Etude comparative des caractéristiques mécaniques et physiques entre le composite sable-polyéthylène basse densité et le composite sable-polyéthylène basse densité avec ajout de Talc :

(1)

REPUBLIQUE DU BENIN

***************

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

***************

UNIVERSITE D’ABOMEY-CALAVI

****************

ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI

****************

DEPARTEMENT DE GENIE-CIVIL

****************

OPTION: BATIMENT ET TRAVAUX-PUBLICS

****************

MEMOIRE DE FIN DE FORMATION POUR L’OBTENTION DU DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION

****************

Th è me : Etude comparative des caract é ristiques m é caniques et physiques entre le composite sable-poly é thyl è ne basse densit é et le composite sable-poly é thyl è ne basse densit é avec ajout de

Talc : utilisation en couche d’ é tanch é it é

Présenté par : sous la direction de : G. Augustin M. HOUEDJIEKPON Prof. Edmond C. ADJOVI

Professeur titulaire des universités du CAMES

Prof. Emmanuel OLODO Maitre de conférences des universités

Dr. Valery K. DOKO

Enseignant-chercheur à l’EPAC/UAC

Ann é e acad é mique : 2015-2016

9

^ème

Promotion

(2)

DEDICACES

Je dédie cette œuvre à :



Mon père André HOUEDJIEKPON, vous qui ne ménagez aucun effort pour mettre les ressources nécessaires à la disposition de vos enfants pour l’accomplissement de leur projet et rêves et ce contre tout…

Je prie notre Seigneur dans sa miséricorde infinie, de vous combler de bonheur et de joie éternelle ;



Ma chère et tendre mère Cécile TOVIMAFA, merci pour l’amour et tous les sacrifices consentis. Que la vierge Marie vous couvre de son manteau virginal ;



Mes frères Christian, Guy et ma sœur Flora, Merci pour l’accompagnement, le soutien, l’amour, la fraternité et la disponibilité quotidienne, que Dieu veille sur vous et nous lie d’avantage.

(3)

Réalisé par Gbenagnon Augustin Mahutin HOUEDJIEKPON

ii

REMERCIEMENTS

Mes sincères remerciements à Dieu le Père, créateur du ciel et de la terre, de l’univers visible et invisible, maître de toute chose, merci pour la vie, la miséricorde et les grâces infinies de chaque instant.

Mes vifs et particuliers remerciements :

- au Professeur Edmond C. ADJOVI, Directeur de l’ESTBR pour avoir accepté être mon Maitre de mémoire et surtout pour son suivi, sa pédagogie, sa rigueur scientifique qu’il m’a imprimé pendant ses six (6) mois de recherches malgré ses multiples occupations et contraintes professionnelles ;

- au Professeur Emmanuel OLODO qui a accepté la codirection de ces travaux de recherches ;

- au Docteur Valery DOKO qui, de par sa disponibilité, son encadrement, son assistance et ses conseils a fait de l’aboutissement de cette œuvre une réalité. Je vous en suis reconnaissant.

Mes remerciements vont également à l’endroit des responsables de notre école en l’occurrence le Professeur Mohamed A. SOUMANOU le Directeur de l’EPAC; le Professeur Clément AHOUANNOU le Directeur Adjoint de l’EPAC, pour les efforts sans cesse consentis afin de toujours faire de notre école une référence en Afrique en général et dans la sous-région en particulier.

Mes remerciements vont aussi d’une part à l’endroit de tous les professeurs de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi et à ceux du département de Génie-civil en particulier, qui n’ont ménagé aucun effort pour nous assurer une formation de qualité, je veux citer :

- Dr HOUINOU Gossou Jean, Chef du Département de Génie Civil de l’EPAC pour nous avoir offert de bonnes conditions d’étude ;

- Dr SAVY Mathias, Maître Assistant des Universités ; - Dr BACHAROU Taofic, Maître Assistant des Universités ; - Dr HOUINOU Agathe ;

(4)

iii

- Dr ZINSOU Codjo ;

- Dr DIOGO Noël, Docteur architecte ;

- Dr CODO François de Paule, Maître de Conférences des Universités;

- Dr DEGBEGNON Léopold, Maître Assistant des Universités ;

- Professeur GBAGUIDI Aïssè Gérard Léopold, Maître de Conférences des Universités ;

- Professeur GBAGUIDI S. Victor, Maître de Conférences des Universités ; - Professeur GIBIGAYE Mohamed, Maître de Conférences des Universités ;

- Dr TCHEHOUALI Adolphe, Maître de Conférences des Universités ; - Dr WANKPO Tonalémi Epiphane Sonon, Docteur Ingénieur en Hydraulique ;

- Dr ZEVOUNOU Crépin, Maître Assistant des Universités ; - Dr ALLOBA Ezéchiel, Maître-Assistant des Universités ; - Dr CHAFFA Gédéon, Maître-Assistant des Universités ; - M. ZOHOUNGBOGBO Prosper, Ingénieur en Génie Civil ; - M. SEWANOUDE Cosme, professeur de comptabilité ; - Mme AHONONGA Elena, Ingénieur en Génie Civil ;

- M. LAADE Cyprien, Agent du Laboratoire d’Essais et de Recherche en Génie Civil (LERGC) ;

- Les assistants Messieurs BOCOVO Mariano, YABI Crépin et AGOSSOU Daniel.

Mes remerciements vont d’autre part aux Doctorants CHANHOUN Marius et EKPO Thomas pour leurs assistances.

J’ai également une pensée affectueuse à tous mes camarades de la 9^ème promotion, mon groupe de travail pour son appui, à la famille TOVIESSI, à l’ingénieur SALIFOU Mounirou, à l’Ingénieur AGBATAN Maxime et à mon Professeur M. Achille GNANSOUNOU pour l’aide et les sacrifices consentis.

Je n’oublie pas ma famille et mes amis qui m’ont soutenu tout au long de ce travail, merci pour votre profond amour et votre attention à mon égard.

(5)

iv

Enfin, ma gratitude à tous ceux dont je n’ai pu citer les noms, mais qui m’ont de loin ou de près soutenu dans la rédaction de ce mémoire.

(6)

v

RESUME

Environ 311 millions de tonnes de plastiques sont produits dans le monde par année et constituent après utilisation, des déchets faisant l’objet d’une très mauvaise gestion surtout dans les grandes villes subsahariennes. Alors dans une optique de protection de l’environnement, ces déchets sont collectés et utilisés comme matrice dans la fabrication des matériaux composites dans plusieurs disciplines. C’est dans ce cadre que nous avons utilisé les déchets plastiques PELD comme matrice dans la mise au point d’un composite ayant pour renfort le sable, afin de fabriquer des parquets d’étanchéité destinés aux toitures terrasses.

Pour ce faire nous avons étudié les caractéristiques du composite en flexion et en compression en utilisant les différentes normes régissant les essais sur les composites polymères. Nous avons obtenu avec un dosage D = 2 des résistances atteignant une valeur de 10,667MPa en compression et 17,130MPa en flexion avec des modules d’élasticité en Flexion et en compression de valeurs respectives 451,604MPa et 244,625MPa. Dans le souci d’accroitre la liaison entre matrice et renfort, nous avons ajouté 10% de Talc comme élément coupleur. Cependant les résultats obtenus sont contraires à ceux espérés. En effet nous avons constaté une diminution des résistances et des modules d’élasticité, soit 7,852MPa de résistance en compression et 14,352 MPa en flexion et 213,22MPa en compression et 345,611MPa en flexion respectivement comme module d’élasticité. Nous avons également procédé à une simulation sur un paquet de 20*20cm² et de 5mm d’épaisseur dans le logiciel ANSYS et avons obtenu des résultats concluants pour l’utilisation en étanchéité.

Mots clés : Recyclage, composite, matrice, renfort, coupleur, étanchéité, module d’élasticité.

(7)

vi

ABSTRACT

Approximately 311 million tons of plastics are produced worldwide per year and constitute, after use, very poorly managed waste, especially in large sub- Saharan cities. Then, from an environmental protection perspective, this waste is collected and used as a matrix in the manufacture of composite materials in several disciplines. It is in this context that we used PELD plastics waste as a matrix in the development of a sand-reinforced composite for the production of sealing floors for terraced roofs.

To do this we studied the characteristics of the composite in flexion and compression using the different standards governing the tests on polymer composites. We obtained with resistance D = 2 resistances reaching a value of 10.667MPa in compression and 17.130MPa in flexion with moduli of elasticity in Flexion and in compression of respective values 451, 604MPa and 244,625MPa. In order to increase the bond between matrix and reinforcement, we added 10% Talc as a coupling element. However, the results obtained are contrary to those expected. Indeed, we have observed a decrease in resistances and moduli of elasticity, namely 7,852MPa of resistance in compression and 14,352MPa in flexion and 213,22MPa in compression and 345,611MPa in flexion respectively as modulus of elasticity. We also performed a simulation on a package of 20 * 20cm2 and 5mm thickness in ANSYS software and obtained conclusive results for use in waterproofing.

Keywords : Recycling, composite, matrix, reinforcement, coupler, sealing, modulus of elasticity.

(8)

vii

TABLE DES MATIERES

DEDICACES... i

REMERCIEMENTS ... ii

RESUME ...v

ABSTRACT ... vi

TABLE DES MATIERES ... vii

LISTE DES TABLEAUX ... x

LISTE DES FIGURES ... xi

LISTE DES PHOTOS ...xii

LISTES DES ANNEXES... xiii

LISTES DES SIGLES ET ABREVIATIONS... xiv

1. INTRODUCTION ... 1

1.1. Contexte de l’étude ... 2

1.2. Justification du sujet... 5

1.3. Hypothèses ... 6

1.4. Objectifs ... 6

1.4.1. Objectif général... 6

1.4.2. Objectif Spécifiques ... 6

1.5. Méthodologie de recherche ... 6

2. REVUE DE LITTERATURE ... 9

2.1. Notions et Définitions ... 10

2.1.1. Généralités sur le composite ... 10

2.1.2. Matrice... 11

2.1.2.1. Les matrices plastiques ... 12

2.1.2.1.1. Généralités ... 12

2.1.2.1.2. Résines thermodurcissables ... 12

2.1.2.1.3. Résines thermoplastiques ... 16

2.1.3. Les Renforts ... 22

2.1.3.1. Géométrie des renforts ... 23

2.1.3.2. Le Sable ... 24

2.1.3.2.1. Caractéristiques physicochimiques ... 24

2.1.3.2.2. Propriétés Physiques ... 25

2.1.3.2.3. Formation ... 25

2.1.3.2.4. Utilisation et économie ... 26

2.1.3.2.5. Problèmes écologiques ... 27

2.1.4. Additifs ... 28

2.1.5. Les agents coupleurs (compatibilisants) ... 28

2.1.5.1. Le talc ... 29

2.1.6. La structure des pièces composites : tissus, stratifiés ... 32

2.1.6.1. Composites tissés ... 32

2.1.6.2. Composites stratifiés ... 34

2.1.6.3. Structures en sandwich ... 35

(9)

viii

2.2. Enquête de disponibilité des sachets plastiques ... 36

2.2.1. Etats des lieux de la gestion des déchets plastiques au Bénin ... 36

2.3. Pistes de valorisation des déchets plastiques ... 40

2.3.1. Matériaux à base de sachets plastiques ... 41

2.3.2. Autres travaux récents effectués sur les déchets plastiques (AGANI Sourou Brice, 2014) ... 42

2.4. Etanchéité ... 50

2.4.1. Généralités ... 50

2.4.2. Sources d’humidité ... 50

2.4.3. Dégâts causés par l’humidité ... 51

2.4.4. Système d’étanchéité ... 51

2.4.5. Les revêtements d’étanchéité ... 52

2.4.6. Rappels sur la mécanique des matériaux d’étanchéité ... 52

2.4.7. Composants de base ... 53

2.4.8. Principales caractéristiques des revêtements d’étanchéité ... 60

2.5. Simulation par élément fini ... 62

2.5.1. Généralités ... 62

2.5.2. Démarche éléments finis ... 63

2.5.3. Validité des hypothèses d'homogénéité et d'isotropie ... 63

2.5.3.1. Homogénéité... 63

2.5.3.2. Isotropie ... 64

2.5.4. Comment modéliser les structures composites ... 64

2.5.5. Utilisation d’un logiciel éléments finis ... 65

2.5.5.1. Déroulement d’une étude ... 66

2.5.5.2. Analyse du problème ... 66

3. MATERIELS ET METHODES ... 71

3.1. Matériel expérimental ... 72

3.1.1. Le renfort ... 72

3.1.1.1. Caractéristiques physiques du sable lagunaire de Dèkoungbé ... 73

3.1.1.1.1. Analyse granulométrique ... 73

3.1.1.1.2. Détermination du module de finesse ... 74

3.1.1.1.3. Coefficient d’uniformité ... 74

3.1.1.1.4. Coefficient de courbure ... 74

3.1.1.1.5. Détermination de la masse volumique absolue ... 75

3.1.1.1.6. Détermination de la densité apparente ... 76

3.1.2. La matrice Thermoplastique ... 77

3.1.2.1. Caractérisation physique du PELD (sachet plastique) ... 78

3.1.3. L’agent coupleur ... 78

3.1.3.1. Caractéristiques du talc (http//www.googlescholar.com/talc) ... 79

3.1.3.1.1. Caractéristiques générales ... 79

3.1.3.1.2. Caractéristiques d’identification ... 79

3.2. Méthode expérimentale ... 81

3.2.1. Formulation du mélange... 81

3.2.1.1. Choix du dosage en sachet plastique ... 81

3.2.1.2. Formulation du composite Sachet plastique (PELD) + sable + talc ... 83

3.2.2. Méthodologie de fabrication ... 83

3.2.2.1. La fonte des déchets plastiques ... 84

3.2.2.2. Le mélange de la colle, du sable et du talc ... 85

3.2.2.3. Le moulage ... 85

(10)

ix

3.2.3. Caractérisation physique des Matériaux ... 86

3.2.3.1. Détermination de la masse volumique des matériaux ... 86

3.2.3.2. Détermination de la densité apparente des matériaux ... 86

3.2.4. Caractérisation Mécanique des Matériaux ... 87

3.2.4.1. Détermination de la résistance à la compression simple ... 87

3.2.4.2. Essai de flexion trois points sur les plaques ... 89

4. RESULTATS ET DISCUSSIONS ... 93

4.1. Résultats ... 94

4.1.1. Caractéristiques Physiques du renfort ... 94

4.1.2. Caractéristiques physiques des matériaux, matrice plastique et composite sable-plastique ... 96

4.1.2.1. Masse volumique ... 96

4.1.2.2. Densité apparente ... 97

4.1.3. Caractéristiques mécaniques des matériaux, matrice plastique et composite sable-plastique ... 97

4.1.3.1. Détermination des modules d’élasticité et de de rupture en compression simple ... 97

4.1.3.2. Détermination des modules d’élasticité et de de rupture en flexion trois points ... 100

4.2. Discussion ... 102

4.2.1. Variation des caractéristiques Physiques ... 102

4.2.1.1. Influence du renfort et de l’ajout du talc sur la masse volumique du composite Sable-PELD ... 102

4.2.1.2. Influence du renfort et de l’ajout du talc sur la densité apparente du composite Sable-PELD ... 103

4.2.2. Variation des caractéristiques mécaniques... 103

4.2.2.1. Influence du renfort et de l’ajout du talc sur le MOE ... 103

4.2.2.2. Influence du renfort et de l’ajout du talc sur le MOR ... 104

4.3.3. Synthèse de la discussion ... 105

5. SIMULATION ET APPLICATION ... 107

5.1. Simulation ... 108

5.1.1. Définition ... 108

5.1.2. Présentation du logiciel ANSYS ... 108

5.1.3. Hypothèse de la simulation ... 111

5.1.4. Données ... 112

5.1.5. Résultat ... 112

5.2. Application ... 114

5.2.1. Etude de faisabilité ... 114

5.2.2. Etude économique ... 114

5.2.3. Fabrication des parquets d’étanchéité ... 115

5.2.4. Pose des parquets sur le plancher ... 116

CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES ... 117

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ... 120

ANNEXES ... 124

(11)

x LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : Caractéristiques de quelques thermodurcissables (Berreur, 2002)... 13

Tableau 2 : Caractéristiques de quelques thermoplastiques (Morin, 2000)... 17

Tableau 3 : Quelques types de renfort ... 23

Tableau 4 : Composition des déchets dans certaines villes. (Source : Enquête de terrain CREPA 2011) ... 38

Tableau 5: Evolution du taux de collecte des déchets au Bénin (Tractebel, 2002) ... 39

Tableau 6 : Caractérisation des déchets plastiques dans les villes (CREPA 2011) .... 40

Tableau 7 : Principales caractéristiques (MOMENTO TECHNIQUE DU BATIMENT) ... 60

Tableau 8 : Propriétés physiques du PELD ... 78

Tableau 9 : Récapitulatifs des résultats ... 82

Tableau 10 : Masse volumique absolue et densité apparente du sable ... 95

Tableau 11 : Récapitulatifs des masses volumiques ... 96

Tableau 12 : récapitulatifs des densités apparentes ... 97

Tableau 13 : récapitulatif des modules d’élasticité, de rupture et du coefficient de poisson en compression des différents matériaux étudiés ... 99

Tableau 14 : récapitulatifs des rigidités, des modules d’élasticité et de rupture en flexion des différents matériaux étudiés ... 101

Tableau 15 : Données à utiliser pour la simulation ... 112

Tableau 16 : Résultats obtenus lors de la simulation ... 112

Tableau 17 : sous détail de prix d’un mètre carré de parquet en composite sable- PELD ... 115

(12)

xi LISTE DES FIGURES

Figure 1 : Les Gyres ... 3

Figure 2 : Structure d’un matériau composite ... 11

Figure 3 : Les structures géométriques des composites ... 24

Figure 4 : Structure d'un composite tissé : fibres (regroupées en fils) et matrice (intra- et inter-fils). ... 32

Figure 5 : Exemples de tissus plans courants. ... 33

Figure 6 : Exemples de structures tridimensionnels ... 33

Figure 7 : Dispositions possibles des fibres dans un pli ... 34

Figure 8 : Exemples de stratifiés à base de plis unidirectionnels. Les nombres entre crochets désignent l'angle de chaque pli (en degrés) par rapport à une direction de référence. ... 35

Figure 9 : contreplaqué et GLARE (aluminium et composite verre/époxy) ... 35

Figure 10 : Structure en sandwich ... 36

Figure 11 : Comparaison des caractéristiques mécaniques en flexion (rigidité et résistance) et des masses de trois structures : une plaque et deux sandwiches ... 36

Figure 12 : schéma de principe de la fabrication des bitumes à partir de la distillation du pétrole brut ... 56

Figure 13 : Pli unidirectionnel ... 64

Figure 14 : Les différentes échelles d'étude d'un stratifié ... 65

Figure 15 : Répartition des déchets polymères dans les grandes villes du Bénin ... 77

Figure 16 : Schéma du dispositif de flexion trois points (norme NF EN ISO 178) ... 90

Figure 17 : Courbe granulométrique du sable ... 94

Figure 18 : Courbe contrainte-Déformation de la matrice plastique MP ... 98

Figure 19 : Courbe contrainte-Déformation du composite Sable-PELD ... 98

Figure 20 : Courbe contrainte-Déformation du composite Sable-PELD+Talc ... 99

Figure 21 : Courbe charge-flèche de la matrice plastique ... 100

Figure 22 : Courbe charge-flèche du composite Sable-PELD ... 100

Figure 23 : Courbe charge-flèche du composite Sable-PELD+Talc ... 101

Figure 24 : Variation de la masse volumique en fonction du type de matériaux ... 102

Figure 25 : Variation de la densité apparente en fonction du type de matériaux .... 103

Figure 26 : Variation du MOE en compression en fonction du type de matériau ... 103

Figure 27 : Variation du MOE en flexion en fonction du type de matériau ... 104

Figure 28 : Variation du MOR en compression en fonction du type de matériaux . 104 Figure 29 : Variation du MOR en flexion en fonction du type de matériaux ... 105

(13)

xii LISTE DES PHOTOS

Photo 1 : Micro-plastiques ... 3

Photo 2 : Macro-Plastiques ... 4

Photo 3 : Polyuréthane ... 13

Photo 4 : polyesters insaturés ... 14

Photo 5 : Phénoplaste ... 15

Photo 6 : Aminoplaste ... 15

Photo 7 : Elastomère ... 16

Photo 8 : Exemple de PELD ... 18

Photo 9 : Exemple de PEHD... 18

Photo 10 : Exemple de PP ... 19

Photo 11 : Polystyrène expansé ... 20

Photo 12 : Vitrage en PC ... 20

Photo 13 : Bouteille en PET ... 21

Photo 14 : Pièces en Polyacétal ... 21

Photo 15 : Tuyau en PCV ... 22

Photo 16 : Exemple de Polyamide ... 22

Photo 17 : Talc à l’état rocheux ... 29

Photo 18 : Pavés à base de déchets plastiques ... 41

Photo 19 : Sable de Dèkoungbé... 72

Photo 20 : Poudre de talc ... 78

Photo 21 : Dosage 0,33 ... 82

Photo 22 : Dosage 0,25 ... 82

Photo 23 : Dispositif expérimental pour la fonte des sachets ... 85

Photo 24 : Dispositif de réalisation de l’essai de compression simple ... 88

Photo 25 : Dispositif de réalisation de l’essai de flexion trois points ... 91

Photo 26 : Représentation du parquet dans ANSYS... 112

Photo 27 : Représentation de la déformation élastique équivalente ... 113

Photo 28 : Représentation du déplacement total ... 113

Photo 29 : Moule et truelle ... 116

Photo 30 : Parquet d’étanchéité ... 116

Photo 31 : Pose du parquet sur un plancher ... 116

(14)

xiii

Réalisé par Gbenagnon Augustin Mahutin HOUEDJIEKPON LISTES DES ANNEXES

Annexe 1 : Résultat de l’analyse Granulométrique du sable ... 125 Annexe 2 : Fiche de recueillement de l’essai de compression sur la MP ... 126 Annexe 3 : Fiche de recueillement de l’essai de compression sur le composite sable- PELD ... 129 Annexe 4 : Fiche de recueillement de l’essai de compression sur le composite sable- PELD+Talc... 132 Annexe 5 : Fiche de recueillement de l’essai de flexion sur la MP ... 135 Annexe 6 : Fiche de recueillement de l’essai de flexion sur le composite sable-PELD ... 136 Annexe 7 : Fiche de recueillement de l’essai de flexion sur le composite sable-

PELD+Talc... 137

(15)

xiv

LISTES DES SIGLES ET ABREVIATIONS



: Coefficient de poisson



: Masse volumique



: Déformation

CBP : Composite Bois-Polymères Cc : Coefficient de courbure

CEM II : Ciment portland composé

CREPA : Centre Régional pour l’Eau Potable et l’assainissement Cu : Coefficient d’uniformité

EPAC : Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi Ex : Exemple

i.e. : C’est-à-dire MF : Aminoplastes

MOE : Module d’Elasticité MOR : Module de Rupture PA : Polyamide

PC : Polycarbonate

PEHD : Polyéthylène Haute Densité PELD : Polyéthylène Basse Densité PET : Polyéthylène Téréphtalate

(16)

xv

PF : Phénoplaste

POM : Polyoxyméthylène PP : Polypropylène

PS : Polystyrène

PVC : Polychlorure de Vinyle Tc : Température à la chaleur

Tfle : Température de fléchissement sous chaleur R(IZOD) : Résistance au choc IZOD

(17)

1 1. INTRODUCTION

1.1. Contexte de l’étude 1.2. Justification du sujet 1.3. Hypothèses

1.4. Objectifs

1.5. Méthodologie

(18)

2

1.1. Contexte de l’étude

Pour satisfaire à nos besoins fondamentaux, dans nos habitudes quotidiennes à savoir les déplacements, la restauration et autres, nous dispersons dans la nature des gaz à effet de serre (CO2) et participons au réchauffement progressif du climat. Les pollutions émises par les différentes activités humaines contaminent les eaux, l’air et contribuent à l’appauvrissement des sols. Au fur et à mesure qu’on produit et consomme, on jette les déchets dans la nature.

Et on jette tellement que l’on ne sait plus quoi faire de nos déchets : ils encombrent notre environnement chaque jour un peu plus. Même si on parle de plus en plus de « développement durable », les modes de production et de consommation modernes ont un impact sur l’environnement.

D’après la dernière étude de la fondation Ellen Macarthur, en 2050 il y aura plus de déchets plastiques que de poisson dans les océans. Depuis 50 ans l’utilisation du plastique a été multipliée par 20 et la production mondiale de plastique est maintenant de 311 millions de tonnes par an. Seule une très faible quantité de ces déchets sont collectés et recyclés, une certaine partie est incinérée polluant ainsi l’atmosphère et causant de graves maladies pour l’homme et les animaux qui y sont exposés, pendant que la majorité elle, pollue les terres et les océans.

Dans les océans, cette pollution a eu pour conséquence la formation d’une immense plaque, constituée principalement de micro-plastiques qui convergent dans un tourbillon de courants marins. C’est ce qu’on appelle un gyre océanique ou encore « le 7^ème continent ». Cette gigantesque plaque de déchet a d’abord été découverte dans le pacifique nord. Sa taille représente 6 fois la surface de la France et peut aller jusqu’à 30 m de profondeur.

Malheureusement, ce n’est pas un cas isolé, après plusieurs expéditions autour du monde et grâce aux nouveaux relevés satellites, quatre (04) autres continents de déchets ont été découverts : dans le pacifique sud, en Atlantique nord et Sud et dans l’océan indien.

(19)

3

Figure 1 : Les Gyres

Ces continents de plastique sont une menace pour l’environnement. Ainsi la faune marine est directement touchée :

- Les micro-plastiques sont confondus avec du plancton ou autres poissons. Un rapport de GreenPeace affirme que ces fragments sont ingérés par au moins 267 espèces dans le monde « Les nombreux fragments de plastiques ingérés par les animaux ne leur laissent plus de place dans l’estomac pour manger. Ils meurent donc le ventre vide » souligne François Chartier, chargé de campagne « Océans » chez GreenPeace France.

Photo 1 : Micro-plastiques

- Les macro-déchets (morceaux) causent des blessures et des étouffements avec les sacs plastiques. Ainsi chaque année 1 million d’oiseaux de mer et 100 000 mammifères marins meurent en raison de cette pollution. L’exemple le plus commun est celui des tortues qui ne différencient pas les méduses des sacs plastiques.

(20)

4

Photo 2 : Macro-Plastiques

Il est à souligner que ces dommages sur la faune provoquent à leur tour des dommages économiques sur les industries de la pêche et du tourisme dans plusieurs pays. Ces dommages sont causés par exemple par l’encrassement des équipements de la pêche et la pollution des plages.

A l’image du reste du monde en général et des pays en développement en particulier, en 2012 les décharges béninoises ont accueilli plus de 12.000 tonnes de déchets plastiques dont plus de 50% de sachets d’emballage dont 86% sont jetés dans la rue après usage, 5,50% incinérés pour faire place nette, 5,50% brûlés comme source d’énergie et 2,75% restants pour autres usages. Ainsi 86% de ces déchets jonchent les rues et il est malheureux de constater parfois que des constructions sont exécutées sur des terrains dont le remblai a été assuré par ces déchets. Ces déchets étant composés en grande partie des sachets plastique, leur présence dans les sols de fondation constituent un grand danger pour les constructions, car même si les temps de dégradation sont assez long avec le temps nous pouvons avoir à faire à l’effet du fluage du au poids des ouvrages, ou au tassement différés du a la disparition des vides contenus dans ses sachets plastiques ou causé par le déplacement de ceux-ci par des eaux de ruissellement.

(21)

5

1.2. Justification du sujet

“Le plastique joue sans aucun doute un rôle crucial dans la vie moderne, mais les impacts environnementaux de la façon dont nous l’utilisons ne peuvent pas être ignorés’’, a déclaré Achim Steiner, Directeur exécutif du PNUE. Les rapports du PNUE montrent que la réduction, le recyclage et la ré- conceptualisation des produits à base de matière plastique peuvent apporter plusieurs avantages écologiques :

- la réduction des dommages économiques sur les écosystèmes marins, le tourisme et la pêche, vitaux pour de nombreux pays en développement ;

- l’apport d’économies et d’opportunités pour l’innovation aux entreprises tout en réduisant les risques.

C’est dans cette optique que depuis quelques années des recherches sont effectuées dans le département de Génie-civil de l’EPAC afin de trouver de nouveaux matériaux composites à base du plastique en le combinant avec la sciure de bois (GUIDIGO, 2012 et 2013) et (CHANHOUN, 2013) et avec les granulats (TCHEHOUALI D. A., KOWANOU H., SANYA E. A., 2012), capable de jouer pleinement le rôle des matériaux classiques que nous connaissons afin de contribuer au recyclage de ses matières plastiques et à la réduction des gaz à effet de serre produit lors de la fabrication des matériaux classiques.

Pour apporter notre pierre à l’édifice, nous avons jugé bon d’orienter notre travail sur la détermination des caractéristiques mécaniques et physiques du composite sable-plastique à base de sachets plastiques recyclés et de sable provenant de Dèkoungbé. Ce qui permettra de déboucher sur un matériau à utiliser en couche d’étanchéité, l’étanchéité constituant une partie d’ouvrage très importante vu le danger que constitue l’eau pour la stabilité et la pérennité de nos ouvrages.

Pour cela nous avons émis les hypothèses suivantes :

(22)

6

1.3. Hypothèses

- Les matériaux sont disponibles en quantité suffisante ;

- La connaissance des caractéristiques mécaniques des plaques composites (sachet plastique fondu-sable) permettrait leur utilisation comme matériaux dans le bâtiment ;

- Les caractéristiques du matériau obtenus rempliront les conditions pour être utilisé en étanchéité ;

1.4. Objectifs

1.4.1.Objectif général

De manière générale, ce travail vise d’une part à valoriser les déchets de sachets plastiques (PELD) et le sable pour en faire un matériau léger dont on étudiera le comportement mécanique expérimental, dans l’optique de l’obtention d’un matériau de revêtement et aussi à protéger l’environnement.

1.4.2.Objectif Spécifiques Spécifiquement, il s’agira :

- D’enquêter sur la disponibilité des sachets plastiques ; - De caractériser les intrants (sable et PELD) ;

- De formuler le mélange (sable-PELD) ;

- De déterminer les caractéristiques physiques du composite sable-PELD;

- De déterminer les caractéristiques mécaniques (en compression et flexion) des plaques en composites sable-sachet plastique;

- D’étudier la possibilité d’utiliser le matériau composite obtenu pour la réalisation d’un ouvrage d’étanchéité posé sur la toiture terrasse.

1.5. Méthodologie de recherche

Pour atteindre les objectifs ci-dessus énoncés, la démarche à suivre sera la suivante :

(23)

7

 Recherche Bibliographique

Faire une synthèse sur les travaux publiés (articles, livres, thèses) relatifs aux composites à base de polymères renforcés en mettant en exergue les notions relatives à l’étude de formulation et à l’étude des caractéristiques physiques et mécaniques des composites à base de sachets plastiques ;

 Collecte des sachets plastiques

Nous allons étudier la disponibilité et récupérer les sachets plastiques qui ont servi d’emballage pour différents objets.

 Caractérisation des Intrants

Détermination des caractéristiques physiques du sable et de sachet plastique (PELD) à savoir distribution en granulométrie, masse volumique densité absolue, densité apparente, module de finesse, coefficient de courbure et d’uniformité.

 Formulation du matériau composite (méthode expérimentale):

Cette formulation se fera suivant les rapports massiques Liant/Sable (L/S). Cependant la granulométrie et le module de finesse des particules de sable sont définis ;

 Essais de caractérisation Physique des composites - Détermination de la masse volumique des matériaux - Détermination de la densité apparente des matériaux

 Essais de caractérisation mécanique des composites

- Essai de compression : Il s’agira de déterminer à travers un dispositif à décrire, la résistance maximale du composite soumis en compression ;

- Essai de flexion 3 points: Il s’agira de déterminer à travers un dispositif à décrire, la résistance maximale du composite soumis en flexion ;

(24)

8

- Traitement des résultats de l’essai: Une étude statistique des résultats obtenus permettra de tirer des conclusions.

 Résultats attendus Au terme de ces travaux :

- Le composite sable-plastique est formulé et produit ;

- Le comportement mécanique du composite sable-plastique est connu;

- Les modules de Young en compression et en flexion des mélanges réalisés sont connus ;

- Les résistances limites en compression et en flexion simple sont connues ;

- Le coefficient de Poisson est connu ;

- Les dimensions optimales pour la couche d’étanchéité sont trouvées ; - Quelques prototypes seront réalisés.

(25)

9 2. REVUE DE LITTERATURE

2.1. Notions et définitions

2.2. Enquête de disponibilité des sachets plastiques 2.3. Pistes de valorisation des déchets plastiques 2.4. Etanchéité

2.5. Simulation et modélisation

(26)

10

Dans cette revue bibliographique, nous étudierons de façon générale les composites, nous parlerons des matrices polymères, du renfort sable et de l’élément coupleur Talc. Nous évoquerons quelques travaux réalisés sur le composite à base de PELD et de granulats, enfin nous étudierons la généralité sur l’étanchéité et la simulation par logiciel d’éléments finis.

2.1. Notions et Définitions

2.1.1.Généralités sur le composite

Un matériau composite peut être défini d'une manière générale comme l'assemblage de deux ou plusieurs matériaux, l'assemblage final ayant des propriétés supérieures aux propriétés de chacun des matériaux constitutifs.

On appelle maintenant de façon courante "matériaux composites" des arrangements de fibres, les renforts qui sont noyés dans une matrice dont la résistance mécanique est beaucoup plus faible. Les renforts et la matrice sont parfaitement liés et il ne peut pas y avoir ni glissement ni séparation entre les différentes phases. Les renforts se présentent sous forme de fibres continues ou discontinues.

Le rôle du renfort est d’assurer la fonction de résistance mécanique aux efforts, la matrice assure quant à elle la cohésion entre les renforts de manière à répartir les sollicitations mécaniques. L’arrangement des fibres, leur orientation permettent de renforcer les propriétés mécaniques auxquelles sont soumises les pièces (voir figure 1).

Les propriétés mécaniques de l’interface entre fibres et matrice sont très importantes dans la réalisation d’une structure composite. En effet, il ne doit y avoir ni glissement ni séparation entre les différentes phases de la structure pour obtenir de bonnes caractéristiques mécaniques élastiques. Les matériaux ainsi obtenus sont très hétérogènes et anisotropes.

Les composites sont généralement utilisés pour diminuer le coût de la matière première, pour leur résistance à la corrosion et à la fatigue et pour leurs

(27)

11

propriétés mécaniques accrues par rapport à l’utilisation de la matrice vierge.

En général, le recours aux composites s’explique par :

 La diminution du coût de la matière première ;

 Leur résistance à la corrosion et à la fatigue

 Et leurs propriétés mécaniques accrues par rapport à l’utilisation de la matrice vierge

Figure 2 : Structure d’un matériau composite

2.1.2.Matrice

Dans un grand nombre de cas, la matrice constituant le matériau composite est une résine polymère. Les résines polymères existent en grand nombre et chacune d’elles a un domaine particulier d’utilisation.

Dans les applications où une tenue de la structure aux très hautes températures est requise, des matériaux composites à matrice métallique, céramique ou carbone sont utilisés. Dans le cas des matériaux en carbone des températures de 2200°C peuvent être atteintes.

(28)

12

2.1.2.1. Les matrices plastiques 2.1.2.1.1. Généralités

Principalement fabriqués à partir du pétrole, les plastiques sont des produits de synthèse issus de la pétrochimie. Le mot pétrole vient du latin Petra qui veut dire pierre et etoléum qui veut dire huile (huile de pierre). C’est une roche sédimentaire carbonée qui se présente sous forme d’huile minérale. Il provient de l’enfouissement et de la lente décomposition de micro- organismes marins végétaux et animaux (plancton, algues,…) dans le milieu anaérobie des sédiments océaniques. Le pétrole se trouve parfois piégé dans une roche réservoir poreuse qui constitue le gisement. Il peut par exemple, imprégner une couche de sable dont on l’extrait après forage des couches supérieures. Il remonte grâce à la pression comme de l’huile qui sortirait d’une éponge pressée.

2.1.2.1.2. Résines thermodurcissables

Les résines thermodurcissables ont des propriétés mécaniques élevées.

Ces résines ne peuvent être mises en forme qu’une seule fois. La réversibilité de forme est impossible car ils ne se ramollissent plus une fois moulés. Sous de trop fortes températures, ils se dégradent et brûlent (carbonisation). Les molécules de ces polymères sont organisées en de longues chaînes dans lesquelles un grand nombre de liaisons chimiques solides et tridimensionnelles ne peuvent pas être rompues et se renforcent quand le plastique est chauffé. La matière thermodurcissable garde toujours sa forme en raison de ces liaisons croisées et des pontages très résistants qui empêchent tout glissement entre les chaînes les plus connus Elles sont en solution sous forme de polymère non réticulé en suspension dans des solvants. Les résines polyesters insaturées, les résines de condensation (phénoliques, aminoplastes, furaniques) et les résines époxy sont des résines thermodurcissables. Les matériaux les plus performants ont des caractéristiques mécaniques élevées et une masse volumique faible.

(29)

13

Tableau 1 : Caractéristiques de quelques thermodurcissables (Berreur, 2002)

ρ : Densité ; MOE : Module d’élasticité (en flexion) ; R : Résistance à la traction ; Tc : Tenue à la chaleur continue.

 Les polyuréthanes (PUR)

Ils sont formés par l’association d’un iso cyanate (composé organique comprenant la séquence : -N=C=O) et par un alcool (composé organique dont l'un des carbones est lié à un ou plusieurs groupements hydroxyle –OH). En fonction des associations chimiques réalisées avec différents monomères on peut obtenir des colles, des élastomères, des mousses souples ou rigides grâce à des agents d’expansion, des polyuréthanes solides et compacts que l’on peut renforcer par de la fibre de verre. On les utilise pour fabriquer des matelas, des sièges de voiture, des tableaux de bord, des roues de patins à roulettes ou des chaussures de ski… (Cap SCIENCES, 2006).

Photo 3 : Polyuréthane

(30)

14

 Les polyesters insaturés

Ils sont obtenus par réaction de condensation entre différents polyacides et des glycols (éthylène glycol, propylène glycol). Ces produits appelés époxydes sont des substances chimiques comportant un oxygène ponté sur une liaison carbone – carbone. Ils sont dilués ultérieurement dans un monomère non saturé comme le styrène. Quand un catalyseur est introduit dans cette résine, les produits se combinent provoquant un durcissement irréversible appelé la réticulation qui correspond à l’apparition de liaisons chimiques formant un réseau macromoléculaire tridimensionnel.

Le polyester sert surtout à fabriquer des fibres textiles artificielles, les tissus produits sont brevetés sous les noms de Dacron, de Tergal ou de Térylène. La fibre polyester est la plus produite dans le monde car son utilisation très répandue dans l'habillement. Ses applications se sont aussi diversifiées dans l'industrie, notamment sous forme de films destinés à l’agriculture, aux travaux publics, aux coques et cabines de bateaux, aux carrosseries d'automobiles, aux piscines (cap sciences, 2006).

Photo 4 : polyesters insaturés

 Les phénoplastes (PF)

Dans ce groupe, une des plus anciennes matières plastiques connue est la Bakélite. Ce matériau providentiel a eu d'innombrables applications dans les domaines scientifiques et dans la réalisation d'objets: téléphones, postes

(31)

15

de radio. Ces résines thermodurcissables résistent très bien aux produits chimiques et à la chaleur. Elles sont également électriquement isolantes. On peut les transformer par moulage et par compression pour fabriquer les poignées de casserole, de fer à repasser et des plaques de revêtement (cap sciences, 2006).

Photo 5 : Phénoplaste

 Les aminoplastes (MF)

Ces produits résineux sont essentiellement utilisés en stratification sur des textiles plastifiés, les panneaux de bois agglomérés pour le mobilier de cuisine et les plans de travail (cap sciences, 2006).

Photo 6 : Aminoplaste

(32)

16

 Les élastomères

Ces polymères présentent les mêmes qualités élastiques que le caoutchouc.

C’est un procédé de cuisson et de durcissement qui permet de créer un réseau tridimensionnel plus ou moins rigide sans supprimer la flexibilité des chaînes moléculaires. On introduit dans l’élastomère au cours de la vulcanisation du souffre, du carbone et différents agents chimiques. Différentes formulations permettent de produire des caoutchoucs de synthèse pour plusieurs utilisations spécifiques. Les élastomères sont employés dans la fabrication des coussins, de certains isolants, des semelles de chaussures ou pneus (cap sciences, 2006).

Photo 7 : Elastomère

2.1.2.1.3. Résines thermoplastiques

Les résines thermoplastiques ont des propriétés mécaniques faibles. Ces résines sont solides et nécessitent une transformation à très haute température. Sous l’effet de la chaleur, les thermoplastiques ramollissent, deviennent souples, malléables et durcissent à nouveau quand on les refroidit. Cette transformation étant réversible, ces matériaux conservent leurs propriétés et sont facilement recyclables. Leurs polymères de base sont constitués par des macromolécules linéaires, reliées par des liaisons faibles qui peuvent être rompues sous l’effet de la chaleur ou de fortes contraintes

(33)

17

De même que pour les résines thermodurcissables, les matériaux les plus performants ont des caractéristiques mécaniques élevées et une masse volumique faible.

Tableau 2 : Caractéristiques de quelques thermoplastiques (Morin, 2000)

R : Résistance à la traction ; MOE : Module d’élasticité en flexion; A : Allongement à la rupture ; R(IZOD) : Résistance au choc (IZOD) ; Tfle : Température de fléchissement sous charge (1,8 N/mm2) ;

PVC : Chlorure de polyvinyle rigide ; PS : Polystyrène à l’état cristal

PEHD : Polyéthylène à haute densité ; PET : Polyéthylène Téréphtalate cristallin ;

PMMA : Poly méthacrylate de méthyle à l’état amorphe ; PP : Polypropylène à l’état semi cristallin

 Le Polyéthylène

Cette matière plastique représente à elle seule environ le tiers de la production totale des matières synthétiques et constitue la moitié des emballages plastiques. Il existe différents polyéthylènes classés en fonction de leur densité.

On distingue deux familles: le PELD ou polyéthylène basse densité et le PEHD polyéthylène haute densité.

(34)

18

Le PELD est utilisé dans les domaines les plus divers. Sa densité est inférieure à celle de l'eau. Les principales applications du PELD sont des produits souples : sacs, films, sachets, sacs poubelles, récipients souples (bouteilles de ketchup, de shampoing, tubes de crème cosmétique).

Le PEHD est utilisé pour des objets plastiques rigides. On le trouve par exemple dans des bouteilles et des flacons, des bacs poubelles, des cagettes, des tuyaux, des fûts, des jouets, des ustensiles ménagers.

Photo 8 : Exemple de PELD

Photo 9 : Exemple de PEHD

 Le polypropylène (PP)

C’est aussi un polymère très polyvalent qui sert à la fois comme thermoplastique et comme fibre. Il est très facile à colorer et n'absorbe pas l'eau. On en trouve beaucoup sous forme de pièces moulées dans les équipements automobiles (pare-chocs, tableaux de bord, habillage de

(35)

19

l'habitacle) et dans le mobilier de jardin. Ce matériau sert à fabriquer des boîtes à aliments qui résistent au lave-vaisselle parce qu'il ne fond pas en dessous de 160°C. Le polypropylène est aussi utilisé dans la fabrication de fibres synthétiques (tapis, moquettes, cordes, ficelles) mais aussi pour les emballages alimentaires en raison de son aspect brillant et de sa résistance (flacons, films, pots).

Photo 10 : Exemple de PP

 Le polystyrène (PS)

Le polystyrène est un plastique dur, cassant et transparent. On distingue trois types de polystyrènes :

- le polystyrène "cristal"

- le polystyrène "choc"

- Le polystyrène expansé (PSE.) : le matériau le plus connu de la gamme Ce polystyrène est solide à 20°C, pâteux à 120°C et fondant à 160°C. C’est une sorte de mousse blanche compacte inflammable et combustible.

(36)

20

Photo 11 : Polystyrène expansé

 Le polycarbonate (PC)

Le polycarbonate est un matériau qui présente d'excellentes propriétés mécaniques et une bonne résistance thermique jusqu'à 120°C. On l’utilise pour la fabrication des casques de moto ou des boucliers de police. Comme il est très transparent, il sert aussi à la fabrication des CD et des DVD, des vitrages des guichets à l'épreuve des balles et des phares, des feux arrière et des clignotants de voitures.

Photo 12 : Vitrage en PC

 Les polyesters et le polyéthylène téréphtalate (PET)

C'est un polymère obtenu par la polycondensation de deux composants : le diméthyltéréphtalate et l'éthylène glycol. Les chaînes vont s'arranger et former des fibres résistantes. Le PET est surtout employé pour la fabrication de fils textiles, de films et de bouteilles.

(37)

21

Photo 13 : Bouteille en PET

 Les polyacétals ou polyoxyméthylène (POM)

Les polyacétals ont des propriétés qui les rendent irremplaçables pour des pièces à fortes exigences mécaniques comme les engrenages et les poulies. Ils sont solides et ils présentent des qualités de métaux tels que l'acier, l'aluminium ou le zinc. Ils résistent à la plupart des agents chimiques et ont un faible coefficient de frottement.

Photo 14 : Pièces en Polyacétal

 Le polychlorure de vinyle PVC

Il est utilisé pour les tuyaux de canalisation. Le PVC souple qui recouvre certaines pièces comme les manches de pinces, a un aspect brillant. Après le PEC, c'est le plastique le plus utilisé au monde. Il est largement employé dans l’industrie de l'ameublement et dans le bâtiment ou le génie civil.

(38)

22

Photo 15 : Tuyau en PCV

 Les polyamides (PA)

Les polyamides constituent la première matière plastique qui a été découverte en 1938. Selon la longueur des chaînes, on obtient différents types de PA que l’on distingue par des chiffres : par exemple le PA 6.6 est le nylon. Les polyamides sont utilisés pour réaliser des pièces moulées dans l'appareillage ménager et automobile, dans les tapis et moquettes, dans la robinetterie, dans la serrurerie, dans les engrenages, dans le textile (lingerie et voilages).

Photo 16 : Exemple de Polyamide

2.1.3.Les Renforts

Les renforts assurent les propriétés mécaniques du matériau composite et un grand nombre de fibres sont disponibles sur le marché en fonction des coûts de revient recherchés pour la structure réalisée.

Les renforts constitués de fibres se présentent sous les formes suivantes : linéique (fils, mèches), tissus surfaciques (tissus, mats),

(39)

23

multidirectionnelle (tresse, tissus complexes, tissage tri directionnel ou plus).

Tableau 3 : Quelques types de renfort

2.1.3.1. Géométrie des renforts

Du point de vue géométrique, on peut distinguer trois grands types de renforts :

- Les fibres longues (longueur comparable aux dimensions de la pièce) ; - Les fibres courtes (i.e. de longueur faible devant les dimensions de la

pièce) ;

- Les particules, ou charges renforçantes.

Tous ces renforts sont inclus au sein d'une matrice qui répartit les efforts entre eux et les protège des agressions extérieures. En outre, lorsque les renforts sont des fibres, celles-ci peuvent être soit orientées dans une direction précise, soit disposées aléatoirement.

(40)

24

Figure 3 : Les structures géométriques des composites 2.1.3.2. Le Sable

Le sable est un matériau granulaire constitué de petites particules provenant de la désagrégation d'autres roches dont la dimension est comprise entre 0,063 (limon) et 2 mm (gravier) selon la définition des matériaux granulaires en géologie. Sa composition peut révéler jusqu'à 180 minéraux différents (quartz, micas, feldspaths) ainsi que des débris calcaires de coquillage et de corail.

2.1.3.2.1. Caractéristiques physicochimiques

Une particule individuelle est appelée grain de sable. Les sables sont identifiés grâce à la granulométrie (la grosseur des grains). Le sable se caractérise par sa capacité à s'écouler. Plus les grains sont ronds, plus le sable s'écoule facilement. Le sable artificiel, obtenu par découpage ou broyage mécanique de roches, est principalement composé de grains aux aspérités marquées. On peut également différencier un sable qui a été transporté par le vent d'un sable transporté par l'eau. Le premier est de forme plus ronde, sphérique, alors que le deuxième est plus ovoïde. De plus, le sable éolien présente une diaphanéité plus mate que le sable fluviatile ou marin qui est dit "émoussé-luisant".

L'aspect de la surface du grain de sable éolien est dû aux multiples impacts que subit le sable lors de son déplacement.

(41)

25

Le sable est souvent le produit de la décomposition du micaschiste du fait de l'érosion. Ainsi, le plus fréquent de ses composants est le quartz, constituant le moins altérable du granite, ainsi que des micas et feldspaths. Un sable issu d'une roche volcanique est plutôt noir tandis qu'un sable marin s’enrichit de débris de coquillages¹. Il peut avoir plusieurs couleurs en fonction de sa nature : noir ou blanc (exemple de sable blanc : gypse).

Le sable peut aussi prendre d’autres formes : arène, grès.

Les grains de sable sont assez légers pour être transportés par le vent et l'eau.

Ils s'accumulent alors pour former des plages, des dunes. Un vent violent qui se charge en sable est une « tempête de sable ». Les grains les plus lourds se déposent en premier dans les milieux à forte énergie (rivière, haut d'une plage), les plus fins dans les milieux à énergie plus faible (delta, lac, bassin, crique) 2.1.3.2.2. Propriétés Physiques

Le sable forme naturellement des pentes stables jusqu'à environ 30°, au-delà de cet angle, il s'écoule par avalanches successives pour retrouver cette pente stable. Cette propriété peut être exploitée pour étudier des formes parfaites générées par l'écoulement du sable sur des plaques de formes différentes. Par exemple, en faisant couler du sable sur un socle de forme carrée, le sable va former une pyramide parfaite avec des pentes de 30°.

2.1.3.2.3. Formation

Les plages de sable ont été créées par les courants marins, qui transportent le sable d'une plage à une autre. La plupart des sables proviennent de l’érosion de roches granitiques sur les côtes. Mais il y a aussi une grande partie du sable qui est apportée par les courants fluviaux. Les bandes sablonneuses rencontrées le long du littoral dépendent donc fortement de la nature des types des roches qui les entourent et de la puissance des vagues. Les plages de galets ont plusieurs explications. Il se peut que les courants marins et la force des vagues aient emporté ailleurs les grains de sable : il ne reste sur la plage que les galets arrachés aux endroits proches. D'autres plages ont été créées

(42)

26

de toutes pièces par les Hommes. Ceux-ci les rechargent régulièrement en galets, comme c'est le cas dans le sud de la France.

Dans tous les cas, les plages ne sont pas des endroits invariants, elles peuvent être modifiées par la mer qui les borde. On peut d'ailleurs créer des plages à l'aide de digues et d'épis entreposés pour minimiser les effets néfastes des vagues.

2.1.3.2.4. Utilisation et économie

 Utilisation

La taille, la nature et la forme plus ou moins arrondie de ses grains en font un matériau de qualité recherché pour la construction.

- En maçonnerie, le sable est utilisé comme agrégat mélangé à un liant comme la chaux ou le ciment.

- En fonderie de métaux ferreux ou alliages légers, les moules peuvent être réalisés en sable aggloméré par des résines ou des argiles, pour couler les pièces.

- En cuisine, il a été utilisé au XIX^e siècle pour la conservation de la viande.

- Il est utilisé comme matière première du verre.

- Il peut être utilisé pour filtrer les liquides (dont l'eau de piscine, des eaux usées...), des gaz ou de l'air (filtre à sable filtrant les vapeurs d'un four à plomb, ou filtre à sable filtrant un air susceptible de contenir des radionucléides accidentellement émis dans l'air d'une installation nucléaire ;

- Du fait de sa facilité de manipulation, il est également employé lorsque l'on a besoin d'acheminer de la matière (peu importe sa nature) dans un endroit, par exemple pour servir de lest ou pour protéger (sac de sable contre les éclats d'explosion et les balles).

- Il est utilisé comme abrasif dans des usines pour nettoyer des pièces métalliques : ce procédé est le sablage.

(43)

27

- Le sable est également un élément important dans le domaine touristique, lorsqu'il est présent sur les plages et les dunes où il est également un élément indispensable à la protection de la côte.

- Il est également utilisé en jet à haute pression pour donner l'effet délavé aux jeans.

- Amendement agricole pour à la fois augmenter le pH d'un sol trop acide (ex : culture maraîchère) et améliorer la texture des terres et bien sûr apport minéral (carbonate de calcium, pour ce qui est du sable coquillier) pour certaines cultures (ex : choux).

- Défense côtière, pour le rechargement des plages qui cherche à contrecarrer l'érosion, ou pour la création de certaines îles artificielles en particulier celles du golfe Persique.

Plus de 15 milliards de tonnes sont utilisées dans le monde chaque année.

 Économie

Après l’air et l’eau, le sable est la ressource la plus utilisée au monde. Il représente un volume d’échanges internationaux de 70 milliards de dollars par an.

2.1.3.2.5. Problèmes écologiques

Le sable du désert, trop rond et trop fin, ne s’agrège pas et n’est donc pas utilisable pour la construction. Dans beaucoup de pays, le sable est donc extrait directement des plages, de fonds marins ou de carrières jouxtant les plages. Les besoins en construction de nouveaux bâtiments conduisent souvent à l'extraction sauvage du sable, sans égard pour les conséquences écologiques. Elles sont souvent graves et provoquent la disparition des plages dans certains endroits, la défiguration des paysages et la salinisation des nappes phréatiques. En raison de l'importance des enjeux financiers, les dispositions légales sont parfois contournées, voire tout simplement ignorées.

Au XXI^e siècle, 75 à 90 % des plages sont menacées de disparition, du fait de l'exploitation humaine ou de la submersion marine.

(44)

28

Les solutions alternatives, dragage des ports et des lits des rivières, engendrent également, en cas d’excès, des conséquences écologiques néfastes.

Une autre méthode consiste à concasser des roches tendres pour en faire du sable, mais son coût est plus élevé. Des méthodes de construction plus écologiques peuvent éviter l'utilisation du sable (bois, matériaux composites, acier, recyclage de matériaux, etc.), mais cela ne sera pas possible dans toutes les parties du monde.

En utilisant des centrales énergétiques pouvant être solaires, des usines de fusion du sable en brique de verre permettrait de désensabler les déserts de sable qui redeviendrait verdoyant et de construire des serres dans les zones froides avec ces légos de verre.

2.1.4.Additifs

Des produits peuvent être incorporés à la résine pour renforcer les propriétés mécaniques (charges renforçantes, ex : charges sphériques creuses 5 à 1 5 0 µm). Des charges non renforçantes peuvent être également utilisées pour diminuer le coût des matrices en résine. Des additifs, de type colorant ou agent de démoulage sont largement utilisés lors de la conception des structures constituées de matériaux composites.

2.1.5.Les agents coupleurs (compatibilisants)

Les agents coupleurs servent principalement à lier chimiquement le bois au plastique, puisque la nature hydrophile du bois et celle hydrophobe du plastique rendent l’adhésion mécanique plutôt difficile (George J., 2001) et permettent la formation de composite monophasé (Wechslera, 2009). En plus de leur effet adhésif, ces additifs ont la propriété de disperser les fibres de bois dans la matrice (Wolcott M.P., 2001).

En règle générale, les agents de couplage agissent pour assurer une meilleure fluidité du composite en fusion, donc l’obtention d’une meilleure compatibilité et celle de la force accrue (Klyosov, 2007). Cependant, de nombreux