PERMÉABILITÉ ET CARACTÉRISTIQUES PHYSIQUES ET MÉCANIQUES DU BÉTON CONTENANT DES GRANULATS
ENROBÉS DU FONDU DE SACHETS PLASTIQUES
REPUBLIQUE DU BENIN************
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE (MESRS)
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UNIVERSITÉ D’ABOMEY – CALAVI (U.A.C.)
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ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI (EPAC) DEPARTEMENT DE GENIE CIVIL
OPTION : Bâtiments et travaux publics (BTP)
…………..
MÉMOIRE DE FIN DE FORMATION EN VUE DE L’OBTENTION DU
DIPLÔME D’INGENIEUR DE CONCEPTION Thème :
Réalisé par : Sous la direction de :
Dr. Adolphe D. TCHEHOUALI M. Brice Sourou AGANI Maitre-assistant des Universités du
CAMES / Enseignant chercheur à l’EPAC - UAC
Sommaire
INTRODUCTION GENERALE ...1
1. 1. CHAPITRE 1 : GENERALITES - REVUE BIBLIOGRAPHIQUE ...3
1.1. LES SACHETS PLASTIQUES ...4
1.2. MATERIAUX A BASE DE SACHETS PLASTIQUES ... 28
1.3. LAPERMEABILITEDESMATERIAUX:UNE PROPRIETE HYDRAULIQUE DU BETON ... 38
2. CHAPITRE 2 : MATERIELS, MATERIAUX ET METHODES... 46
2.1- MICRO BETON CONTENANT DES GRANULATS ENROBES DE SACHETS PLASTIQUES FONDUS ... 47
2.1-1. MATERIAU COMPOSITE A MATRICE CIMENTAIRE (BETON) ... 47
2.1-2. Les différents constituant du béton ... 47
2.1-3. Formulation des micros-bétons et mise en œuvre du béton contenant des granulats enrobés de sachets plastiques ... 53
2.1-4. Caractérisation mécanique et dosage optimal ... 56
2.2- MESURE DE LA PERMEABILITE ... 60
2.2-1. DISPOSITIF EXPERIMENTAL ... 60
2.2-2. METHODE ... 61
— MESURE A CHARGE CONSTANTE ... 62
— MESURE A CHARGE VARIABLE ... 64
3. CHAPITRE 3 : RESULTATS ET DISCUSSIONS... 69
3.1- CARACTERISTIQUES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES MICROS BETONS CONTENANT DES GRANULATS ENROBES DE SACHETS PLASTIQUES FONDUS ………...70
3.2-1. MANIABILITE DES MICROS BETONS FRAIS (NORME EN196-3) ... 70
3.2-2. Résultats et discussions ... 70
3.3- MASSE VOLUMIQUE ... 71
3.3-1. Masse volumique à l’état frais ... 71
3.3-2. Masse volumique à l’état durci : ... 71
3.4- MESURE DE L’ABSORPTION SUR LE MATERIAU ... 73
3.5- RESISTANCES CARACTERISTIQUES DES MICROS BETONS ... 74
3.5-1. Influence du taux de gravillons enrobés sur les résistances ... 74
3.5-2. Influence de l’âge sur les résistances mécaniques du micro béton .. 77
3.6- MESURE DE LA VITESSE D’ABSORPTION D’EAU SUR LE BETON DURCI ………...78
3.7- MESURE DE LA PERMEABILITE A L’EAU ... 79
3.7-1. MESURE A CHARGE CONSTANTE ... 79
3.7-2. MESURE A CHARGE VARIABLE ... 79
4. CHAPITRE 4 : APPLICATION ... 80
4.1- DALLETTES DE TOITURE-TERRASSE ... 81
4.1-1. MATERIAUX UTILISES ... 81
4.1-2. MATERIEL UTILISE ... 81
4.1-3. FABRICATION DE DALLETTES AVEC UN MELANGE OPTIMUM ... 82
4.2- ETUDE ECONOMIQUE ... 83
CONCLUSION - PERSPECTIVES ... 84
5. ANNEXES ... 89
TABLE DES MATIERES ... 111
i
Dédicaces
En signe de respect et de reconnaissance, Je dédie ce modeste travail à :
Mon cher Père, Ezéchiel AGANI, pour sa patience et ses sacrifices en faisant de l’éducation de ses enfants une priorité.
Reçois toute la gratitude et la reconnaissance de ton fils ;
Ma douce et tendre Mère, Francine KOTCHOFA, qui est pour moi un soutien permanent et l’incarnation parfaite de l’amour divin. Les multiples sacrifices consentis et les prières quotidiennes pour l’épanouissement de tes enfants ne seront pas vains; que ce travail te reconforte et que le Seigneur t’accorde longue vie ;
Mon oncle Elysée AGANI, pour le soutien et l’attention à mon égard. Veuille trouver en ce travail la satisfaction morale digne de ta générosité.
Brice S. AGANI
Remerciements
Seigneur notre DIEU notre roi, nous te disons infiniment merci pour ton amour, ta grâce, ta protection et ta bénédiction qui se renouvellent à tout instant pendant toutes ces années d’études.
Ce travail n’a eu un aboutissement heureux sans la contribution venant de nombreuses personnes. Nous tenons à témoigner nos vifs et sincères remerciements à l’endroit de :
Docteur Adolphe TCHEHOUALI, Maitre-Assistant des Universités du CAMES, Directeur de ce mémoire. L’opportunité nous est enfin offerte de témoigner notre profonde gratitude à votre illustre personne. Merci pour cette conviction qui ne cesse de vous animer. Pour vos contributions, vos analyses fort pertinentes, votre implication personnelle, votre disponibilité à bien faire ; pour les sacrifices consentis de jour comme de nuit, sous le soleil comme sous la pluie malgré vos multiples occupations, je vous dis : « Grand Merci ! »
Mes révérencieux remerciements vont à l’endroit du:
Professeur Félicien AVLESSI, Directeur de l’Ecole Polytechnique d’Abomey- Calavi ;
Docteur Clément BONOU, Directeur adjoint de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi ;
Professeur Martin P. AÏNA, Maître de conférences, Chef de Département de Génie Civil à l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi;
Tout le corps professoral de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi, notamment celui du Département de Génie Civil pour son encadrement. Sans vous, ce travail n’aurait point de sens. Je vous remercie infiniment. « Chaque enfant qu’on enseigne est un homme qu’on gagne ».
C’est aussi le moment pour nous de remercier fraternellement et cordialement pour leur assistance :
iii
Nos frères et sœurs Zacharie, Christian, Olga, Rosette, Eliazar et Topè AGANI. Soyez bénis.
Mon oncle Joseph AGANI pour leurs multiples conseils ;
M. Euloge AGANI et son épouse ;
Nos cousins, cousines, en général toutes les familles AGANI et KOTCHOFA;
Igor ZEVOUNOU, agent de LERGC pour m’avoir beaucoup aidé.
Nous n’oublions pas nos camarades de l’Ecole Polytechnique d’Abomey- Calavi avec qui nous avons passé trois (3) mémorables années de notre vie.
Martial Gyldas SESSOU qui a eu une attention à mon égard.
Aux membres de jury, nous adressons nos remerciements chaleureux, pour avoir accepté d’examiner ce travail.
Brice S. AGANI
Liste des sigles et abréviations
ABS: Acrylonitrile butadiènestyrène
ASTM: American Society for Testing and Material AFNOR: Association Française de Normalisation BTP: Bâtiments et Travaux Publics
BPA: Bisphénol A
CREPA: Centre Régional pour l’Eau Potable et l’Assainissement DSM: Déchets Solides Ménagers
DCAM: Département Communautaire et Assainissement du Milieu EPAC: Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi
ISO: International Standards Organization MPa: Méga Pascals
MB0 : micro-béton contenant 0% de gravillon enrobé MB25 : micro-béton contenant 25% de gravillon enrobé MB50 : micro-béton contenant 50% de gravillon enrobé MB75 : micro-béton contenant 75% de gravillon enrobé MB100 : micro-béton contenant 100% de gravillon enrobé
MB0-S : micro-béton contenant 0% de gravillon enrobé avec ajout de sikalite.
ONG: Organisation Non Gouvernementale OMS: Organisation Mondiale de la Santé PA : Polyamides
PC : Polycarbonate
PEHD : Polyéthylène haute densité PET : Polyéthylène téréphtalate
PMMA : Polyméthacrylate de méthyle POM: Polyacétals ou polyoxyméthylène PP : Polypropylène
PTFE : Polytétrafluore ou polytétrafluoroéthylène
v PGDSM: Projet de Gestion des Déchets Solides Ménagers
PARDEC: Programme d’Appui à la Récupération et au Recyclage des Déchets PAVaD: Programme d’Appui à la Valorisation et à la Décentralisation
POVP: Projet Opération Ville Propre
PAGeD: Projet d‘Appui à la Gestion des Déchets à la Décentralisation
Liste des tableaux
Tableau 1.1 : les grandes étapes de transformation du pétrole en plastique ...5
Tableau 1.2 : Caractéristiques mécaniques de quelques polymères (Vacour, 2013) ... 12
Tableau 1.3 : Température de fusion de quelques polymères (Obra, 2013) ... 15
Tableau 1.4 : comparaison des caractéristiques thermiques de quelques matériaux à 20°C (DUPEUX, 2004) ... 16
Tableau 1.5 : composition des déchets dans certaines villes. ... 25
Tableau 1.6 : Evolution du taux de collecte des déchets au Bénin ... 26
Tableau 1.7 : Caractérisation des déchets plastiques dans les villes ... 26
Tableau 2.1 : Reconstitution de la classe granulaire des graviers roulé et concassé ... 50
Tableau 2.2 : Composition des micros bétons ... 54
Tableau 2.3 : Plage de valeurs du coefficient de perméabilité en fonction du gradient hydraulique ... 68
Tableau 3.1 : Etalement des micros bétons MB0, MB75, MB100 ... 70
Tableau 3.2 : Masse volumique du béton frais ... 71
Tableau 4.1 : Sous-détails de prix de 1 m² de dallettes ... 83
vii
Liste des figures
Figure 1.1 : Exemple de molécule d’hydrocarbure : saturées et insaturées ...5
Figure 1.2 –Caractérisation mécanique: courbe contrainte déformation établie sur un échantillon de trois matériaux type (Résistance des matériaux, 2013). ... 13
Figure 1.3- Influence de la température : courbe établie pour un échantillon de plastique à différentes température (Résistance des matériaux, 2013)... 14
Figure 1.4 : Réaction de polymérisation du styrène (cap sciences, 2006) ... 20
Figure 2.1 : Courbe granulométrique du sable de dêkoungbé ... 49
Figure 2.2 : Courbe granulométrique du sable grossier ... 50
Figure 2.3 : Courbe granulométrique des graviers roulé et concassé ... 53
Figure 2.4 : Principe d’essai de rupture à la compression ... 59
Figure 2.5 : Principe d’essai de rupture à la traction par fendage ... 59
Figure 3.1: Variation de la fluidité du micro béton en fonction de la teneur en gravillon enrobé ... 71
Figure 3.2: Variation de la masse volumique du micro béton en fonction du taux de gravillon enrobé ... 73
Figure 3.3 : variation du coefficient d’absorption en fonction du taux de gravillon enrobé ... 74
Figure 3.4 : Evolution de la résistance à la traction par flexion du micro béton en fonction du taux de gravillons enrobés ... 76
Figure 3.5 : Evolution de la résistance à la traction par fendage du micro béton en fonction du taux de gravillons enrobés ... 76
Figure 3.6 : Evolution de la résistance en compression du micro béton en fonction du taux de gravillons enrobés ... ………..76
Figure 3.7 : Evolution de la résistance à la traction par flexion du micro béton en fonction de l’âge……….77
Figure 3.8 : Evolution de la résistance en compression du micro béton en fonction de l’âge……….…….77
Figure 3.9 : Evolution de la résistance à la traction par fendage du micro béton en fonction de l’âge……….78
Figure 3.10 : Variation de la vitesse d’absorption en fonction du taux de gravillons enrobés ... 78
Figure 3.11 : Variation du coefficient de perméabilité en fonction du taux de gravillons enrobés ... 79 Figure 4.1: Détermination des pourcentages en volumes absolus de matériau ... 82
ix
Liste des photos
Photo 1.1: le nylon 6.6 (cap sciences, 2006) ... 18
Photo 1.2: Fil de PE (cap sciences, 2006) ... 19
Photo 1.3: Elément de salon de jardin en pp (cap sciences, 2006) ... 19
Photo 1.4: Ustensiles en PS (cap sciences, 2006 ... 20
Photo 1.5: Photo de tuyaux en PVC (SAS Didier, 2013)... 21
Photo 1.6: Caniveau jonché de sachets plastiques (Représentation Nationale de CREPA, 2011) ... 22
Photo 1.7: Pavés à base de sachet recyclés ... 29
Photo 1.8 : Réseau de pores interconnectés Photo 1.9 : Réseau de pores discontinus ... 39
Photo 2.1: Appareil enregistreur de température de marque TESTO ... 51
Photo 2.2: Aspect des gravillons et gravier enrobés ... 52
Photo 2.3: Dispositif d’essai de traction par flexion trois points... 58
Photo 2.4: Dispositif d’essai de perméabilité ... 61
Photo 2.5: Principe d’essai de vitesse d’absorption ... 62
Photo 2.6: Gravillons enrobés soumis à l’essai de perméabilité …...………...63
Photo 2.7: Béton fendu après essai de perméabilité montrant la partie humide…...65
Photo 2.8: Aspect des éprouvettes de béton témoin et de béton contenant des gravillons enrobés par les sachets plastiques …...………66
Photo 2.9: Aspect montrant la fermeture du vide entre l’éprouvette et la cellule…...……….……66
Résumé
Dans la perspective du recyclage des déchets plastiques non biodégradables, l’élaboration de nouveaux matériaux de construction est une des solutions pertinentes.
Des études antérieures sur un matériau à base de sachets plastiques fondus et des granulats qui a présenté une résistance un peu plus faible le rend peu intéressant comme matériau de structure. Pour ce fait, de nouvelles investigations devraient être orientées vers un béton contenant du fondu de sachets plastiques et offrant des résistances plus satisfaisantes.
Le présent travail vise à caractériser et étudier la perméabilité du béton contenant des gravillons enrobés du fondu de sachets plastiques en vue d’offrir des propriétés physiques, mécaniques et physico-chimiques intéressantes pour l’industrie de la construction. Dans cette étude, nous avons utilisé un micro béton de référence, des micros bétons avec substitution de 75% et 100% de gravillons enrobés du fondu de sachets plastiques.
Les caractéristiques mécaniques (résistances en compression et en traction) et le pouvoir d’étanchéité ont été mesurés. Les résultats ont montré que les résistances à 28 jours en traction par flexion, en compression et en traction par fendage ont chuté respectivement de 18,75% ; 19,29% et 25,48% pour un taux de 100% de substitution par rapport au micro béton témoin. De plus, les mesures effectuées pour évaluer la perméabilité du matériau ont révélé une réduction très avantageuse de la vitesse d’absorption de l’eau de 23,08% comparativement au béton témoin. Particulièrement, le coefficient de perméabilité à l’eau enregistré pour le béton contenant 100% de granulats enrobés du fondu de sachets plastiques a été de 4,98 x 10-4 cm/h contre 7,52 x 10-4 cm/h pour le béton témoin. L’amélioration de ces deux paramètres témoigne de la très bonne tenue du nouveau matériau vis-à-vis de la perméabilité à l’eau. Cette propriété permettra d’utiliser ce matériau pour faire des dallettes offrant une meilleure étanchéité au niveau de nos planchers à toiture-terrasse.
Mots-clés : Coefficient de perméabilité ; dallettes ; étanchéité ; résistances mécaniques ; sachet plastique ; vitesse d’absorption.
xi
Abstract
In view of the recycling of non-biodegradable plastic waste, development of new building materials is relevant solutions. Previous studies on a base material melted plastic bags and aggregates who presented a somewhat lower resistance makes it unattractive as a structural material. For this reason, further investigations should be directed towards concrete containing molten plastic bags and offering more satisfactory resistance.
The present work aims to characterize and study the permeability of concrete containing gravel coated melted plastic bags to provide physical, mechanical and interesting physic-chemical properties for the construction industry. In this study, we used a micro reference concrete, concrete pickups with substitution of 75% and 100% gravel coated melted plastic bags.
The mechanical properties (compressive strength and tensile strength) and the sealing power were measured. The results showed that the resistance to 28 days flexural tensile, compressive and tensile splitting dropped respectively by 18.75%;
19.29% and 25.48% for a 100% of substitution in relation to the micro concrete control. In addition, measurements made to assess the permeability of the material showed a very advantageous reduction of the water absorption rate of 23.08%
compared to the control concrete. Specifically, the water permeability coefficient recorded for concrete containing 100% of aggregate coated molten plastic bags was of 4.98 x 10-4 cm/h against 7.52 x 10-4 cm/h concrete witness. The improvement of these two parameters demonstrates the excellent performance of the new material opposite the water permeability. This property will use this material to make slabs with better sealing at our floors to roof terrace.
Keywords: Coefficient of permeability; slab; waterproofness; mechanical strength; plastic bag; absorption rate.
Introduction générale
La survie des êtres vivants est de plus en plus menacée par la quantité de déchets qu’ils produisent polluant gravement le cadre environnemental. En 2012, les décharges béninoises ont accueilli plus de 12.000 tonnes de déchets plastiques dont plus de 50% de sachets d’emballage dont 86% sont jetés dans la rue après usage, 5,50% incinérés pour faire place nette, 5,50% brûlés comme source d’énergie et 2,75%
restants pour autres usages. Les déchets plastiques sont non biodégradables et la gestion qui en est faite au Bénin pose un problème environnemental majeur. Ils provoquent l’envahissement des villes avec des conséquences graves : multiplication anarchique des dépotoirs comme foyers d’infection, bouchage des caniveaux, prolifération des moustiques, érosion et imperméabilité des sols. Une attention particulière est donc portée sur le devenir de ces déchets. Un recyclage, utilisant des techniques modernes, s’impose donc aujourd’hui comme une des voies incontournables aux populations du Bénin ainsi qu’autres pays au sud du Sahara en vue de garantir un environnement sain et une certaine survie. Malheureusement, dans la majorité de ces pays, les moyens techniques et financiers sont quasiment inexistants pour assurer un recyclage classique.
Or, l’une des voies, les plus pertinentes pour valoriser de tels déchets, est l’utilisation dans les procédés de construction. Des déchets de sachets plastiques ont été incorporés aux bétons après les avoir convenablement conditionnés. Cette voie permet d’un autre coté d’apporter des solutions aux problèmes d’épuisement des ressources en matériaux existants.
Il est heureux de noter aujourd’hui que les conclusions de beaucoup de travaux ont révélé la possibilité d’utilisation de ces déchets à travers des procédés de construction. Ce sont entre autres l’utilisation des déchets plastiques pour la confection des pavés flexibles dans la réalisation d’autoroutes, la confection de béton à base des granulats de déchets des sacs en plastique, la confection de matériaux à base de granulats liés par des déchets plastiques fondus. La plupart de ces travaux ont aussi
2 réalisation d’éléments structuraux (résistance en compression de l’ordre de 4 à 7MPa environ) pour les pavés flexibles. L’élaboration de nouveaux matériaux utilisant les sachets plastiques comme constituant, offrant de meilleures résistances mécaniques et présentant un pouvoir d’étanchéité avéré constitue de nouvelles pistes de recherche pertinente.
Le présent travail est consacré à l’étude de la perméabilité et à la caractérisation physique et mécanique d’un béton étanche contenant des gravillons enrobés de sachets plastiques fondus.
Notre document est structuré en quatre (4) chapitres. Le premier chapitre fera la revue bibliographique sur les déchets plastiques, la perméabilité et les possibilités de leur insertion dans les procédés de construction. Les deuxième et troisième chapitres sont destinés respectivement à la caractérisation du dosage optimum et de la perméabilité du matériau composite ciment – eau – granulats enrobés de sachets plastiques fondus. Cela est possible à travers le développement des méthodes et résultats obtenus. La dernière partie sera consacrée à une application sur le nouveau matériau élaboré en ce qui concerne sa destination dans le bâtiment.
1. 1. CHAPITRE 1 : Généralités -
Revue bibliographique
4 ette partie prend en compte l’état de l’art de la documentation relative à la gestion du devenir des déchets plastiques. L’état des lieux de la gestion des déchets plastiques au Bénin, les travaux récents ayant trait aux matériaux à base de sachets plastiques pour la valorisation des sachets plastiques en particulier dans le domaine de la construction seront exposés dans ce chapitre. Aussi, un accent particulier est-il mis sur la perméabilité des matériaux.
1.1. Les sachets plastiques 1.1.1. Du pétrole au plastique
Principalement fabriqués à partir du pétrole, les plastiques sont des produits de synthèse issus de la pétrochimie et consomment aujourd’hui 4% environ des produits pétroliers et gaziers dans le monde (cap sciences, 2006). Le mot pétrole vient du latin Petra : pierre etoléum : huile (huile de pierre). C’est une roche sédimentaire carbonée qui se présente sous forme d’huile minérale. Il provient de l’enfouissement et de la lente décomposition de micro-organismes marins végétaux et animaux (plancton, algues,…) dans le milieu anaérobie des sédiments océaniques. Le pétrole se trouve parfois piégé dans une roche réservoir poreuse qui constitue le gisement. Il peut par exemple, imprégner une couche de sable dont on l’extrait après forage des couches supérieures. Il remonte grâce à la pression comme de l’huile qui sortirait d’une éponge pressée.
Le nombre d’atomes de la molécule et le type de liaison carbone-carbone déterminent différents composés saturés et peu réactifs ou insaturés et plus instables.
Certains d’entre eux contiennent un nombre important d’atomes et ont une masse moléculaire élevée (huiles), d’autres plus légers ayant un à six carbones sont plus volatiles (Gaz : butane C4H10, propane C3H8,...). Seuls certains hydrocarbures sont utilisés pour la fabrication des plastiques. Ils sont insaturés et renferment entre six et onze atomes de carbone.
C
Molécule de propane C3H8 Molécule de butène C4H8
Figure 1.1 : Exemple de molécule d’hydrocarbure : saturées et insaturées (cap sciences, 2006)
Du pétrole au plastique, plusieurs étapes sont à observer. Le tableau 1.1 montre les étapes les plus essentielles.
Tableau 1.1 : les grandes étapes de transformation du pétrole en plastique (cap sciences, 2006)
Transformation
Chimique Produit
Transformation Physique Matières premières
HYDROCARBURES (pétrole brut)
Première transformation : DISTILLATION
Produits de distillation NAPHTA (pour les plastiques)
Deuxième transformation
VAPO-CRAQUAGE MONOMERES
Troisième transformation :
POLYMERISATION POLYMERES
Quatrième transformation ADJUVANTS/ADDITIFS
Matières plastiques (thermoplastiques ou thermodurcissables)
Moulage /Extrusion /Injection
PIECES PLASTIQUES
6 1.1.2. Différents types de matières plastiques
Les plastiques inventés au XXième siècle ont remplacé les matériaux traditionnels comme le bois ou le métal. Les recherches menées pour améliorer et diversifier leurs propriétés les destinent à de nombreuses utilisations. Les matières plastiques sont légères, hygiéniques, durables et faites sur mesure. C'est grâce à toutes leurs qualités qu’elles sont devenues irremplaçables et omniprésentes dans les objets de notre vie quotidienne.
Les fabricants offrent une très grande diversité de produits, mais il existe trois grandes catégories de matières plastiques synthétiques: les thermoplastiques, les thermodurcissables et les élastomères (cap-sciences, 2006).
1.1.2.1. Les thermoplastiques
Sous l’effet de la chaleur, les thermoplastiques ramollissent, deviennent souples, malléables et durcissent à nouveau quand on les refroidit. Cette transformation étant réversible, ces matériaux conservent leurs propriétés et sont facilement recyclables. Leurs polymères de base sont constitués par des macromolécules linéaires, reliées par des liaisons faibles qui peuvent être rompues sous l’effet de la chaleur ou de fortes contraintes (cap sciences, 2006).
Les thermoplastiques sont par ailleurs solubles dans des solvants spécifiques, ce qui permet leur utilisation comme revêtements et colles (KOWANOU &
TCHEHOUALI, 2011). On peut citer entre autres :
Le polyéthylène (PE)
Grâce à sa structure chimique simple, le polyéthylène prime sur la plupart des autres matériaux car il peut être réutilisé. On distingue deux familles : le PEBD (polyéthylène basse densité) et le PEHD (polyéthylène haute densité).
Utilisé pour des objets plastiques, il sert de fabrication pour les produits souples tels que les sacs, films, sachets, sacs poubelle, récipients souples (bouteilles de ketchup, de shampoing, tubes de crème cosmétique …) (Cercle National Du récyclage, 2009).
Le PEHD est utilisé pour des objets plastiques rigides. On le trouve par exemple dans des bouteilles et des flacons, des bacs poubelles, des cagettes, des tuyaux, des fûts, des jouets, des ustensiles ménagers, des boîtes type…
Le polypropylène (PP)
Il sert à la fois comme thermoplastique et comme fibre et n’absorbe pas d’eau.
On en trouve beaucoup sous forme de pièces moulées dans les équipements automobiles (pare-chocs, tableaux de bord, habillage de l'habitacle) et dans le mobilier de jardin. Ce matériau sert à fabriquer des boîtes à aliments qui résistent au lave- vaisselle parce qu'il ne fond pas en dessous de 160°C. Le polypropylène est aussi utilisé dans la fabrication de fibres synthétiques (tapis, moquettes, cordes, ficelles) mais aussi pour les emballages alimentaires en raison de son aspect brillant et de sa résistance (flacons, films, pots) (cap sciences, 2006).
Le polystyrène (PS)
C’est un plastique dur, cassant et transparent. On le reconnaît facilement à un blanchissement sur les zones de contraintes avant la rupture ou à sa fumée noire et à son odeur caractéristique lors de sa combustion. Il sert de fabrication de mobilier, d’emballages, de grilles de ventilation, de jouets, de verres plastiques… On distingue le polystyrène "cristal (boîtes, les boîtiers CD) en raison de son aspect transparent, le polystyrène expansé (PSE solide à 20°C, pâteux à 120°C et fondant à 160°C.) (cap sciences, 2006).
Le polycarbonate (PC)
Il présente d'excellentes propriétés mécaniques et une bonne résistance thermique jusqu'à 120°C. Il est utilisé pour la fabrication des casques de moto, des vitrages des guichets à l'épreuve des balles et des phares, feux arrière et clignotants de voitures. De par sa neutralité physiologique, on l’utilise dans le domaine médical pour la fabrication de matériel et de prothèses. Par contre, il résiste mal aux contacts prolongés avec l'eau, aux agents chimiques et aux rayons ultraviolets (cap sciences, 2006).
Le polyéthylène téréphtalate (PET)
C'est un polymère obtenu par la polycondensation de deux composants : le diméthyltéréphtalate et l'éthylène glycol. Le PET surtout employé pour la fabrication
8 température trop haute. Pour cette même raison, on ne peut pas l’utiliser pour les confitures qui sont coulées chaudes dans les pots. Il existe aujourd’hui un nouveau type de polyester plus résistant à la chaleur qui correspond à ce que l'on recherche pour les pots de confiture et les bouteilles consignées. C'est le polyéthylène naphtalène ou PEN (cap sciences, 2006).
Les polyacétals ou polyoxyméthylène (POM)
Les polyacétals ont des propriétés qui les rendent irremplaçables pour des pièces à fortes exigences mécaniques comme les engrenages et les poulies.
Ils sont solides et présentent les qualités de métaux tels que l'acier, l'aluminium ou le zinc. Ils résistent à la plupart des agents chimiques et ont un faible coefficient de frottement. Par contre, ils ont une densité élevée et une assez faible résistance à la température (cap sciences, 2006).
Le polychlorure de vinyle (PVC)
Il est obtenu par la polymérisation des monomères de chlorure de vinyle CH2=CH− Cl. Ce polymère de formule − (CH2 − CH − Cl) n − est issu d’une réaction chimique entre l'éthylène et l'acide chlorhydrique, en présence d'oxygène. Le PVC rigide qui a un aspect lisse et dur est utilisé pour les tuyaux de canalisation. Le PVC souple qui recouvre certaines pièces comme les manches de pinces a un aspect brillant.
C'est après le PE, le plastique le plus utilisé au monde. Il est largement employé dans l’industrie de l'ameublement et dans le bâtiment ou le génie civil (cap sciences, 2006).
Les polyamides (PA)
C'est la première matière plastique à avoir été découverte en 1938. Selon la longueur des chaînes, on obtient différents types de PA que l’on distingue par des chiffres. Par exemple le PA 6.6 est le nylon. Ce sont des polymères qui offrent un bon compromis entre des qualités mécaniques, thermiques et chimiques. Les polyamides sont utilisés pour réaliser des pièces moulées dans l'appareillage ménager et automobile, des tapis et des moquettes, de la robinetterie, de la serrurerie, des engrenages, des textiles (lingerie et voilages)... L'inconvénient principal de tous les polyamides est qu’ils sont hydrophiles ce qui limite leur usage pour certaines pièces mécaniques (cap sciences, 2006).
1.1.2.2. Les thermodurcissables
Les thermodurcissables sont des plastiques qui prennent une forme définitive au premier refroidissement. La réversibilité de forme est impossible car ils ne se ramollissent plus une fois moulés. Sous de trop fortes températures, ils se dégradent et brûlent (carbonisation). Les molécules de ces polymères sont organisées en de longues chaînes dans lesquelles un grand nombre de liaisons chimiques solides et tridimensionnelles ne peuvent pas être rompues et se renforcent quand le plastique est chauffé. La matière thermodurcissable garde toujours sa forme en raison de ces liaisons croisées et des pontages très résistants qui empêchent tout glissement entre les chaînes les plus connus. (cap sciences, 2006).
Les polyuréthanes (PUR)
Ils sont formés par l’association d’un iso cyanate (composé organique comprenant la séquence : -N=C=O) et par un alcool (composé organique dont l'un des carbones est lié à un ou plusieurs groupements hydroxyle –OH). En fonction des associations chimiques réalisées avec différents monomères on peut obtenir des colles, des élastomères, des mousses souples ou rigides grâce à des agents d’expansion, des polyuréthanes solides et compacts que l’on peut renforcer par de la fibre de verre. On les utilise pour fabriquer des matelas, des sièges de voiture, des tableaux de bord, des roues de patins à roulettes ou des chaussures de ski… (cap sciences, 2006).
Les polyesters insaturés
Ils sont obtenus par réaction de condensation entre différents polyacides et des glycols (éthylène glycol, propylène glycol). Ces produits appelés époxydes sont des substances chimiques comportant un oxygène ponté sur une liaison carbone – carbone. Ils sont dilués ultérieurement dans un monomère non saturé comme le styrène. Quand un catalyseur est introduit dans cette résine, les produits se combinent provoquant un durcissement irréversible appelé la réticulation qui correspond à l’apparition de liaisons chimiques formant un réseau macromoléculaire tridimensionnel.
Le polyester sert surtout à fabriquer des fibres textiles artificielles, les tissus produits sont brevetés sous les noms de Dacron, de Tergal ou de Térylène. La fibre
10 l'habillement. Ses applications se sont aussi diversifiées dans l'industrie, notamment sous forme de films destinés à l’agriculture, aux travaux publics, aux coques et cabines de bateaux, aux carrosseries d'automobiles, aux piscines (cap sciences, 2006).
Les phénoplastes (PF)
Dans ce groupe, une des plus anciennes matières plastiques connue est la Bakélite. Ce matériau providentiel a eu d'innombrables applications dans les domaines scientifiques et dans la réalisation d'objets: téléphones, postes de radio. Ces résines thermodurcissables résistent très bien aux produits chimiques et à la chaleur. Elles sont également électriquement isolantes. On peut les transformer par moulage et par compression pour fabriquer les poignées de casserole, de fer à repasser et des plaques de revêtement (cap sciences, 2006).
Les aminoplastes (MF)
Ces produits résineux sont essentiellement utilisés en stratification sur des textiles plastifiés, les panneaux de bois agglomérés pour le mobilier de cuisine et les plans de travail (cap sciences, 2006).
Les élastomères
Ces polymères présentent les mêmes qualités élastiques que le caoutchouc. C’est un procédé de cuisson et de durcissement qui permet de créer un réseau tridimensionnel plus ou moins rigide sans supprimer la flexibilité des chaînes moléculaires. On introduit dans l’élastomère au cours de la vulcanisation du souffre, du carbone et différents agents chimiques. Différentes formulations permettent de produire des caoutchoucs de synthèse en vue d’utilisations spécifiques. Les élastomères sont employés dans la fabrication des coussins, de certains isolants, des semelles de chaussures ou pneus (cap sciences, 2006).
1.1.3. Propriétés des matières plastiques
1.1.3.1. Propriétés mécaniques :
Les propriétés mécaniques des matériaux sont généralement liées à leur architecture moléculaire. Les polymères thermodurcissables sont souvent rigides et
fragiles tandis que les polymères thermoplastiques et les élastomères montrent une résistance mécanique médiocre très affectée par la température.
La structure des polymères est reliée aux propriétés thermomécaniques. Par exemple, lors de la mise en œuvre par injection, les plastiques amorphes sont plus tolérants que les semi-cristallins (ces derniers ont une prédisposition à cristalliser). Le taux de cristallinité d'un polymère influence les propriétés mécaniques (le module d'Young augmente lorsque le taux de cristallites augmente. Inversement, la limite de déformation élastique diminue).
Les propriétés mécaniques font partie des propriétés intrinsèques des matériaux et sont définies à partir d'essais comparatifs, normalisés. En général, les normes utilisées sont ISO, ASTM ou des normes « maisons » lorsque les tests sont directement liés aux propriétés d'usage.
Les propriétés mécaniques sont ensuite utilisées pour prédire les propriétés finales des objets finis. Cependant, certaines caractéristiques structurales liées à la transformation des matières plastiques, telles le degré de cristallinité, l'orientation des chaînes macromoléculaires, ou les tensions internes résultant des conditions de mise en œuvre et de refroidissement, peuvent influencer les propriétés de l'objet. Ces propriétés sont appelées propriétés de transformation.
Un grand nombre d'essais mécaniques utilisés pour caractériser les matières plastiques découle des techniques d'analyse des métaux telles la mesure du module d'élasticité, de la résistance à la traction et de l'allongement à la rupture. Le tableau 1.2 présente les caractéristiques mécaniques de quelques polymères.
12 Tableau 1.2 : Caractéristiques mécaniques de quelques polymères (Vacour, 2013)
Abréviations normalisées
Densité (𝑔 𝑐𝑚⁄ 3)
Résistance à la rupture par
traction (𝑑𝑎𝑁 𝑚𝑚⁄ 2)
résistance à la rupture par
flexion (𝑑𝑎𝑁 𝑚𝑚⁄ 2)
Résistance à la rupture par compression (𝑑𝑎𝑁 𝑚𝑚⁄ 2)
Module d'élasticité par
traction (𝑑𝑎𝑁 𝑚𝑚⁄ 2)
Module d'élasticité par
flexion (𝑑𝑎𝑁 𝑚𝑚⁄ 2)
Allongement à la rupture par traction
(%)
PMMA 1,2 7 11 12 330 280 4
PC 1,2 6,5 9 8,5 250 220 80
PEHD 0,96 2,8 4 2 110 90 600
PET 1,39 7,5 12 13 280 300 30
POM 1,41 7 11 11 310 288,8 30
PA6 1,14 6 5,5 9 180 140 200
PP 0,92 3,1 4 5 170 300 70
PVC 1,45 5 8 8,7 300 260 20
ABS 1,05 6,1 9,1 87 200 250 20-60
PTFE 2,2 24,5 16 5 75 49 300;400
Figure 1.2 –Caractérisation mécanique: courbe contrainte déformation établie sur un échantillon de trois matériaux type (Résistance des matériaux, 2013).
la courbe A illustre le caractère en contrainte-déformation d'un polymère rigide.
Le polymère a un comportement fragile (faible allongement à la rupture)
la courbe B montre que le comportement de certains matériaux plastiques est semblable à celui de nombreux matériaux métalliques : la déformation élastique initiale est suivie d'une déformation plastique. Le matériau est tenace (fort allongement à la rupture) ;
la courbe C indique une déformation élastique dans un large domaine de déformation ; ce comportement mécanique est typique d'un élastomère.
Les matières plastiques ont des propriétés mécaniques influencées par les principaux facteurs suivants : la température, la cohésion des polymères, la modification des propriétés mécaniques moléculaires des polymères, leurs conditions de transformation.
14
Figure 1.3- Influence de la température : courbe établie pour un échantillon de plastique à différentes température (Résistance des matériaux, 2013).
1.1.3.2. Propriétés thermiques
La plupart des polymères thermoplastiques ne sont pas utilisés au-dessus de 120°C, température à laquelle se produit un ramollissement (pour les amorphes) ou une fusion (pour les semi-cristallins), qui supprime les propriétés mécaniques. Les polymères thermoplastiques amorphes sont utilisés en dessous de leur température de transition vitreuse Tg, à l'état vitreux. En principe, les matières thermodurcissables ont une meilleure tenue thermomécanique (à la chaleur, au feu, au fluage, faible retrait, etc.) et chimique que les thermoplastiques. Les meilleurs thermostables sont des thermodurcissables.
On peut classer les polymères en deux types, en fonction de leur comportement à la chaleur: les thermoplastiques (polymères linéaires, ramifiés ou non) et les thermodurcissables (polymères tridimensionnels, réticulés).
Les polymères thermoplastiques portés à une température suffisante (au-dessus de leur température de transition vitreuse Tg ou de fusion Tf), se trouvent à l'état « fondu » (état fluide ou déformable) et sont donc susceptibles de s'écouler sous l'action d'une contrainte. Les polymères thermodurcissables durcissent lors d'un premier refroidissement (ou éventuellement à température ambiante). Dans le domaine des peintures, c'est une propriété très souvent mise à profit. Le tableau 1.3 présente les caractéristiques thermiques de quelques polymères.
Tableau 1.3 : Température de fusion de quelques polymères (Obra, 2013)
Type Abréviations
normalisées Point de fusion Température d'utilisation Acrylonitrile butadiène
styrène ABS 130°C 60°C /-35°C
Polyacétal ou
Polyoxyméthylène POM 165°C 100°C /-45°C
Polyamide 6,6 PA 6-6 255°C 120°C /-30°C
Polyamide 6 PA6 220°C 100°C /-40°C
polycarbonate PC 230°C 135°C /-60°C
Polyéthylène téréphtalate PET 255°C 100°C /-20°C
Polyester thermoplastique
transparent
PETG 255°C 150°C /-20°C
Polyéthylène basse
densité PEBD 125°C 70°C
Polyéthylène haute
densité 300 PEHD 300 130°C 80°C /-100°C
Polyéthylène très haute
densité 500 PEHD 500 135°C 80°C /-100°C
Polyéthylène très haute
densité 1000 PEHD 1000 138°C 80°C /-260°C
Polyméthacrylate de
méthyle PMMA 168°C 70°C /-40°C
Polypropylène PP 163°C 100°C /-10°C
Polystyrène PS 160°C 60°C /-10°C
Polytétrafluore ou
Polytétrafluroéthylène PTFE 325°C 260°C /-200°C
Polychlorure de vinyle PVC 125 60°C /-10°C
Nous avons beaucoup parlé de la sensibilité des polymères à température parce que leurs liaisons atomiques sont peu résistantes à l’agitation thermique, leurs coefficients de dilatation sont élevés ; cela crée des difficultés dans les assemblages
16 métaux-polymères. Elle peut être dix fois supérieure à celle des métaux (cas des thermoplastiques).
Cependant, ce fort coefficient de dilatation est associé à une conductibilité thermique très faible. La conductibilité thermique des polymères est environ cent fois plus faible que celle des métaux (www.groupe-genipolymers.com). Le tableau 1.4 expose les chiffres comparés des propriétés thermiques de quelques matériaux.
Tableau 1.4 : Comparaison des caractéristiques thermiques de quelques matériaux à 20°C (DUPEUX, 2004)
MATERIAU
Coefficient de dilatation linéaire
(10−6⁄ ) 𝐾
Capacité thermique massique (𝐾𝐽 𝐾𝑔. 𝐾⁄ )
Conductibilité thermique (𝑊 𝑚. 𝐾⁄ ) METAUX
Acier au carbone 10 à 15 0,48 47
Acier inoxydable 11 à 16 0,51 16 à 26
Aluminium 24 0,9 220 à 230
Cuivre 17 0,39 370
Fer 12 0,44 81
Zinc 40 0,39 116
POLYMERES
Caoutchouc naturel 22 1,9 0,18
Nylon (polyamide 6-6) 80 à 150 1,6 0,17 à 0,25
Polychlorure de vinyle (PVC) 50 à 250 0,8 à 1,7 0,12 à 0,30
Polyéthylène (PE) 110 à 200 1,9 à 2,3 0,25 à 0,35
Polymétacrylate de méthyle (PMMA) 50 à 90 1,46 0,17 à 0,25
COMPOSITES
Béton 7 à 14 3,3 0,1 à 2
Polyester-fibre de verre 12 à 25 1 à 1,4 0,4 à 1,2
1.1.3.3. Propriétés secondaires
Parmi ses qualités, le plastique qui continue de se découvrir porte des atouts dont nous citerons : (Techno science, 2005)
Résistance aux agents chimiques : en règle générale, les polymères résistent aux acides et aux bases ; les études révèlent une grande inertie chimique du PTFE et du PE en raison de leur structure.
Elasticité élevée : jusqu’au 800% d’élongation à la rupture pour le PEHD.
Intérêt en vibro-acoustique : certains plastiques sont des amortisseurs vibratoires ; exemple : copolymère bloc SIS poly (styrène-b-isoprène)
Transparence : la plupart des polymères thermoplastiques amorphes non chargés (et non colorés…) sont transparents (PMMA, PC, PS,…etc.)
Résistance à l’impact : certains plastiques manifestent une grande résistance à l’impact (PC, PET, PMMA,etc.)
Résistance à l’abrasion : certains sont résistants à l’abrasion (PTFE, PVC rigide, polyamides, PET, aminoplastes, etc.). Le PTFE possède un coefficient particulièrement faible qui lui permet d’être un lubrifiant solide.
La convivialité : Ce matériau accepte avec une relative facilité les charges et les ajouts qui permettent de le teinter dans la masse, de doper sélectivement ses propriétés et de tendre maintenant vers les plastiques biodégradables.
Etanchéité : Ce matériau dispose de beaucoup de références en matière d’étanchéité à l’air et à l’eau.
1.1.4. Type de polymérisation
La polymérisation désigne la réaction chimique ou le procédé par lequel des molécules de bas poids moléculaires (par exemple des hydrocarbures de 2 à 10 atomes de carbone) réagissent entre elles pour donner des molécules de poids moléculaires dix, cent ou des millions de fois plus grands (cap sciences, 2006).
Dans cette définition, les molécules de bas poids moléculaires sont les monomères et celles de poids moléculaire élevés sont des polymères.
Il existe deux grands types de réactions de polymérisation qui fournissent différents plastomères.
1.1.4.1. La polymérisation par étape ou polycondensation
C’est une réaction chimique répétée impliquant la formation de sous-produits (cap- sciences, 2006).
Au cours de la synthèse, catalysée parfois par un acide, un très grand nombre de monomères réagissent tels quels et se lient les uns aux autres. Les molécules initiales forment de plus grosses molécules, des bouts de chaîne qui associent des monomères
18 d’autres et finissent par former une très longue chaîne. Les polymères synthétisés par ce type de réaction sont par exemple :
les fibres polyamides comme le nylon. Chimiquement, le nylon est un polymère constitué par des motifs reliés par des liaisons amide d’où son nom de polyamide. Le plus connu est le Nylon 6,6 qui est utilisé comme textile et pour les petits objets. On peut le mouler à chaud (thermoplastiques) ou l’usiner pour fabriquer des pièces automobiles.
Photo 1.1: le nylon 6.6 (cap sciences, 2006)
les polyesters : le plus connu est le Tergal. Il existe également dans cette famille le polyéthylène téréphtalate ou PET.
les polyuréthanes : utilisés en mousse pour le remplissage des coussins. Ce sont de très bons isolants thermiques mais ils sont très inflammables.
les résines : Les résines phénoliques ont un réseau tridimensionnel. Elles sont utilisées en raison de leur dureté comme matériaux de revêtement et de placage pour les plans de travail dans les cuisines.
1.1.4.2. La polymérisation en chaine ou polyaddition
C’est une réaction qui aboutit à la formation de polymères par additions successives de monomères sur une extrémité de la chaîne macromoléculaire (cap sciences, 2006). Cette réaction comporte trois étapes successives :
La phase d’amorçage au cours de laquelle un activateur se lie à un monomère créant ainsi un centre actif (amorceur ou initiateur) d’où démarre la polymérisation.
Une phase de propagation durant laquelle l’activité de ce monomère se propage
au dernier monomère capté pour la création de chaines. Dans ce cas, la croissance d'une chaîne polymère résulte exclusivement de réaction(s) entre monomère(s) et site(s) réactif(s) de la chaîne;
Enfin une phase de terminaison/transfert, au cours de laquelle le centre actif finit par être détruit (la molécule polymère rencontre une espèce chimique qui désactive le monomère en bout de chaîne) entrainant l’arrêt de la croissance de la chaine. La nature de l'extrémité active détermine le nom de la réaction de polyaddition.
Photo 1.2: Fil de PE (cap sciences, 2006)
— Le polypropylène (PP) :
De formule chimique (CH2-CH-CH3) n, le polypropylène est produit en films ou en pièces. Il se trouve dans les équipements automobiles (pare-chocs, tableau de bord, salon de jardin…) et aussi très fréquent dans les emballages alimentaires pour sa transparence et son aspect brillant en film plastique.
Photo 1.3: Elément de salon de jardin en pp (cap sciences, 2006)
20
— Le polystyrène (PS) :
De formule chimique (CH2-CH- C6H5) n, le polystyrène se fabrique à partir du styrène, sa synthèse se fait en émulsion ou en solution. C’est un très bon isolant électrique et thermique servant entre autre à fabriquer les gaines des câbles électriques. Il est utilisé aussi comme emballage car il est souple, malléable et résistant à la déchirure : pots de yaourts, jouets, cabines de douche… (Emballage de protection : polystyrène expansé)
Polymérisation du styrène, pour synthétiser du polystyrène :
Figure 1.4 : Réaction de polymérisation du styrène (cap sciences, 2006)
Photo 1.4: Ustensiles en PS (cap sciences, 2006
— Le polychlorure de vinyle (PVC) :
De formule chimique (CH2-CH-Cl)n, le polychlorure de vinyle est un plastique très employé pour réaliser des tubes, des bouteilles, des encadrements de portes et de fenêtres…
Photo 1.5: Photo de tuyaux en PVC (SAS Didier, 2013)
1.1.5. Les matières plastiques : Risques pour l’environnement et la santé
Quel que soit le mode de gestion du déchet plastique, il présente de grands dangers pour l’environnement et la santé. L’Organisation Mondiale de la Santé(OMS) renseigne que 21% des maladies dans le monde aujourd’hui sont liés à l’insalubrité de l’environnement. (GBEDO, 2009)
En effet, un sac plastique met environ 400 ans pour se dégrader; son imperméabilité crée des conditions d’essoufflement au niveau des plantes, car ces dernières n’arrivent pas à faire explorer les profondeurs par leurs racines dans le sol à la recherche de l’eau et des nutriments (Représentation Nationale de CREPA, 2011).
Environ 5% des 260 millions de tonnes de déchets plastiques produites sont recyclés ; c’est dire que nous déversons environ 247 millions de tonnes de déchets plastiques dans la nature chaque année entrainant ainsi des déperditions inévitables.
Les sacs en plastique s'empilent également dans les caniveaux d'évacuation des eaux pluviales. Ce qui provoque parfois, des inondations pendant la saison pluvieuse car ils bloquent l’écoulement normal de l’eau. Au Bénin où beaucoup de rues ne sont pas pavées ou bitumées, le courant d'eau érode la chaussée.
22
Photo 1.6: Caniveau jonché de sachets plastiques (Représentation Nationale de CREPA, 2011)
Signalons enfin que les sachets en plastique sont très dangereux pour les animaux. Ces derniers, suite à l’ingestion des sachets, connaissent une altération progressive et rapide de leur santé, entrainant une mort violente. Le taux de mortalité élevé au Bénin, est dû au paludisme qui gangrène les populations. Plus spécifiquement sur la santé, les déchets plastiques peuvent causer d’énormes préjudices. Mieux, les déchets plastiques de par leur poids très léger sont des vecteurs de maladies puisque pouvant se déplacer d’un milieu à un autre (Représentation Nationale de CREPA, 2011).
1.1.5.1. La pollution chimique
La manipulation des hydrocarbures sous leurs diverses formes, dans une usine de fabrication, à l’emploi chez l’utilisateur, dans les poubelles et dans les convois de récupération contraint tout usager à une exposition à des substances dangereuses dont nous n’avons pas toujours conscience. Les substances en cause les plus connues sont :
Le monoxyde de carbone : Incolore et inodore, formé par combustion incomplète des composés organiques, il se lie plus fortement que l’oxygène à l’hémoglobine sanguine pour former de la carboxyhémoglobine, un composé stable. Les molécules d’hémoglobines sont empoisonnées ce qui est susceptible d’entrainer la mort.
Le (di) sulfure de carbone CS2 : quoique de structure similaire au dioxyde de
carbone, est un liquide hautement toxique utilisé comme solvant (vulcanisation du caoutchouc) ;
Les combustibles fossiles (pétrole en particulier) qui sont utilisés pour la fabrication des matières plastiques ; ils sont des sources importantes des gaz à effet de serre ;
Certains produits finaux de dégradation qui sont des métaux lourds : (plomb, cadmium en particulier) ; ils ont été utilisés pour la fabrication de certaines matières plastiques courantes, telles le PVC. Ils sont dangereux pour la santé ;
Certains additifs dont le bisphénol A qui est très présent dans les plastiques alimentaires et notamment dans 90% des biberons jusqu’en 2008. Le BPA est soupçonné d’être un perturbateur endocrinien. En effet, ils seraient au premier rang des accusés de la chute de la qualité des spermatozoïdes (réduite de 50%
depuis 1950) et des maladies liées à l’appareil génital. L’Association médicale américaine a publié en octobre 2008 une étude concluant qu’une hausse de la concentration de BPA dans l’urine augmentait de 39% les risques de diabète et de maladie cardiovasculaire. Au Canada, tous les biberons contenant du BPA ont été retirés du marché, en application du principe de précaution.
De nombreux autres polluants sont concernés : le benzène (capable de provoquer des leucémies), le toluène (susceptible d’endommager le système nerveux), le méthane qui est un gaz à effet de serre et qui induit une méthanisation élevée des décharges….
1.1.5.2. La pollution des chaines alimentaires
Une chaine alimentaire est une suite d’êtres vivants dans laquelle chacun mange celui qui le précède. Le premier maillon d’une chaine est très souvent un végétal chlorophyllien. Un ensemble de chaines alimentaires ayant un ou plusieurs maillons en commun forme un réseau alimentaire.
Exemple de chaine alimentaire : CO Herbe vache Homme
Les fumées d’incinération des plastiques relâchent de la dioxine qui retombe dans les champs. Les végétaux fixent cette substance. Les vaches en broutant l’herbe absorbent
24 la dioxine qui se fixe également dans leurs tissus. L’homme en consommant de la viande bovine se contamine (KOWANOU & TCHEHOUALI, 2011).
Le danger de ces substances se trouve amplifié par l’accumulation de ces produits par le biais de la chaine alimentaire. Les ovules, les spermatozoïdes et les graisses de l’organisme contiennent maintenant des pesticides. En 1987, l’OMS a démontré leur présence dans le lait maternel.
1.1.6. Etats des lieux de la gestion des déchets plastiques au Bénin
De plus en plus aujourd’hui, l’assainissement occupe une place considérable dans les politiques de gestion de l’espace urbain. Hervé DOMENACH, Michel PICOUET (2000) et François WYNGAERDEN (2004), révèlent que les déchets et les pollutions ont évolué de par leur quantité, leurs caractéristiques, leur composition, leur impact sur la santé et l’environnement à cause de la civilisation industrielle et de l’explosion urbaine (KABORE, 2009). L’une de ces conséquences les plus inquiétantes en Afrique et particulièrement au Bénin, réside d’ailleurs dans les problèmes de gestion des déchets solides notamment ceux ménagers.
La solution au problème de la gestion des déchets n’est pas trop satisfaisante.
On peut noter l’insuffisance des ressources disponibles comparée à la quantité sans cesse croissante des DSM à pré-collecter, à collecter, à transporter et à éliminer (Représentation Nationale de CREPA, 2011).
Durant ces dernières années, l’importation sans cesse croissante des matériaux plastiques au Bénin a entrainé une utilisation démesurée de ceux-ci par la population entière. Les sachets plastiques, faisant l’objet d’une grande consommation parce qu’ils emballent tous les produits de grande nécessité, engendrent un problème environnemental de par leur caractère non biodégradable. La gestion des déchets plastiques reste limitée à la mise en place dans les villes principales, de systèmes intégrés de collecte, de traitement et de valorisation des ordures ménagères.
Cependant divers programmes de recherche et projets ont été élaborés pour contribuer au renforcement des capacités et à la fourniture d’infrastructures. Il s’agit par exemple du projet de gestion des déchets solides ménagers (PGDSM) avec Oxfam Québec, du programme français de recherche sur les déchets et l’assainissement
urbain, du programme d’appui à la récupération et au recyclage des déchets(PARDEC), du programme d’appui à la valorisation et à la décentralisation(PAVaD), du projet opération ville propre (POVP) et du projet d’appui à la gestion des déchets à la décentralisation(PAGeD) avec l’ONG DCAM Bethesda sur financement de l’organisation allemande de développement EAD (BETHESDA, 2008). Comme le souligne MAYSTER et al (TANAWA, 2006), la connaissance des déchets est nécessaire parce qu’une politique de gestion des déchets doit s’appuyer sur une connaissance systématique, aussi complète que possible des déchets, en particulier de leur quantité.
La situation prévalant actuellement dans nos villes témoigne de l’incapacité des collectivités locales à assurer l’élimination de la quantité de déchets produite. Le tableau 1.4 ci-dessous nous renseigne sur la composition des déchets dans certaines villes.
Tableau 1.5 : composition des déchets dans certaines villes.
(Source : Enquête de terrain CREPA 2011) Rubrique
Cotonou
Porto-
Novo Parakou Abomey-
calavi Bohicon Djougou Centres urbains
Végétaux/Putres
cibles 56 ,84 35,65 27 49,6 50 27 37,05
Matières fines 31,01 30,44 24 33,66 32 24 36,64
Plastiques 4,61 14,59 3,00 9,00 9,00 3,00 5,43
Graviers 0,00 0,00 38,00 0,00 2 38,00 12,37
Tissus 0,98 2,65 1,5 3,12 3,00 2,00 1,67
Papiers et cartons 3,34 3,17 5,00 2,67 3,00 5,00 3,32
Os et coquilles 0,01 0,71 0,00 0,00 0,00 0,00 0,12
Ferrailles 1,15 2,48 0,45 1,42 1,00 0,00 1,38
Piles 0,04 0,06 0,35 0,00 0,00 0,00 0,28
26 De l’analyse faite par le CREPA, il ressort que les déchets des villes du sud (Cotonou, Porto-Novo, Abomey-Calavi, Bohicon) sont composés essentiellement de végétaux/putres cibles et de matières fines, tandis que celles du nord (Parakou, Djougou) présentent une prédominance de graviers dans leurs déchets. Il faut noter la présence assez impressionnante de plastiques dans les déchets produits à Porto Novo (14,59%). Ce qui se justifie par sa position par rapport au Nigeria qui est un réservoir de produits plastiques pour le Bénin. Sur le plan national, 5,43 % des déchets produits sont des plastiques.
Mais comme l’évoquent les spécialistes de la question, ce n’est pas la quantité de déchets produite qui est le problème, mais plutôt l’incapacité des collectivités locales à assurer son élimination. Face à ce faible taux d’élimination des déchets, il s’impose aux acteurs, des actions d’envergure qui aident à assurer aux populations un cadre de vie sain. Le taux de collecte des déchets au Bénin est faible.
Tableau 1.6 : Evolution du taux de collecte des déchets au Bénin Source : (Tractebel, 2012)
ANNEE 2002 2007 2012
TAUX 6.3% 17.8% 29.6%
L’analyse faite par Tractebel nous montre que le taux de collecte des déchets au Bénin parait donc encore faible. Ce faible taux explique la non maitrise des chiffres exacts de déchets dans nos villes et surtout dans nos campagnes.
Une caractérisation faite des différents déchets dans certaines grandes villes par le CREPA ont donné les résultats suivants :
Tableau 1.7 : Caractérisation des déchets plastiques dans les villes (Source: Enquête de terrain CREPA 2011)
Proportion de chaque type de sachet(%) No Type de plastiques Porto-Novo Cotonou Parakou
1 PET 1,75 3,80 24,19
2 HDPE 12,12 84,99 22,57
3 PVC 1,02 0 1,60
4 LDPE 76,62 7,02 46,74
5 PP 4,04 1,18 0
6 PS 2,72 0 3,20
7 PUR 1,72 3,01 1,61
L’analyse de ces données révèle que les déchets plastiques produits sont composés essentiellement des LDPE et des HDPE.
1.1.7. Pistes de valorisation des déchets plastiques
La valorisation des DSM est définie comme toute opération de récupération, de recyclage, de régénération ou de réemploi visant à obtenir à partir des ordures ménagères, des matériaux réutilisables ou de l’énergie (Représentation Nationale de CREPA, 2011). Elle est donc un mode de gestion des déchets ménagers qui vise à transformer dans le but de les réintroduire dans le circuit économique.
L'objectif visé est de réduire la pollution occasionnée par le rejet des déchets plastiques dans la nature, en les considérant, moins comme une nuisance, et plus comme une ressource, génératrice d’emplois et de revenus. Une des pistes proposées est leur utilisation comme liant, comme le ferait le ciment, pour la fabrication de matériaux de construction (DOUBLIER & SORGHO, 2013).
Compte tenu des intérêts économiques en jeu, l’interdiction d’utiliser les sachets plastiques, solution évidente pour réduire la pollution, s’avère souvent difficile, voire impossible, localement. La stratégie proposée est de faire en sorte que les utilisateurs ne les rejettent plus. Cela passe, bien sûr, par une sensibilisation au respect de leur environnement, mais plus sûrement par un intérêt économique, que l’on peut obtenir en donnant à ces sacs une valeur marchande par une valorisation en produits utiles.
De nombreuses pistes existent pour « donner une valeur » à ce type de déchets et faire en sorte qu’ils soient plus considérés comme une ressource qu’une nuisance.
On distingue en général, deux modes de valorisation : la valorisation énergétique par incinération et la valorisation matière. La plus pratiquée au Bénin est la valorisation matière organisée en plusieurs filières dont la filière plastique (Représentation Nationale de CREPA, 2011).
1.1.7.1. Valorisation énergétique par incinération
En dépit de la réduction à la source, de la réutilisation et du recyclage, il restera toujours des déchets. La valorisation énergétique est une méthode de traitement des
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& SORGHO, 2013). Elle consiste à les incinérer, dans des installations adaptées (usines d’incinération, cimenteries,...), pour produire de l’énergie. La difficulté est que ces installations sont très techniques, extrêmement coûteuses et restent, malgré le respect strict des normes, toujours de plus en plus contraignantes, toujours polluantes.
1.1.7.2. Valorisation matière
Le recyclage mécanique, permet la réutilisation réversible de la matière plastique issue des déchets. La matière peut être broyée, refondue pour fabriquer un produit fini commercialisable qui pourra également être recyclé après usage. Plusieurs modes de fabrication, comme la fabrication de cordes, de tapis, de produits obtenus par tressage, jouets, etc. sont possibles et peuvent être générateurs de profits. Nous pouvons également citer :
utilisation des plastiques thermodurcissables en substitution des charges minérales.
utilisation des déchets de polystyrène expansé dans certains bétons ou briques, ce qui permet l’allègement du matériau.
ajouts de déchets thermoplastiques dans la constitution de revêtements routiers, ce qui permet d’améliorer les performances de l’enrobé, en particulier sa résistance à la fissuration et à l’orniérage.
Au Bénin, il existe deux grandes structures reconnues pour leurs actions en matière de valorisation des déchets plastiques. Il s’agit de AGRIPLAS de l’ONG DCAM Bethesda et de l’ONG « Qui Dit Mieux ». En dehors de ces deux grandes structures reconnues pour leur succès, nous avons l’Ecole Polytechnique d’Abomey- Calavi qui mène des recherches sur les techniques de valorisation des déchets plastiques.
1.2. Matériaux à base de sachets plastiques
Dans le cadre de la valorisation des déchets plastiques, l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi (Département de Génie Civil) mène des études sur le recyclage des plastiques comme adjuvant dans les composites sable-plastique fondus, et d’autres études sur la valorisation des déchets plastiques en BTP.
