Valorisation des sous-produits de la filière coton en matériaux biosourcés :

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

---

UNIVERSITÉ D’ABOMEY-CALAVI ---

ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI (EPAC) ---

Département de Génie Mécanique et Énergétique (GME) OPTION : Productique

MEMOIRE DE FIN DE FORMATION POUR L’OBTENTION DU DIPLÔME D’INGENIEUR DE CONCEPTION EN GENIE MECANIQUE ET

ENERGETIQUE THEME

Présenté et soutenu publiquement le vendredi 25 janvier 2019 par Abdou Raïmi O. I. ALAKOUKO

devant le jury composé de :

1. Docteur Abdoulaye ASSOUDO Président du jury

2. Docteur Toussaint KOSSOU Membre du jury

3. Docteur Vincent PRODJINONTO Membre du jury 4. Prof. (MC) Chakirou A. TOUKOUROU Maitre de mémoire

Année Académique : 2017-2018 11^ième Promotion

Valorisation des sous-produits de la filière coton en matériaux biosourcés : ETUDE, CONCEPTION ET REALISATION D’UNE DEFIBREUSE MANUELLE ET

D’UNE THERMO-PRESSE

Sommaire

SOMMAIRE ... II

DEDICACES ... III

REMERCIEMENTS ... IV

RESUME ... V

ABSTRACT ... VI

LISTE DES PHOTOS ... VII

LISTE DES FIGURES ... VIII

LISTE DES TABLEAUX ... X

LISTE DES SIGLES, SYMBOLES ET ABREVIATIONS ... XI

INTRODUCTION GENERALE...1

CHAPITRE 1 : PRESENTATION DES STRUCTURES DE TRAVAIL ...4

CHAPITRE 2 : GENERALITE ET SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE ... 10

CHAPITRE 3 : ETUDE, CONCEPTION ET REALISATION D’UNE DEFIBREUSE DE COTON MANUELLE ... 28

CHAPITRE 4 : ETUDE, CONCEPTION ET REALISATION D’UNE THERMO- PRESSE ... 64

CONCLUSION GENERALE ... 123

ANNEXES ... 124

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ... 133

TABLE DES MATIERES ... 137

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 iii

DEDICACES

À mon feu père Abdou Rahamane ALAKOUKO, je dédie ce mémoire.

Abdou Raïmi ALAKOUKO

REMERCIEMENTS

La réalisation de ce travail a été possible grâce aux multiples soutiens de certaines personnes envers lesquelles nous témoignons notre sincère gratitude. En particulier, nous aimerions remercier très sincèrement :

 le Professeur Akanho C. TOUKOUROU, Enseignant chercheur au Département de Génie Mécanique et Energétique (GME) à l’Ecole Polytechnique d’Abomey- Calavi (EPAC), notre maître de mémoire qui a accepté nous encadrer pour ces travaux;

 Monsieur Éric GBEDO, Ingénieur chercheur au POTEMAT, qui a su nous conseiller et qui est toujours resté à nos côtés, merci Monsieur ;

 Le Professeur Vincent PRODJINONTO, enseignant chercheur et chef de département de Génie Mécanique et Energétique (GME) à l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi (EPAC) pour vos conseils et votre soutien ;

 Les enseignants du département de GME de l’EPAC ;

 le Directeur de l’EPAC, Professeur Mohamed SOUMANOU et le Directeur Adjoint de l’EPAC, Professeur Clément AHOUANNOU ;

 Le personnel de l’atelier de fabrication du Génie Mécanique et Energétique de l’EPAC et spécialement Messieurs Nicaise G. HOUNKANRIN, GBENONTIN U. Sadler et AVOCEFOHOUN C. Alban pour leur soutien, leur disponibilité et pour m’avoir facilité la réalisation des équipements ;

 Tous ceux qui ont lu ou liront ce travail, merci pour vos analyses critiques et vos suggestions pour faire de ce travail une œuvre bien accomplie.

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 v

RESUME

La production cotonnière est un secteur important dans le développement des pays de l’Afrique de l’ouest, particulièrement le Bénin. Une analyse du secteur montre que les quatorze (14) types de résidus issus de la transformation du coton demeurent inexploités et constituent une perte de valeurs ajoutées et une menace pour l’environnement. De plus le recours vers les matériaux biosourcés devient capital pour la sauvegarde d’un environnement écologique et de la réduction de la consommation d’énergie fossile. Le POTEMAT propose des solutions à ces deux problèmes à travers la valorisation des sous-produits de la filière coton en matériaux biosourcés. Pour cela, l’utilisation d’une défibreuse et d’une thermo-presse s’avère indispensable pour la réalisation des échantillons. A travers ce document, nous avons fait la conception et la fabrication d’une défibreuse et d’une thermo-presse respectant les exigences du laboratoire. La défibreuse est manuelle et peut être motorisée grâce à son système de guidage. La thermo-presse est manuelle et dispose d’un système électrique de chauffage et de contrôle de température. Elle peut former des plaques de 30 mm d’épaisseur avec une surface de 400x400 mm² dans une plage de température de 0 à 200 ^oC. Ces deux équipements permettront au POTEMAT de réaliser de nouveaux matériaux biosourcés pour des applications variées.

Mots clés : défibreuse, thermo-presse, coton, résidu, température, matériaux biosourcés, sous-produit.

ABSTRACT

Cotton production is an important factor in the development of West African countries, particularly the Benin. An analysis of the sector shows that the fourteen (14) types of residues from cotton processing remain untapped and represent a loss of added value and a threat to the environment. In addition, the use of bio-based materials becomes crucial for the safeguarding of an ecological environment and the reduction of fossil energy consumption. POTEMAT proposes solutions to these two problems through the valorization of the by-products of the cotton sector in bio-based materials.

For this, the use of a shredder and a thermo-press is essential for the realization of the samples. Through this document, we have designed and manufactured a shredder and a thermo-press that meets the laboratory requirements. The shredder is manual and can be motorized with it guidance system’s. The thermo-press is also manual and has an electric heating and temperature control system. It can form 30 mm thick plates with an area of 400x400 mm² in a temperature range of 0 to 200 ^oC. These two equipments will permit to the POTEMAT to make a new bio-based materials for various applications.

Key words: shredder, thermo-press, cotton, residue, temperature, bio-based materials, by-product.

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 vii

Liste des photos

Photo 1: Ecole Polytechnique d'Abomey-Calavi ...5

Photo 2 : Pôle Technologique de la promotion des Matériaux locaux ...7

Photo 3 : Capsule de coton [4] ... 13

Photo 4 : Quelques sous-produits de la filière coton [7] ... 19

Photo 5 : Les sous-produits jetés et brulés à la SHB [7] ... 22

Photo 6 : Les sous-produits de l'usine de textile CBT jetés ... 23

Photo 7 : Les tiges de cotonniers ont été coupées puis mises en tas pour être brûlées [7] ... 24

Photo 8 : BTC réalisé avec les déchets de coiffure non traités ... 30

Photo 9 : BTC réalisé avec les déchets de coton non traités ... 30

Photo 10 : Broche réalisée par soudage ... 33

Photo 11: Une pointe normale et une pointe traitée ... 57

Photo 12: Perçage de la planche pour l'enfoncement des pointes. ... 58

Photo 13: Presse d'emboutissage de moule (2) de tuile flamande ... 70

Photo 14: Les pointes préparées ... 128

Photo 15: Traçage de la broche supérieure ... 128

Photo 16: Support et Base déjà réalisées ... 128

Photo 17: Perçage de la base ... 128

Photo 18: La défibreuse manuelle ... 129

Photo 19: Les deux types de résistances chauffantes trouvées ... 130

Photo 20: Résistances chauffantes redressées ... 130

Photo 21: Thermo-presse après montage ... 132

Liste des figures

Figure 1: Bottes de pailles [3] ... 11

Figure 2: Panneaux de fibres de bois [3] ... 11

Figure 3: Transformation du coton des champs aux usines d’egrenages [7] ... 16

Figure 4 : Transformation du coton dans les usines de trituration et les usines de textile [7] ... 17

Figure 5: Valorisation des sous-produits de l'usine de textile [7] ... 25

Figure 6: Valorisation des sous-produits de l'usine de trituration [7] ... 26

Figure 7 : Dessin de la défibreuse conçue... 32

Figure 8: Défibreuse manuelle ... 34

Figure 9 : Le bâti de la défibreuse ... 35

Figure 10 : La Broche supérieure ... 35

Figure 11 : La Broche inférieure ... 36

Figure 12: Le support de guidage ... 36

Figure 13: Schématisation du chargement d’un axe de guidage dans une position α ... 38

Figure 14: Schéma statique de dimensionnement de l'axe de guidage ... 41

Figure 15: Principe de la thermocompression [9] ... 65

Figure 16: Thermo-presse pour le recyclage des plastiques [10] ... 66

Figure 17: Thermo-presse pour le textile [11] ... 66

Figure 18: Presse hydraulique à colonne [12] ... 67

Figure 19: Presse pneumatique pour marquage [12] ... 68

Figure 20: Presse mécanique avec un système bielle-excentrique [12] ... 68

Figure 21 : Presse mécanique à système vis-écrou [12] ... 69

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 ix

Figure 23: Schéma cinématique de la thermo-presse ... 73

Figure 24: Vue d'ensemble de la thermo-presse ... 74

Figure 25: Ensemble moule ... 76

Figure 26: Plaque chauffante ... 76

Figure 27: Plaque d'isolation ... 77

Figure 28: Crapaudine ... 77

Figure 29: Section des montants ... 85

Figure 30: Isolation de la plaque chauffante ... 89

Figure 31: Schéma électrique de la thermo-presse ... 90

Liste des tableaux

Tableau 1 : Production cotonnière au Bénin 2010-2014 [1] ... 15

Tableau 2: Les sous-produits de la filière coton au Bénin ... 18

Tableau 3: Plan de réalisation du projet [7] ... 19

Tableau 4: Quelques matériaux biosourcés possibles avec des sous-produits ... 26

Tableau 5: Fabrication de l'axe de guidage ... 59

Tableau 6: Coût de la matière première de la défibreuse Cm ... 61

Tableau 7 : Cout de fabrication de la défibreuse Cf ... 61

Tableau 8: Coût des accessoires de la défibreuse Ca ... 62

Tableau 9: Coût total de la défibreuse C ... 63

Tableau 10: Les types de liaison du mécanisme ... 72

Tableau 11: Coût de la matière première de la thermo-presse ... 119

Tableau 12 : Coût de la réalisation du circuit électrique ... 120

Tableau 13 : Coût d’usinage des pièces ... 120

Tableau 14 : Coût des accessoires de la thermo-presse ... 121

Tableau 15 : Coût global des travaux réalisés sur la thermo-presse ... 121

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 xi

Liste des sigles, symboles et abréviations

UAC Université d’Abomey-Calavi

EPAC Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi

POTEMAT Pôle Technologique de la promotion des Matériaux locaux

CBT Compagnie Béninoise des Textiles

SHB Société des Huileries du Bénin

SODECO Société pour le Développement du Coton

SCB Société des Ciments du Bénin

BTC Bloc de Terre Comprimé

FCFA Franc de la Communauté Financière Africaine

TMV Tuiles en Mortier Vibré

INSAE Institut National de la Statistique et de l’Analyse Economique

D, d, ϕ Diamètre

e Epaisseur

max Maximum

V Volume d’une pièce

P Poids d’une pièce

q Charge linéaire uniformément variée

L, l Longueur d’une pièce

M Moment fléchissant

Fm Force manuelle

Fe Force élémentaire

Ft Force de thermocompression

S Section d’une pièce

s Coefficient de sécurité

g Intensité de la pesanteur

T Température

Re Limite d’élasticité

Rp Résistance pratique

Rth Résistance thermique

ρal Masse volumique de l’aluminium

ρa Masse volumique de l’acier

ρb Masse volumique du bois

λ Conductivité thermique

ε Déformation unitaire

τ Contrainte de cisaillement

σ Contrainte normale

xc Section critique

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 1

INTRODUCTION GENERALE

La production cotonnière en Afrique de l’Ouest en général et au Bénin en particulier, occupe une place considérable dans le développement économique. Selon les données statistiques de l’Institut National de la Statistique et de l’Analyse Economique (INSAE), la filière coton nourrit plus de 3,5 millions de Béninois. Le coton a, par ailleurs, un important impact sur le taux de croissance de l’économie béninoise, car 50 000 tonnes entraînent un (1) point de croissance. Dans ce contexte, le coton demeure au Bénin, la principale culture de rente, constituant du coup la base de l’économie rurale et agro-industrielle. En termes de valeur ajoutée, le coton contribue à 11,13 % du PIB, et représente 70% de la valeur des exportations, soit 45% des entrées fiscales. Malgré cet état de fait, la filière coton est toujours en butte à d’énormes difficultés. [1]

Depuis l’an 2010, le Bénin produit en moyenne plus de 250 000 tonnes de coton- graine par an et donc de ce fait génère une quantité importante de résidus de cotonnier.

Pour la campagne 2017-2018, la production cotonnière béninoise est estimée à 597 986 tonnes de coton-graine générant plus de 1,7 millions de tonnes de résidus [2]. Ces résidus constituent une grande ressource qui reste jusqu’à présent inexploitée en grande majorité. En effet, il n’existe pas encore une grande utilisation adéquate des résidus de cotonnier à part celle des paysans qui se résume à :

 l’utilisation comme combustible,

 la production de litière pour le bétail,

 la fabrication de compost,

 l’alimentation de bétail (qui peut toutefois s’avérer dangereuse),

 la production de substrat pour les champignons.

Notons aussi que certaines usines (SCB LAFARGE par exemple) utilisent ces résidus comme des combustibles pour alimenter des chaudières ou des fours.

Certaines de ces utilisations ont des répercussions sur le cycle de culture, les caractéristiques biochimiques du sol, voire sur l’écologie du milieu. Il faut noter entre autre que l’utilisation des feuilles et des tiges de cotonnier comme litière est une bonne initiative sauf que le cheptel risque l’intoxication en mangeant des résidus de cotonnier dans lesquels certaines bactéries résident encore. Parallèlement, l’enfouissement bien que bénéfique présente des inconvénients tel que la résistance de certaines maladies à la culture suivante et des risques de développement d’autres parasites plus virulents.

Toutefois, le fait de brûler ces résidus constitue une menace, tant pour l’écosystème (conséquences des feux de brousses) que pour la nature chimique du sol avec la perte de matières organiques ou humus indispensable à la conservation des sols.

Par ailleurs, le secteur du bâtiment est au cœur des enjeux du développement durable. Construire ou rénover des bâtiments de manière écologique nécessite de considérer l’ouvrage dans son ensemble, depuis la production des matériaux qui le composent jusqu’à sa construction. La filière des matériaux biosourcés est l’une des filières vertes ayant un potentiel de développement écologique élevé pour l’avenir. Cela notamment en raison du fait qu’il permet de diminuer notre consommation de matières premières d’origine fossile, diminuer notre consommation en électricité, créer du confort thermique dans les bâtiments, limiter les émissions de gaz à effet de serre et créer de nouvelles filières économiques. Le recours à des matériaux biosourcés s’avère indispensable pour un développement durable.

Malgré ces enjeux liés à l’utilisation des matériaux biosourcés, l’existence de ces inconvénients dus à la mauvaise gestion des sous-produits de la filière Coton et l’importance de cette filière dans le développement du Bénin, il n’existe pas encore une politique viable de valorisation des sous-produits ni de fabrication et utilisation des matériaux biosourcés. C’est donc pour résoudre en partie ces deux problèmes fondamentaux et développer de nouveaux matériaux que le pôle technologique de la promotion des matériaux locaux (POTEMAT) à initier le projet de valorisation des sous-produits de la filière coton en matériaux biosourcés.

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 3 Le présent travail rentre dans le cadre de la poursuite de ce projet. Il s’agira donc de la conception et la réalisation d’une défibreuse manuelle et d’une thermo-presse pour la réalisation des échantillons de matériaux biosourcés à base des sous-produits de la filière coton au Benin. Il est structuré en quatre (4) parties. Apres une introduction générale, nous avons fait la présentation des structures de travail dans le premier chapitre. Le deuxième chapitre présente une généralité et une synthèse bibliographique sur les matériaux biosourcés, la filière coton au Bénin et les travaux déjà effectués sur le projet. Ensuite, dans les chapitres trois et quatre, nous trouverons respectivement l’étude, la conception et la réalisation d’une défibreuse puis celle d’une thermo-presse.

Enfin nous aborderons la conclusion.

Chapitre 1 : Présentation des structures de travail

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 5 1.1. Présentation de la structure de provenance

1.1.1.Historique de l’Ecole Polytechnique d’Abomey Calavi

Photo 1: Ecole Polytechnique d'Abomey-Calavi

Le Collège Polytechnique et Universitaire (CPU) a ouvert ses portes aux premiers étudiants en février 1977. Fruit de la coopération bénino-canadienne, il est devenu le 25 février 2005 École Polytechnique d’Abomey-Calavi, un établissement public de formation scientifique et technique supérieure orientée vers la professionnalisation. En tant que tel, il est un maillon capital du système éducatif universitaire, mieux du système éducatif béninois. La première promotion est sortie en 1980.

A l’origine, on pouvait compter parmi les formateurs un grand nombre d’enseignants canadiens, mais grâce à la politique de relève appliquée par le Bénin, le nombre d’enseignants canadiens a progressivement diminué pour être totalement remplacé par un nombre important d’enseignants nationaux. Comme on peut le remarquer l’ex-CPU, à un moment donné de son évolution était devenu une institution prête à générer dans un avenir proche, des ingénieurs de conception ; ce qui d’ailleurs urgeait à partir du moment où, d’année en année, les besoins en formation d’ingénieurs devenaient de plus en plus pressants, obligeant ainsi à l’ouverture du second cycle.

Le 25 février 2005, le Président de la République, Chef de l’État, Chef du gouvernement, signe un Décret (N°2005-078) portant création, attributions,

organisation et fonctionnement de l’École Polytechnique d’Abomey-Calavi (EPAC), « une École Supérieure à caractère de Grande École » dépendant directement de l’Université d’Abomey-Calavi. Un an auparavant, c’est-à-dire depuis la rentrée académique 2003-2004, la première promotion de l’EPAC a dû effectuer sa rentrée en première année préparatoire de cycle Ingénieur en Secteur Industriel ; et ce malgré toutes les difficultés inhérentes à toutes entreprises humaines.

1.1.2. Départements d’enseignement et unités d’application

L’EPAC, établissement d’enseignement supérieur de l’Université d’Abomey Calavi a pour mission :

 garantir des formations conduisant aux diplômes de Licence professionnelle et aux diplômes d’Ingénieur de Conception dans les secteurs industriel et biologique ;

 promouvoir la recherche scientifique et technique ;

 perfectionnement et la formation continue du personnel des entreprises privées et de toutes structures étatiques qui en expriment le besoin.

Au plan académique, l’EPAC comporte 11 départements d’enseignement répartis dans deux secteurs :

 le secteur biologique, composé des départements de :

 Génie de Biologie Humaine (GBH)

 Génie d’Imagerie Médicale et de Radiobiologie (GIMR)

 Génie de l'Environnement (GEn)

 Production et Santé Animales (PSA)

 Génie de Technologie Alimentaire (GTA)

 le secteur industriel composé des départements de :

 Génie Civil (GC)

 Génie Electrique (GE)

 Génie Mécanique et Energétique (GME)



Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 7

 Génie Bio Médical (GBM)

 Génie chimique et procédés (GCP)

Parallèlement à tout ce qui précède, il convient de mentionner que l’ex-CPU ne développait pas que des activités qui relèvent du domaine pédagogique. C’est aussi une institution prestataire de services à travers un certain nombre d’unités de production créées dans les différents départements ; citons entre autres :

 le CAP : Centre Autonome de Perfectionnement

 le CAR : Centre Autonome de Radiologie

 le CERA : Centre d’Entretien et de Réparation Automobile

 le CUPPE : Centre Universitaire de Promotion et de Partenariat avec les Entreprises

 le CCNPE : Centre de Contrôle des Normes de Performance Energétique

 l’UPGE : Unité de Prestation en Génie Electrique.

1.2. Présentation du Laboratoire de recherche

1.2.1. Historique du POTEMAT

Photo 2 : Pôle Technologique de la promotion des Matériaux locaux

Créé en 1994 par le Professeur Chakirou A. TOUKOUROU, le Pôle Technologique de la promotion des Matériaux locaux (POTEMAT) est une cellule de recherche et de promotion des technologies adaptées pour le développement des

matériaux locaux au Bénin. Situé sur le Campus de l’Université d’Abomey-Calavi (UAC), il est lié à l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi (EPAC).

1.2.2. Mission du POTEMAT

Le Pôle Technologique de la promotion des Matériaux locaux (POTEMAT) se structure en quatre activités : la recherche, la production, l’appui conseil, la formation et la diffusion. Cette cellule est atypique et singulière au Bénin. Sous l’égide de l’EPAC, implantée sur le campus universitaire d’Abomey-Calavi, elle est pourtant autonome. La recherche est menée de front sur les thématiques suivantes :

 Les tuiles en mortier vibré (TMV) ;

 La construction en terre ;

 Les carreaux en mortier ciment ;

 Les roches comme élément de revêtement ;

 Les matériaux biosourcés.

En matière de formation, le POTEMAT est un centre de référence au Bénin et dans la sous-région sur l’élaboration et la mise en œuvre des matériaux locaux. Après vingt-quatre (24) ans d’expérience en ingénierie de formation sur les matériaux locaux, le POTEMAT dispose d’une expertise avérée dans la mise en place des mallettes pédagogiques sur les tuiles en mortier vibré (TMV), les blocs de terre comprimée (BTC), les briques en adobe et le banco et le revêtement avec les roches. Les formations sont organisées par le POTEMAT seul ou en partenariat avec d’autres institutions de formation sous régional comme l’Institut International de l’Environnement et de l’Eau (2IE). Par exemple, l’implantation de la filière Bloc de Terre Comprimée (BTC) a été réalisée par le POTEMAT avec l’appui financière de Centre de Développement des Entreprise (CDE).

Cette cellule réalise le potentiel des matériaux locaux pour le développement

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 9 l’ONG français CRAterre ; qui œuvre à la promotion et à la diffusion de l’architecture en terre à travers le monde. D’ailleurs, le POTEMAT travaille en majorité sur les matériaux à la base de terre.

Chapitre 2 : Généralité et Synthèse bibliographique

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 11 2.1. Les matériaux biosourcés

2.1.1. Définition

Un matériau biosourcé est un matériau composite issu en générale des éléments d’origine animale ou végétale (avec d’autres liants).

Exemple : o Bottes de paille

Après fauchage, la paille est en général conditionnée sous forme de bottes. Celles-ci peuvent être utilisées telles qu’elles comme isolant thermique.

Figure 1: Bottes de pailles [3]

o Laine de bois et panneaux de fibres de bois

La laine de bois et les panneaux en fibre de bois sont fabriqués grâce au défibrage du bois et une compression.

Figure 2: Panneaux de fibres de bois [3]

2.1.2. Utilisation des matériaux biosourcés

L’utilisation de matériaux biosourcés concourt significativement au stockage de carbone atmosphérique, à l’isolation thermique et à la préservation des ressources naturelles. C’est pourquoi elle est encouragée par les pouvoirs publics lors de la

construction ou de la rénovation des bâtiments. Mais ils ne sont pas nécessairement totalement naturels et sans impact pour l’environnement. Ils peuvent parfois être transformés ou contenir des additifs chimiques en proportions variables.

Dans une démarche de construction durable, il est donc préférable d’utiliser des matériaux biosourcés locaux et les moins transformés possibles, sous réserve qu’ils répondent aux caractéristiques pour lesquelles ils sont mis en œuvre.

2.2. La filière coton au Bénin

2.2.1. Monographie de la plante de cotonnier

Le cotonnier est un arbuste présent sur tous les cinq continents dans une bande comprise entre la latitude de la mer d’Aral dans l’hémisphère Nord et celle des plaines d’Afrique du Sud dans l’hémisphère Sud. Il appartient à la famille des Malvacées et existe sous cinquante (50) variétés différentes. Parmi les 50 espèces de cotonnier, deux d’entre elles produisent l’essentiel du coton dans le monde : Gossypium hirsutum (90

% de la production mondiale), Gossypium barbadense (5 % de la production mondiale) et accessoirement les Gossypium arboreum et herbaceum. Plante pérenne utilisée comme une plante annuelle, le cotonnier demande de la chaleur, de beaucoup de soleil, et de l’eau surtout pendant la floraison. Il fleurit tout en grandissant. On trouve sur un même plant à la fois des boutons, des fleurs et des fruits, appelés « capsules » : on dit qu’il est à croissance continue. La fleur de coton est jaune à l’ouverture, elle devient rose violet une fois fécondée. Puis elle se fane et se transforme en capsule. Chaque capsule produit 20 à 25 graines, réparties dans 4 à 5 loges (3 à 4 loges pour Gossypium barbadense). Ce sont ces graines qui vont produire les fibres de coton [4].

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 13 Photo 3 : Capsule de coton [4]

Dans la région Ouest-africaine et au Bénin en particulier, la production cotonnière est particulièrement centrée sur le Gossypium hirsutum au détriment du Gossypium barbadense en raison du cycle de floraison. En effet, le premier a un cycle allant de 120 à 180 jours tandis que pour le second le cycle est plus long (180 à 230 jours). Il faut noter que le Gossypium barbadense à l’avantage de produire les plus beaux et les plus longues fibres. [4]

2.2.2. La culture du coton au Bénin et l’utilisation des résidus du cotonnier

Le cotonnier est l’un des rares plants dont la culture est intensifiée à tous les niveaux possibles (que ce soit de la monoculture entièrement mécanisée dans le cadre d’exploitations de grande taille, jusqu’à l’agriculture familiale de petite taille, où les opérations culturales sont complètement réalisées à la main ou avec traction animale).

Dans la région Ouest-Africaine particulièrement au Nord Bénin, la terre ne constitue pas encore une ressource rare. Toutefois, les durées de mise en jachère ont diminué. La main-d’œuvre familiale demeure la première force de travail. Mais, la plupart des Unités de Production (UP) ont recours à la main-d’œuvre salariée et aux échanges mutuels de travail (entraide, aide ou invitation) pour gérer les périodes de pointe. Si à Djougou, la culture attelée commence à se répandre, à Kandi, presque toutes les UP ont recours à

cette technique. Les dates de semis, les modalités d’apport d'engrais minéraux et du traitement phytosanitaire (nature, dates d’application et doses) ne sont pas souvent respectées par les producteurs. Mais l’utilisation des semoirs est encore inexistante dans les zones d’étude. Aucun paysan ne possède encore de tracteur mais certaines UP ont actuellement accès à ce facteur par location. Par ailleurs, la majorité des UP de Kandi possèdent leurs propres appareils de traitement phytosanitaire. Par contre, à Djougou, ce sont des groupes de 2 à 4 producteurs qui se forment pour acquérir un appareil de traitement. [5]

Il faut noter aussi que, les mêmes problèmes subsistent aussi dans les autres régions du pays, notamment dans le département du Zou où, le problème de la main d’œuvre est persistant surtout au moment de la récolte. Par ailleurs, le retard dans la livraison à tant des intrants, des insecticides, la pratique de sous dosage, les ruptures de semences (bien que rares) et la mauvaise gestion au niveau des organisations paysannes sont entre autre les plus grandes difficultés qui ralentissent la production dans cette partie du pays.[6]

Toutefois, les résidus de cultures de coton demeurent inexploités ; au mieux ils sont brulés ou déracinés ou laissés en dégradation entre les billons jusqu’à la première pluie. Et dans de rares occasions (en cas d’acuité), ces résidus sont utilisés en tant que bois de chauffe. Malgré la quantité produite par le Bénin (voir tableau1), il n’a pas encore une utilisation concrète des résidus de la filière coton. Notons aussi que les résidus de coton sont plus importants en quantité que la matière première utilisable. Ces résidus, non seulement polluent les sols et l’environnement, mais constituent une ressource inexploitée.

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 15 Tableau 1 : Production cotonnière au Bénin 2010-2014 [1]

Années 2010 2011 2012 2013 2014

Production en tonnes 136 958 174 000 240 028 307 355 393 368

Superficie en Km² 137 086 181 010 335 141 347 022 405 400 Rendement en tonnes / Km² 99,9 % 96,1 % 71,6 % 88,6 % 97,0 %

2.3. Diagnostic des produits et sous-produits de la filière coton au Bénin

2.3.1. Processus de transformation du cotonnier : des champs aux produits finis

A présent, nous allons explorer les différents points de transformation ou de séparation du coton depuis les champs aux usines de transformation industrielles et enfin aux produits finis.

De nombreuses étapes séparent le champ de cotonnier aux produits finis. La culture en elle-même, la récolte, le stockage du coton graine, l'égrenage, la filature, le tissage, la teinture... Pour passer du coton graine aux fibres puis au fil destiné à la fabrication d'étoffe, les interventions humaines ou industrielles vont aboutir à l'obtention de plusieurs éléments. Dans cette chaine, chacun choisit sa matière première pour obtenir son produit. D’une part, le coton graines récoltés est transporté dans les usines d’égrenages pour l’obtention des graines puis du coton fibre (figure 3). D’autre part, les graines sont transformées dans les usines de trituration pour l’obtention d’huile de coton.

Le coton fibre permet d’avoir l’écrus de coton dans les usines textiles (figure 4).

Figure 3: Transformation du coton des champs aux usines d’egrenages [7]

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 17 Figure 4 : Transformation du coton dans les usines de trituration et les usines de

textile [7]

2.3.2. Les sous-produits de la filière Coton

Au début des travaux nous avons recensé trois (3) sous-produits de la filière coton qui sont la tige du cotonnier, les déchets de fibre et les coques. Après les enquêtes sur les terrains (cotonculteur, usine d’égrenages, usine de textile, usine de trituration), nous avons pu élaborer en détail les différents sous-produits de la filière selon les lieux de transformation. Nous avons ainsi trouvé quatorze (14) sous-produits de la filière coton au Benin. Le tableau ci-dessous présente les différents sous-produits avec le lieu de transformation.

Tableau 2: Les sous-produits de la filière coton au Bénin

Lieux Sous-produits

Champs Tige de cotonnier

Usine d’égrenages

Motte d’épierrage Sable et poussière

Fibre de la chambre à poussière Motte égrenages

Motte de presse

Usine de textile

Carton Bouts de fil

Bouts de fil encollés Déchets de colle

Usine de trituration

Fibres Coques

Cendres de coques Terre de décoloration

Chacun de ces sous-produits a des propriétés physiques, chimiques, mécaniques et thermiques données. Pour cela nous devons les analyser afin de pouvoir en faire des matériaux utilisables. La photo suivante présente quelques sous-produits.

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 19 Photo 4 : Quelques sous-produits de la filière coton [7]

2.4. Projet de valorisation des sous-produits de la filière coton en matériaux biosourcés

Caroline GRELIER est une Designer qui a fait un stage au POTEMAT de février à juillet 2018. C’est elle qui a fait les premiers travaux sur le projet de valorisation des sous-produits de la filière coton au Bénin en matériaux biosourcés. Le projet a été divisé en cinq (5) parties (voir tableau 3) : l’immersion, la préparation, l’équipement, le matériau-thèque et la filière.

Tableau 3: Plan de réalisation du projet [7]

ETAPES OBJECTIFS METHODES LIVRABLES

1

IMMERSION

-Compréhension et analyse de la filière coton au bénin -identification des sous- produits et diagnostic de valorisation

-identification d’un territoire pilote

-collecte des besoins et aspiration.

-Observation passive et active

-Entretiens semi-dirigés -Veille bibliographique

-Poster de reformulation graphique des acteurs -Portrait des personnes -Matrice SWOT sur le projet

2

PREPARATION

-Co-construire lors d’ateliers réunissant différents acteurs (architectes, étudiants,

chercheurs filière coton), des protocoles d’expérimentation des sous-produits en matériaux

-anticiper les besoins en équipement

-Approche empirique -Brainstorming -co-création

Un lexique de fiches-idées remplies pendant les ateliers décrivant les recettes des matériaux et leurs procédés de fabrication

3

EQUIPEMENT

-Concevoir et fabriquer des équipements de laboratoire à moindre coût

-s’équiper pour la production d’échantillons

-Détournement de fonctions recyclage -Inspirations open- source et mouvement maker

- jugaad Design produit

-Réaménagement du POTEMAT pour le chantier

«Matériau-thèque»

-Tutoriels de fabrication des machines : thermo-presse, broyeur à couteaux, défibreuse

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 21 4

MATERIAU- THEQUE

-Fabriquer un maximum d’échantillons selon les protocoles

d’expérimentations co-crées ; -Adapter les équipements aux besoins

-Chantier ouvert, libre à participation de tous les acteurs pendant 4 semaines, au sein du POTEMAT

-Dimension exploratoire et empirique

-Une matériau-thèque participative avec un maximum d’échantillons et d’itérations

5 FILIERE

-Caractérisations des échantillons les plus pertinents en phase avec les besoins

-relevés du territoire pilote -Co-création d’hypothèses de schémas de filière pour que le projet soit mis en œuvre

-Design thinking -Atelier de co-création

-Fiches techniques matériaux ;

-Posters d’hypothèses de schémas de filière à créer.

Elle a mené à terme les deux premières parties du projet. Pour l’immersion, des visites ont été faites sur le terrain chez les agriculteurs, dans une usine d’égrenage (SODECO), une usine de trituration (SHB) et une usine de textile (CBT). Ensuite des ateliers de co-création et de co-conception ont été organisés par le POTEMAT pour la partie préparation du projet.

2.5. Les visites sur le terrain

2.5.1. Dans les usines de transformation

Dans les usines de transformation en générale, il n’existe pas une politique de valorisation des sous-produits de la filière coton. Les matières première ne sont pas les même : le coton graine pour la SODECO (usine d’égrenage), la graine de coton pour la SHB (usine de trituration) et le coton fibre pour la CBT (usine de textile). L’objectif des usines est de transformer la matière première pour avoir le produit fini. Tous les autres éléments de la chaine sont considérés comme des déchets et doivent être évacués après un traitement dans le cas où c’est nécessaire.

Dans l’usine d’égrenage SODECO, l’objectif est de séparer les graines de coton des fibres. Tous les autres éléments de la chaine de production sont considérés comme des déchets et sont jetés et brulés. Aucun des sous-produits n’est récupéré pour d’autres fins.

A l’usine de trituration de Bohicon (SHB), l’objectif étant de produit les tourteaux et de l’huiles de coton à base de la graine de coton, les autres éléments de la chaine (les déchets de fibre, les coques, les cendres de coque et les terres de filtration) sont jetés et brulés (photo 5).

Photo 5 : Les sous-produits jetés et brulés à la SHB [7]

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 23 Enfin à l’usine de textile de Lokossa (CBT), tous les sous-produits ne sont pas jetés. Les bouts de fils qui sont produits en moyenne 1,5 tonnes par mois et qui représentent 1% de la production dans son département sont vendus à 700 fcfa le kilogramme. La colle d’amidon est traitée et stockée dans une fosse pour être dégradée par les micro-organismes. Toutefois, les cartons, les emballages en polystyrène et les bouts de fils encollés sont jetés (photo 6).

Photo 6 : Les sous-produits de l'usine de textile CBT jetés

2.5.2. Avec les acteurs du domaine

La dernière étape d’enquêtes sur le terrain est celle faite chez les cotonculteurs.

Ici, le sous-produit considéré comme déchet est la tige du cotonnier. Les échanges ont portés sur la gestion des tiges de cotonniers et le besoin éventuel en matériaux locaux.

Les informations recueillies nous permettent de conclure que les cotonculteurs n’ont pas un mode d’utilisation adéquat des tiges de cotonniers. Les tiges sont brulées ou enfouillées dans les sols ou utilisées comme fertilisant. Toutes ces utilisations ont des conséquences sur l’écosystème, les sols et le rendement agricole (voir Introduction générale). Sur la photo suivante, nous voyons les tiges de cotonniers mises en tas pour être brulées.

Photo 7 : Les tiges de cotonniers ont été coupées puis mises en tas pour être brûlées [7]

2.6. Les ateliers de co-création et de co-conception

Au cours de la deuxième phase du projet qui est la préparation, des ateliers de co- création et de co-conception ont été réalisés pour trouver un mode d’utilisation et de gestion des sous-produits de la filière coton et aussi trouver des matériaux biosourcés possibles avec ces sous-produits. Au cours de ces ateliers, les participants (ingénieurs, architectes, étudiants, docteurs, enseignants…) ont eu à donner des idées sur la possibilité d’obtention des matériaux avec ses sous-produits.

2.7. Les résultats obtenus

Après les enquêtes et analyses sur les besoins en matériaux locaux et les possibilités d’obtention des matériaux selon les propriétés des sous-produits, le POTEMAT a pu trouver des pistes de valorisation de quelques sous-produits. Nous avons schématisé ci-dessous quatre (4) matériaux possibles avec les sous-produits de la filière coton.

Sur la figure 5, nous voyons la possibilité d’obtention des panneaux sous-plafond

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 25 pouvons également avoir des modules de toiture en tressant les bouts de fil encollés et les fils de polypropylène.

Figure 5: Valorisation des sous-produits de l'usine de textile [7]

D’autre part, sur la figure 6, nous avons la possibilité de faire des BTC anti polluant avec les terres de barre et les cendres de coques par compression. Nous pouvons aussi faire des panneaux d’isolation phonique avec les coques et un liant (à identifier) par thermocompression.

Figure 6: Valorisation des sous-produits de l'usine de trituration [7]

Outre ces différents modèles de matériaux biosourcés, ils existent d’autre possibilité d’obtention de matériaux avec ces sous-produits. Le tableau suivant nous présente quelques-unes.

Tableau 4: Quelques matériaux biosourcés possibles avec des sous-produits

Matériaux Composition Procédé d’obtention

BTC Terre de barre + motte de presse Compression BTC Terre de barre + déchets de fibre Compression

BTC Terre de barre + coques Compression

BTC Terre de barre + sable et poussière

Compression

Panneaux d’isolation

thermique

Déchets de colle + tige de cotonnier broyée + polystyrène

thermocompression

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 27 Panneaux de

construction d’éléments de

toitures

Bout de fils encollés + polystyrène + tige de cotonnier broyé

thermocompression

Panneaux d’isolation

thermique

Tige de cotonnier broyé + un liant thermocompression

2.8. Conclusion partielle

Cette généralité sur la filière coton au Bénin nous a permis non seulement de mieux comprendre le cycle de vie du coton au Bénin, mais d’identifier tous les sous- produits de la filière. De cette partie, nous avons aussi la synthèse de la bibliographique sur le projet. Apres les enquêtes et les ateliers de co-création et de co-conception, nous pouvons réaliser plusieurs types de matériaux avec les sous-produits de la filière coton.

Pour la suite, nous allons fabriquer des échantillons afin de les caractériser. Pour cela le laboratoire a besoin des équipements pouvant lui permettre de fabriquer ces échantillons. Parmi ces équipements, figurent une défibreuse et une thermo-presse. Dans la suite de ce document, nous allons procéder à l’étude, la conception et la fabrication d’une défibreuse manuelle et d’une thermo-presse.

Chapitre 3 : Etude, conception et réalisation d’une défibreuse

de coton manuelle

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 29 3.1. Etude de la défibreuse manuelle de coton

3.1.1. Généralité sur la défibreuse

Une défibreuse est une machine servant à séparer ou obtenir des fibres à partir d’une matière première. Il existe plusieurs types de défibreuse selon l’utilisation. Nous avons des défibreuses de bois pour la production de papier, des défibreuses de végétaux pour l’industrie alimentaire, des défibreuses de noix de palme…. Elles sont rotatives ou alternatives. Dans la suite, nous allons choisir le type de mouvement qui nous permettra de respecter le cahier de charge plus facilement.

3.1.2. Le cahier de charge

Bien qu’elle ne figure pas parmi les machines de fabrication des échantillons citées plus haut, la défibreuse reste indispensable dans l’élaboration des matériaux avec des déchets de fibres. Les recherches antérieures sur la fabrication des matériaux de construction avec des déchets de coton et d’autres déchets sous forme de fibre ont montrées que la matière première (les déchets contenant de fibres) doit être traitée (nettoyage et séparation) avant la réalisation des échantillons. Les photos suivantes nous montrent l’état des échantillons de BTC réalisés avec les déchets de fibre de coton et des mèches. Sur ces photos, nous remarquons que les échantillons ne sont pas compacts, ni homogènes et sont très anisotropes. Tout ceci affecte la caractérisation des matériaux produits.

Photo 8 : BTC réalisé avec les déchets de coiffure non traités

Photo 9 : BTC réalisé avec les déchets de coton non traités

En effet, la majorité des sous-produits de la filière coton étant sous forme de fibre (motte d’épierrage, sable et poussière, motte égrenage, motte de presse, carton, bouts de fils, bout de fils encollés, fibre, coques), ces sous-produits doivent être traités pour la réussite de l’élaboration de nouveaux matériaux biosourcés. D’où la nécessité d’une défibreuse.

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 31 S’agissant de la réalisation des échantillons, le POTEMAT a besoin d’une défibreuse simple, manuelle, moins coûteuse et facile à entretenir. Il s’agira donc de la conception et la réalisation d’une défibreuse manuelle, simple, moins couteuse et facile à entretenir pour le traitement des déchets de fibres.

3.1.3. Les travaux antérieurs effectués sur la réalisation de la défibreuse

Des travaux ont été réalisés sur la conception et la réalisation d’une défibreuse manuelle pour le POTEMAT. Des ingénieurs ont travaillé et ont proposé un modèle de défibreuse qui respecte parfaitement les exigences du laboratoire. Cette défibreuse n’a pas vu le jour car sa réalisation est quasi impossible avec les moyens de fabrication dont nous disposons. La figure suivante nous montre le dessin du modèle conçu.

Figure 7 : Dessin de la défibreuse conçue

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 33

3.1.4. Les problèmes liés à la réalisation du modèle proposé.

Après la validation de la conception du modèle ci-dessus, le matériel de fabrication a été acheté, des pièces ont été réalisées, mais d’autres problèmes ont rendu la fabrication compliquée. Nous pouvons citer les problèmes liés à la réalisation des broches. Les broches étant entièrement en acier, nous avons eu de difficultés à réaliser la soudure des pointes car nous devons respecter un alignement de 10 millimètres entre les pointes sur la longueur et la largeur d’une part et respecter une inclinaison, de 60⁰ pour les pointes d’autre part. De plus, avec la soudure des pointes, nous observons une déformation de la plaque (voir photo 10). Cette déformation est due aux transformations thermiques causées par la température de soudage.

Photo 10 : Broche réalisée par soudage 3.2. Conception d’une défibreuse manuelle

3.2.1. Des solutions et de nouvelles exigences

Face à ces problèmes de fabrication, nous avons conçu un autre modèle de défibreuse tout en respectant d’autres exigences de fabrication. La broche de la défibreuse sera en bois avec des pointes d’acier. Nous n’aurons donc plus de problèmes de soudure ou de déformations dues à la température. Le matériel étant acheté, nous devons faire une conception similaire à la précédente pour pouvoir utiliser la majorité des pièces déjà réalisées.

3.2.2. Description du fonctionnement selon le cahier de charge

Notre défibreuse est manuelle. Elle est constituée d’une broche supérieure, d’une broche inférieure, d’un bâti composé de trois supports, de deux axes de guidage, de quatre supports de guidage, de deux portes-broche et des éléments d’assemblages. La broche supérieure est maintenue par les portes-broches sur la glissière. La figure suivante présente la défibreuse après la conception.

Elle est faite d’un mécanisme simple : un mouvement de translation alternatif. La broche supérieure est mise en mouvement de translation alternatif par l’utilisateur. Son guidage est assuré par les portes-broche qui coulissent sur les axes de guidage de la glissière.

Figure 8: Défibreuse manuelle

3.2.3. Rôle et description des différents éléments de la défibreuse

Le bâti

Il est composé de deux supports et d’une base. Ces trois éléments ont été assemblés à l’aide des cornières et des boulons. Il a pour rôle d’assurer le maintien en position des autres éléments de la défibreuse.

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 35 Figure 9 : Le bâti de la défibreuse

La broche supérieure

La broche supérieure est composée des pointes alignées sur une planche en bois.

Elle est une pièce maitresse de l’équipement. Son montage, son démontage et sa fabrication nécessite plusieurs efforts et calcul. Elle représente l’outil de la défibreuse.

Figure 10 : La Broche supérieure La broche inférieure

Elle est composée de quatre rangées de pointes alignées sur une planche en bois.

Elle est aussi une pièce maitresse de la défibreuse. Elle joue le rôle de la broche de

découpe car c’est entre ses pointes que la séparation de fibre se fait et c’est elle qui garde les déchets indésirables des fibres.

Figure 11 : La Broche inférieure La glissière

La glissière est un sous ensemble composé de quatre supports de guidage et deux axes de guidage sur lesquelles coulisse la broche supérieure. Elle assure le guidage en translation de la broche supérieure.

Figure 12: Le support de guidage

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 37

3.2.4. Quelques analyses techniques de la conception

Choix des matériaux

Le choix d’un matériau se fait sur un compromis entre ses propriétés, et les contraintes qu’il doit satisfaire. Chaque matériau possède des propriétés physiques, chimiques, mécaniques et thermiques. Nous devons aussi tenir compte du coût du matériau, la disponibilité et l’usage pour choisir le type de matériau dans une construction mécanique. Nous avons utilisé fondamentalement deux matériaux dans la fabrication de la défibreuse : le bois et l’acier.

Le bâti (support et base) est en bois compte tenu de son rôle dans le fonctionnement de l’équipement. Il n’est pas soumis à une charge importante. Pour éviter des problèmes de fabrication, nous avons choisi le bois pour les planches des broches (voir paragraphe 3.2.1.). Les autres pièces (axe, support de guidage, porte broche, cornière) sont en acier ordinaire.

Dimensionnement des axes de guidage 3.2.4.2.1. Etude dynamique de l’axe de guidage

La défibreuse comporte deux axes dont le rôle est le guidage en translation de la broche supérieure. Cette dernière étant en mouvement de translation sur les axes, ils sont soumis principalement au poids de la broche supérieure (et aussi des portes broches) (voir figure 13).

La charge linéaire uniformément repartie q représente l’ensemble des portes broche et de la broche supérieure. Elle s’étend sur une longueur de 400mm (longueur de la broche supérieure). Elle est située à une distance α du point A selon la position de la broche dans son mouvement de translation. Faisons donc l’étude dynamique de l’axe de guidage pour trouver la position α de la broche qui fournit un moment fléchissant maximal.

Figure 13: Schématisation du chargement d’un axe de guidage dans une position α Etudions le système lorsque la charge est située à une distance α du point A. On a :

 ^{50 ; 550} 

 

.

o Réactions aux appuis :

. . 750

. 900

( 50) 950 0 150

2 2 . .

900

    

 

   

    

              

    

      

B

B E

B E

E

R q l R R q l

l l

R R

R q l



  

D’où

4. (750 ) 9

4. (150 ) 9

  

 

  



B

E

R q R q





o Efforts tranchants et Moments fléchissants Section 1 :

^{x }  ^{0 ; 50} 

( ) 0 ( ) 0

 

 

 T x

M x

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 39 Section 2 :

^{x }  ^{50 ; } 

( )

( ) ( 50).

  

  



B

B

T x R

M x x R

Section 3 :

^{x }  ^{  ;  l} 

 

²

( ) ( )

( ) ( 50).

2

   

 

    



B

B

T x R q x

M x x R q x





Section 4 :

^{x }  ^{  l ; 950} 

( ) .

( ) ( 50). . .

2

  

 

         

  



B

B

T x R q l

M x x R q l x  l

Section 5 :

x   950 ; 1000 

( ) 0 ( ) 0

 

 

 T x

M x

Section critique

Au niveau de la section critique

x

_c, le moment fléchissant est maximal et l’effort tranchant est nul.

( )  0

T x   R

_B

 q x (

_c

  )  0

( )

1 4. (750 ) 9

4 (750 ) 9

  

  

  

 

       

   

B c

B c

B c

c

c

R q x x R

q x R

q x q

q x







 

 

Moment fléchissant maximal

 

²

max

2 max

2 max

( ) ( 50).

2

4 4. 4

( ) (750 ) 50 (750 ) (750 )

9 9 2 9

4. 1400 7

( ) 87500

9 3 9

   

   

                

 

      

c B c

M x R q x

q q

M M q

 

      

  

Déterminons la valeur de



pour laquelle

M

_maxest maximal.

max

4. 1400 2 7

' ( ) 0 0

9 3 9

  

       

M  q 

1400 2 7

3 9 0

1400 14

3 9

300 mm

   

 

 







Cette position correspond à la position médiane du système.

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 41 Donc au cours de son mouvement, la position qui entraine un déplacement maximal dans l’axe est la position médiane (figure 14). Nous utiliserons cette position pour dimensionner l’axe de guidage.

3.2.4.2.2. Détermination du diamètre minimal des arbres de guidage L’axe est soumis à une flexion. On désigne par :

P : le poids de l’ensemble Broche et portes broche ; q : la charge uniformément répartie sur un axe ;

q’ : la charge uniformément répartie sur les deux axes ; Pb : le poids de la broche ;

Pp : le poids d’une porte-broche ; l : la longueur de la broche ;

RB : la réaction au niveau de l’appui B ; RE : la réaction au niveau de l’appui E ;

M : le moment fléchissant ;

Mmax: le moment fléchissant maximal ;

Figure 14: Schéma statique de dimensionnement de l'axe de guidage



max : la contrainte normale maximale ; I : le moment quadratique de la section de l’axe ; s : le coefficient de sécurité ;

Re : la limite d’élasticité du matériau ; Rp : résistance pratique ;

D : le diamètre de l’axe ;

o Calculons d’abord la valeur de la charge répartie q

' 2

q  q

or

' P

q  l

, donc on a

2.

q P

 l 2.

35 2 * 4 43

b p

P P P

P

P N

 

 



(Voir annexe1 et 2)

0.4 Donc 43

2 * 0.4

l m

q





q = 53,75 N/m

Dans la suite, nous prendrons q=54 N/m.

o Les réactions aux appuis

A l’équilibre statique, on a RE = RB = ¹

2.q.l 54 * 0.4

2 10,8

E

E

R R

R R N

 

 

B

B

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 43 o Diagramme des efforts tranchants

o Diagramme des moments fléchissants

o Détermination de D

La section critique est au milieu de l’axe (xc=0,5 m) et le moment fléchissant maximal est Mmax = 3,78 N.m.

La condition de résistance d’une poutre droite en flexion simple est :

max

max

p

M R

I y



or _p

R

^e

R  s

et

3

max

. 32

I D

y

 

.

On a : ³

32. .

^max

.

_e

D s M

 R



6

3 6

3

185.10

32 3 3,78 3,14 185.10

8,55

e

s

R Pa

D

D mm





  





Pour assurer un bon guidage et pour éviter les effets de flambement, nous avons choisi un diamètre de 18 mm. Donc dans la suite nous utiliserons D=18 mm .

Choix des ajustements

Un ajustement est constitué par l’assemblage de deux pièces de même dimension nominale. Il est désigné par cette dimension suivie des classes de tolérance correspondant à chaque pièce, en commençant par l’alésage. La position relative des intervalles de tolérance détermine le type d’ajustement (avec jeu, avec serrage ou incertain).

Pour le bon fonctionnement de la défibreuse il faut bien choisir les ajustements.

La broche (broche et porte-broche) est montée sur les axes de guidage avec un jeu (glissement). Il s’agit d’un ajustement avec jeu. Le type d’ajustement convenant à cet assemblage est

 18 8 7 H f

[8]. Les diamètres en millimètre de l’axe et des bagues sont respectivement :

16

18

^34 ^et 27

18

0^{ .}

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 45 3.3. Exécution graphique

Nous présenterons sur les pages suivantes le dessin d’ensemble de la défibreuse et les dessins de définitions des différentes pièces.

Abdou Raïmi ALAKOUKO / 2017-2018 57 3.4. Réalisation de la défibreuse

3.4.1. Réalisation de quelques éléments principaux

Le traitement des pointes

Avant d’être utilisé dans la fabrication des broches, les pointes d’acier ont été préalablement traitées. Cette opération consiste d’abord à affuter les pointes pour qu’elles soient bien pointures et tranchantes puis ensuite couper la tête de ces dernières.

La photo suivante nous présente une pointe normale et une pointe traitée.

Photo 11: Une pointe normale et une pointe traitée Le bâti

Il est constitué de trois planches (voir 4.2.3.1.) : le support (2) et la base. Elles sont reliées entre elles par des cornières de liaison.

Les différentes étapes de réalisation et de montage du bâti peuvent être résumées de la manière suivante :

o Réaliser dans une scierie tout en respectant les dimensions et l’épaisseur des planches ;

o Faire les différents perçages sur les planches tout en respectant les diamètres et les positions de ces derniers ;

o Monter les supports sur la base avec les cornières ; o Boulonner puis serrer l’ensemble.

La broche supérieure et la broche inférieure

Les broches supérieure et inférieure sont composées d’une planche en bois et des pointes d’acier traitées.

Les différentes étapes de réalisation des broches peuvent être résumées de la manière suivante :

o Réaliser dans une scierie tout en respectant les dimensions et l’épaisseur des planches ;

o Tracer les positions des pointes sur les planches ; o Faire les avant trous dans ces positions (photo 12) ;

o Percer des trous de diamètre 4mm sur les planches en ces points ; o Mettre les pointes toute en respectant l’inclinaison.

Photo 12: Perçage de la planche pour l'enfoncement des pointes.

Les axes de guidage

Les axes de guidage sont réalisés au tour. Nous présentons ci-dessous les différentes opérations conduisant à l’obtention de cette pièce.