RÉPUBLIQUE DU BÉNIN
MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITÉ D’ABOMEY – CALAVI (UAC)
ÉCOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY – CALAVI (EPAC) DÉPARTEMENT DE GÉNIE CIVIL
OPTION : Bâtiments et Travaux Publics
MÉMOIRE DE FIN DE FORMATION EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION
THEME :
Année académique 2016-2017
MISE AU POINT D’UNE DALLE EN ECO- MATERIAU : ETUDE DE LA TABLE DE COMPRESSION EN MATERIAU COMPOSITE
BETON DE LATERITE ET LIANES DE ROTIN
Réalisé par :
Jérôme Sonagnon AFOUTOU
Composition du jury :
Président : Pr. Victor GBAGUIDI Membres :
Pr. Edmond C. ADJOVI : Maître de mémoire Pr. Emmanuel OLODO : Co-maître de mémoire
Dr. Valéry K. DOKO : Co-maître de mémoire
Ir. Joseph AHISSOU : Examinateur
Dédicace
A mes parents Hubert AFOUTOU et Latoréra ADJAÏ, que Dieu vous donne la joie de vivre.
A tous les enfants déscolarisés.
Remerciements
Je ne saurais commencer la rédaction de ce document sans remercier Dieu pour tous ses bienfaits et sa faveur de tous les jours. Je lui dis merci pour les personnes qu’il m’a permis de rencontrer et par le biais desquelles il agit.
L’élaboration du présent mémoire n’a été possible que par le soutien indéfectible et la franche collaboration de plusieurs personnes. Je tiens donc à exprimer mes sincères remerciements et ma profonde gratitude :
au Pr SOUMANOU M. Mohamed, Directeur de l’EPAC ; au Pr AHOUANNOU Clément Directeur Adjoint de l’EPAC ;
au Pr AVLESSI Félicien, ex-Directeur de l’EPAC, pour nous avoir assuré durant son mandat un cadre d’études convivial ;
au Dr HOUINOU Gossou Jean, Docteur Ingénieur en Génie Minier et Topographie ; Chef du Département de Génie Civil de L’EPAC, pour tous les sacrifices consentis pour la bonne marche des activités pédagogiques au sein du département ;
au Pr ADJOVI Edmond, mon Maître de mémoire, Professeur titulaire des Universités du CAMES. Il a consacré beaucoup de temps, et a largement contribué à l’aboutissement de mes travaux de recherche par la qualité de ses suggestions. Je le remercie aussi pour le soutien moral et matériel qu’il nous a apporté et grâce auquel ce travail a été conduit à terme ;
au Pr Emmanuel OLODO, Maître de Conférences des Universités, notre co-maître, pour sa disponibilité, et son suivi tout au long du travail effectué ;
au Dr Valery K. DOKO, enseignant chercheur à l’EPAC, notre co-maître dont la disponibilité, le soutien et le suivi nous ont accompagnés durant l’élaboration de ce mémoire. Je le remercie pour ses conseils scientifiques, ses encouragements et la confiance qu’il m’a accordée ;
aux membres du jury qui ont apprécié la qualité de ce travail, merci pour leur disponibilité et surtout pour leurs pertinentes remarques et suggestions ;
au Pr Adolphe TCHEHOUALI, Maître de Conférences des Universités, spécialiste en matériaux de construction, Directeur de l’Institut des classes Préparatoires de Savalou. Je le remercie pour ses multiples conseils, son apport dans ce travail ;
au Pr Aïssè Gérard GBAGUIDI, Maître de Conférences des Universités, spécialiste en matériaux de construction, Directeur de VERECHAGUINE A. K., Responsable du laboratoire du génie civil ;
au Pr François de Paule CODO, Maître de Conférences des Universités, Directeur Adjoint de l’Institut National de l’Eau;
au Pr Mohamed GIBIGAYE, Maître de Conférences des Universités, merci pour nous avoir autorisés à utiliser les matériels de votre équipe de recherche entre autre;
au Pr Victor GBAGUIDI, Maître de Conférences des Universités, spécialiste en matériaux de construction ;
au Dr Agapit HOUANOU, spécialiste en matériaux pour ses conseils et aides.
au Dr Agathe HOUINOU, spécialiste en mécanique des sols ;
au Dr Codjo Luc ZINSOU, Maître Assistant des Universités, spécialiste en mécanique des sols ;
au Dr Crépin ZEVOUNOU, Maître Assistant des Universités
au Dr Ezéchiel ALLOBA, Maître Assistant des Universités, spécialiste en routes;
au Dr Gédéon CHAFFA, Maître-Assistant des Universités ; au Dr Guy ADEOTI, spécialiste en structures ;
au Dr Léopold DEGBEGNON, Maître Assistant des Universités, au Dr Mathias SAVY, Maître Assistant des Universités,
au Dr Taofic BACHAROU, Maître Assistant des Universités, spécialiste en hydraulique ;
au Dr Tonalémi Epiphane WANKPO, Docteur Ingénieur en Hydraulique, spécialiste en Gestion des Projets d’Ingénieries ;
à Madame Yvette KIKI, Docteur en Mécanique des sols pour ses conseils ;
à Monsieur AGOSSOU Daniel, Doctorant en Génie- Civil, chercheur à l’ESTBR Abomey- UNSTIM pour ses multiples conseils, soutiens et surtout pour sa disponibilité ;
à Monsieur CHABI Edem Docteur en Génie civil, pour ses multiples conseils et surtout pour sa disponibilité ;
à Monsieur GODONOU Gildas, Doctorant en Génie Civil, pour son accompagnement dans le cadre du présent document ;
à Monsieur AZAN-GNANDJI Ruben, Doctorant en Génie civil, chercheur à l’EPAC, pour ses multiples conseils et surtout pour sa disponibilité. Je le remercie
pour son apport dans ce travail;
aux Messieurs BOCOVO Mariano et YABI Crépin, Thomas EKPO ingénieurs en Génie civil, pour leurs conseils et accompagnements ;
Au personnel du LERGC-SA
à tous les enseignants de l’IUT-Lokossa en général et en particulier à ceux du département de génie-civil, pour la qualité des enseignements que nous avons reçus d’eux, lors de notre cursus en Licence.
Nous pensons de façon particulière :
à Monsieur Jean-Marie Vianney ASSOGBA pour ses conseils et soutiens de tous les jours ;
à Monsieur Dieudonné GODONOU pour sa disponibilité et ses critiques constructives ;
à Monsieur Victor LANKPODJIVI pour ses éclairages et ses orientations ;
à mes sœurs Véronique, Germaine, Judith, etc. pour leurs soutiens inconditionnels ; à mes frères Anicet, Marc, Guillaume ; etc. pour leurs accompagnements ;
à mes amis Arnaud, Innocent, Frédéric, Mimoune, Yacinthe, Morel, Anicet, Modeste et Jacob ; etc. pour leurs soutiens ;
à toute la 10ème promotion des élèves ingénieurs de l’EPAC.
Conscient que cette liste n’est pas exhaustive, nous exprimons nos vifs remerciements à toutes les autres personnes qui, de près ou de loin, ont contribué de quelque manière que ce soit, à l’aboutissement de ce travail.
Résumé
La présente étude fait suite à d’autres qui proposent l’utilisation d’éco-matériaux dans la construction des habitations pour palier à la pénurie des matériaux conventionnels et contribuer à la préservation de l’environnement. La particularité de ce travail s’inscrit dans l’optique d’avoir un plancher en éco-matériaux constitué de nervures en béton armé de rônier, des entrevous en béton de balles de riz et d’une table de compression en béton de latérite armé de lianes de rotin. Ce travail a consisté à étudier la table de compression en matériau composite entièrement constitué de béton de latérite et d’armatures végétales que sont les lianes de rotin.
D’une part, nous avons étudié séparément les granulats latéritiques (nodules et sable) et les lianes de rotin en procédant à une caractérisation physique et à la détermination de la résistance en traction de ces lianes. Les résultats des essais physiques sur les granulats nous révèlent que la classe 0/5 des granulats est un sable argileux peu plastique de densité 𝟐, 𝟔𝟔 ± 𝟎, 𝟎𝟏et 𝟐, 𝟖𝟐 ± 𝟎, 𝟎𝟑 pour les nodules qui présentent des pores. Le retrait et le gonflement sur le plan longitudinal des lianes sont quasi nuls et non négligeables sur le plan volumique.
D’autre part, nous avons étudié les influences du rapport E/C allant de 0,4 à 0,7 et celle du dosage en ciment qui varie de 350 à 450 kg sur les propriétés physique et mécanique du béton de latérite. Les résultats obtenus montrent que la masse volumique du béton de latérite varie entre 2000 et 2300 kg/m3. Ils révèlent qu’un dosage de 450 kg de ciment avec un rapport E/C égale à 0,5 donnent de meilleure résistance en compression égale à 15 ± 1,29 𝑀𝑃𝑎 à 7 jours et pouvant atteindre 22 ± 1,96 𝑀𝑃𝑎 à 28 jours.
Un dimensionnement de la table de compression a été fait. Les lianes utilisées ont une masse volumique de 0,377 ± 0,047 𝑔/𝑐𝑚3 , une résistance moyenne en traction égale à 34 ± 9,755 𝑀𝑃𝑎 et une limite élastique de 11,167 ± 0,778 𝑀𝑃𝑎. Une estimation de prix des matériaux entrant dans la table de compression montre que le béton armé ordinaire reste moins couteux par rapport au béton de latérite armé de lianes de rotin. Cette différence est due essentiellement aux lianes de rotin considérées.
Mots clés : granulats latéritiques, béton de latérite, lianes de rotin, retrait, table de compression.
Abstract
This study follows on from others who propose the use of eco-materials in housing construction to overcome the shortage of conventional materials and help preserve the environment. The peculiarity of this work is in the optics of having an eco-materials floor composed of reinforced concrete beams of "borassus palm", crisscrossed concrete of rice balls and a compression table of laterite concrete reinforced with rattan cane. This work involved studying the compression table made of composite material made entirely of laterite concrete and plant reinforcements, which are rattan cane.
On the one hand, we separately studied the lateritic aggregates (nodules and sand) and the rattan cane while proceeding to a physical characterization and the measurement of the tensile strength of these cane. The results of the aggregate physical tests reveal that the proportion 0/5 of lateritic aggregates is a low plastic clay sand with a density of 2.66 ± 0.01 and 2.82 ± 0.03 for nodules with pores. The longitudinal shrinkage and swelling of the lianas is almost nil and not negligible in terms of volume.
On the other hand, we studied the influences of the ratio E / C ranging from 0.4 to 0.7 and that of the cement dosage which varies from 350 to 450 kg on the physical and mechanical properties of laterite concrete. The results obtained show that the density of laterite concrete varies between 2000 and 2300 kg / m3. They reveal that a dosage of 450 kg of cement with a ratio W / C equal to 0.5 gives better compressive strength equal to 15 ± 1.29 MPa at 7 days and up to 22 ± 1.96 MPa at 28 days.
A dimensioning of the compression’s slab was made. The lianas used have a density of 0,377 ± 0,047 𝑔/𝑐𝑚3, an average resistance in traction equal to 34 ± 9,755 𝑀𝑃𝑎 and a yield stress of 11,167 ± 0,778 𝑀𝑃𝑎. An estimate of price of materials entering in the compression’s slab shows that the ordinary reinforced concrete is less expensive than the laterite concrete armed with cane lianas. This difference is due primarily to the cane lianas considered.
Key words: lateritic aggregates, laterite concrete, cane lianas, withdrawal, table of compression.
Table des matières
DEDICACE ... I REMERCIEMENTS ... II RESUME ... V ABSTRACT ... VI TABLE DES MATIERES ... VII LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONS ... IX LISTE DES TABLEAUX ... XI LISTE DES FIGURES ... XII LISTE DES PHOTOS ... XIV
INTRODUCTION ... 1
1. CONTEXTE ET JUSTIFICATION ... 2
2. OBJECTIFS ... 4
2.1. Objectif général ... 4
2.2. Objectifs spécifiques ... 4
3.RESULTATS ATTENDUS ... 5
1. GENERALITES ET SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE ... 6
SECTION 1 :GENERALITES ... 7
1.1. LE GRAVELEUX LATERITIQUE ... 7
1.1.1. Formation... 8
1.1.2. Caractéristiques morphologiques des sols latéritiques ... 9
1.1.3. Structure ... 9
1.1.4. L’induration ... 10
1.1.5. La couleur ... 11
1.1.6. La densité ... 12
1.1.7. Usage du graveleux latéritique ... 12
1.2. LE ROTIN ... 15
1.2.1. Description du rotin... 16
1.2.2. Anatomie et qualité ... 17
1.2.3. Usage du rotin ... 19
1.3. LE BETON ... 23
1.3.1. Types de béton en fonction de la masse volumique ... 23
1.3.2. Méthodes de composition des bétons... 25
1.3.3. Paramètres influençant la résistance en compression d’un béton ... 30
SECTION 2 :REVUE DE LITTERATURE ... 33
2.1.TRAVAUX EFFECTUES SUR LE BETON DE LATERITE ... 33
2.2.TRAVAUX EFFECTUES SUR LE BETON ARME DE BOIS ... 43
2.2.1. Travaux effectués sur le bambou ... 43
2.2.2. Travaux effectués sur le rotin ... 47
2.2.3. Travaux effectués sur le rônier ... 53
2.2.4. Travaux effectués pour étudier l’adhérence entre le béton et le bois ... 55
2. MATERIELS ET METHODES ... 60
2.1. ETUDE DES CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DES NODULES ET DU SABLE LATERITIQUES ... 61
2.1.1. Analyses granulométriques par tamisage (NF P 94-056)[69] ... 61
2.1.2. Analyse granulométrique par sédimentation (NF P 94-057)[70] ... 63
2.1.3. Limites d’Atterberg (NF P 94-051) [71] ... 65
2.1.4. Essai au bleu de méthylène[72] ... 67
2.1.5. Détermination de la teneur en eau pondérale (NF P 94-050)[73] ... 69
2.1.6. Essai d’Equivalent de sable (NF P 18-598)[74] ... 69
2.1.7. Mesure de masse volumique apparente (NF EN 1097-3)[75] ... 71
2.1.8. Détermination de la masse volumique absolue et du coefficient d’absorption d’eau (NF EN 1097-6/NF EN 1097-6/A1)[76] ... 72
2.2. ETUDE DES CARACTERISTIQUES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES LIANES ... 74
2.2.1. Détermination du taux d’humidité (Norme NF B 51-004)[77] ... 74
2.2.2. Etude du Retrait – Gonflement (NF B 51-006)[78] ... 75
2.2.3. Etude de l’absorption (Cinétique d’absorption du rotin NF P 18 - 555) ... 77
2.2.4. Détermination la masse volumique basale du rotin (NF B 51-005)[79] ... 77
2.2.5. Essai de traction (NF B 51-017)[80] ... 78
2.3. ETUDE DE LA FORMULATION DU BETON ... 81
2.3.1. Formulation par la méthode de Dreux-Gorisse ... 82
2.3.2. Formulation par la méthode des volumes absolus ... 83
2.4. ETUDE DES CARACTERISTIQUES PHYSIQUES ET MECANIQUES DU BETON DE LATERITE... 86
2.4.1. Détermination de l’affaissement (NF EN 12350-2)[84] ... 86
2.4.2. La masse volumique du béton frais (NF EN 12350-6) [85] ... 87
2.4.3. La masse volumique du béton durci (NF EN 12390-7) [86] ... 88
2.4.4. La résistance à la compression (NF EN 12390-3) [87] ... 88
2.5. METHODES D’ANALYSE STATISTIQUE DES RESULTATS ET INTERACTIONS DES FACTEURS SUR LES CARACTERISTIQUES ... 89
3. RESULTATS ET DISCUSSIONS ... 91
3.1. CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DES NODULES ET DU SABLE LATERITIQUES ... 92
3.1.1. Analyse granulométrique par tamisage ... 92
3.1.2. Analyse granulométrique par sédimentométrie ... 94
3.1.3. Les limites d’Atterberg ... 94
3.1.4. La valeur de bleu de méthylène ... 95
3.1.5. L’équivalent de sable... 95
3.1.6. Masse volumique apparente ... 96
3.1.7. Masse volumique absolue et du coefficient d’absorption d’eau ... 97
3.2. CARACTERISTIQUES PHYSIQUE ET MECANIQUE DU ROTIN ... 99
3.2.1. Détermination du taux d’humidité ... 100
3.2.2. Etude du retrait et du gonflement ... 100
3.2.3. Etude de la cinétique d’absorption ... 104
3.2.4. Masse volumique basale ... 105
3.2.5. Essais de traction sur les lianes de rotin ... 105
3.3. RESULTATS DE L’ETUDE DE LA FORMULATION ... 109
3.3.1. Résultats de la méthode de DREUX GORISSE ... 109
3.3.2. Résultats de la méthode des volumes absolus ... 111
Influence du dosage en ciment ... 113
Influence du rapport E/C ... 116
4. APPLICATION ... 118
4.1. DONNEES DE L’APPLICATION ... 119
4.2. COMPOSITION DU PLANCHER ... 122
4.3. DIMENSIONNEMENT DE LA TABLE DE COMPRESSION ... 122
4.4. APPROCHE D’ETUDE ECONOMIQUE ... 127
4.5. PROCESSUS DE MISE EN ŒUVRE DU PLANCHER ... 131
CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES ... 132
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ... 135
ANNEXES ... 144
Liste des sigles et abréviations
SYMBOLES /SIGLES DESIGNATION
Contrainte
ACI
American Concrete Institute
ATILH Association Technique de l’Industrie des Liants Hydrauliques
CNDB Comité National pour le Développement du Bois
Comp Compression
CV Coefficient de Variation
E/C Rapport Eau/ Ciment
EPAC Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi
EA Etat Anhydre
ESat Etat Saturé
ES Equivalent de Sable
ESTBR Ecole des Sciences et Techniques du Bâtiment et de la Route
fcj Résistance en compression à j jours
Fig Figure
LATCON Laterite Concrete
MVA Masse Volumique Apparente
MVBD Masse Volumique Béton Durci
MVBF Masse Volumique Béton Frais
LERGC Laboratoire d’Etude et de Recherche en Génie Civil
ORSTORM Office de la Recherche Scientifique et Technique Outre-Mer
Pr Professeur
Dr Docteur
Ir Ingénieur
R Retrait
S Ecart-type
TH Taux d’humidité
UNSTIM Université Nationale des Science et
Technologie d’Ingénierie et de Mathématique
X Moyenne
Liste des tableaux
Tableau I : Valeurs optimales d’après ABRAMS du module de finesse des compositions granulaire des
bétons courants. ... 27
Tableau II : Average cube strength (N/mm2) [42] ... 34
Tableau III : The resutls of workability and compressive strength tests [44] ... 36
Tableau IV : Proportion des constituants des différents mélanges ... 85
Tableau V : Appréciation des résultats en fonction du coefficient de variation (EN197-1 06 2000) ... 90
Tableau VI : Données relatives au VBS ... 95
Tableau VII : ES sur le sable latéritique ... 96
Tableau VIII : Masse volumique apparente des nodules latéritiques ... 97
Tableau IX : Masse volumique apparente du sable latéritique ... 97
Tableau X : Densité et absorption sur les nodules latéritiques ... 98
Tableau XI : Densité et absorption sur le sable latéritique ... 98
Tableau XII : Taux d’humidité des éprouvettes de rotin ... 100
Tableau XIII : Retrait et gonflement longitudinal des éprouvettes de rotin ... 101
Tableau XIV : Retrait volumique des éprouvettes de rotin ... 102
Tableau XV : Gonflement radial des éprouvettes de rotin ... 103
Tableau XVI : Masse Volumique des éprouvettes de rotin ... 105
Tableau XVII : Récapitulatif des essais de traction sur les lianes... 107
Tableau XVIII : Masses volumiques et résistance moyenne des éprouvettes ... 110
Tableau XIX : Prix des matériaux ... 128
Tableau XX : Estimation du coût de réalisation des douze m2 de la table de compression en béton de grave latéritique armé de lianes de rotin ... 129
Tableau XXI : Estimation du coût de réalisation des douze m2 de la table de compression en béton de sable et gravier roulé ... 130
Tableau XXII : Récapitulatif du prix des 12 m2 du plancher en étude ... 131
Liste des figures
Figure 1-1 : Répartition des latérites dans le monde (Lyon Associates, 1971) ... 8
Figure 1-2: Formes typiques des grosses pisolithes dans les sols latéritiques (De Graft-Johnson, 1969) ... 10
Figure 1-3 : Eremospatha haullevilleana De Wild ; A. tige ; B. foliole; C. feuille avec cirre; D. fleur; E. fruit ; F. graine.[24] ... 17
Figure 1-4: Coupe transversale de la tige de rotin (Foudjet et Fomo, 1995) ... 18
Figure 1-5 : Raclage du rotin ... 19
Figure 1-6 : Compressive strength for various water-cement ratios at Gravel-Crushed over burnt bricks ratio of 4 :0 [37] ... 31
Figure 1-7 : Relation between compressive strength and water-cement ratio[38] ... 31
Figure 1-8 : Compressive strength percentage laterite - 1:1:2 mix [42] ... 34
Figure 1-9 : Variation of compressive strength slump and compactiong factor with water/cement ratios (1 :1 :2 mix) [44] ... 35
Figure 1-10 : Compressive strength vs% Granite fine : (on left 1 :1,5 :3 ; on rigth 1 :1 :2) mix proportion [6] ... 37
Figure 1-11 : Compressive strength vs% Granite fine : (on left 1 :1,5 :3 ; on rigth 1 :1 :2) mix proportion [6] ... 38
Figure 1-12 : Compressive strength of laterized concrete compared with strength of control concrete [5] ... 39
Figure 1-13 : Relationship between flexural and compressive strengths of LATCON ... 39
Figure 1-14 : Variation of compressive strength with curing age for controls (all granite particle sizes) at 0%,25% and 50% laterite contents [51] ... 42
Figure 1-15 : Géométrie des poutrelles armées de bambou [56] ... 45
Figure 1-16 : Load-deflexion curve for singly steel reinforced concrete beam [59] ... 48
Figure 1-17 : Load-deflexion curve for singly rattan reinforced concrete beam [59] ... 48
Figure 1-18 : Schéma de modélisation du système [60] ... 50
Figure 1-19 : Courbe effort- raccourcissement des éprouvettes de rotin reconstituées [60] ... 50
Figure 1-20 : Load-deflection curved for Steel beam (SB), Bamboo Beam(BB) and Rattan Beam(RB) [61] ... 51
Figure 1-21 : Load- deflection curve for doubly steel reinforced concrete beam [62] ... 52
Figure 1-22 : Load- deflection curve for Cane Reinforced Cement Concrete (CRCC) [62] ... 52
Figure 1-23 : Load- deflection curve for CRCC for random orientation of cane [62] ... 53
Figure 1-24 : Histogramme montrant les charges de rupture [63] ... 54
Figure 1-25 : Eprouvette de béton armée d’une tige de rotin ... 57
Figure 1-26 : Structure périodique de confinement (Foudjet et Fomo, 1989) ... 58
Figure 1-27 : Eprouvette pour l’essai d’arrachement sur le bambou (Ghavami, 1995) ... 59
Figure 1-28 : Lanière de bambou crénelée (Kawai, 2001) ... 59
Figure 2-1 : éprouvettes de traction recommandées (dimensions en mm) ... 79
Figure 3-1 : Analyse granulométrique par tamisage sur les nodules latéritiques ... 92
Figure 3-2 : Analyse granulométrique par tamisage sur le sable latéritique ... 93
Figure 3-3 : Analyse granulométrique par sédimentométrie sur le sable latéritique ... 94
Figure 3-4 : Limites d’Atterberg sur le sable latéritique ... 95
Figure 3-5 : Cinétique d’absorption sur les lianes du Bénin ... 104
Figure 3-6 : Cinétique d’absorption sur les lianes du Nigéria ... 104
Figure 3-7 : Courbes contrainte-déformation en traction des lianes du Bénin... 106
Figure 3-8 : Courbes contrainte-déformation en traction des lianes du Nigéria ... 106
Figure 3-9 : Evolution de la masse volumique du béton dans le temps pour F1-350 ... 111
Figure 3-10 : Evolution de la masse volumique du béton dans le temps pour F2-400 ... 112
Figure 3-11 : Evolution de la masse volumique du béton dans le temps pour F3-450 ... 112
Figure 3-12 : Evolution de l’affaissement du type de formulation en fonction du rapport E/C ... 113
Figure 3-13 : Evolution de la résistance en compression en fonction du dosage pour E/C =0,4 ... 114
Figure 3-14 : Evolution de la résistance en compression en fonction du dosage pour E/C =0,5 ... 114
Figure 3-15 : Evolution de la résistance en compression en fonction du dosage pour E/C =0,6 ... 115
Figure 3-16 : Evolution de la résistance en compression en fonction du dosage pour E/C =0,7 ... 115
Figure 3-17 : Variation de la résistance en compression en fonction du dosage et du rapport E/C ... 117
Figure 4-1 : Vue en plan coté du local ... 119
Figure 4-2 : Coupe A-A ... 120
Figure 4-3 : Plan de poutraison du plancher... 121
Figure 4-4: Coupe BB du plancher ... 127
Liste des photos
Photo 1-1: latérite jaune (a) ; montagne en latérite (b) (Wikipédia, 2017)... 11
Photo 1-2: carrière de latérite rouge (a) ; mont en latérite rose (b) (Wikipédia, 2017) ... 12
Photo 1-3 : brique en géobéton (Masse, 2017) ... 14
Photo 1-4 : Exemple de forêt de rotin (Dransfield, 1992) ... 15
Photo 1-5 : Fruits de rotin [23] ... 16
Photo 1-6 : Eremospatha haullevilleana De Wild [22] ... 18
Photo 1-7 : Petite terrasse jardin en meubles en rotin (Wikipédia, 2017) ... 20
Photo 1-8 : Pont en rotin du Cameroun (Sunderland et al., 2002) ... 22
Photo 1-9 : Pont en rotin au Gabon (Wikipédia, 2017) ... 22
Photo 1-10: Vue agrandie des vides dans le béton cellulaire [30] ... 24
Photo 1-11 : Mur armé de bambou [55] ... 47
Photo 1-12 : Flexural reinforcement of beam [10] ... 49
Photo 1-13 : Zali as shear reinforcement in concrete beam [10] ... 49
Photo 2-1: à gauche : matériau non lavé ; à droite : matériau lavé ... 63
Photo 2-2 : éprouvettes pour essai de retrait-gonflement ... 76
Photo 2-3: Exécution de l’essai de traction ... 81
Photo 3-1 : Conservation des éprouvettes ... 109
Photo 3-2 : Aspect de la composition minéralogique des nodules ... 116
Photo 4-1 : Schéma de modélisation du plancher à réaliser ... 125
Photo 4-2 : Perspective 1 du plancher en construction ... 126
Photo 4-3 : Perspective 2 du plancher en construction ... 126
INTRODUCTION
1. Contexte et justification
La prise de conscience généralisée concernant la nécessité de limiter les émissions de gaz à effet de serre (COP 21, Paris) interpelle fortement le secteur du Génie Civil qui contribue à l’exacerbation du réchauffement climatique par l’utilisation de certains matériaux industriels (comme l’acier, les tôles, le ciment, etc.) dont la fabrication engendre la libération d’énormes quantités de dioxyde de carbone dans l’atmosphère d’une part et la consommation d’énergie électrique pour maitriser le confort thermique des bâtiments d’autre part [1]. Dans les pays en voie de développement, ces matériaux industrialisés sont les plus utilisés pour la construction, tant privée qu’étatique en raison du fait que la caractérisation de ces matériaux comme le fer à béton est entièrement éprouvée.
Le béton, par exemple, est assurément le matériau le plus utilisé dans l'industrie de la construction au Bénin et dans la plupart des pays du monde. Ainsi, la plupart des éléments porteurs sont en béton. Ce qui tire à la hausse la demande du béton. Cette forte demande du béton à partir de granulats conventionnels comme le sable de rivière, des lagunes, etc. ; le gravier et les roches concassées dans la construction réduit considérablement les gisements de pierres naturelles, ce qui endommage l'environnement provoquant ainsi un déséquilibre écologique[2]. L’acier est considéré comme le meilleur renforcement du béton car il a presque le même coefficient de dilatation que le béton et présente de très bonnes caractéristiques mécaniques pour substituer le béton dans sa zone de faiblesse[3]. Malheureusement, la production et la transformation de ces matériaux nécessitent de gros moyens technologiques et financiers.
Étant donné que le Bénin regorge à l’instar des pays de la région tropicale des matériaux abondants disponibles localement comme les sols ferrugineux tropicaux[4]; les sols latéritiques, sont largement utilisés comme matériaux de construction au Bénin et dans d'autres pays sous- développés du monde. L’utilisation des briques en terre stabilisée au ciment et du sol-ciment en est une preuve. D’ailleurs dans les pratiques traditionnelles de construction des populations africaines, l’utilisation des matériaux locaux de construction avait toujours été de mise. Même le colonisateur, à son arrivée, avait eu recours aux matériaux locaux de construction pour ériger ses premières infrastructures.
Il s’avère donc nécessaire de changer nos habitudes à travers la valorisation des matériaux locaux pour amoindrir le coût des constructions et préserver l’environnement. C’est ainsi que des chercheurs travaillent sur des matériaux alternatifs, peu coûteux et facilement
disponibles qui serviraient de parfait substitut à de tels matériaux tout en faisant face aux exigences définies pour le béton dans l'industrie [5]. Des chercheurs ont étudié la possibilité de remplacer le sable de rivière par la latérite seule ou avec ajouts et les graviers roulés ou concassés par des nodules latéritiques. Le béton de latérite est défini par (J. Osunade, 2002) [6]
comme le béton dans lequel la latérite remplace partiellement ou totalement le sable conventionnel. En Afrique, (Adepegba, 1975) [7] a été identifié par [8] comme le premier à étudier l'effet de l'utilisation de la latérite comme agrégat fin dans le béton. Ceci a été soutenu par (Salau & Balogun, 1990) [9] quand il a affirmé que "Adepegba a recommandé jusqu'à 40% de latérite dans la proportion du sable pour le béton de latérite".
Dans de nombreux pays déjà de par le monde, l’utilisation des matières d’origine végétale se développe de façon croissante dans des applications du génie civil, et notamment pour la construction. L’acier est donc remplacé par les fibres et ou des armatures végétales (comme le rônier, le rotin etc.). L’utilisation du rônier dans le bâtiment est avancée. Cependant, le rotin malgré son utilisation dans la réalisation de passerelles dans les forêts camerounaise et gabonaise, présente un problème car la qualité ne peut être contrôlée du fait qu’il est un matériau naturellement disponible. Tous les autres matériaux qui sont utilisés structurellement sont fabriqués par l'homme et, par conséquent, une certaine forme de contrôle de la qualité peut être exercée pendant leurs productions. C’est ce qui fait que les matériaux de construction dits
« locaux » font l’objet d’études, de recherches, d’expérimentation, de projets pilotes et s’articulent autour des problématiques « matériaux appropriés des constructions économiques et durables » dans certains pays africains notamment le Bénin.
Notre étude s’intéresse donc aux éco-matériaux d’origine minérale et végétale plus spécifiquement le graveleux latéritique et les lianes de rotin. Plusieurs chercheurs ont étudié déjà l’association rotin et béton classique. Néanmoins, l’utilisation du rotin demeure un des nouveaux défis du secteur du bâtiment du fait de la multitude variété de l’espèce et de l’absence de normes. De ces recherches, il ressort que le rotin peut être utilisé comme armatures transversales pour des poutres de faible portée et faiblement chargées [10]. Certains ont étudié déjà la possibilité d’utiliser ces rotins pour des éléments fléchis [11]. Mais notons que leurs recherches se basent essentiellement sur l’association avec du béton classique.
Si les agglos en terre stabilisée se montrent susceptibles pour la construction de certains bâtiments, ne serait-ce pas intéressant de chercher dans le même temps à mettre en place un béton de latérite pour les ossatures? Vu que la forme des couches de chaussées sont assimilées
à des plaques, peut-on donc utiliser la grave latéritique amélioré au ciment comme table de compression dans un plancher ? Les présumés caractéristiques physiques et mécaniques des deux matériaux sont-elles comparables à celles de l’acier et du béton classique pour prévoir un remplacement du béton armé classique dans la table de compression par cette association béton de latérite armé de lianes de rotin ? C’est en cherchant donc à amorcer une réponse à ces questions que nous avons choisi de conduire nos travaux de mémoire de fin de formation sur le thème: «Mise au point d’une dalle en éco-matériau : étude de la table de compression en matériau composite béton de latérite et lianes de rotin.»
Pour ce faire, nous allons, dans un premier temps, rechercher une meilleure connaissance physique et mécanique des granulats latéritiques, des lianes de rotin ; et dans un second temps, proposer une formulation du béton de latérite, faire une application à une table de compression.
2. Objectifs
2.1. Objectif général
L’objectif général visé à travers ce travail est d’analyser les comportements physique et mécanique du béton de grave latéritique et des lianes de rotin entrant dans la réalisation de la dalle de compression des planchers.
2.2. Objectifs spécifiques
De l’objectif général formulé un peu plus haut découlent les objectifs spécifiques ci- après :
1. déterminer les caractéristiques physiques des nodules et du sable latéritiques ; 2. déterminer les caractéristiques physique et mécanique des lianes de rotin ; 3. étudier la formulation du béton de latérite ;
4. déterminer les caractéristiques physique et mécanique du béton de latérite;
5. dimensionner la table de compression en béton de latérite armé de lianes de rotin ;
6.évaluer l’influence de l’utilisation du béton armé de lianes de rotin sur le coût d’une table de compression.
3. Résultats attendus
A la fin de cette étude, les résultats suivants sont attendus :
1. les caractéristiques physiques des nodules et du sable latéritique sont déterminées ; 2. les caractéristiques physique et mécanique des lianes de rotin sont déterminées ; 3. une formulation du béton de latérite est calculée;
4. les caractéristiques physique et mécanique du béton de latérite sont déterminées ; 5. Les sections des lianes de rotins entrant dans la table de compression en béton de latérite sont calculées ;
6. une évaluation de l’utilisation du béton armé de lianes de rotin sur le coût d’une table de compression est faite.
1. GENERALITES ET SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
Section 1 : Généralités 1.1. Le graveleux latéritique
Le terme « latérite » fait son apparition dans la littérature scientifique au début du 19ème siècle pour désigner un matériau servant dans la construction dans la région de Malabar (Inde).
Ce terme vient du latin « Later » (brique), et a été employé pour la première fois par Buchanan en 1807 pour désigner les dépôts ferrugineux recouvrant de vastes surfaces dans les régions montagneuses de Malabar. Buchanan [12] le décrit comme suit : ce matériau présente l’aspect d’un dépôt ferrugineux, à morphologie vésiculaire. Il est apparemment non stratifié, et se situe en faible profondeur dans les sols. Lorsqu’il est frais il peut être découpé en blocs réguliers à l’aide d’un instrument tranchant. Exposé à l’air, il durcit rapidement et résiste remarquablement aux agents météorologiques. Dans les dialectes locaux ces formations sont dénommées « terre à briques »
Le nom « latérite » n’est donc que la traduction latine d’une terminologie vernaculaire.
Latérite a pour racine « later » qui signifie brique en latin, ceci uniquement par référence à l’utilisation de ces blocs ([13]; [14]).
Les théories traitant de l’origine et de la formation des latérites sont variées (Alexandre, 2002 ; Adewuyi & Okosun, 2013). Ces théories ont conduit à une multitude de définitions ou concepts de la latérite, qui créent une certaine confusion sur le sens réel et la définition de ces sols. Autret [13] a recensé un nombre important d’ouvrages consacré à la formation des latérites. Il ressort de cette étude les types de latérites suivants:
les sols fins ferralitiques (ou latérite) ;
les graveleux latéritiques, utilisés le plus souvent en construction routière comme couche de forme, couche de fondation ou de base ;
la carapace (ou horizon) latéritique, très dure mais pouvant être détruite par un engin de terrassement ou à la pioche, etc. ; la cuirasse latéritique, qui est une couche très dure de matériau aggloméré ressemblant à des scories, difficilement destructible par des engins à lame, parfois naturellement fragmenté.
Les latérites sont largement répandues à travers le monde, mais plus particulièrement dans les régions intertropicales d’Afrique, d’Australie, de l’Inde du sud-est asiatique et d’Amérique du Sud. Il faut noter que la répartition de ces sols ne correspond pas nécessairement aux conditions actuelles de genèse car même en région intertropicale, ces formations sont des fossiles.
Figure 1-1 : Répartition des latérites dans le monde (Lyon Associates, 1971)
1.1.1. Formation
Une latérite peut se former à partir de n’importe quel type de roche, mais seulement si le climat est chaud et humide sur une période prolongée. Il existe autant de types de latérites qu’il y a de roches d’origine.
Le processus d’obtention de la latérite résulte de l’altération chimique qui se traduit par la mise en solution de certains éléments de la roche mère, le départ de la silice par lessivage et l’enrichissement du matériau en fer et en alumine, sous forme d’oxydes. Pour apprécier le degré de latérisation des sols latéritiques, Autret [13] recommande de déterminer le rapport S/R qui est défini en fonction des teneurs SiO2, Al2O3 et Fe2O3. Le rapport est défini par la relation de l’équation (1).
160 102
60
3 2 3
2
2
O Fe O
Al
SiO R
S
(1.1)
Ainsi, en fonction du degré de latérisation, on distingue : pour S/R < 1,33 : latérites vraies ;
pour 1,33 < S/R < 2 : roches latéritiques ;
pour S/R > 2 : matériaux non latéritiques.
L’altération des roches et la formation des sols latéritiques qui en résultent, provient de l’influence de certains facteurs tels que :
le climat (pluviométrie, température, bilan hydrique) ;
la topographie (érosion et drainage) ;
la végétation (matières organiques, bactéries, acides humiques) et
la roche mère.
1.1.2. Caractéristiques morphologiques des sols latéritiques
Les caractéristiques morphologiques des sols latéritiques sont :
la structure ;
l’induration ;
la couleur ;
la densité.
On distingue une grande variété de caractéristiques morphologiques à cause des conditions dans lesquelles les sols latéritiques se sont formés et à la nature de la roche mère.
1.1.3. Structure
La structure des latérites est extrêmement variée. On distingue les formes suivantes :
des structures homogènes ou continues. Il s’agit de roches dont les composants originels sont épigénèses par des sesquioxydes de fer ou d’alumines, parfois même par du manganèse ;
des structures hétérogènes ou discontinues, les plus communes. Elles se divisent en :
- structures de roches meubles, généralement graveleuses ; c’est le cas fréquent des horizons concrétionnés ou gravillonnaires ;
- structures de roches cohérentes à aspects variés (conglomératiques, poudinguiformes, volcaniques, scoriacés ou spongieux) ;
- des structures ordonnées (lamellaires, pisolithiques et oolithiques).
Le matériau comporte donc une succession d’éléments de diverses grosseurs et de diverses formes allant des colloïdes à des blocs parfois. CLARE et BEAVEN selon [15] ont donné les caractéristiques de forme de la fraction gravier (particules de diamètre supérieur 2 mm) de quelques sols latéritiques de l’ouest africain. La figure 2.2 représente les formes typiques des pisolithes.
Figure 1-2: Formes typiques des grosses pisolithes dans les sols latéritiques (De Graft- Johnson, 1969)
1.1.4. L’induration
La latérite est un matériau induré. L’appréciation de l’induration est empirique, car aucune caractéristique liée à la mécanique du matériau ne peut être chiffrée. On considère généralement qu’il y a induration quand le milieu a une consistance dure et fragile qui se conserve à l’humidité. On peut distinguer plusieurs degrés d’induration suivant que le matériau se casse ou non facilement à la main, se coupe ou non à la bêche, éclate ou non sous le choc du marteau [16].
Plusieurs facteurs interviennent dans l’induration des sols latéritiques. Il s’agit de :
la composition et le degré de cristallisation des composants : les latérites moins hydratées sont les plus dures et la dureté croît avec les teneurs en fer (plus la teneur en sesquioxydes est élevée plus l’induration est forte) ;
de l’assemblage des différents constituants ;
du degré de vieillissement : les latérites les plus âgées sont plus dures que celles issues de formations récentes.
De même, (Associates, 1971)[17] précise que la résistance et la dureté des latérites est fonction de leur composition chimique, de leur âge et de leur homogénéité.
1.1.5. La couleur
L’appréciation des couleurs ne donne qu’une idée très peu concluante de la composition des latérites. Elle permet cependant d’apprécier le degré d’évolution et le milieu de formation : les cuirasses ferrugineuses rouges ou ocre dans leurs stades juvéniles deviennent plus foncées en vieillissant. Elles sont alors brunes, parfois presque noires. Au contraire, les cuirasses alumineuses deviennent plus claires avec le temps. À un autre point de vue, en milieu mal drainé, les cuirasses ferrugineuses sont plus foncées (brunes) qu’en milieu oxydant (rouges).
Il est généralement admis que la couleur du sol est due, dans une large mesure, à la présence de fer, comme c’est le cas pour certains sédiments. Les sols latéritiques sont de couleurs très variées. Les teintes les plus courantes sont le rose, l’ocre, le rouge, le jaune et le brun. Les couleurs vives, rouges ou jaunes, sont dues aux oxydes ou hydroxydes ferriques. La couleur rouge est provoquée par la présence d’hématite et la couleur jaune par la goethite (Segalen, 1964). Les images 2-1 à 2-2 montrent quelques couleurs de ces latérites.
Photo 1-1: latérite jaune (a) ; montagne en latérite (b) (Wikipédia, 2017)
a b
Photo 1-2: carrière de latérite rouge (a) ; mont en latérite rose (b) (Wikipédia, 2017)
1.1.6. La densité
La densité réelle des particules des sols latéritiques dépend de leur composition chimique. Elle varie entre les proportions (2,5 à 3,6). Elle augmente avec les teneurs en fer et diminue avec les teneurs en alumine. Les formes oxydées sont plus denses que les formes hydratées. La valeur de densité peut renseigner sur les dynamiques d’altération subies par les formations latéritiques [18].
Ainsi, la densité apparente est toujours plus élevée en surface qu’en profondeur, les cuirasses anciennes sont plus denses que les récentes. Les formations cimentées sont plus denses que celles à structures scoriacées et celles-ci, que celles à structures alvéolaires [16].
1.1.7. Usage du graveleux latéritique 1.1.1.1. Dans le secteur routier
Le graveleux latéritique est essentiellement utilisé dans le corps des chaussées des routes en terre et des routes revêtues. Lorsque les sols latéritiques sont abondants, ils sont mis en remblai. Ils sont réservés pour la partie supérieure des terrassements, pour la couche de forme.
Les sols latéritiques aux meilleures qualités portantes sont utilisés pour la réalisation des assises de chaussée (couche de fondation et couche de base) [19]. Les latérites permettent de fabriquer des briques utilisées dans les pays tropicaux comme pavage, et pour les constructions. Les graveleux latéritiques, pris à l’état naturel, n’ont pas souvent des caractéristiques physiques et mécaniques recommandés dans les CCTP. Ne pouvant donc pas les utiliser directement, il est procédé à une amélioration de la portance de ces matériaux.
Pour améliorer les caractéristiques du graveleux latéritique naturel, on peut procéder par une des manières suivantes :
a b
Amélioration à la chaux
La chaux vive ou la chaux éteinte peuvent être utilisées ; la chaux vive étant évidemment plus efficace que la chaux éteinte, mais pose des problèmes de sécurité et d’hydratation en pays humide. Selon les recommandations de (Lyon Associates, 1971 ; CEBTP, 1984), le matériau doit avoir une plasticité supérieure à 10, et un pourcentage de mortier (passant à 0,425 mm) supérieur à 15. On doit obtenir un CBR minimal de 60 pour 95% du poids volumique maximal à l’OPM après 3 jours de cure à l’air et 4 jours d’immersion. Les exemples de traitement à la chaux de graveleux latéritiques sont surtout Kenyans, Ougandais mais des opérations du même type ont été envisagées dans plusieurs autres pays qui ont la possibilité de produire de la chaux (Congo, Cameroun, Sénégal, …). Les pourcentages de chaux utilisés pour l’amélioration des performances mécaniques sont le plus souvent compris entre 4 et 7%[19].
Amélioration au ciment
La technique d’amélioration des couches de chaussée en graveleux latéritiques améliorés par l’ajout de ciment a fait l’objet de nombreuses études dans plusieurs pays se situant en zones tropicales et intertropicales (Wooltorton, 1947 ; Autret, 1980, etc). Le pourcentage de ciment ajouté varie dans de larges proportions en fonction des caractéristiques géotechniques du sol latéritique à améliorer et des performances mécaniques escomptées.
Amélioration aux nodules latéritiques (litho-stabilisation)
L’évaluation de la dureté des nodules sur les sols résiduels utilisés en construction routière est une notion qui pendant longtemps a fait l’objet de recherche. Mais jusqu’à l’époque contemporaine, la question sur l’impact réel de ces nodules sur le sol latéritique compacté n’est pas résolu. Aucun procédé universel n’est utilisé pour l’évaluer [20].
En Côte d’Ivoire, il a été adopté l’utilisation de l’essai Los Angeles standard pour évaluer la dureté des nodules. Un coefficient Los Angeles inférieur à 50 a été retenu comme critère de validité de l’aptitude des matériaux en utilisation routière.
Afin de mieux se rapprocher de la réalité, on a tendance de plus en plus à utiliser l’essai de compactage pour évaluer la dureté des nodules (Lompo, 1980 ; Tockol, 1993). Le même principe que l’essai de Novais-Ferreira & Correia est appliqué pour déterminer l’indice de dureté, mais cette fois-ci en considérant les granulométries avant et après compactage.
La plupart des rares études portées sur les sols latéritiques « lithostabilisés » ont été entreprises dans le but d’évaluer leur impact sur les performances mécaniques et géotechniques.
Cependant, peu d’études ont été consacrées à une recherche fine et poussée sur les
modifications microstructurales du graveleux latéritique contenant un fort taux de nodules après compactage. La teneur en nodules pouvant éventuellement avoir des effets sur les performances mécaniques, une analyse de la microstructure permettrait de mieux interpréter les résultats géotechniques [19].
1.1.1.2. Dans le bâtiment
Dans le secteur du bâtiment, ce sont les sols ferralitiques (latérite) qui sont les plus utilisés pour confectionner des briques en terre stabilisée. La technique du géobéton est très répandue en Afrique car elle utilise la terre (latérite) comme principal ingrédient. Additionnée à une part de ciment (+/- 5 à 10%) la brique de géobéton est généralement produite avec des petites presses manuelles. C’est un matériau de construction local et écologique. La construction traditionnelle en géobéton nécessite cependant des équipes de maçons soigneux car les briques une fois montées restent apparentes. La maçonnerie en brique de géobéton est un mode de construction idéal et parfaitement adapté au climat africain. La fabrication de ces briques ne nécessite que très peu de ciment. C’est un matériau qui a déjà fait ses preuves en ce qui concerne le domaine de l’imperméabilité, de la durabilité, de la fiabilité, de l’esthétique et de la rentabilité [21].
Photo 1-3 : brique en géobéton (Masse, 2017)
Cependant, depuis quelques années, des recherches sont en cours pour étudier la possibilité de remplacer le gravier et le sable conventionnels par respectivement les nodules latéritiques et la latérite pour confectionner du béton.
1.2. Le rotin
De son nom scientifique « Calamus », le rotin est un palmier à lianes épineuses provenant de la famille des Arecaceae. Le mot « rotin » vient du malais rotan, qui veut dire palmier grimpant. C’est un nom justifié car il possède au bout de ses feuilles un flagelle appelé cirre (ou vrille) dont les crochets lui permettent de ramper sur les arbres. Les rotangs sont donc des palmiers grimpants épineux qui poussent dans les régions tropicales et semi-tropicales du vieux monde, notamment en Asie du Sud-Est et en Afrique et sont exploités pour leurs tiges flexibles (Dransfield John, 1992).
Photo 1-4 : Exemple de forêt de rotin (Dransfield, 1992)
Il existe une très grande variété de rotins. En effet, la diversité de la forme et la croissance des rotins permet d’en distinguer environ 558 espèces réparties en 13 genres groupés en 5 sous-tribus : Ancistrophyllinae, Metroxylinae, Calaminae, Plectocomiinae et Oncocalaminae [22].
Parmi cette multitude, quatre (04) d’entre les genres sont endémiques en Afrique : Calamus, Eremospatha, Laccosperma et Oncocalamus. Le diamètre de leurs tiges varie de 3mm à plus de 20cm, leur longueur allant de quelques mètres à plus de 200m. On distingue deux groupes de rotin, en rapport avec les usages et le diamètre de la liane : les rotins à gros diamètres telle l’espèce Laccosperma secundiflorum et ceux à petit diamètre encore appelés lianes, tels que l’Erenospatha maccrocarpa. Le rotin peut se récolter et se cultiver de façon durable grâce à sa croissance rapide, à sa capacité d’adaptation et à ses conditions écologiques très variées.
Certaines espèces comme Calamus tenuis et Calamus siamensis sont plantées pour la consommation de leurs fruits. Les fruits ronds recouverts d’écailles brillantes sont rouges tirant sur le brun. Le cœur est consommé en Thailande principalement dans le Nord [23].
Photo 1-5 : Fruits de rotin [23]
1.2.1. Description du rotin
Les quatre genres regroupent une vingtaine d’espèces. Ils sont facilement différenciables. Ces palmiers qui appartiennent à la sous-famille des Calamoidae grimpent à l’aide de l’un des deux organes que sont le flagelle et un cirre.
Le flagelle est une pousse sortant directement de la gaine et considérée comme une fleur modifiée. Il n’est présent que dans certaines espèces de Calamus tel que Calamus deërratus. Le cirre est une extension en forme de fouet placée avant la feuille et garnie d’épines courtes et arquées qui rappellent souvent la griffe d’un chat. Il se distingue très nettement dans les trois genres de rotin endémiques de celui des Calamoideae (en particulier celles d’origine asiatique), se présentant comme une excroissance au milieu de feuillets réduits et en forme d’épines dits anthophylles.
Figure 1-3 : Eremospatha haullevilleana De Wild ; A. tige ; B. foliole; C. feuille avec cirre;
D. fleur; E. fruit ; F. graine.[24]
1.2.2. Anatomie et qualité
Les facteurs déterminants pour la qualité du rotin présentent des différences marquées au niveau de chaque genre africain (Oteng-Amoako et Ebanyele, 2001). Ces facteurs déterminants sont entre autres l’épaisseur des parois fibreuses, le pourcentage de tissu fibreux et le diamètre du vaisseau du méta xylème.
Les espèces de Laccosperma ont un taux relativement élevé de fibres épaisses, des vaisseaux à diamètre plutôt étroit et donc une densité plus élevée que les cannes des autres genres. Leur résistance est donc meilleure et elles présentent une bonne durabilité. Cette anatomie est semblable à celle des espèces de Calamus deërratus et d’Eremospatha à quelques différences près.
En effet, les cannes des espèces de Calamus deërratus et d’Eremospatha ont un pourcentage de fibres minces majeur et un diamètre des vaisseaux de méta xylène plus large, ce qui accroît les espaces vides à l’intérieur des tiges tout en diminuant la densité et la résistance.
Les cannes des espèces Oncocalamus sont particulièrement très faibles et fragiles (Profizi, 1986 ; Defo, 1999 ; Sunderland, 1999) [24]. Elles ont des parois fibreuses très minces et les vaisseaux du méta xylème sont d’un très grand diamètre. Sa densité et sa résistance font de l’Oncocalamus, le genre le moins recherché de tous les genres africains.
Photo 1-6 : Eremospatha haullevilleana De Wild [22]
Figure 1-4: Coupe transversale de la tige de rotin (Foudjet et Fomo, 1995)
1.2.3. Usage du rotin
1.2.3.1. Dans le secteur artisanal
D’après les statistiques, dans de nombreuses régions d’Afrique, le rotin fait l’objet d’une demande croissante et le nombre de cannes transformées est beaucoup plus élevé qu’il y a cinq ou dix ans (Sunderland 2001 et al. ,2001). En effet, le rotin revêt une grande importance économique et écologique sans compter le fait qu’il contribue fortement à la satisfaction des besoins des peuples. Dans le monde, plus de 700 millions de personnes commercialisent le rotin pour de multiples usages.
Le rotin intervient le plus fréquemment dans la confection des meubles (photo 1-7).
Cependant, il est utilisé à d’autres fins telles que la fabrication de cannes, manches de parapluie, articles sportifs, chapeaux, cordes, cordages, nattes, paniers, etc…
Afin de le mettre sous forme exploitable, le rotin subit une série d’étapes. Il s’agit de :
déterminer le modèle à fabriquer et sélectionner les tiges appropriées ;
racler le rotin à l’aide d’un couteau pour ôter l’écorce et ressortir la canne (figure 1-5);
redresser les cannes ;
sécher les cannes pendant trois à sept jours pour réduire la teneur en eau et permettre une meilleure conservation ;
couper les tiges aux dimensions requises.
Figure 1-5 : Raclage du rotin
Chaque partie de l’élément est utilisé pour un objectif précis. C’est ainsi que le cœur de palmier (sommet végétatif) est souvent récolté à des fins alimentaires. Les feuilles servent à confectionner des toitures de chaume.
Les pétioles (tiges foliaires) et les rachis (axes centraux des feuilles) de certaines espèces robustes à tiges courtes peuvent même servir de cannes à pêche. Les fruits et les feuilles sont parfois utilisés en médecine traditionnelle.
Les folioles (petites feuilles formant une feuille composée) de quelques espèces servent de papier à cigarette, alors que les gaines foliaires d'autres espèces font office de brosses à dents.
Photo 1-7 : Petite terrasse jardin en meubles en rotin (Wikipédia, 2017)
1.2.3.2. Dans le secteur de la construction
En commun avec leurs proches asiatiques, les lianes de rotin dans la zone de la forêt tropicale de l'Afrique de l'Ouest et de l'Afrique centrale jouent un rôle essentiel dans les moyens de subsistance des populations locales. Nulle part n'est plus que la région Takamanda du Sud - Ouest Cameroun, où le rotin est utilisé pour une large gamme de produits locaux. Le plus impressionnant est l'utilisation de la liane pour la construction de ponts "hamac"(photo 1-8).
La zone de Takamanda, avec la réserve forestière de Takamanda en son centre, est accessible principalement par voie piétonne, car il n'y a pas de routes motorisées à moins de 7 km de la réserve elle-même. En effet, certains des villages enclavés dans la réserve sont à 40 km maximum d'une route motorable. La région fait partie de la vaste vallée de Cross River et est divisée en deux par un vaste réseau de rivières et de cours d'eau. Avec des précipitations annuelles allant jusqu'à 5 000 mm (ou à peine plus de 16 pieds), dont une grande partie entre les mois de juillet à septembre, beaucoup de ces cours d'eau deviennent impossibles à traverser
soit par des gués traditionnels, soit par des canots. Pour éviter que leurs communautés ne soient séparées du monde extérieur pendant la saison des pluies, les populations locales ont conçu des techniques de construction de ponts de liane temporaire à grande largeur qui fournissent souvent le seul moyen d'accès à la zone.
Afin d'exposer la beauté naturelle de ces ponts, ainsi que de comprendre la technologie et les compétences nécessaires pour en construire, les membres de la communauté de Nyang, un village à la frontière de la réserve forestière de Takamanda, ont été invités à construire un pont de liane à grande largeur dans le jardin botanique de Limbe. Au cours de plusieurs jours, des notes détaillées sur la fabrication du pont ont été faites, tout comme un enregistrement photographique de sa construction.Comme cela a été expliqué aux auteurs, la construction de ces ponts de liane repose sur deux méthodes de construction principales: les systèmes "serpent"
et "araignée". La première étape de la construction du pont repose sur le choix d'un site approprié où la rivière est relativement étroite et, sur les deux rives, des arbres robustes sont présents à partir desquels le pont peut être accroché. La prochaine étape consiste à sélectionner et à récolter des tiges matures de la liane à petit diamètre Eremospatha macrocarpa (ou "echié"
le nom local à Denya). Bien que les tiges de cette espèce atteignent souvent 100 m de longueur, le plus souvent, seules des longueurs plus petites sont disponibles et celles-ci sont reliées de bout en bout afin de fournir 5 à 10 brins, chacun d'une longueur maximale de 200 m, en fonction de la portée souhaitée.
La construction de ces ponts a lieu au début de la saison des pluies, lorsque les rivières ne sont pas encore trop pleines et donc trop dangereuses pour nager. Les travaux d'entretien de routine sont réalisés tous les quatre mois. Cela consiste à remplacer les brins de rotin pourris ou brisés, tout en renforçant les nœuds et les articulations affaiblis. L'un des inconvénients de l'utilisation de la liane comme matière première pour la construction, c'est une durée de vie relativement courte; habituellement environ 2-3 ans. Pour contourner cela, dans certaines régions plus isolées, comme le village d'Ekong-Anaku à Cross River State, au Nigéria, la liane elle-même a été remplacée par des brins de fil galvanisé.
Le pont de liane dans le jardin botanique de Limbe reste une exposition populaire pour les visiteurs du jardin et, accompagné d'informations interprétatives, fournit une ressource pédagogique unique soulignant l'importance de la liane en rotin dans les communautés locales au Cameroun [25].
:
Photo 1-8 : Pont en rotin du Cameroun (Sunderland et al., 2002) En dehors du Cameroun, les lianes ont été aussi exploitées pour construire un pont fonctionnel vieux de 72 ans au Gabon. Le pont de lianes de Poubara (photo 1-9) traverse l'Ogooué à proximité des chutes de Poubara au sud de Franceville dans l'est gabonais.
Photo 1-9 : Pont en rotin au Gabon (Wikipédia, 2017)
Le pont de lianes a été construit en 1915 par l’architecte Moussikoué Mvouzangoye pour éviter les traversées en pirogue dans les eaux tumultueuses de l'Ogooué au droit du village de Poubara (Gabon News, 2012). Le pont de Poubara est constitué de deux mille quatre cents lianes tissées entièrement en matériaux naturels. L'ouvrage mesure actuellement cinquante- deux mètres (52 m) de long contre cent vingt mètres à l'origine (BDP Gabon, 2012).
Il s'agit d'une attraction touristique de la région. Le pont est entretenu par le descendant du concepteur qui assure le financement de sa maintenance par les droits de passage perçus (Gabon News, 2012).
1.3. Le béton
Le béton est un matériau de construction composite moderne, simple d’emploi et extrêmement répandu. Il se compose d’une matrice cimentaire (pâte de ciment hydraté) qui amalgame les inclusions rigides (graviers et sable). Un béton contient environ (en volume) :
- eau : entre 14 et 21 % [26]
- ciment : entre 7 et 15 % [26]
- granulats (dont sable) : entre 60 et 80 % [26][27].
On le définit en trois grandes classes en fonction de leur masse volumique après séchage à l’étuve. Ainsi nous avons le béton lourd, le béton normal et le béton léger.
1.3.1. Types de béton en fonction de la masse volumique 1.3.1.1. Le béton lourd
Il a une masse volumique supérieure à 2600 kg/m3 (Holcim, 2013)[28] cette masse peut atteindre parfois 6000 kg/m3[29]. Il est réalisé à base de granulats spéciaux de densité élevée (barytine, magnétite, hématite, plomb…) et est souvent utilisé pour la réalisation des ouvrages de protection contre les radiations (rayons X, gamma et autres rayons radioactifs) et autres rayonnements produits. Par exemple dans les accélérateurs et piles atomiques.
La protection étant d’autant plus efficace que l’épaisseur est plus grande et la densité du béton plus élevée (DREUX, 1981).
1.3.1.2. Le béton normal ou ordinaire
Il a une masse volumique comprise entre 2000 et 2600 kg/m3 (Holcim, 2013) [28].
C’est le béton fait à partir des granulats dits courants. Ces derniers sont obtenus par exploitation de gisement de sable et de gravier d’origines diverses (alluvionnaire, terrestre,
