartiennent à la famille des phyllosilicates 1 :1. Le feuillet élémentaire est composé d’une couche tétraédrique de silicium et d’une
couche octaédrique d’aluminium. D’un feuillet de kaolinite à l’autre des ions hydroxyles OH- des couches octaédriques sont en vis-à-vis d’un plan contenant des ions d’oxygène O2- de la couche tétraédrique ; dans ce cas, les liaisons inter foliaires résultent de l’effet composé de liaisons hydrogène et de forces de Van der Waal. Figure a. [7]
figure a : kaolinite figure b : l’illite
figure c : smectite figure d : chlorite
figure e : vermiculite
Figure 4: Schema des particules [6] et [7]
Les caractéristiques de ces phyllosilicates sont résumées dans le tableau suivant :
Tableau 1 : Caractéristique des différentes familles d’argile [7]
Nom Type Diamètre de la
particule (μm)
Surface spécifique en m2/g
C.E.C en meq/100g
Kaolinite 1 :1 0.1- 4 10-30 3-15
Illite 2 :1 0.1-1 100-175 25-40
Smectite
(montmorillite) 2 :1 0.1 700-840 80-100
vermiculite 2 :1 0.1 760 100-150
chlorite 2 :1 :1 0.1 20 5-15
1.3.3 Coquilles
Le terme coquille est issu du mot latin classique « conchylium » qui désigne le squelette externe très diversifié d’un mollusque. Elle est constituée d’un assemblage intime de carbonate de calcium (CaCO3 appelé calcaire lorsqu’il s’agit d’une roche) et de matière organique sécrétés par le manteau de l’organisme. [3]
Dans les années antérieures le recyclage des coquilles d’huîtres concerne rarement l’ensemble des consommateurs, encore moins les citadins. Du coup les coquilles d’huîtres terminent souvent à la poubelle. Au mieux, elles fournissent de la matière pour remblayer les chemins des ports. Au pire, elles échouent dans des usines d’incinération où elles n’offrent aucune valeur ajoutée et sont sources de frais.
Aujourd’hui des solutions alternatives destinées à valoriser les déchets des huitres existent. Les collectivités font désormais appel à des sociétés spécialisées
qui redonne une seconde vie aux coquilles d’huitre. D’autant que les points de collectes sont souvent mis en place dans les villes notamment en période de fête de fin d’année les coquilles fournissent les matières première dans le domaine du jardinage ainsi, elles servent à la fabrication de jardinière et de bordure.
Concassées et calibrées les coquilles d’huitres embellissent les aquariums, les patios, les bassins ainsi que certains rond points. Plus surprenant encore, elles peuvent entrer dans la composition de peinture de signalisation, de ciment ou encore de pavé. [4]
On distingue traditionnellement trois types de coquilles : les univalves, les bivalves et les multivalves.
Univalves : elles sont comme leur nom l’indique, composées d’une seule structure. Leur forme peut beaucoup varier, être plus ou moins large, ou porter des excroissances diverses
Bivalves sont des mollusques dont la coquille est constituée de deux parties distinctes et attachées, plus ou moins symétriques, pouvant s’ouvrir ou se refermer
Multivalves il existe très peu d’espèces multivalves par exemple les chitons qui possèdent des pièces de coquille articulées sur leur dos. Bon nombre d’espèces autrefois considérées comme multivalves se sont avérées être des crustacés comme les anatifes et les balanes.
1.3.4 Les verres
Les verres existent à l’état naturel. Ils sont formés par refroidissement rapide d’une lave volcanique (obsidiennes) ou lors d’un impact de météorite (tectites). Mais, le plus souvent, ils sont obtenus artificiellement.
1.3.4.1. Structure des verres
Les verres sont des matériaux solides non cristallins : ils sont dans un état appelé amorphe. Ce sont, le plus souvent, des composés qui, à l’état liquide, à une température proche de la température de solidification, possèdent une
viscosité importante : c’est le cas des silicates qui donnent les verres utilisés dans la vie courante. Les verres ne possèdent pas de température de solidification ou de fusion nette contrairement aux solides cristallisés.
A l’état solide, la forme stable est l’état cristallin, caractérisé par une répartition périodique des atomes. Lors du refroidissement d’un verre à partir de l’état liquide, sa viscosité qui traduit la difficulté, à l’échelle atomique, des atomes à se déplacer les uns par rapport aux autres, diminue la mobilité des atomes. La solidification a lieu avant que les atomes aient atteint la position qu’ils auraient dans le solide cristallisé. Pour un certain nombre de matériaux, l’obtention d’un état cristallisé ou amorphe dépend de la vitesse de refroidissement. Des alliages métalliques qui sont habituellement sous forme cristallisée peuvent être obtenus amorphes ; ils sont appelés des verres métalliques mais il faut refroidir le métal fondu à la vitesse d’un million de degrés par seconde. L’état amorphe, obtenu, dans le cas des verres, par refroidissement d’un liquide, peut être obtenu par diverses autres méthodes : irradiation, broyage poussé, bombardement ionique, dépôt en phase vapeur.
Utilisés dans les matériaux composites, ils permettent d’alléger le matériau et de limiter l’exploitation des ressources naturelles.
1.3.5 Le ciment
Le ciment est un liant hydraulique qui se présente généralement sous forme d’une poudre grise. Il sert à fabriquer du béton et du mortier : additionné d’eau, le ciment durcit pour former une masse solide, résistante et notamment sous l’eau (puisqu’il s’agit d’un liant hydraulique).
1.3.5.1 Processus de fabrication
Les matières premières essentielles sont la roche calcaire et l'argile. Elles sont broyées et éventuellement additionnées de produits secondaires. Le mélange obtenu s'appelle le cru et est composé d'environ 80 % de calcaire et d'environ 20 % d'argile. Dans le procédé dit à voie sèche, le plus courant
aujourd'hui, le cru est préchauffé (et donc séché) dans un précalcinateur. Il est ensuite introduit dans un four cylindrique et tournant, aujourd'hui toujours horizontal (légèrement incliné). Leur longueur varie de 30 à 110 mètres. Un brûleur chauffe l'intérieur du four entre 1 400 et 1 500 °C. Le composant principal des ciments industriels actuels est le clinker, appelé aussi "scorie".
Le clinker résulte de la cuisson à 1 450° C de 80 % d’un mélange de calcaire et de 20 % d’argile, appelés " crus ".Cette formule classique est celle du ciment dit Portland. D'autres types de ciments sont obtenus par adjonction de différents constituants secondaires. L'argile, composée principalement de silicates d'alumine, se fragmente sous l'effet de la chaleur en ses constituants : silice et alumine. Ceux-ci se combinent ensuite à la chaux provenant du calcaire pour donner des silicates et des aluminates de chaux. Au cours de la cuisson, de profondes modifications chimiques des constituants du cru se produisent. En premier lieu apparaît une émission de Ferro-aluminate tétra calcique, de consistance pâteuse ou liquide. Lorsque le fer est épuisé par cette réaction, il se forme de l'aluminate tricalcique fondu. Ces deux corps fondus constituent le liquide des fours à ciment. Celui-ci dissout la silice et la chaux qui se combinent alors et cristallisent sous forme de silicates de chaux.
Ce phénomène progressif constitue la "clinkérisation". Le clinker obtenu est ensuite moulu dans des broyeurs à boulets : grands cylindres métalliques horizontaux, rotatifs, et à moitié remplis de boulets d'acier. Le clinker est broyé, après ajout de gypse (de 3 à 5 %), pour donner le ciment. [10]
1.3.5.2 Les différents types de ciment
Selon la norme EN 197-6, les ciments courants sont subdivisés en cinq types selon la nature et la proportion de leurs constituants.
Ciment Portland: CEM I
Il contient au moins 95% de clinker et au plus 5% de constituants secondaires.
Ciment Portland Composé: CEM II
Il contient au moins 65% de clinker et au plus 35% d’autres constituants : laitier de haut fourneau, fumée de silice (limité à 10%), pouzzolane naturelle, cendre volantes, calcaires, constituants secondaires.
CEM III Ciment de haut fourneau : CEM III
Il contient entre 36% à 95% de laitier et 5 à 64% de clinker.
Ciment Pouzzolanique : CEM IV
Ciment laitier et aux cendres : CEM V
Il contient de 20 à 64% de clinker, de 18 à 50% de cendre volantes.
1.3.6 La stabilisation
La stabilisation des sols au ciment a connu un progrès important durant les trente dernières années. Ce progrès a été marqué par la connaissance des mécanismes des réactions entre terre – ciment, par l’importance et la qualité des travaux au laboratoire et surtout par les expérimentations et les réalisations sur le terrain. [10]
1.3.6.1 Définition
La stabilisation est l’ensemble des procédés physiques et chimiques permettant d’améliorer les caractéristiques d’une terre, afin de créer un matériau permettant la fabrication des blocs de terre comprimée.
1.3.6.2 Les objectifs
En stabilisant, nous intervenons sur la texture et structure de la terre. Cinq opérations possibles sont :
réduction de volume des vides entre les particules ;
la fermeture des vides qui ne peut être supprimés ;
l’augmentation des liens entre les particules
amélioration les caractéristiques mécaniques de la terre (résistance à la compression, cohésion) en réduisant les vides entre les particules, en améliorant ou en créant des liaisons entre les particules.
réduire la sensibilité à l’eau (gonflement, retrait) et la perméabilité en bouchant les vides entre les particules.
1.3.6.3 Les types de stabilisation
La stabilisation mécanique
La stabilisation mécanique améliore la brique de terre par la 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 à la compression. L’immersion d’une brique de terre comprimée (BTC) dans un sceau 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.
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.
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.
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.
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, et 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 et coquille), 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.
1.4 Les blocs de terre comprimée
Le bloc de terre comprimée est une évolution moderne du bloc de terre moulée, plus communément dénommé bloc d’adobe. L’idée de compacter la terre pour améliorer la qualité et la résistance de bloc de terre moulée est pourtant ancienne et à l’aide de pilons de bois que l’on réalisait les premiers blocs de terre comprimée. Elle a été développée aux années 50 dans le cadre d’un programme de recherche sur l’habitat rural en Colombie.
Le BTC est très régulier en forme et en dimension, ils sont pleins ou perforés ce qui permet de réaliser des travaux de maçonnerie très variés. Les blocs de terre comprimée, sont fabriqués à partir de terre humide et compactée dans une presse.
Le bloc de terre comprimée peut être stabilisé. Dans ce cas on parle alors de « bloc de terre comprimée stabilisée ». Stabiliser la terre, c’est modifier les propriétés d’un système terre-eau-air pour obtenir des propriétés permanentes compatibles avec des applications particulières.
1.4.1 Les différents types de blocs de terre comprimés On distingue quatre types de blocs.
Les blocs pleins
Ils sont principalement de forme prismatique (parallélépipèdes, cubes, hexagones multiples etc.).Leur usage est très varié.
Figure 5 : Les blocs pleins [25]
Les blocs évidés
On observe généralement de 5 à 10% d’évidement, 30% avec des procédés sophistiqués. Les évidements améliorent l’adhérence du mortier et allègent les blocs. Certains blocs évidés permettent la réalisation de chainages (coffrage perdu).
Figure 6 : Les blocs évidés [25]
Blocs alvéolaires
Ils présentent l’avantage d’être légers mais exigent des moules assez sophistiqués ainsi que des pressions de compression plus importantes. Leur production est délicate. Ils sont particulièrement adaptés à la maçonnerie armée (région sismiques).
Figure 7 : Les blocs alvéolaires [25]
Blocs à emboitement
Ils peuvent éventuellement permettre de se passer de mortier mais exigent des moules assez sophistiqués et en général des pressions de compression élevées. Leur production est assez fastidieuse. Ils sont souvent utilisés pour des ouvrages non porteurs.
Figure 8 : Les blocs à emboitement [25]
1.4.2 Avantage des blocs de terre comprimés : [10]
Économiques :
Réduction de la fuite des devises par une diminution des matériaux importés (ciment, acier et bois)
Une production manuelle à haute intensité de main d’œuvre qui favorise l’économie locale.
Écologiques :
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 quantité 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,
Permet la réalisation des architectures aux murs apparents.
CHAPITRE II : MATERIELS ET METHODES EXPERIMENTALES
Ce chapitre décrit l’ensemble des méthodes et techniques utilisées dans le cadre de cette étude ainsi que les matériels et les moyens de mis en œuvre. Il est structuré de façon chronologique. Ainsi, après les prélèvements des matériaux à la carrière, il est procédé à leur identification (détermination des caractéristiques physiques), ensuite à la préparation des différents ajouts, à l’élaboration des matériaux composites, puis à la caractérisation mécanique des blocs stabilisés BTS y compris les blocs témoins.
2.1 Les matériaux utilises
Nous avons utilisé comme matériaux : la terre de barre, l’argile, le verre broyé, la coquille, le ciment et l’eau.
2.1.1 La terre de barre
La terre de barre utilisée provient de la carrière de Hêvié dans la commune d’Abomey- Calavi.
Photo 1 : Carrière de la terre de barre Photo 2 : Sacs remplis de la terre de Hêvié de barre
La terre de barre prélevée a été séchée au soleil puis passée au tamis 2mm avant tout utilisation.
Photo 3 : Terre de barre passée au tamis 2mm
2.1.2 L’argile :
L’argile utilisée a été prélevée à Tori-Sékoué dans la commune de Sèmè- kpodji. L’argile humide prélevée a été séchée puis pulvérisée à l’aide de l’appareil "Los Angeles" du Département de Génie Civil à l’EPAC pour avoir le matériau qui a servi à nos essais.
Photo 4 : Séchage de l’argile Photo 5 : Ecrasement de l’argile
L’argile pulvérisée a été passée au tamis 2mm avant d’être soumise aux différents essais.
Photo 6 : Argile passé au tamis de 2mm
2.1.3 Les coquilles
Les coquilles ont été ramassées à la plage de fidjrossè dans la commune de Cotonou. Ces coquilles sont lavées, concassées à l’aide d’un marteau métallique et réduites en poudre avec le broyeur.
Photo 7 : Lavage de coquilles Photo 8 : Séchage de coquilles
Photo 9 : le broyeur Photo 10 : Poudre de coquilles
2.1.4 Les verres
Les verres ont été collectés auprès des bonnes dames, dans les buvettes et dans les hôpitaux. Ces verres sont débarrassés d’impureté, concassés à l’aide d’une dame et ensuite moulus. La poudre obtenue est ensuite passée au tamis de 2mm.
Photo 11 : Verre recyclés Photo 12 : Broyeur de verres
Photo 13 : Poudre de verres
2.1.5 Le ciment
Le ciment utilisé est de CPJ 35 produit par la société des ciments du Bénin (SCB). Nous avons conservé dans de meilleures conditions le ciment pour qu’il garde ses caractéristiques.
2.1.6 L’eau
L’eau utilisée provient du réseau de distribution d’eau potable de l’Université d’Abomey-Calavi.
2.2 Les essais réalisés sur les matériaux
Les essais d’identification (granulométrie, sédimentométrie, limites d’ATTERBERG, bleu de méthylène VBS, teneur en matière organique.) sont réalisés au Laboratoire d’Essais et de Recherche en Génie Civil (LERGC).
2.2.1 Teneur en eau naturelle NFP 94-050
Définition
La teneur en eau est un paramètre d’état qui permet d’approcher certaines caractéristiques mécaniques et d’apprécier la consistance d’un sol fin. C’est le
rapport de la masse de l’eau contenue dans ce matériau sur la masse du matériau sec.
Matériels
Nous avons utilisé pour cet essai :
Une balance ;
Une cuvette ;
Une étuve ventilée.
Méthodes
On procède comme suit :
mettre une masse de matériau dans une cuvette tarée propre et sèche ;
peser et introduire dans une étuve à 105°C, soit m = 500g cette masse ;
deux (02) pesées séparées par un intervalle de temps t sont effectuées après chacun des passages à l’étuve. Conventionnellement l’évaporation de l’eau est considérée comme achevée si la masse ms = 484,6g de la prise d’essai n’a pas varié de plus de 2/1000 entre ces deux pesées.
Expressions des résultats
La teneur en eau est déterminée par la formule : W =
; et s’exprime en pourcentage Avec : mw = m – ms
Où :
mw : la masse de l’eau ; ms : la masse sèche ;
m : la masse de la prise d’essai avant passage à l’étuve.
2.2.2 Analyse granulométrique par tamisage NFP 94 – 056
Définition
L’analyse granulométrique par tamisage est un essai qui permet de connaitre la granulométrie d’un matériau tout en le faisant passer par une série de tamis normalisés. Elle a pour but de déterminer les proportions pondérales des grains de différentes tailles dans un échantillon.
Matériels
La mise en œuvre de l’analyse granulométrique nécessite les matériels suivants :
une série de tamis normalisés
une étuve
une balance de portée maximale 5000g et de précision 0,1g
des dispositifs de lavage, brosse, et pinceaux.
Méthodes
L’échantillon apporté a pour numéro de référence G-201600xy, d’une masse de 2000g et 2mm de diamètre maximal. On soumet une masse mh = 250g de l’échantillon à l’essai après calcul. Cette masse mh de l’échantillon est mise à l’étuve à 105 ±10°C jusqu’à poids constant. Ensuite sortir du four, il a été pesé à l’aide de la balance et une masse ms = 239,0g a été obtenue. La masse sèche de 239g est placée dans un récipient et on y ajoute une quantité d’eau pour la recouvrir pendant 24h afin de faciliter la séparation des mottes. Ensuite on passe au lavage sur le tamis 0,080mm et le refus est mis à l’étuve jusqu’à poids constant et pesé. Soit ms1 = 99,8 g la masse obtenue. Cette masse de matériau est versée dans une colonne de tamis constituée d’un certain nombre de tamis disposés de haut en bas, dans un ordre de dimension de mailles décroissante, avec un fond et un couvercle.
