FORMULATION DU BETON DE BALLES DE RIZ POUR LA PRODUCTION DES ENTREVOUS :

(1)

THEME :

Présenté et soutenu par : Sous la direction de : Edem CHABI Prof. Edmond C. ADJOVI

Professeur titulaire des Universités du CAMES Enseignant-chercheur à l’EPAC/UAC

Dr. Valery K. DOKO

Enseignant-chercheur à l’EPAC/UAC

Jury

Président Membres

Prof. Malahimi ANJORIN Dr. Eusèbe AGOUA

Dr. Emmanuel OLODO

REPUBLIQUE DU BENIN

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE D’ABOMEY CALAVI

ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY – CALAVI ECOLE DOCTORALE SCIENCES POUR L’INGENIEUR

OPTION : Matériaux & Structures

MEMOIRE DE FIN DE FORMATION POUR L’OBTENTION DU DIPLOME D’ETUDES

APPROFONDIES

FORMULATION DU BETON DE BALLES DE RIZ POUR LA PRODUCTION DES ENTREVOUS : ETUDE DU

COMPORTEMENT AU CISAILLEMENT ET AU

POINÇONNEMENT-FLEXION DES ENTREVOUS

(2)

DEDICACE DEDICACE DEDICACE DEDICACE

— A mes parents CHABI Bio et LAFIA Bana Gnanki

Vous avez comblé ma vie de tendresse, d’affection et de compréhension. Rien au monde ne pourrait compenser les efforts et les sacrifices que vous avez consentis pour mon bien être, et la poursuite de mes études dans de bonnes conditions.

Puisse Dieu, vous procurer santé, bonheur et longue vie.

— A ma chère épouse Leez AHOKPOSSI et à notre enfant Edlee Cathia CHABI.

— A mes chers frère et sœurs Kévin, Célia et Idone.

(3)

REMERCIEMENTS REMERCIEMENTS REMERCIEMENTS REMERCIEMENTS

Je tiens à la fin de ce travail à remercier :

— Le Professeur Edmond ADJOVI, mon Directeur de mémoire pour son encadrement efficace.

— Le Docteur Valéry DOKO KOUANDETE, pour tous les conseils, l’assistance et l’entière disponibilité.

— Le Docteur Adolphe TCHEHOUALI, pour toute l’aide apportée au cours de ce travail.

Je voudrais aussi remercier d’une façon toute particulière : Mes amis, Jonathan et Clément.

Tous mes remerciements vont aussi à l’endroit des enseignants de la formation doctorale Sciences Pour l’Ingénieur pour les nombreux sacrifices consentis.

(4)

RESUME RESUME RESUME RESUME

Le Bénin produit près de 30 000 tonnes de déchets de riz (balles de riz) par an qui sont jetés ou brûlés, polluant ainsi l'environnement. Dans le cadre de la protection de l'environnement et afin de valoriser ces ressources agricoles, nous avons utilisé les balles de riz comme renforts dans une matrice cimentaire pour produire des bétons légers pouvant être utilisés pour la fabrication d’éléments non porteurs dans le bâtiment notamment les entrevous. Les recherches effectuées jusqu’à ce jour ont permis de déterminer les compositions optimales et les propriétés physiques, mécaniques et thermiques de ce matériau mais certains aspects restent à étudier vu l’application qu’on veut en faire. L’objectif de cette étude est alors d’étudier le comportement au cisaillement et au poinçonnement-flexion des entrevous.

A cet effet, nous avons étudié le comportement mécanique en flexion et en compression des composites. Les matériaux offrent non seulement de bonnes performances mécaniques en flexion trois points pouvant atteindre 10,13 MPa mais aussi des résistances en compression allant jusqu’à 20,46 MPa. Ensuite le comportement au cisaillement a été étudié vu que les entrevous sont sollicités au cisaillement au niveau des appuis. Les résultats ont montré que les balles de riz ont amélioré considérablement la résistance au cisaillement avec une résistance de près de 27% de la résistance en compression contrairement au béton normal qui a une résistance au cisaillement de près de 5% de la résistance en compression. Les modules de cisaillement varient entre 3,703 GPa et 4,173 GPa. Enfin l’étude au poinçonnement-flexion des entrevous permettent de les classer dans la catégorie des entrevous porteurs-résistants selon la norme EN 15037-2. Par ailleurs, du fait que les entrevous sont exposés à différentes conditions météorologiques, nous avons jugé indispensable de connaître les propriétés mécaniques en fonction de la teneur en eau ; pour ce faire les composites ont été soumis à différentes conditions de conservation telles que la dessiccation, la saturation, le cycle de vieillissement (saturation et mise à l’air libre pendant plusieurs cycles) et le cycle de saturation- dessiccation pour faire varier le taux d’humidité. La résistance en compression diminue jusqu’à 35% lorsqu’on soumet le composite aux cycles de saturation- dessiccation.

(5)

ABSTRACT ABSTRACT ABSTRACT ABSTRACT

Benin produces nearly 10 tons of waste rice (rice husk) per year that are discarded or burned polluting the environment. As part of the protection of the environment and to promote these agricultural resources, we used rice husks as reinforcement in a cement matrix to produce lightweight concrete can be used of non-structural elements in the building in particular interjoists. Research to date has identified the optimal compositions and physical, mechanical and thermal properties of this material but some aspects remain to be studied given the application we want to do. The objective of this study is then to study the behavior shear and punching - bending interjoists.

To this end, we studied the mechanical behavior of flexural and compressive composites. The materials not only offer good mechanical three-point bending up to 10.13 MPa, but also compressive strength of up to 20.46 MPa. Then the shear behavior has been studied since the interjoists are stretched to shear at the supports. The results showed that rice hulls have greatly improved the shear strength is nearly 27% of the compressive strength unlike normal concrete which has a shear strength of about 5% of the compressive strength . The shear moduli and vary between 3,703 GPa 4,173 GPa. Finally the study punching - bending interjoists allow them to be categorized interjoists carriers - resistant according to EN 15037-2. Moreover, the fact that interjoists are exposed to different weather conditions, we considered it essential to know the mechanical properties depending on the water content; for this purpose the composite have been subjected to different storage conditions such as drying, saturation, aging cycle (saturation and setting with the free air during several cycles) and the saturation - drying cycle to vary the rate humidity. The compressive strength decreases to 35% when subjected to the composite saturation-drying cycles.

(6)

TABLE DES MATIERES TABLE DES MATIERES TABLE DES MATIERES

TABLE DES MATIERES

DEDICACE ... i

REMERCIEMENTS ... ii

RESUME ... iii

ABSTRACT ... iv

TABLE DES MATIERES ... v

LISTE DES TABLEAUX ... xi

LISTE DES FIGURES ... xiii

1. INTRODUCTION GENERALE ... 1

1.1. Contexte et justification de l’étude ... 2

1.2. Hypothèses de recherche ... 3

1.3. Objectifs ... 3

1.3.1. Objectif général ... 3

1.3.2. Objectifs spécifiques ... 4

1.4. Résultats attendus ... 4

2. GENERALITES ET REVUE DE LA LITTERATURE ... 5

2.1. Introduction aux matériaux composites ... 6

2.2. Classification des matériaux composites ... 8

2.2.1. Classification suivant la forme des composants ... 8

2.2.1.1. Composites à fibres ... 8

2.2.1.2. Composites à particules ... 9

2.2.2. Classification suivant la nature des constituants ... 9

2.3. Les bétons légers ... 10

2.3.1. Généralités ... 10

2.3.2. Différents types de bétons légers ... 11

2.3.2.1. Béton léger structural ... 11

2.3.2.2. Béton léger architectural ... 11

(7)

2.4. Béton de fibres végétales ... 15

2.4.1. Gros plan sur les bétons fibrés en général ... 15

2.4.1.1. Définition ... 15

2.4.1.2. Rôles des fibres dans le béton ... 16

2.4.1.3. Atouts du béton fibré ... 16

2.4.1.4. Différents types de fibres ... 18

2.4.1.5. Domaines d’application des bétons fibrés ... 19

2.4.2. Synthèse bibliographique sur les composites de biomasse végétale – ciment 20 3. MATERIEL ET METHODES ... 38

3.1. Introduction ... 39

3.2. Matériaux ... 39

3.3. Caractéristiques des constituants du composite ... 39

3.3.1. Caractéristiques des balles de riz ... 39

3.3.1.1. Analyse granulométrique ... 40

3.3.1.2. Mesure de la densité apparente ... 41

3.3.1.3. Mesure de la masse volumique absolue ... 42

3.3.1.4. Mesure du taux d’humidité... 43

3.3.1.5. Mesure d’absorption d’eau ... 43

(8)

3.3.2. Caractéristiques physique et mécanique du ciment utilisé ... 44

3.3.3. Caractéristiques de l’eau de gâchage ... 45

3.4. Formulation du mortier de fibres ... 45

3.4.1. Le dosage en ciment ... 46

3.4.2. Le dosage en eau (E/C) ... 46

3.4.3. Le dosage en sable ... 46

3.5. Mise en œuvre du composite ... 46

3.5.1. Préparation des balles de riz ... 46

3.5.2. Malaxage ... 46

3.5.3. Mise en œuvre des éprouvettes ... 47

3.5.4. Conservation des éprouvettes ... 48

3.5.5. Mesure de la maniabilité sur le mortier frais ... 48

3.6. Essais de caractérisation physique, mécanique des composites ... 49

3.6.1. Essais physiques ... 49

3.6.1.1. Mesure de la masse volumique ... 49

3.6.1.2. Mesure du taux d’absorption d’eau des composites ... 49

3.6.1.3. Mesure de la perte de masse des composites (désorption) ... 50

3.6.1.4. Mesure du taux d’humidité des éprouvettes ... 50

3.6.1.5. Dessiccation des éprouvettes ... 51

3.6.1.6. Saturation d’eau ... 51

3.6.1.7. Simulation du vieillissement ... 52

3.6.1.8. Cycle de saturation - dessiccation ... 52

3.7. Essais mécaniques ... 52

3.7.1. Essais de compression et de traction par flexion ... 52

3.7.1.1. Détermination de la résistance en traction par flexion ... 53

3.7.1.2. Détermination de la résistance en compression ... 53

3.7.1.3. Comportement mécanique des éprouvettes et détermination des modules de Young des matériaux ... 54

(9)

3.7.2. Essais de cisaillement Iosipescu ... 54

3.7.3. Essai de poinçonnement flexion sur les entrevous (EN15037, 2008) 56 4. RESULTATS ET DISCUSSION ... 62

4.1. Recueil des données utilisées pour la fabrication des composites ... 63

4.2. Présentation des résultats physiques et mécaniques du composite ... 63

4.2.1. Propriétés physiques des composites ... 63

4.2.2. Propriétés mécaniques des composites ... 64

4.2.2.1. Eprouvettes normales ... 64

4.2.2.2. Eprouvettes ayant subi la saturation d’eau ... 65

4.2.2.3. Eprouvettes ayant subi la dessiccation ... 66

4.2.2.4. Eprouvettes ayant subi le cycle de vieillissement ... 67

4.2.2.5. Eprouvettes ayant subi le cycle de saturation-dessiccation ... 68

4.2.2.6. Taux de réduction des résistances mécaniques en fonction de la conservation ... 69

4.2.2.7. Module d’élasticité des matériaux ... 70

4.2.2.8. Essais de poinçonnement flexion ... 70

4.2.2.9. Essais de cisaillement ... 71

4.3. Etude des propriétés physiques du composite ... 72

4.3.1. Influence de variation d’humidité sur la masse volumique ... 72

4.3.2. Evolution de la masse des composites : étude de la désorption ... 74

4.3.3. Evolution du taux d’absorption en fonction de l’âge des éprouvettes 75 4.3.4. Evolution du taux d’humidité en fonction de l’âge ... 76

4.4. Etude des propriétés mécaniques du composite ... 77

4.4.1. Etude du comportement en flexion ... 77

4.4.2. Etude du composite en compression ... 79

4.4.2.1. Comportement en compression ... 79

4.4.2.2. Module de Young ... 80

(10)

4.4.3. Etude du comportement au cisaillement ... 80

4.4.3.1. Résistance au cisaillement et module de cisaillement ... 80

4.4.3.2. Etude du comportement au cisaillement ... 81

4.4.4. Influence de la granulométrie sur les résistances mécaniques des composites ... 82

4.4.5. Evolution des résistances en fonction du temps ... 83

4.4.6. Influence de la variation d’humidité (type de conservation) sur les résistances mécaniques des composites ... 83

5. APPLICATIONS ET ETUDE ECONOMIQUE ... 87

5.1. Formulations retenues pour les applications ... 88

5.2. Vérification de la résistance des entrevous aux contraintes tangentielles ... 89

5.3. Etude comparée du coût de 1m³ de béton de balles de riz et de mortier de ciment ... 91

5.4. Etude comparative du dimensionnement des éléments structuraux d’un bâtiment ... 92

5.4.1. Descente de charges ... 92

5.4.1.1. Hypothèses de calcul ... 92

5.4.1.2. Plancher ... 93

5.4.1.3. Poutre PP3 ... 95

5.4.1.4. Poteau P3 ... 95

5.4.1.5. Semelle S3 ... 95

5.4.2. Calcul des éléments structuraux ... 96

5.4.2.1. Nervure N1 ... 96

5.4.2.2. Poutre PP3 ... 96

5.4.2.3. Poteau P3 ... 97

5.4.2.4. Semelle S3 ... 97

(11)

5.4.3. Evaluation du déboursé sec en matériau ... 97

5.4.4. Evaluation du coût de 1m² de plancher ... 99

5.4.4.1. Calcul des prix de vente ... 99

5.4.4.2. Coût du mètre carré de dalle ... 101

5.4.5. Récapitulatif du prix unitaire de chaque partie d’ouvrage ... 102

CONCLUSION ET PERSPECTIVES ... 103

BIBLIOGRAPHIE ... 104

ANNEXES ... 107

(12)

LISTE DES TABLEAUX LISTE DES TABLEAUX LISTE DES TABLEAUX

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 2–1 : Exemples de matériaux composites, pris au sens large (Yavu, 2008) 7

Tableau 2–2: Applications des bétons fibrés (CHERGUI NADIA, 2010) --- 19

Tableau 2–3 : Caractéristiques de l’hydratation des mélanges (DOKO, 2013) --- 21

Tableau 2–4 : Proportions utilisées pour la composition des mélanges (DOKO, 2013) --- 22

Tableau 2–5 : Mix proportions of concrete block (Farah , et al., 2011) --- 24

Tableau 2–6 : Average strength data and curing age (Farah , et al., 2011) --- 24

Tableau 2–7 : Elastic modulus at different replacement of RHA (Farah , et al., 2011) --- 24

Tableau 2–8 : Mechanical properties (Sivaraja, et al., 2011) --- 25

Tableau 2–9 : Corrélation essais-calculs --- 27

Tableau 2–10 : Proportions des mélanges (SISMAN, et al., 2011) --- 28

Tableau 2–11 : Evolution des caractéristiques physiques et mécaniques en fonction du rapport Ciment/Copeaux (TAMBA, et al., 2007) --- 30

Tableau 3–1 : Proportions utilisées pour la composition des mélanges (DOKO, 2013) --- 39

Tableau 3–2 : Caractéristiques des balles de riz --- 44

Tableau 3–3 : Caractéristiques physiques et mécaniques du ciment --- 45

Tableau 3–4 : Correspondance entre les dénominations françaises et celles de la nouvelle norme EN 15037-2, avec les charges de rupture caractéristiques par poinçonnement-flexion correspondantes. --- 61

Tableau 4–1 : Tableau récapitulatif des différentes formulations --- 63

Tableau 4–2 : Caractéristiques physiques des composites à 7jrs d’âge --- 63

Tableau 4–5 : Caractéristiques mécaniques des composites à 14 jrs d’âge --- 65

(13)

Tableau 4–13 : Taux de baisse des résistances mécaniques en fonction du mode de conservation des éprouvettes --- 69

Tableau 4–14 : Module de Young des éprouvettes --- 70

Tableau 4–15 : Résultats d’essai de cisaillement --- 71

Tableau 4–16 : Résistances mécaniques à 14 et 28 jours d’âge --- 83

Tableau 5–1 : Caractéristiques des formulations retenues pour les applications --- 88

Tableau 5–2 : Etude comparée du coût de 1m³ de béton de balles de riz et de mortier de ciment --- 91

Tableau 5–3 : Poids des entrevous --- 92

Tableau 5–4 : Hypothèses de calcul --- 93

Tableau 5–5 : Descente de charges sur le plancher --- 94

Tableau 5–6 : Charge sur la poutre PP3 --- 95

Tableau 5–7 : Charge sur le poteau P3 --- 95

Tableau 5–8 : charge sur la semelle S3 --- 95

Tableau 5–9 : Poids d’armatures de la nervure --- 96

Tableau 5–10 : Poids d’armatures de la poutre --- 96

Tableau 5–11 : Poids d’armatures du poteau --- 97

Tableau 5–12 : Poids d’armatures de la semelle --- 97

Tableau 5–13 : Ratio d’armatures --- 98

Tableau 5–14 : Tableau des déboursés secs en matériau --- 98

Tableau 5–15 : Prix de vente des matériaux --- 100

Tableau 5–16 : Coût du mètre carré de la dalle en fonction du type d’entrevous 101 Tableau 5–17 : Récapitulatif du prix unitaire de chaque partie d’ouvrage --- 102

(14)

LISTE DES FIGURES LISTE DES FIGURES LISTE DES FIGURES LISTE DES FIGURES

Figure 2–1 : Matériau composite (CHOWDHURY, 2010) ... 8

Figure 2–2: Quelques granulats légers naturels (KE, 2008) ... 12

Figure 2–3 : Quelques granulats légers artificiels (KE, 2008) ... 13

Figure 2–4 : Vides d'air dans le béton cellulaire (Cox, et al., 2005) ... 14

Figure 2–5 : Différents types de bétons légers (SHORT, et al., 1968) ... 15

Figure 2–6 : Rôle des fibres dans le béton (CHERGUI NADIA, 2010) ... 16

Figure 2–7 : Courbes d'hydratation du ciment dans le témoin et en présence des fibres de rônier et des balles de riz (DOKO, 2013) ... 20

Figure 2–8 : Rupture brusque de la pâte de ciment pur en flexion (DOKO, 2013) . 23 Figure 2–9 : Fissuration contrôlée dans le composite ciment-fibres de rônier à la rupture (DOKO, 2013)... 23

Figure 2–10 : Shear test on L-shaped specimens (Sivaraja, et al., 2011)... 25

Figure 2–11 : Montage d’essai Iosipescu et paramètre géométriques des éprouvettes ... 26

Figure 2–12 : Ecart sur le calcul du module de cisaillement suivant l’angle d’entaille ... 26

Figure 2–13 : Influence de la teneur en fibres sur le poids spécifique des composites (SISMAN, et al., 2011) ... 28

Figure 2–14 : Influence de la teneur en fibres sur la résistance en compression (SISMAN, et al., 2011) ... 29

Figure 2–15 : Influence de la teneur en fibres sur la conductivité thermique (SISMAN, et al., 2011) ... 29

Figure 2–16 : Courbes charge – déplacement obtenus en flexion 3 points pour différents pourcentages de fibres (Djoudi, et al., 2009) ... 31

Figure 2–17 : Variation du module de Young du plâtre en fonction du dosage en fibres (Djoudi, et al., 2009). ... 32

Figure 2–18 : Influence du dosage et de la longueur des fibres de jute sur les propriétés du composite (MANSUR, et al., 1982) ... 33

Figure 2–19 : Courbes du comportement typique d’un échantillon de ciment pur (1) et d’un composite ciment/fibres de chanvre (2) en flexion 3 points (Sedan, 2007). 34 Figure 2–20 : Schéma de la courbe contrainte – déformation du béton de chanvre (NGUYEN, 2010). ... 35

(15)

Figure 2–21 : Reprise en eau du béton de chanvre (formulation Mur) en enceinte

climatique à T = 20°C (CEREZO, 2005) ... 37

Figure 3–1 : Courbes granulométriques des mélanges ... 41

Figure 3–2 : Mise en œuvre des éprouvettes ... 47

Figure 3–3 : Essai de flexion 3 points ... 54

Figure 3–4 : Essai de compression ... 54

Figure 3–5 : Essai Iosipescu, selon ASTM D 5379 ... 56

Figure 3–6 : Dispositif d’essai de poinçonnement flexion ... 57

Figure 3–7 : Cadre de charge ... 57

Figure 3–8 : Bac de chargement ... 58

Figure 3–9 : Semelle ... 58

Figure 3–10 : Différentes formes d’appuis ... 59

Figure 3–11 : Positionnement transversal de la semelle ... 60

Figure 4–1 : Essai de poinçonnement-flexion ... 71

Figure 4–2 : Essai de cisaillement ... 72

Figure 4–3 : Masse volumique des éprouvettes en fonction du mode de conservation ... 73

Figure 4–4 : Variation de perte de masse à différentes dates ... 74

Figure 4–5 : Variation du taux d’absorption des composites à différentes dates ... 75

Figure 4–6 : Variation du taux d’humidité à différentes dates ... 77

Figure 4–7 : Courbe de comportement typique en traction par flexion des composites balles de riz–ciment ... 78

Figure 4–8 : Courbe contrainte-déformation des composites balles de riz-ciment en compression ... 79

Figure 4–9 : Module d’élasticité des éprouvettes ... 80

Figure 4–10 : Courbe de comportement typique au cisaillement des composites balles de riz–ciment... 81

Figure 4–11 : Variation des caractéristiques mécaniques en fonction de la granulométrie ... 82

Figure 4–12 : Influence de l’humidité sur les résistances en traction des composites ... 84

Figure 4–13 : influence de l’ humidité sur les résistances en compression des composites ... 84

(16)

Figure 4–14 : Taux de réduction des résistances en traction en fonction du mode de conservation des éprouvettes ... 85 Figure 4–15 : Taux de réduction des résistances en traction en fonction du mode de conservation des éprouvettes ... 86 Figure 5–1 : Schéma statique et épure des efforts tranchants ... 89 Figure 5–2 : Diagramme des efforts tranchants ... 90 Figure 5–3 : Coupe et vue en plan d’un panneau de dalle représentatif pour la descente des charges ... 93

(17)

1. 1. 1.

1. INTRODUCTION INTRODUCTION INTRODUCTION INTRODUCTION GENERALE

GENERALE

(18)

1.1.

1.1. 1.1. 1.1. Contexte et justification de Contexte et justification de Contexte et justification de Contexte et justification de l’étude l’étude l’étude l’étude

« Pour parvenir à un développement durable, la protection de l'environnement doit faire partie intégrante du processus de développement et ne peut être considérée isolément », ainsi s’énonce le troisième principe de la déclaration de Rio sur l’environnement et le développement (United Nation, 2012) qui traduit la volonté des nations du monde à faire face aux problèmes environnementaux qui menacent l’existence de notre planète. Les différents acteurs du développement sont alors appelés à réduire les charges polluantes (notamment l’émission de gaz à effet de serre) liées à leurs activités respectives et à préserver les ressources naturelles.

Des études statistiques révèlent que les bâtiments sont responsables de plus d'un tiers des émissions de dioxyde de carbone (CO2), ce qui fait du secteur du bâtiment le deuxième plus grand émetteur de CO2 après l'industrie (NGUYEN, 2010). Notons que le CO2 est l’un des principaux gaz à effet de serre responsables du réchauffement planétaire et contribue à hauteur de 50% environ à l'effet de serre.

C’est pourquoi le secteur du bâtiment est souvent considéré comme une « mine d’or » pour réduire ce phénomène. Ainsi, une piste pour minimiser les impacts du bâtiment sur l’environnement, est de chercher et développer l’utilisation de matériaux qui sont renouvelables, consommant très peu d'énergie et qui produisent un minimum de pollution et de risques pour la santé. De ce fait, à l’heure actuelle, on retrouve un intérêt dans l’utilisation de matériaux d’origine naturelle tels que les végétaux (le bois, la paille, le chanvre, le lin, les balles de riz, etc. ) qui sont renouvelables, recyclables et durables et peuvent contribuer à limiter de manière non négligeable les émissions de gaz à effet de serre grâce à leur capacité d’emprisonnement du CO2. De plus, l’utilisation de matériaux naturels avec des constructions innovantes permet également de réduire le coût de construction.

La production des déchets lors du décorticage du riz est estimée entre 15 et 20% du poids total du paddy. Au Bénin, avec l’avènement du Projet de Diffusion du Riz Nérica (PDRN), les rizeries de Malanville et de Glazoué ont été renforcées par cinq (05) mini rizeries dans les communes de Tanguiéta, Matéri, Cobli, Glazoué et Dassa pour permettre à toute la population béninoise d’avoir accès au riz « Made in Benin

» soit plus de 200 mille de tonnes de riz à produire par an donc plus de 30 mille tonnes de balles de riz à gérer par an. Il se posera ainsi des problèmes en termes de gestion environnementale de ces déchets. A titre illustratif, pour le premier trimestre

(19)

2012, l’association Sourou Bayayé a transformé environ 50,2 tonnes de riz avec une production de déchets de près de 10 tonnes. Ces déchets ont été jetés dans des fosses derrière les décortiqueuses de Sourou Bayayé acquises sur une subvention du Millenium Challenge Account Bénin (MCA-BENIN) (CTB, 2012). Ces déchets ont été aussi utilisés comme combustibles dans les ménages, ce qui produit de CO2 qui est l’un des principaux gaz à effet de serre responsables du réchauffement planétaire.

Afin de contribuer à relever ce défi majeur qu’est la préservation d’un environnement sain et de qualité, notre étude va se pencher sur le recyclage des balles de riz pour en faire des composites balles de riz-ciment pouvant être utilisés pour la fabrication d’éléments non porteurs dans le bâtiment (parpaings, entrevous) et d’éléments de toitures (tuiles).

Plusieurs travaux de recherches ont fait l’objet d’étude de composites à base de mélange de balle de riz–ciment pour en faire du béton. Cependant, des questions restent à étudier lorsqu’on décide de mettre en œuvre ce béton dans l’industrie du bâtiment.

1.2. 1.2.

1.2. 1.2. Hypothèses de recherche Hypothèses de recherche Hypothèses de recherche Hypothèses de recherche

− Le taux d’humidité aurait une influence sur les caractéristiques mécaniques des composites ;

− les caractéristiques mécaniques des composites permettraient leur utilisation comme entrevous dans le bâtiment ;

− l’utilisation des composites balles de riz comme éléments de construction aurait une incidence positive sur le coût de construction.

1.3.

1.3. 1.3. Objectifs Objectifs Objectifs Objectifs 1.3.1.

1.3.1.

1.3.1. 1.3.1. Objectif général Objectif général Objectif général Objectif général

L’objectif global visé est de produire des matériaux de construction légers à base de ressources renouvelables entrant dans la réalisation des éléments de construction.

(20)

1.3.2.

1.3.2. 1.3.2. Objectifs spécifiques Objectifs spécifiques Objectifs spécifiques Objectifs spécifiques

Spécifiquement cette étude a pour objectifs de :

− étudier les caractéristiques physiques et mécaniques des composites balles de riz-ciment ;

− étudier le comportement en compression et en traction des composites ;

− étudier le comportement au cisaillement des composites ;

− faire l’essai de poinçonnement sur les entrevous ;

− étudier l’influence de l’utilisation des entrevous à base de balles de riz sur le coût d’un bâtiment.

1.4.

1.4. 1.4. 1.4. Résultats attendus Résultats attendus Résultats attendus Résultats attendus

− Les caractéristiques physiques et mécaniques des composites sont connues ;

− la résistance au cisaillement des composites sont connues ;

− le comportement en compression et en flexion des composites balles de riz est étudié ;

− la résistance des entrevous à l’essai de poinçonnement-flexion est connue ;

− l’utilisation des entrevous à base de balles de riz a une influence positive sur le coût des constructions.

(21)

2. 2.

2. 2. GENERALITES ET REVUE GENERALITES ET REVUE GENERALITES ET REVUE GENERALITES ET REVUE DE LA

DE LA DE LA

DE LA LITTERATURE LITTERATURE LITTERATURE LITTERATURE

(22)

2.1.

2.1. 2.1. 2.1. Introduction aux matériaux composites Introduction aux matériaux composites Introduction aux matériaux composites Introduction aux matériaux composites

Un matériau composite est un matériau constitué de l'assemblage de deux ou plusieurs matériaux de classes différentes, se complétant et permettant d'aboutir à un matériau dont l'ensemble des performances est supérieur à celui des composants pris séparément (Yavu, 2008). Des exemples de matériaux composites pris au sens large sont donnés au tableau 2−1.

Un matériau composite est constitué dans le cas le plus général d'une ou plusieurs phases discontinues réparties dans une phase continue. Dans le cas de plusieurs phases discontinues de natures différentes, le composite est dit hybride. La phase discontinue est habituellement plus dure avec des propriétés mécaniques supérieures à celles de la phase continue. La phase continue est appelée la matrice. La phase discontinue est appelée le renfort ou matériau renforçant (Figure 2−1) (CHOWDHURY, 2010). Les matrices peuvent être des matériaux bruts fondus tels des métaux, des résines thermodurcissables ainsi que des matières thermoplastiques.

D’autre part, les renforts peuvent être constitués de différents matériaux sous forme de poudre, fibres, granules et même sous forme de fibres tissées (longues) (SOUCY, Janvier 2007).

Les propriétés des matériaux composites résultent :

→ des propriétés des matériaux constituants ;

→ de leur distribution géométrique ;

→ de leurs interactions.

La géométrie du renfort sera caractérisée par sa forme, sa taille, la concentration du renfort, sa disposition (son orientation), etc. La concentration du renfort est un paramètre déterminant des propriétés du matériau composite. Elle est habituellement mesurée par la fraction volumique (fraction en volume) ou par la fraction massique (fraction en masse).

Pour une concentration donnée, la distribution du renfort dans le volume du composite est également un paramètre important. Une distribution uniforme assurera une « homogénéité » du matériau : d’où un matériau isotrope. Dans le cas d'une distribution non uniforme du renfort, la rupture du matériau sera initiée dans les zones pauvres en renfort, diminuant ainsi la résistance du composite.

(23)

Dans le cas de matériaux composites dont le renfort est constitué de fibres, l'orientation des fibres détermine l'anisotropie du matériau composite. Cet aspect constitue une des caractéristiques fondamentales des composites ; la possibilité de contrôler l'anisotropie du produit fini par une conception et une fabrication adaptées aux propriétés souhaitées.

TABLEAU 2–1 :EXEMPLES DE MATERIAUX COMPOSITES, PRIS AU SENS LARGE (YAVU,2008) Type de composite Constituants Domaines d'application

1. Composites à matrice organique Papier, carton Panneaux de particules

Panneaux de fibres Toiles enduites Matériaux d'étanchéité

Pneumatiques Stratifiés Plastiques renforcés

Résines/charges/fibres cellulosiques Résine/copeaux de bois

Résine/fibres de bois Résines souples/tissus Elastomères/bitume/textiles

Caoutchouc/toile/acier Résine/charges/fibres de

Verre, de carbone, etc.

Résines/microsphères

Imprimerie, emballage, etc.

Menuiserie Bâtiment Sports, bâtiment Toiture, terrasse, etc.

Automobile Domaines multiples

2. Composites à matrice minérale

Béton

Composite carbone-carbone Composite céramique

Ciment/sable/granulats Carbone/fibres de carbone Céramique/fibres céramiques

Génie civil Aviation, espace, sports,

biomédecine, etc.

Pièces thermomécaniques 3. Composites à matrice

métallique

Aluminium/fibres de bore Aluminium/fibres de carbone

Espace

4. Sandwiches Peaux Ames





Métaux, stratifiés, etc.

Mousses, nids d’abeilles, Balsa, plastiques renforcés

Domaines multiples

(24)

FIGURE 2–1 :MATERIAU COMPOSITE (CHOWDHURY,2010)

2.2. 2.2.

2.2. 2.2. Classification des matériaux composites Classification des matériaux composites Classification des matériaux composites Classification des matériaux composites

Les composites peuvent être classés suivant la forme des composants ou suivant la nature des composants (CHOWDHURY, 2010).

2.2.1.

2.2.1. 2.2.1. Classification Classification Classification Classification suivant suivant suivant suivant la la la la forme forme forme forme des des des des composants

composants composants composants

En fonction de la forme des constituants, les composites sont classés en deux grandes classes : les matériaux composites à fibres et les matériaux composites à particules.

2.2.1.1.

2.2.1.1. 2.2.1.1. Composites à fibres Composites à fibres Composites à fibres Composites à fibres

Un matériau composite est un composite à fibres si le renfort se trouve sous forme de fibres. Les fibres utilisées se présentent soit sous forme de fibres continues, soit sous forme de fibres discontinues : fibres coupées, fibres courtes, etc. L'arrangement des fibres, leur orientation permettent de moduler à la carte les propriétés mécaniques des matériaux composites, pour obtenir des matériaux allant de matériaux fortement anisotropes à des matériaux isotropes dans un plan.

Le concepteur possède donc là un type de matériau dont il peut modifier et moduler à volonté les comportements mécanique et physique en jouant sur :

⋅ la nature des constituants,

⋅ la proportion des constituants,

⋅ l'orientation des fibres.

(25)

2.2.1.2.

2.2.1.2. 2.2.1.2. Composites à particules Composites à particules Composites à particules Composites à particules

Un matériau composite est un composite à particules lorsque le renfort se trouve sous forme de particules. Une particule, par opposition aux fibres, ne possède pas de dimension privilégiée.

Les particules sont généralement utilisées pour améliorer certaines propriétés des matériaux ou des matrices, comme la rigidité, la tenue à la température, la résistance à l'abrasion, la diminution du retrait, etc. Dans de nombreux cas, les particules sont simplement utilisées comme charges pour réduire le coût du matériau, sans en diminuer les caractéristiques.

Le choix de l'association matrice-particules dépend des propriétés souhaitées. Par exemple, des inclusions de plomb dans des alliages de cuivre augmenteront leur facilité d'usinage. Des particules de métaux fragiles tels le tungstène, le chrome et les molybdènes, incorporés dans des métaux ductiles, augmenteront leurs propriétés à températures élevées, tout en conservant le caractère ductile à température ambiante.

Également, des particules d'élastomère peuvent être incorporées dans des matrices polymères fragiles, de manière à améliorer leurs propriétés à la rupture et au choc, par diminution de la sensibilité à la fissuration.

Ainsi, les composites à particules recouvrent un domaine étendu dont le développement s'accroît sans cesse.

2.2.2.

2.2.2. 2.2.2. Classification Classification Classification Classification suivant suivant suivant suivant la la la la nature nature nature nature des des des des constituants

constituants constituants constituants

Selon la nature de la matrice, les matériaux composites sont classés suivant des composites à matrice organique, à matrice métallique ou à matrice minérale. Divers renforts sont associés à ces matrices. Seuls certains couples d'associations ont actuellement un usage industriel, d'autres faisant l'objet d'un développement dans les laboratoires de recherche. Parmi ces composites, nous pouvons citer :

Composites à matrice organique (résine, charges), avec :

— des fibres minérales : verre, carbone, etc.

— des fibres organiques : Kevlar, polyamides, etc.

— des fibres métalliques : bore, aluminium, etc.

(26)

Composites à matrice métallique (alliages légers et ultra légers d'aluminium, de magnésium, de titane), avec :

— des fibres minérales : carbone, carbure de silicium (SiC),

— des fibres métalliques : bore,

— des fibres métallo-minérales : fibres de bore revêtues de carbure de silicium (BorSiC).

Composites à matrice minérale (céramique), avec :

— des fibres métalliques : bore,

— des particules métalliques : cermets,

— des particules minérales : carbures, nitrures, etc.

Les matériaux composites à matrice organique ne peuvent être utilisés que dans le domaine des températures ne dépassant pas 200 à 300 °C, alors que les matériaux composites à matrices métallique ou minérale sont utilisés au-delà : jusqu'à 600 °C pour une matrice métallique, jusqu'à 1000 °C pour une matrice céramique.

2.3.

2.3. 2.3. Les bétons légers Les bétons légers Les bétons légers Les bétons légers 2.3.1.

2.3.1.

2.3.1. 2.3.1. Généralités Généralités Généralités Généralités

Le qualificatif « léger » est attribué aux bétons obtenus par incorporation d’air (KE, 2008). De ce fait, la densité de ces bétons est relativement faible par rapport à la densité du béton classique. Les bétons légers sont des bétons dont la masse volumique apparente est inférieure à 1800 kg/m³. En fait, la majorité de ces bétons a une masse volumique apparente faible comprise entre 400 et 1800 kg/m³, comparativement à celle des bétons conventionnels comprise entre 2200 et 2500 kg/m³(Contant, 2000).

En général, on distingue les bétons légers confectionnés à partir de granulats légers de source naturelle, de ceux confectionnés à partir de granulats légers artificiels.

L'apparition du béton léger confectionné à partir de granulats légers artificiels date des années vingt, soit depuis la mise au point par S.J. Hayde du premier procédé de cuisson de l'argile à partir d'un four rotatif (Contant, 2000). Bien que l'utilisation des bétons légers ait débuté au siècle dernier, ce n'est qu'à partir des années cinquante qu'ils ont connu un essor véritable (Contant, 2000). Il existe cependant d’autres critères de classification des bétons légers.

(27)

2.3.2.

2.3.2. 2.3.2. Différents types de bétons légers Différents types de bétons légers Différents types de bétons légers Différents types de bétons légers

Les bétons légers sont répartis en deux grands groupes selon la nature de l’ouvrage ou le rôle auquel ils sont destinés. Les deux grandes familles que nous distinguons ainsi sont les bétons structuraux et les bétons architecturaux.

2.3.2.1.

2.3.2.1. 2.3.2.1. Béton léger structural Béton léger structural Béton léger structural Béton léger structural

L’Association Canadienne du Ciment Portland (ACCP) définit le béton léger structural comme un béton ayant une résistance à la compression à 28 jours supérieure à 15 MPa et dont la masse volumique est inférieure à 1 850 kg/m³ (Contant, 2000). Le béton léger structural est destiné à la fabrication d’éléments dont les propriétés sont limitées par des contraintes spécifiques. Ainsi, lorsque la capacité portante d’un sol ne permet pas d’y ériger une structure conventionnelle, l’utilisation de béton léger pour les différentes parties de structure du bâtiment permet d’obtenir un gain considérable en légèreté sans toutefois modifier de façon significative le gabarit du bâtiment.

2.3.2.2.

2.3.2.2. 2.3.2.2. Béton léger architectura Béton léger architectura Béton léger architectura Béton léger architectural l l l

Par opposition au béton léger structural, le béton léger architectural est essentiellement utilisé pour le remplissage et la mise en œuvre de panneaux non résistants. L’ACCP le définit comme un béton ayant une résistance à la compression comprise entre 0,7 et 7 MPa et une masse volumique comprise entre 240 et 1440 kg/m³ (Contant, 2000). Contrairement aux différentes méthodes traditionnelles de formulation qui se basent sur la résistance, la conception et la mise en œuvre d’un béton léger architectural vise une légèreté optimale. Pour ce faire trois techniques principales sont utilisées afin d’obtenir des masses volumiques aussi faibles.

Par utilisation de granulats légers : l’allègement du béton est dû à la faible densité des granulats qui y sont utilisés. Le terme « granulat léger » désigne une gamme d’agrégats ayant une densité spécifique considérablement inférieure à celles du sable et du gravier, tous deux utilisés simultanément presque dans tous les bétons. Cependant, la densité limite permettant de définir un granulat léger varie selon les codes et normes en vigueur dans différents pays. Aux Etats-Unis, la densité sèche des granulats légers est limitée à 1120 kg/m³ alors qu’en Pologne, elle est fixée à 1800 kg/m³ (EuroLightCon, 1998). Les premiers granulats légers pour le

(28)

béton sont des granulats naturels issus des roches volcaniques, comme la pierre ponce (KE, 2008). Aujourd’hui, plusieurs autres granulats sont utilisés dans différents pays du monde selon leur disponibilité. La Figure 2−2 ci – dessous présente différents granulats légers couramment utilisés.

FIGURE 2–2:QUELQUES GRANULATS LEGERS NATURELS (KE,2008)

L’industrialisation des bétons de granulats légers a conduit à la création de nouveaux produits qui incorporés dans le béton lui offre une légèreté plus grande.

Au nombre de ces granulats artificiels, les plus en vue sont le schiste expansé, les billes de polystyrène, les cendres volantes ou encore des scories. La Figure 2−3 ci- dessous présente l’argile expansée et les cendres volantes entassées.

(29)

FIGURE 2–3:QUELQUES GRANULATS LEGERS ARTIFICIELS (KE,2008)

Par incorporation d’air dans le béton : ce procédé consiste à ajouter à un mélange de sable, de chaux et de ciment une petite quantité de poudre d’aluminium. L’adjonction de la poudre d’aluminium a pour effet de libérer de l’hydrogène qui fait lever la pâte et donne naissance à des myriades de cellules gorgées d’hydrogène, rapidement chassé sous la pression de l’air ambiant. Le béton ainsi confectionné est appelé béton cellulaire (Cox, et al., 2005). Sur la figure 2−4 ci-dessous, sont représentées les vues aux microscopes à différentes échelles d’un échantillon de béton cellulaire. On y retrouve effectivement les vides d’air ou cellules créées par le dégagement d’hydrogène. Les cellules ont des tailles variées et peuvent atteindre jusqu’à 80% du volume total du béton.

(30)

F^IGURE2–4:V^{IDES D}'AIR DANS LE BETON CELLULAIRE (C^OX,^{ET AL}.,2005)

Il est extrêmement important que les cellules soient petites, sphériques et reparties de façon très homogène dans la masse. Les grandes cellules affaiblissent la résistance car le transfert des contraintes se réalise au travers des parois des cellules.

Plus grandes elles sont, plus grande est la concentration des contraintes dans les parois. Ceci contrairement à ce qui se passe dans un béton ordinaire ou le transfert des efforts se fait au travers des granulats, le ciment servant de liant entre les agrégats. En adaptant minutieusement la recette de fabrication, il est possible de modifier le diamètre et le nombre de cellules (toujours fermées) et adapter la masse volumique (de 350 à 650 kg/m³).

Par suppression de fines : il s’agit ici de supprimer la totalité ou une partie des granulats fins ; le béton produit alors une agglomération de gros granulats dont les particules sont recouvertes par un film de pâte de ciment. Cette substitution des granulats fins par les vides crée à l’intérieur du béton de larges cavités (pores) responsables de la diminution de la masse volumique (Neville, 1981). Le béton ainsi confectionné est appelé béton caverneux (ou poreux). Ce procédé permet d’obtenir des masses volumiques de l'ordre de 1600 à 1800 kg/m³ avec des résistances à la

(31)

compression de 3 à 7 MPa à 28 jours, et ce, même en utilisant des granulats conventionnels (Dreux, 1990). Lorsqu’on ajoute aux granulats grossiers une petite quantité de fines, on parle de béton semi – caverneux.

Le béton cellulaire, le béton caverneux et le béton de granulats légers ne sont pas des classes disjointes de bétons légers. En effet, des bétons caverneux peuvent être produits à l’aide de granulats ultra – légers. Rappelons que l’objectif final visé est la baisse de la densité du matériau obtenu. La différence, ainsi que l’indique la figure 2−5 ci-dessous se situe uniquement au niveau de la position des vides d’air (en blanc sur la figure) dans le béton.

F^IGURE2–5:DIFFERENTS TYPES DE BETONS LEGERS (SHORT,^{ET AL}.,1968)

2.4. 2.4.

2.4. 2.4. Béton de fibres végétales Béton de fibres végétales Béton de fibres végétales Béton de fibres végétales 2.4.1.

2.4.1.

2.4.1. 2.4.1. Gros plan sur les bétons fibrés en général Gros plan sur les bétons fibrés en général Gros plan sur les bétons fibrés en général Gros plan sur les bétons fibrés en général 2.4.1.1.

2.4.1.1.

2.4.1.1. 2.4.1.1. Définition Définition Définition Définition

Un composite fibré est un matériau constitué d’un ensemble de fibres résistantes noyées dans une matrice dont les propriétés mécaniques sont nettement plus faibles.

Les fibres jouent le rôle de renfort tandis que la matrice assure la cohésion du composite et le transfert des efforts aux fibres (MAGNIONT, 2010). A la différence des armatures traditionnelles, les fibres sont réparties dans la masse du béton et permettent de constituer un matériau qui présente un comportement plus homogène. Les fibres, selon leur nature ont un comportement contrainte- déformation très différent. Elles peuvent, sous certaines conditions et pour certaines applications ou procédés, remplacer les armatures traditionnelles passives. Les bétons fibrés font l’objet de méthodes spécifiques de dimensionnement pour des

(32)

applications structurelles (dalles, dallages industriels, voussoirs, pieux, etc.). Des méthodes d’optimisation de leur formulation ont été spécialement développées (CIMBETON, 2006).

2.4.1.2.

2.4.1.2. 2.4.1.2. Rôles des fibres dans le béton Rôles des fibres dans le béton Rôles des fibres dans le béton Rôles des fibres dans le béton

Le béton renforcé de fibres est un matériau composite dont les propriétés sont fonction des caractéristiques des fibres, de la qualité de la matrice cimentaire et des autres composants éventuels (autres granulats, fluidifiants, etc.). L’ajout de fibres est destiné à assurer la pérennité de l’ouvrage en s’opposant à l’apparition, la propagation et l’élargissement des fissures dans le béton. En effet, le béton ordinaire est connu pour sa résistance quasi – nulle à la traction : la fissuration y est souvent très préjudiciable à la stabilité de la structure et il n’existe aucune maîtrise de l’évolution de ce phénomène dans le matériau. Par contre la présence des fibres a tendance à assurer une couture des micro-fissures apparaissant dans le béton ainsi que l’indique la figure 2−6 ci – après.

FIGURE 2–6 :ROLE DES FIBRES DANS LE BETON(CHERGUINADIA,2010)

2.4.1.3.

2.4.1.3. 2.4.1.3. Atouts du béton fibré Atouts du béton fibré Atouts du béton fibré Atouts du béton fibré

Cette fonction des fibres dans le béton confère aux bétons fibrés des caractéristiques intrinsèques représentant des atouts non négligeables. Au nombre de ces caractéristiques, nous pouvons énumérer :

(33)

− La maîtrise de la fissuration : avec l’action des fibres, la rupture même si elle est atteinte, n’est plus brutale. On peut donc déterminer des moments de fissuration ou de rupture permettant l’approche de dimensionnement des ouvrages en maîtrisant les risques de fissuration et de rupture (Nardjes, 2005).

− Un renforcement multidirectionnel et homogène : sous l’effet de la répartition homogène des fibres, le béton fibré présente, sauf dans certains cas exceptionnels, les mêmes propriétés mécaniques dans toutes les directions (Nardjes, 2005; CIMBETON, 2006). Ce qui est loin d’être le cas du béton armé ordinaire où les armatures ne travaillent que dans une direction privilégiée et dans une zone bien précise (souvent la fibre inférieure en flexion simple).

− Une facilité et rapidité de mise en œuvre : contrairement au béton armé, la mise en œuvre des bétons fibrés ne nécessite pas une pose préalable de ferraillage couteuse en ressources humaines et en temps (Nardjes, 2005). Elle ne fait appel à aucune technique particulière et peut se réaliser par coulage, pompage, moulage ou projection.

− Un remplacement partiel ou total des armatures passives : avec des dispositions adéquates, les bétons de fibres peuvent présenter des résistances très élevées rendant de ce fait inutiles l’incorporation de barres d’acier dans le matériau. Cet avantage est très important puisqu’il peut influencer considérablement le coût des constructions.

Selon les fibres utilisées, ces fonctions se traduisent par une amélioration significative des propriétés du béton relatives à :

la cohésion du béton frais ; la déformabilité avant rupture;

la résistance à la traction par flexion ; la ductilité et la résistance post fissuration ; la résistance aux chocs ;

la résistance à la fatigue ; la résistance à l’usure;

la résistance mécanique du béton aux jeunes âges ;

la réduction des conséquences du retrait par effet de couture des microfissures ; la tenue au feu ;

la résistance à l’abrasion.

(34)

2.4.1.4.

2.4.1.4. 2.4.1.4. Différents types de fibres Différents types de fibres Différents types de fibres Différents types de fibres

Les fibres sont regroupées selon le procédé d’obtention (naturelle ou artificielle) et la nature minérale ou organique de leur origine.

Les fibres naturelles d’origine végétale : Les fibres végétales produites dans le monde proviennent principalement de quatre parties des plantes : la tige (chanvre, lin, jute), les feuilles (sisal, abaca), les graines (coton, kapok) et les fruits (coco) (FRD, 2012). La principale fibre végétale est la cellulose qui résiste aux alcalis. Les fibres de cellulose sont obtenues à partir du bois par différents processus chimiques et mécaniques. Elles étaient utilisées pendant des années comme un additif au ciment d’amiante et non pas comme un renfort. Aujourd’hui, elles sont utilisées principalement pour renforcer les matrices organiques et aussi des matrices cimentaires destinées à la fabrication des plaques minces et d’autres types d’éléments (CHERGUI NADIA, 2010).

Les fibres naturelles d’origine minérale : Elles regroupent plusieurs sortes de fibres (amiante, alumine, etc.) et sont utilisées en grande quantité dans plusieurs applications traditionnelles. Les fibres d’amiante autrefois utilisées pour l’isolation et l’ignifugation, se sont aujourd’hui révélées cancérigènes. De plus, ces fibres ne conviennent pas pour les mortiers et les bétons à cause de leur longueur trop faible et de la quantité d’eau importante exigée. Elles ne sont donc utilisées qu’avec de la pâte pure (Nardjes, 2005).

Les fibres artificielles d’origine minérale : Ce type de fibres est le plus utilisé dans le domaine industriel en général et dans le domaine de génie civil en particulier. Il regroupe les fibres de verre, les fibres de carbone, les fibres d’acier et d’autres. Elles sont aujourd’hui les plus répandues dans l’industrie de la construction.

Les fibres synthétiques d’origine organique : Cette famille regroupe plusieurs types de fibres comme (nylon, polypropylène, polyester …etc.). Elles sont apparues à la fin du XIX^ème siècle sous le nom de rayonne. Elles sont dérivées de la cellulose naturelle.

(35)

2.4.1.5.

2.4.1.5. 2.4.1.5. Domaines d’application des bétons fibrés Domaines d’application des bétons fibrés Domaines d’application des bétons fibrés Domaines d’application des bétons fibrés

Les performances optimales des bétons fibrés ne sont atteintes que lorsqu’on choisit le bon type, la longueur adéquate et le dosage convenable de fibres. Le tableau ci- dessous résume les conditions d’utilisation de certaines fibres bien connues.

TABLEAU 2–2:APPLICATIONS DES BETONS FIBRES(CHERGUINADIA,2010)

Applications Intérêt apporté par l’adjonction des fibres

Canalisation et coque minces faiblement sollicitées.

- Amélioration de la tenue des pièces aux jeunes âges.

- Modification des variations dimensionnelles, lutte contre les fissurations.

Dallage, chaussées en béton, dallages manufacturés, et tous éléments structurés et tous éléments structuraux soumis à la flexion.

- diminution de 40% de l’ouverture de fissures, - augmentation de la rigidité après fissuration, - augmentation de la résistance au cisaillement, - augmentation de la résistance à l’usure.

Eléments structuraux soumis à la compression (poteaux, pieux, fondations…etc.).

- amélioration de la charge ultime, - pas de rupture catastrophique.

Structures soumises à des sollicitations pulsionnelles exemple:

piste d’aéroport.

- l’énergie absorbée est plus importante, - la durée de choc est augmentée,

- la loi de comportement du matériau est fortement modifiée.

Réparation des revêtements routiers, tablier de ponts.

- amélioration de la résistance aux chocs, - amélioration de la déformation.

Parties exposées aux fortes variations de température et même aux hautes températures.

- remplacement avec succès du revêtement réfractaire, - diminution le coût de réparation des

éléments réfractaires

Stabilisation des parois rocheuses, les talus, les tunnels, les galeries souterrains.

- évite le travail de fixation du grillage ordinairement employé,

- diminution du coût de réparation des stabilisations des parois rocheuses et les talus.

Fabrication des pieux, revêtement ignifuges isolants (construction navale).

Panneaux de revêtement de façade….etc.

- augmentation de la résistance aux chocs, - augmentation de la résistance à l’usure, - augmentation de la durabilité de revêtement.

(36)

2.4.2.

2.4.2. 2.4.2. Synthèse bib Synthèse bib Synthèse bib Synthèse bibliographique sur les composites liographique sur les composites liographique sur les composites liographique sur les composites de biomasse végétale

de biomasse végétale de biomasse végétale

de biomasse végétale – – – – ciment ciment ciment ciment

Diverses études ont été réalisées par des chercheurs sur les composites cimentaires utilisant des biomasses végétales comme granulat:

DOKO V. a montré dans ses travaux que les balles de riz et les fibres de rônier sont compatibles avec le ciment (DOKO, 2013). La figure 2−7 ci-dessous présente les courbes d’hydratation de la pâte pure de ciment ainsi que celle du mélange où ont été ajoutées les balles de riz et les fibres de rônier. La quantité de chaleur produite lors de l’hydratation du ciment d’un mélange équivaut à l’aire sous la courbe d’hydratation de ce mélange.

FIGURE 2–7 : COURBES D'HYDRATATION DU CIMENT DANS LE TEMOIN ET EN PRESENCE DES FIBRES DE RONIER ET DES BALLES DE RIZ (DOKO,2013)

L’auteur a identifié trois zones délimitées :

− dans la première zone qui part de zéro à cinq heures, la vitesse d’hydratation du ciment dans le mélange contenant les fibres ou les balles de riz est plus élevée que celle du témoin ;

− dans la seconde zone comprise entre cinq heures et vingt-trois heures, la vitesse d’hydratation revient à la normale.

− dans la troisième zone qui part de vingt-trois heures à trente-six heures, la vitesse d’hydratation est à nouveau inversée.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

0 10 20 30 40

Température (°C) …

Temps (h)

Témoin

Balle de riz

Ambiance

Rhônier

(37)

La vitesse élevée observée dans la première zone peut être attribuée à la quantité d’eau du mélange ciment – fibres supérieure à celle du témoin. En effet, le supplément d’eau favorise les réactions d’hydratation des phases du ciment avant qu’elles ne soient freinées par les constituants chimiques des fibres de rônier ou des balles de riz. Cette zone informe en outre sur le temps nécessaire pour déclencher l’extraction des substances inhibitrices de la biomasse dans la matrice cimentaire.

Dans la seconde zone, les deux courbes d’hydratation évoluent de la même manière et l’effet inhibiteur de la présence de la biomasse est clairement révélé. En outre, la quantité de chaleur dégagée atteint son pic à une durée de 10 heures au niveau du mélange témoin et du mélange fibres de rônier – ciment et de 10,28 heures au niveau du mélange balles de riz - ciment.

La légère augmentation de la cinétique d’hydratation du ciment dans les mélanges de fibres de rônier et des balles de riz au niveau de la troisième zone traduit une plus grande présence des phases n’ayant pas réagi dans les deux premières zones. Cette évolution des courbes confirme donc que le mélange témoin a été mieux hydraté que ceux incluant les fibres de rônier et les balles de riz.

Bien que les fibres de rônier et les balles de riz réduisent le degré d’hydratation du ciment (réduction de la température maximale), elles ne semblent avoir aucun effet considérable sur le temps nécessaire pour atteindre la température maximale. Le tableau ci-dessous rassemble les différentes caractéristiques de l’hydratation du ciment dans les trois mélanges : la température maximale Tm le temps tm mis pour atteindre cette température, l’énergie d’hydratation A, et le coefficient d’hydratation CA. Le tableau 2–

3 ci-dessous présente les coefficients d’hydratation des composites formulés.

TABLEAU 2–3 :CARACTERISTIQUES DE L’HYDRATATION DES MELANGES (DOKO,2013) Type de mélange Tm(°C) tm(heures) A (kCal) CA(%)

Témoin (Ciment + eau) 46,0 9,38 0,245 100

Ciment + eau + fibres de rônier 42,4 9,80 0,218 89,11 Ciment + eau + balles de riz 42,1 10,28 0,201 82,04

DOKO V. a aussi établi pour la formulation des composites une expression de la masse des granulats en fonction du dosage en ciment et en eau à mettre en œuvre, qui est basée sur l’expression du volume absolu des composites et des masses volumiques absolues des éléments constitutifs du composite. L’expression générale de la masse des granulats se présente comme suit :

(38)

e i br i

c e

k D

R 1 D ⋅ 

= ⋅ − − 

 

ρ ρ ρ

Où Di est le dosage i en masse du ciment ; R la masse du granulat ;

e i

k E

= D le rapport massique eau/ciment ;

ρbr le poids spécifique de la composition granulaire considérée ; ρe la masse volumique de l’eau ;

ρc le poids spécifique du ciment.

Connaissant les masses granulats, on peut calculer les différentes proportions des constituants entrant dans la formulation des composites. Les résultats ont montré que les paramètres comme la granulométrie, le dosage et le rapport E/C influent sur les caractéristiques mécaniques et thermiques du matériau. Les mélanges grossier et fin présentent les meilleurs caractéristiques. Les proportions utilisées pour la composition des mélanges sont indiquées dans le tableau ci-dessous.

TABLEAU 2–4 : PROPORTIONS UTILISEES POUR LA COMPOSITION DES MELANGES (DOKO, 2013)

Classes granulaires Mélange grossier Mélange fin

[2,5 ; 5] 40% 16,67%

[1,25 ; 2,5] 30% 16,67%

[0,63 ; 1,25] 20% 33,33%

[0,315 ; 0,63] 10% 33,33%

Module de finesse 2,17 3,00

L’auteur a aussi montré que les modes de rupture de la pâte de ciment et du composite sollicités en flexion diffèrent (Figures 2–8 et 2–9). On constate que contrairement à la matrice pure, la fissuration dans les composites est ralentie par la présence des fibres de rônier ou de balles de riz.

(39)

FIGURE 2–8 :RUPTURE BRUSQUE DE LA PATE DE CIMENT PUR EN FLEXION (DOKO,2013)

FIGURE 2–9 : FISSURATION CONTROLEE DANS LE COMPOSITE CIMENT-FIBRES DE RONIER A LA RUPTURE (DOKO,2013)

Par ailleurs DOKO V. a montré que les composites des fibres de rônier et de balles présentent de bonnes performances thermiques.

Farah Alwani et al ont étudié les propriétés telles que la résistance à la compression, l'absorption de l'eau, la variation d'humidité et le module d'élasticité de blocs de béton de cendre de riz (Farah , et al., 2011). Le ciment a été substitué avec de la