I- MATERIAUX COMPOSITES

1

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

DEPARTEMENT SCIENCES DES MATERIAUX ET

METALLURGIE

Mémoire de fin d’étude en vue de l’obtention du Diplôme d’Etude

Approfondie en Sciences des Matériaux

CONTRIBUTION A L’ETUDE DE FABRICATION DE MATERIAUX

COMPOSITES À BASE DE SCIURES DE BOIS ET DE CIMENT PORTLAND

Présenté par :

RAHELIARIVELO Tsanta

Promotion 2003

Date de soutenance : 10 Décembre 2004

2

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

DEPARTEMENT SCIENCES DES MATERIAUX ET

METALLURGIE Mémoire de fin d’étude en vue de l’obtention du Diplôme d’Etude Approfondie

en Sciences des Matériaux

CONTRIBUTION A L’ETUDE DE FABRICATION DE

MATERIAUX COMPOSITES A BASE DE SCIURES DE

BOIS ET DE CIMENT PORTLAND

Présenté par

RAHELIARIVELO Tsanta

Membres du Jury Président :

Monsieur RANDRIANOELINA Benjamin, Professeur, Directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo

Examinateurs : - Monsieur RANAIVONIARIVO Velomanantsoa Gabriely, Maître de Conférence, Chef de Département Sciences des Matériaux et Métallurgie - Monsieur RANDRIANJA Roger, Professeur, Chef de Département Mines - Monsieur RANDRIANARIVELO Frédéric, Maître de Conférence

Rapporteur : Monsieur ANDRIANARY Philippe Antoine, Maître de Conférence, Chef de

Département Génie Chimique

Promotion 2003

3

« Fa ny fahasoavan’Andriamanitra no nahatoy izao ahy ; ary tsy foana ny

fahasoavany ato amiko ; fa efa niasa fatratra mihoatra noho izy rehetra aho, nefa tsy

izaho, fa ny fahasoavan’Andriamanitra no niara- niasa tamiko »

I. Kor 15 : 10

4

REMERCIEMENTS

Nous remercions Dieu Tout Puissant, qui par sa grâce et sa volonté, a permis

que ce mémoire puisse être réalisé.

Nos sincères et vifs remerciements s’adressent à

- Monsieur le Professeur RANDRIANOELINA Benjamin, Directeur de l’Ecole

Supérieure Polytechnique d’Antananarivo qui nous a fait le grand honneur de présider la

soutenance de ce mémoire.

- Monsieur RANAIVONIARIVO Velomanantsoa Gabriely, Chef de Département

Sciences des Matériaux et Métallurgie, qui a coordonné le déroulement de l’enseignement au

sein de notre Département.

- Monsieur ANDRIANARY Philippe Antoine, Chef de Département de la filière

Génie Chimique, qui nous a bien dirigé et encadré lors de l’exécution de ce mémoire.

- Messieurs les examinateurs, Monsieur le Professeur RANDRIANJA Roger et

Monsieur RANDRIANARIVELO Frédéric pour avoir accepté de porter leur jugement sur

notre travail.

- Nous n’aurions sans doute pas mené à bien nos travaux sans l’aide amicale de

tous les membres du personnel du Laboratoire Génie Chimique et du Bloc technique. Qu’ils

nous pardonnent de ne les citer tous ici.

- Le concours de tout le Personnel Enseignant du Département Sciences des

Matériaux et Métallurgie dans notre formation nous a été très précieux, qu’il trouve ici

l’expression de notre profonde gratitude.

- Notre promotion de classe et nos amis qui nous ont encouragés dans cette étude.

- Nos parents, qui par leur compréhension, leur réconfort, leur conseil, leur

sacrifice, leurs soutiens moral, spirituel et financier ont bien voulu partager nos soucis et nos

peines dans l’accomplissement de nos études et de ce mémoire.

-Tous ceux qui, de près ou de loin, ont contribué à la réalisation de ce mémoire.-

- Veuillez trouver ici, toutes nos reconnaissances.

5

TABLES DES MATIERES

INTRODUCTION GENERALE ……………………………………………………… 1

PREMIERE PARTIE : ETUDE THEORIQUE

I- Matériau composite……………………………………………………………………

2

I-1- Définition…………………………………………………………………….. 2 I-2- Composition générale d’un matériaux composites………………………….. 3 I-3- Différents types des matériaux………………………………………………. 4 I-4- Intérêts des matériaux composites…………………………………………… 5

II- Les matériaux composites objets de l’étude………………………………………… 8 II-1- Introduction…………………………………………………………………. 8 II-2- Le Bois………………………………………………………………………. 8

II-2-1- Généralités sur les bois…………………………………………………. 8 II-2-2- Classification des bois………………………………………………….. 10 II-2-3- Propriétés et caractéristiques du bois…………………………………… 11 II-2-4- Produits connexes du bois………………………………………………. 15 II-2-5- Utilisation……………………………………………………………….. 18

II-3- Le Ciment……………………………………………………………………. 19 II-3-1- Définition……………………………………………………………….. 19 II-3-2- Constituants du ciment………………………………………………….. 19 II-3-3- Les différents types de ciment………………………………………….. 20 II-3-4- Propriétés et caractéristiques du ciment………………………………… 26 II-3-5- Utilisation……………………………………………………………….. 28

DEUXIEME PARTIE : ETUDE EXPERIMENTALE

I- Introduction…………………………………………………………………………….

29

II- Matériaux d’expérimentation…………………………………………………………. 29 II-1- Ciment……………………………………………………………………….. 29

II-1-1- Caractéristiques physiques……………………………………………… 29 II-1-2- Caractéristiques chimiques……………………………………………... 30 II-1-3- Caractéristiques mécaniques……………………………………………. 32

II-2- Sciures de bois……………………………………………………………….. 32 II-2-1- Humidité………………………………………………………………… 32 II-2-2- Densité………………………………………………………………….. 33

II-3- Additifs……………………………………………………………………… 33 II-4- Eau……………………………………………………………………… 33

III- Protocole de mise en œuvre du mortier sciure de bois - ciment……………………….

33

IV- Technique de caractérisation et d’essai mécanique…………………………………. 34 IV- 1- Mesure de la masse volumique…………………………………………….. 34 IV- 2- Essai mécanique……………………………………………………………. 34

IV-2-1- Les moules……………………………………………………………... 35 IV-2-2- Les éprouvettes………………………………………………………… 35 IV-2-3- Exécution de l’essai……………………………………………………. 35

6

V- Résultat et interprétation des essais mécaniques…………………………………… 36 V-1- Pour le mélange sans additif………………………………………………… 36

V-1-1- Sciures de pin avec le ciment CPJ35…………………………………… 36 V-1-2- Sciures de palissandre avec le ciment CPJ35…………………………... 37 V-1-3- Sciures de pin avec le ciment CPA45………………………………… 39 V-1-4- Sciures de palissandre avec le ciment CPA45………………………… 40 V-1-5- Interprétation…………………………………………………………… 41

V-2- Pour le mélange avec additif………………………………………………… 42 V-2-1- Avec le premier additif : lait caillé + blanc d’œuf +ail…………………. 42 V-2-2- Avec le deuxième additif : lait caillé + jus de bananier + ail…………… 47 V-2-3- Avec le troisième additif : silicate de soude……………………………. 50 V-2-4- Avec le premier et le troisième additif………………………………….. 54

V-3- Interprétation générale………………………………………………………. 55 VI- Application…………………………………………………………………………... 57

TROISIEME PARTIE : FABRICATION DES MATERIAUX COMPOSITES A BASE DE

SCIURE DE BOIS ET DE CIMENT PORTLAND

I- Introduction…………………………………………………………………………….

58

II- Fabrication de quelques matériaux…………………………………………………… 58 II-1-Etape de procédé de fabrication……………………………………………… 58

II-1-1- Stockage des matières premières……………………………………….. 58 II-1-2- Mélange ………………………………………………………………… 58 II-1-3- Moulage………………………………………………………………… 58 II-1-4- Démoulage……………………………………………………………… 58 II-1-5- Stockage………………………………………………………………… 58

II-2- Matériaux à base de sciures de bois – ciment……………………………… 59 II-2-1- Matières premières……………………………………………………… 59 II-2-2- Composition du mélange……………………………………………….. 59

II-3- Matériaux à base de sciures de bois – ciment avec le premier additif………. 59 II-3-1- Matières premières……………………………………………………… 59 II-3-2- Composition du mélange……………………………………………….. 59

II-4- Matériaux à base de sciures de bois – ciment avec le silicate de soude……... 59 II-4-1- Matières premières……………………………………………………… 59 II-4-2- Composition du mélange……………………………………………….. 60

II-5- Matériaux composites à base de sciures de bois – ciment avec le premier et le troisième additif ……………………………………………………………………….

60

III- Contrôle de qualité…………………………………………………………………... 60 III-1- Matières premières………………………………………………………….. 60 III-2- Produits finis………………………………………………………………... 60

III-2-1- Forme et dimension……………………………………………………. 60 III-2-2- Résistances……………………………………………………………... 61 III-2-3- Retrait………………………………………………………………….. 61 III-2-4-Tenue à l’eau …………………………………………………………... 62 III-2-5- Comportement au feu………………………………………………….. 62 III-2-6- Compatibilité avec l’environnement…………………………………… 62

IV- Problèmes et solutions……………………………………………………………….. 63 CONCLUSION GENERALE………………………………………………………….. 64 ANNEXES BIBLIOGRAPHIE

7

LISTE DES TABLEAUX

Tableau n°1 : Différents types des matériaux composites

Tableau n°2 : Caractéristiques de l’écorce

Tableau n°3 : Composition chimique de l’écorce

Tableau n°4 : Composition chimique de sciures

Tableau n°5 : Classe de résistance de ciment suivant la norme

Tableau n°6 : Désignation et symboles des ciments

Tableau n°7 : Spécification chimiques des ciments

Tableau n°8 : Densité des ciments

Tableau n°9 : Vitesse de prise des ciments

Tableau n°10 : Retrait des ciments

Tableau n°11 : Caractéristiques physiques du CPJ35 et duCPA45

Tableau n°12 : Compositions chimiques du CPJ35 et du CPA45

Tableau n°13 : Modules et valeurs requises du CPJ35 et du CPA45

Tableau n°14 : Compositions minéralogiques du CPJ35 et du CPA45

Tableau n°15 : Caractéristiques mécaniques du ciment

Tableau n°16 : Résistances à la compression pour les sciures de pin avec le CPJ35

Tableau n°17 : Résistances à la compression pour les sciures de palissandre avec le CPJ35

Tableau n°18 : Résistance à la compression pour les sciures de pin avec le CPA45

Tableau n°19 : Résistances à la compression pour les sciures de palissandre avec le CPA45

Tableau n°20 : Résistances à la compression pour les sciures de pin avec le CPJ35 et l’additif

1

Tableau n°21 : Résistances à la compression pour les sciures de palissandre avec le CPJ35 et

l’additif 1

8

Tableau n°22 : Résistances à la compression pour les sciures de pin avec le CPA45 et

l’additif 1

Tableau n°23 : Résistances à la compression pour les sciures de palissandre avec le CPA45 et

l’additif 1

Tableau n°24 : Résistances à la compression pour les sciures de pin avec le CPJ35 et le 2e

additif


le 2e additif

Tableau n°26 : Résistances à la compression pour les sciures de pin avec le CPJ35 et le

silicate de soude


le silicate de soude

Tableau n°28 : Résistances à la compression pour les sciures de pin avec le CPA45 et le

silicate de soude

Tableau n°29 : Résistances à la compression pour les sciures de palissandre avec le CPA45 et

le silicate de soude

Tableau n°30 : Récapitulation des résultats pour les sciures de bois et le CPJ35

Tableau n°31 : Récapitulation des résultats pour les sciures de bois et le CPA45

Tableau n°32 : Eau absorbée en % des échantillons après 48heures d’immersion

Tableau n°33 : Problèmes rencontrés, cause, solutions proposées

9

LISTE DES FIGURES

Figure 1 : Composition générale d’un matériau composite

Figure2 : Structure générale de renforcement et empilement d’un matériau composite

Figure 3 : Structure particulière d’un composite haute performance carbone / carbone

Figure 4 : Adéquation à réaliser pour la conception d’une structure en matériau composite

Figure 5 : L’arbre

Figure 6 : Coupe transversale d’un tronc

Figure 7 : Bois Résineux –Bois Feuillu

Figure 8 : Directions principales dans les bois

Figure 9 : Evolution de la résistance à la compression pour les sciures de pin avec le CPJ35

en fonction de la composition du ciment

Figure 10 : Evolution de la résistance à la compression pour les sciures de pin avec le CPJ35

en fonction de l’âge

Figure 11: Evolution de la résistance à la compression du mortier sciures de palissandre-

CPJ35 en fonction de la composition du ciment

Figure12 : Evolution de la résistance à la compression du mortier sciures de palissandre-

CPJ35 en fonction de la composition du ciment

Figure 13 : Courbe de variation de la résistance pour le sciure de pin avec le CPA45 en

fonction de la composition du ciment

Figure 14: Courbe de variation de la résistance pour les sciures de palissandre avec le CPA45


Figure15 : Evolution de la résistance pour les sciures de pin avec le CPJ35 et l’additif 1 en


Figure 16 : Evolution de la résistance pour les sciures de palissandre avec le CPJ35 et

l’additif 1 en fonction de la composition du ciment

Figure 17 : Evolution de la résistance pour les sciures de pin avec le CPA45 et l’additif 1 en


10

Figure 18 : Evolution de la résistance pour les sciures de palissandre avec le CPA45 et


Figure 19 : Evolution de la résistance pour les sciures de pin avec le CPJ35 et le 2e additif en


Figure 20: Evolution de la résistance pour les sciures de palissandre avec le CPJ35 et le 2e

additif

Figure 21 : Evolution de la résistance pour les sciures de pin avec le CPJ35 et le silicate de

soude en fonction de la composition du ciment

Figure 22 : Evolution de la résistance pour les sciures de palissandre avec le CPJ35 et le

silicate de soude en fonction de la composition du ciment

Figure 23: Evolution de la résistance pour les sciures de pin avec le CPA45 et le silicate de

soude en fonction de la composition du ciment

Figure 24 : Evolution de la résistance pour les sciures de palissandre avec le CPA45 et le


11

LISTE DES ANNEXES

Annexe I : Glossaire des termes techniques

Annexe II : Mode opératoire pour la détermination des compositions chimiques du ciment

Portland

Annexe III : Mode de calcul des modules et des compositions minéralogiques du ciment

Annexe IV : Processus de fabrication de ciment

12

INTRODUCTION GENERALE

Comme pour la plupart des matériaux, la création d’objets et d’ouvrages à

partir du bois ne peut se faire que par des usinages successifs qui sont en réalité de

enlèvements des matières engendrant des déchets.

Face au niveau contexte de la protection de l’environnement et au même titre

que l’ensemble des déchets industriels et ménagers, les déchets des industries de

transformation du bois vont devoir être récupérés et valorisés.

C’est dans ce nouveau contexte que nous avons choisi le thème de ce mémoire

qui s’intitule « Contribution à l’étude de fabrication de matériaux composites à base de

sciures de bois et de ciment portland ».

L’objectif de ce mémoire est d’analyser en détail, du point de vue technique, un procédé

de fabrication de matériau composite à base de déchets de bois et de ciment.

Ainsi, dans la première partie, nous abordons l’étude bibliographique et les

généralités sur les matériaux composites, le bois et le ciment ;

La deuxième partie est consacrée aux études expérimentales ;

La troisième partie concerne le procédé de fabrication de quelques éléments à

base de déchets de bois et de ciment ainsi que les tests de qualité des produits obtenus.

13

PREMIERE PARTIE : ETUDE THEORIQUE

14

I- MATERIAUX COMPOSITES

I-1 Définition [2, 14]

Les différentes époques du XXème siècle sont habituellement caractérisées par des

développements technologiques importants qui ont révolutionné la manière de vivre de

l’homme. Mais sur une échelle de temps beaucoup plus vaste, on définit alors les civilisations

par les matériaux qui leur ont permis de résoudre un certain nombre de besoins éventuels : âge

du bois, de la pierre, du bronze, du fer dans les temps anciens, âge de l’acier, de l’aluminium,

des matériaux plastiques de nos jours et l’on peut dire que nous entrons de plein pied , à

l’aube du XXIème siècle dans celui des matériaux composites.

On définit ces matériaux composites par un assemblage intime d’au moins deux

éléments non miscibles à structures différentes dont les qualités individuelles se combinent et

se complètent en donnant un matériau hétérogène dont les performances globales sont

améliorées.

Ces éléments peuvent être classés en trois catégories:

- Matrices : Les matrices sont souvent des résines liquides mais peuvent être aussi

solides

- Renforts : Les renforts apportent de la solidité au matériau composite. Ils sont

responsables des propriétés mécaniques du matériau composite

- Charges et Additifs : Les charges et additifs seront incorporés dans un matériau

composite en vue de modifier la couleur, de réduire le coût, d’améliorer la résistance au feu ,

de diminuer le retrait , de faciliter le démoulage , de modifier certaines propriétés thermiques

ou électriques , d’améliorer la résistance au vieillissement et de modifier la densité du

matériau.

15

I-2 – Composition générale d’un matériau composite [ 2 ]

La figure n°1 présente la composition d’un matériau composite :

Figure 1 : Composition générale d’un matériau composite

Matrices /

Liants

Organiques : phénoliques polyesters époxydes Minérales : carbone ciment

Eléments renforçant Fibre

Cellulose Verre Carbone/Graphite Bore

Charges Additifs

Craie Silice Kaolin Oxyde de titane Verre Poudres métalliques Mica

Catalyseur Accélérateur Agent de démoulageFongicide

COMPOSITE

16

I-3- Différents types des matériaux composites [ 2 ]

Le tableau n°1 montre la place très importante qu’occupe les matériaux composites

dans notre époque actuelle.

Tableau n°1 : Différents types de matériaux composites

Exemples de matériaux composites

Exemples de constituants

Exemples

d’application - A matrice métallique

Fibre de bore, matrice aluminiumFibre de carbone, matrice Aluminium

Aérobalistique

- A matrice minérale

Béton Ciment, gravier ,

sable

Bâtiment,

génie civil

Béton armé Acier, béton

Composite

carbone/carbone

Fibres de carbone,

matrice carbone

Aérobalistique,

biomédical

Composite

céramique/céramique

Fibre de céramique,

matrice céramique

Pièces

thermoplastiques

-A matrice organiques

Papier et carton Fibres cellulosiques, charge, résine

Emballage, Imprimerie..

Panneaux de

particules

Sciure de bois,

résine, ciment,…

Menuiserie,

Ebénisterie

Panneaux de fibre Fibres de bois,

résines,…

Bâtiment

Contreplaqués Feuillets de bois, colle

Composites

d’étanchéité

Armatures textiles, bitume, élastomère….

Toiture,

revêtement de terrasse

Pneumatiques Acier, Caoutchouc… Automobile Stratifiés, plastiques renforcés, Fibres de cellulose, de verre, de

carbone Bâtiment, Electronique, Transport

Sandwiches Peaux : métaux, stratifiés.. Ames : mousses, nids

d’abeille, plastiques…

Transport,

Bâtiment,…

17

I-4- Intérêt des matériaux composites [2]

L’utilisation à des fins technologiques des matériaux traditionnels implique des choix

restreints conditionnés par les performances propres au matériau choisi et par les procédés de

mise en œuvre. Ces matériaux nécessitent soit l’étape intermédiaire du demi-produit soit une

conformation effectuée souvent à un haute température. Les contraintes ainsi introduites

limitent nécessairement les champs de possibilités « dimensions/complexité géométriques »

au point de rendre prohibitives certaines technologies ou du moins de les limiter à de créneaux

spécifiques.

Une autre contrainte des matériaux traditionnels, d’ordre économique, est le coût de la

performance. Le besoin de travail à haute température, la tenue chimique, la légèreté

impliquent des matériaux « nobles » (céramiques, aciers réfractaires, …..) éventuellement

associés ou alliés dont les applications seront toujours limitées par des contraintes

économiques, hormis les cas où ils demeurent seuls à apporter la solution recherchée.

L’idée a donc été exploitée « d’associer » dans une même masse, mais non « d’allier »

des matériaux différents par leur nature chimique et leur présentation géométrique pour

certains, afin de tenter un sommation de performance, soit au niveau de la facilité de mise en

œuvre, soit au niveau de résistances physiques, mécaniques ou chimiques attendues. Des

charges à renfort fibreux sont ainsi introduites et mélangées à des matrices métalliques,

céramiques, plastiques, ou inversement un renfort fibreux orienté à été imprégné d’un liant

susceptible de se figer à l’état solide lors de la phase de conformation des pièces. Les

premières techniques qui visaient à associer la facilité de mise en œuvre de la matrice à

l’apport de résistance mécanique des charges et renforts se sont rapidement perfectionnées

pour déboucher sur des technologies spécifiques à des matériaux hétérogènes, constamment

améliorés par le liant et le renfort, continu ou discontinu.

On trouve ainsi dans cette démarche, la voie d’accès aux « matériaux composites »,

composites tant dans la nature de constituants que dans la structure de stratification ou

d’empilement. Les structures sont les plus généralement de types à deux dimensions

principales, localement plates et lamellaires, quasi isotropes ou anisotropes.

18

A titre indicatif, les figures ( 2 ) et ( 3 ) représentent des exemples de structure d’un

matériau composite .

Figure 2 : Structure générale de renforcement et empilement d’un matériau

composite

Figure 3 : Structure particulière d’un composite haute performance carbone / carbone (baguettes de carbone texturées selon 3 directions et imprégnées de carbone)

19

Enfin, nous pouvons citer les principaux avantages des matériaux composites.

- Possibilités étendues d’adapter les matériaux en fonction de la pièce ;

- Optimisation possible sur poids, contraintes,….. des solutions technologiques

choisies au regard du cahier des charges imposé, ceci par :

• la sélection du matériau et de ses composants ;

• les définitions géométriques ;

• le dimensionnement ;

• la mise au point de nouveaux procédés de transformation ;

- Définition des pièces multifonctionnelles conjointement à la simplification de

la conception des mécanismes ;

- Obtention des performances nouvelles telles que :

• Allégement sans concessions sur les propriétés ;

• Tenues mécaniques particulières (fatigue,…..)

• Résistance chimique, tenue électrique ;

- Abaissement des coûts de production au volume unitaire

- Adéquation possible entre le choix des matériaux, les séries envisagées et le

procédé de fabrication retenu, ce qui résume la figure 4.

Figure 4 : Adéquation à réaliser pour la conception d’une structure en matériau

composite

Fonctions à assurer ou définitions géométriques souhaitées. Intégration de fonctions multiples

SOLUTION COMPOSITE

Procédés de mise en œuvre selon : - géométrie pièce ; - série ; - matériaux ; - paramètres économiques.

Matériaux / Composition Sélection en fonction de contraintes techniques et économiques

20

II – LES MATERIAUX COMPOSITES OBJETS DE L’ ETUDE

II-1- Introduction Quoique le terme de « matériau composite » puisse au sens le plus large, s’appliquer à

tous les corps constitués de composants macroscopiquement hétérogènes , nous avons

convenu dans le cadre de cet ouvrage , de l’appliquer essentiellement au système ciment –

déchets de bois.

Les principaux constituants sont donc les sciures de bois , le ciment Portland et les

additifs.

Il ne paraît pas possible d’aborder l’étude du bois et du ciment sans parler d’abord de

leurs caractéristiques , qui les différencient si nettement des matériaux courants ; métaux,

pierres, béton,……..

Nous nous bornerons ici à définir successivement le bois et le ciment, à déterminer

leurs caractéristiques et par suite à décrire les différentes catégories de ciment et les essences

du bois, et enfin parler rapidement de leurs domaines d’utilisations.

II-2- LE BOIS

II-2-1-Généralités sur les bois [5, 12]

Le bois constitue un matériau extrêmement intéressant et complexe dont les caractères

sont essentiellement différents de ceux des autres matériaux utilisés dans la construction.

Ces différences tiennent à l’origine à la constitution chimique des bois , mais surtout à

leur structure fibreuse hétérogène et anisotrope.

C’est le premier matériau qui a été utilisé par les hommes qui surent l’employer par

empirisme grâce à l’observation de ses propriétés, propriétés qui découlent d’ailleurs de son

origine vivante.

Le bois a pour origine l’arbre [Fig 5], et le matériau qui nous intéresse est tiré du

tronc.

21

Figure 5 : L’arbre

Le tronc de l’arbre comprend plusieurs parties, de l’extérieur vers l’intérieur, on

trouve : l’écorce divisée en écorce interne et écorce externe, le liber, l’aubier, le cœur, la

moelle [Fig 6 ].

Figure 6 : Coupe transversale d’un tronc

22

II-2-2- Classification des bois [3, 6]

II-2-2-1- Classification des bois en bois résineux et bois feuillus

Il y a deux classes différentes de bois. La première comprend les bois résineux ou

conifères ; le bois de conifère est à fibres aréolées qui servent à l’ascension de l’eau dans le

bois de printemps et la seconde comporte une ossature issue de la formation des fibres du

bois tardif à paroi épaisse , ce qui constitue le bois d’automne.

Les bois feuillus composent la deuxième catégorie de la classification.

La distinction entre les deux sortes de bois se fait à la loupe. On fait une coupe à l’axe.

Si le bois paraît former une masse pleine, c’est du bois conifère ; et s’il présente des trous qui

peuvent être de véritables vaisseaux, alors ils appartiennent à la classe du bois

feuillu [Fig 7 ] .

Figure7 : Bois résineux- Bois feuillu

23

II-2-2-2- Classification des bois suivant la dureté ou la densité

Cette classification est importante du point de vue technique et commercial. La

classification des bois se fait indistinctement par la dureté ou la densité.

Pour les résineux, on distingue :

- les bois tendres ou légers ; tels que le sapin, l’épicéa…

- les bois mi-durs ou mi-lourds tels que le pin sylvestre, le pin maritime

- les bois durs ou lourds tel que le pitchpin

Pour les feuillus, on a :

- les bois tendre ou légers tels que le chêne

- les bois mi- durs tels que le châtaigner

- les bois durs tels que l’orme, le palissandre,….

II-2-3- Propriétés et caractéristiques du bois

II-2-3-1- Hétérogénéité et anisotropie du bois [5, 6, 13]

Les caractéristiques physiques et mécaniques du bois sont sous la dépendance de

l’hétérogénéité et de l’anisotropie suivant 3 directions

L’hétérogénéité des bois est due à sa composition. On distingue en effet dans les bois :

- la pectose, qui est l’élément incrustant et résistant des fibres constituées par les cellules

mortes ;

- la lignose qui forme la paroi des cellules jeunes et vivantes, et qui est un élément peu

résistant ;

- la cellulose qui est une matière plastique naturelle interstitielle et plus exactement, les

cellules sont constituées par de la cellulose incrustée de lignine, et la matière plastique de

liaison entre les cellules est une hémicellulose.

24

Les bois contiennent des matières albuminoïdales et minérales qui retiennent de l’eau

absorbée, ce qui est une cause de lenteur de dessiccation. Mais en outre, la cellulose et

l’hémicellulose, matières plastiques hydrophiles, insolubles dans l’eau, se gonflent en

absorbant cette dernière par affinité (solvatation) ; c’est cette solvatation de la cellulose et des

tissus qui est la cause du gonflement des bois humidifiés

Du point de vue physique, l’hétérogénéité résulte de la différence entre les bois de

printemps qui sont des bois tendres, et les bois d’été ou d’automne, qui sont des bois durs.

En ce qui concerne l’anisotropie du bois, elle est marquée dans trois (3) directions

différentes [Fig 8]:

- la direction axiale, qui est celle de l’axe du fût de l’arbre ; une section normale à cet

axe est dite section transversale ;

- la direction radiale, qui est normale à l’axe et dirigée suivant les rayons d’une section

normale du fût ;

enfin la direction tangentielle, qui est perpendiculaire au plan des directions axiale et

radiale.

Figure 8 : Directions principales dans le bois

25

II- 2 –3-2- Composition chimique du bois [ 6, 10, 12]

La composition centésimale du bois anhydre est à peu près constante.

Quel que soit l’essence, on trouve :

- 50% de carbone

- 42% d’oxygène

- 6% d’hydrogène

- 1% d’azote

- 1% des matières minérales

La matière constitutive principale du bois est la cellulose qui entre pour 60% environ

dans la composition. On y trouve en outre 20 à 30% de lignine. Les constituants restants sont

composés de résines, graisse, hémicellulose et eau atteignant en tout 10 à 20%.

- La cellulose est une hydrate de carbone de formule brute : (C6H10O5)n, de composition

analogue à l ‘amidon , mais de poids moléculaire beaucoup plus élevé.

Outre la cellulose, on rencontre des hémicelluloses et des résines, des albuminoïdales,

de l’amidon, et des matières minérales.

- La lignine est l’un des constituants majeurs du bois qui vient après la cellulose C’est une

matière très complexe de formule brute CmHnOp ;

- Les hémicelluloses sont des hydrates de carbone plus condensées que l’amidon, mais moins que la cellulose.

26

II-2 -3-3- Caractéristiques physiques du bois [6]

Pour les caractéristiques physiques du bois, on peut citer : la teneur en eau , la

rétractabilité , la densité , le coefficient de dilatation thermique , la durée de vie du bois.

• Teneur en eau

L’eau entre dans le bois sous trois formes :

- l’eau de constitution de la cellulose et de la lignine notamment, que l’on ne peut éliminer

sans détruire la nature du bois

- l’eau de solvatation, qui n’est pas une eau chimique, mais une eau de saturation des

membranes cellulosiques

- l’eau libre qui est l’eau des vaisseaux et des cellules creuses

La teneur en eau ou l’humidité du bois sec se détermine suivant les prescriptions de la

norme AFNOR B 51- 004.

La teneur en eau est le rapport exprimé en pourcentage du poids d’eau que le bois

contient au poids de ses éléments secs. Elle est définie par la formule suivante :

• Rétractabilité du bois

C’est la propriété du bois de varier en dimension et en volume lorsque son état

d’humidité varie entre certaines limites, comprises entre l’état anhydre et l’état de saturation.

Poids d’eau H %= x 100 Poids du bois sec

27

Densité

La mesure de la densité est donnée par la formule : DH= MH / VH

où MH la masse de l’éprouvette en g

VH le volume de l’éprouvette en cm3

• Coefficient de dilatation thermique

Le bois comme tous les corps est sensible dans ses dimensions à l’influence de la

température ; le bois lui même se dilate sous l’influence de la chaleur et se contracte par

refroidissement.

• Durée de vie du bois

Elle dépend de l’aptitude à résister à la corrosion ; elle diffère avec les espèces suivant

l’ambiance (air sec, sol humide, air humide, alternance de sec et humide). Le bois fortement

minéralisé résiste mieux. A l’air sec, le bois peut avoir une durée de vie d’un demi-siècle.

II-2-4- Produits connexes du bois

Les produits connexes sont des produits obtenus au cours de l’usinage de bois. Ce sont

les écorces , les sciures et les copeaux de bois.

II-2-4-1-Les écorces [7]

• Description

Les écorces sont les premiers produits connexes obtenus en scierie, sur le site du parc

à grumes. Quelle que soit l’essence, l’écorce est un matériau hétérogène, composé de deux

parties principales :

- l’écorce intérieure formée de cellules vivantes, elle est parfois fibreuse et elle

intervient dans les phénomènes de transport de sève

- l’écorce extérieure joue un rôle de protection des tissus vivants de l’arbre.

28

• Caractéristiques de l’écorce

Le tableau n°2 montre les caractéristiques de l’écorce.

Tableau n°2 : Caractéristiques de l’écorce

Essences Caractéristiques visuelles de

l’écorce

Essences Feuillus

Chêne

Hêtre

Châtaignier

Chez les jeunes arbres, elle est lisse, brillante et

grisâtre

L’écorce du tronc est lisse, gris clair

Essences Résineux

Sapin

Epicéa

Pin

Pin maritime

Gris argenté et lisse, elle se crevasse et s’écaille

ensuite tout en demeurant mince

Intermédiaire entre celle du sapin et celle du

pin, elle est généralement rougeâtre et

écailleuse

Rouge brun sombre, très fissuré et écailleuse à

la base du tronc

Analogue à celle du pin sylvestre, elle est plus

épaisse et plus profondément fissuré, ainsi que

largement écailleuse

29

• Composition chimique

La composition chimique de l’écorce varie avec sa position sur le tronc, son âge, les

conditions de végétation.

Les constituants des écorces peuvent se diviser en deux groupes :

- les constituants solubles dans l’eau ou dans les solvants : graisses, cires, sucres,

pectines,….

- les résidus tels que la lignine, les glucides, les acides phénoliques……

Composition approximative de l’écorce

Tableau n°3 : Composition chimique de l’écorce

Composition des écorces Constituants

principaux

Feuillus Résineuses

Extraits (1)

Lignine (2)

Polysaccharides (2)

Cendres

5 à10%

40 à 50%

32 à 45%

jusqu’à 20%

2 à 25%

40 à 55%

30 à 40%

jusqu’à 20%

(1) extraits obtenus par l’action de l’eau, puis de solvants organiques

(2) en pourcentage de la matière sèche après extraction (d’après J.M HARKIN et

J.W ROWE)

30

II-2-4-2- Les sciures [I, 7 ]

• Description

Ce sont des débris fins ou des poudres provenant d’une scierie.

Granulométrie: - débris>0.9mm

- poudre<0.9mm

• Composition chimique

Tableau n°4 : Composition chimique de sciures

Composition du bois Constituants principaux

Feuillus Résineux

Extraits

Lignine

Polysaccharides

Cendres

2 à 5%

18 à 25%

74 à 80%

0.2 à 0.6%

2 à 9%

25 à 30%

66 à 72%

0.2 à 0.6%

II-2-5-Utilisation

L’utilisation du bois est très répandue dans différents domaines. On l’utilise dans le

menuiserie, l’ébénisterie, les revêtements, la construction navale, pour l’isolation thermique,

pour l’usage domestique, pour la fabrication du papier…..

31

II-3- LE CIMENT [ 8, 9, 11 ]

II-3-1- Définition

Parmis les liants minéraux, certains ne peuvent durcir qu’à l’air libre, tandis que

d’autres peuvent faire prise aussi bien à l’air que sous l’eau, ce sont des liants hydrauliques.

Les ciments sont des liants hydrauliques formés de constituants anhydres, cristallisés

ou vitreux , renfermant de la silice, de l’alumine et de la chaux, dont le durcissement est dû à

la formation par combinaison de ce constituant anhydre avec de l’eau, de silicates et de

l’aluminates de calcium hydraté très peu solubles dans l’eau.

II-3-2- Constituants du ciment

Les constituants du ciment sont le clinker, les produits d’addition, les régulateurs de

prise.

II-3-2-1- Le clinker

Le clinker est un produit obtenu par la cuisson d’un mélange bien défini de calcaire et

d’argile ou d’autres constituants vers au moins 1200°C et en général à plus de 1400°C.

Il est composé de silicates et d’aluminates de calcium et éventuellement de chaux libre

avec d’autres impuretés apportées par les matières premières.

II-3-2-2- Les produits d’addition

Ajoutés au clinker en certaines proportions, ces produits permettent d’obtenir

différentes catégories et types de ciment.

On peut citer les principaux produits d’addition suivants :

- Laitier de Haut Fourneau : le traitement du minerai de fer dans un haut fourneau produit de

la fonte et du laitier, à la sortie du haut fourneau, le laitier liquide est refroidi par l’eau.

- Cendres Volantes : ce sont des produits pulvérulents formés de billes pleines vitreuses,

résidus de la combustion de la houille dans une centrale thermique.

32

- Pouzzolanes naturelles : ce sont des roches volcaniques alvéolaires et scoriacées, de couleur

rougeâtre et noirâtre. Elles sont utilisées comme granulats pour la confection des bétons

légers, ou après broyage, comme constituants des ciments ;

- Pouzzolanes artificielles : ce sont des produits obtenus par traitement thermique qui leur

confère des propriétés pouzzolaniques;

- Fillers : ce sont des produits obtenus par broyage fin ou par pulvérisation de certaines roches

naturelles ou non.

II-3-2-3- Les régulateurs de prise

Ce sont des produits qui peuvent être additionnés au clinker dans des limites bien

définies pour chaque type de ciment. Le plus important est le sulfate de calcium sous forme de

gypse

Ces constituants ont des propriétés qui peuvent être :

- hydrauliques : ils forment avec l’eau des composés peu solubles dans l’eau

- pouzzolaniques : ils forment avec l’eau et par combinaison avec la chaux, des composés

hydratés stables

II-3-3- Les différents types de ciment

II-3-3-1- Les modes de classification

Le choix d’un ciment, sa composition, ses propriétés est étudié de façon à le favoriser

par rapport à un ou plusieurs paramètres de fabrication et/ou d’utilisation. D’où l’existence de

plusieurs types de ciment.

On classe les ciments suivants :

- la nature des matières premières

- la nature des constituants

- la résistance mécanique.

33

• Classification suivant la nature des matières premières

On distingue :

- les ciments naturels qui proviennent des roches naturelles constituées de mélange de

calcaire et d’argile, sans aucune addition

- les ciments artificiels qui sont obtenus par la cuisson de mélange artificiel dans de

proportions bien définies de calcaire, d’argile et d’autres constituants de minéraux contenant

de la slice et de l’alumine.

• Classification suivant la nature des constituants

Suivant ce mode classification, on distingue deux (2) catégories de ciment :

- les Ciments Portland Artificiels (CPA)

- les Ciments Portland Composés (CPJ)

Les Ciments Portland Artificiels sont obtenus par broyage du clinker avec 3 à 4% de

gypse ou d’anhydrite.

Les Ciments Portland Composés sont des mélanges du clinker ou de ciment Portland

artificiel avec d’autres composés qui peuvent avoir des propriétés hydrauliques ou

pouzzolaniques.

• Classe de résistance

Ce mode de classement est le plus important et le plus utilisé. La classe de résistance

d’un ciment est déterminée par la résistance à la compression à 28 jours du « mortier normal »

confectionné avec le ciment. Le « mortier normal » est composé d’une (1) partie de ciment et

de trois (3) parties de sable normal.

On définit une sous-classe R pour les ciments à prise rapide.

34

Pour les ciments dont Rc28 ≥ 35MPa, la classe de résistance est déterminée par la

valeur de Rc28 en MPa. Ils sont répartis en quatre (4) classes : 35-45-55- HP (Haute

Performance).

Pour les autres ciments moins performants, la classe de résistance est déterminée par la

valeur de Rc28 exprimée en bar.

II-3-3-2- Les ciments de la norme NFP 15-301

• Ancienne norme (encore en vigueur à Madagascar)

- Les Ciments Portland Artificiels (CPA)

Ils contiennent au moins 95% de clinker, 3à 4% de gypse ou d’anhydrite. On a quatre

(4) classes de résistances : 35-45-55-HP

- Les Ciments Portland Composés (CPJ)

Ils contiennent au moins 65% de clinker et au plus 35% d’autres constituants qui

peuvent être des cendres volantes, du laitier, de la pouzzolane ou des fillers. On a trois classes

de résistance : 35-45-55

- Les Ciments au Laitier

Ils contiennent au maximum 60% de clinker un certain pourcentage en laitier. On a

trois classes de résistance : 45-55-HP. On distingue :

les Ciments de Haut Fourneau (CHF) composé de 25% de clinker avec 40 à

75% de laitier

les Ciments de Laitier aux Cendres (CLC) composés de 25 à 60% de clinker ,

de 20 à 45% de laitier et de 20 à 45% de cendres

les Ciments de Laitier aux Clinker composés moins de 20% de clinker et plus

de 80% de laitier.

35

• Norme NFP 15-301 révisée (en vue de la norme européenne)

a) Nouvelle définition de la classe de résistance%

Dans la norme révisée, les chiffres indiquant la résistance moyenne à 28 jours sont

remplacés par le chiffre qui indique la résistance garantie à 28 jours. Ainsi 45 est remplacé par

32.5 et on a :

Tableau n°5 : Classe de résistance suivant la norme

Ancienne Norme 35 45 55 HP

Norme Révisée *- 32.5 42.5 52.5

*On ne produit plus des ciments de classe 35

36

Nouvelle désignation des ciments et symbole

Tableau n°6 : Désignation et symbole des ciments

Dénomination Symbole Pourcentage de clinker

Ciments Portland

Artificiel

CPA-CEMI 95-100

Ciments Portland

Composé

CPJ-CEMII/A

CPJ- CEMII/A

80-94

65-79

Ciments de Haut

Fourneau

CHF-CEMIII/A

CHF-CEMIII/B

CLK-CEMIII/C

35-64

20-34

5-19

Ciments

Pouzzolaniques

CPZ-CEMIV/A

CPZ-CEMIV/B

65-90

45-64

Ciments de laitier aux

cendres

CLC-CEMV/A

CLC-CEMV/B

40-60

20-39

Remarque : La nouvelle norme européenne EN – 197 – 1 et applicable depuis Janvier 2001

II-3-3-3- Les ciments de norme autre que la norme NFP 15-301

On peut citer :

- Le Ciment de Laitier à la Chaux (CLX) (NFP15-306)

C’est un mélange de laitier et de chaux. Ce sont des liants qui font partie des liants

pouzzolaniques. On a deux classes de résistance : 60 -160.

37

- Le Ciment à maçonner (CM) (NFP 15-307)

C’est un mélange de liants hydrauliques (clinker de CPA, CPJ ou même chaux

hydraulique) avec d’autres constituants qui peuvent avoir des propriétés pouzzolaniques ou

non. On a deux classes de résistance : 160 – 250

- Les Ciments Naturels (CN) (NFP 15-308)

Ce sont des ciments obtenus par la cuisson de mélange naturel de calcaire et d’argile.

La classe de résistance est très large en fonction de gisement utilisé.

- Le Ciment Sursulfaté (CSS) (NFP 15-313)

Il est composé de : 80% de laitier, 15% de gypse ou d’anhydrite, 5% de clinker.

On a deux classes de résistance : 35 – 45.

C’est un ciment à prise lente mais à durcissement rapide.

II-3-3-4- Les ciments en cours de normalisation

• Ciments alumineux fondu

Ces ciments résultent de la cuisson jusqu’à la fusion d’un mélange de calcaire et de

bauxite suivi d’un broyage sans gypse avec une finesse comparable à celle de CPA. Ce sont

des ciments à caractères réfractaire et surtout à prise et durcissement rapides.

• Ciments blancs et ciments colorés

Les ciments blancs sont obtenus par cuisson de mélange de matières premières très

peu débarrassées d’oxyde de fer et avec l’utilisation de combustible fluide ( sans cendres).

Les caractéristiques sont analogues à celles de Portland gris de la norme

NFP 15 – 301 mais on en fabrique aussi des classes inférieures de faible résistance.

Les ciments blancs sont la base de fabrication des ciments colorés par incorporation

des pigments minéraux de même granulométrie.

38

II-3-4- Propriétés et caractéristiques du ciment

II-3-4-1- Caractéristiques chimiques

La composition chimique du ciment donne la teneur en:

- Silice (SiO2)

- Alumine (Al2O3)

- Oxyde de fer (Fe2O3)

- Chaux (CaO)

- Magnésie (MgO)

- Anhydrite sulfurique (SO3)

Le tableau suivant indique les spécifications chimiques du ciment :

Tableau n°7 : Spécifications chimiques des ciments

Propriétés Type de ciment Classe Exigences en %

Perte au feu

CPA-CLK-CHF

Toutes

[5.0

Teneur en MgO

CPA

Toutes

[5.0

Résidu soluble dans

HCl

CPA-CLK-CHF

Toutes

[5.0

CPA-CPJ

32.5/32.5R/42.5R

[3.35

CPZ-CLK

42.5R/52.5/52.5R

Teneur en sulfates (SO3)

(Limite Supérieure)

CHF

Toutes

[4.0

Toutes sauf 52.5R

[0.10

Teneur en chlorures

( Cl- )

Tous types

52.5R

[0.05

39

II-3-4-2- Caractéristiques physiques

Parmis les plus importantes, on a :

• la densité : la valeur de la densité est donnée par le tableau ci-après

Tableau n°8 : Densité des ciments

Densités Pour les CPA Pour les autres ciments

Densités apparentes 1t/m3 0.7 à 1.2 t/m3

Poids spécifiques 3.1t/m3

2.8 à3.2 t/m3

• la vitesse de prise : elle caractérise le temps de début de prise qui est fonction du

type de ciment. Généralement , le début de prise se manifeste par une consistance devenue

solide de la pâte.

Tableau n°9 : Vitesse de prise des ciments

Ciments Début de prise

CPA de classe 35-45

CPA de classe 55 et HP

Ciments prompts

> 90mn

> 60mn

< 2mn

• le gonflement – expansion : c’est un phénomène qui se passe lors de la prise et du

durcissement du ciment par augmentation de volume due à la présence d’un excès de sulfate,

de chaux libre et/ou de magnésie.

40

. le retrait : c’est une diminution de volume pendant le durcissement qui est dû au départ

d’une partie de l’eau de gâchage par évaporation.

Tableau n°10 : Retrait des ciments

Ciment Retrait

CPA et CPJ de classe 35 et45

CPA de classe 55 et HP

Ciments prompt

< 800μ/m

1000 μ/m

< 400μ/m

II-3-4 -3- Caractéristiques mécaniques

La plus importante est la résistance à la compression. C’est le premier critère qui

caractérise le choix d’un type de ciment et le dosage en ciment des mortiers et de béton.

Parfois, on doit aussi déterminer la résistance à la traction et la résistance à l’usure.

II-3-5- Utilisations

Le ciment est utilisé dans :

- la fabrication des mosaïques (vases, motifs décoratifs,….) ;

- le secteur travaux publics (pont, barrage, trottoir,…….. …) ;

- le secteur bâtiment (béton, mortier,……..) ;

- les matériaux composites.

41

DEUXIEME PARTIE : ETUDE EXPERIMENTALE

42

I- Introduction

La qualité des échantillons composites dépend de la qualité des matières premières

constitutives, des propriétés du mélange et des conditions de l’environnement lors du

malaxage.

Ces nombreuses variables peuvent affecter les propriétés des matériaux à base de

ciment et de sciures de bois.

Dans le chapitre qui suit, on trouvera une description des matières premières

reprenant les principales caractéristiques et les techniques d’essai des produits.

II- Matériaux d’expérimentation

II-1- Ciment

Les ciments utilisés lors de nos essais sont le ciment portland composé (CPJ 35) et

le ciment portland artificiel (CPA 45).

II-1-1- Caractéristiques physiques

Les caractéristiques physiques des ciments sont obtenues à partir du dernier

résultat effectué par le Laboratoire National des Travaux Publics et du Bâtiments (LNTB) et

du résultat d’analyses effectuées au Laboratoire Génie Chimique de l’Ecole Supérieur

Polytechnique d’Antananarivo. Elles sont données par le tableau ci-après :

43

Tableau n°11 : Caractéristiques physiques du CPJ 35 et du CPA 45

Caractéristiques physiques

CPJ 35 CPA 45

Masse volumique (T/m3) Poids spécifique (T/m3) Début de prise (mn) Fin de prise (mn) Surface spécifique du Blaine (cm2/g) Stabilité

1

3.02

212

267

3250

3.67

1

3.12

226

306

3650

1.5

II-1-2- Caractéristiques chimiques

Les modes opératoires pour la détermination des compositions chimiques du

ciment et le mode de calcul des modules et les valeurs requises, les compositions

minéralogiques sont mis en annexe.

Les compositions chimiques, les modules et les valeurs requises, les compositions

minéralogiques du CPJ 35 et CPA 45 sont respectivement donnés par les tableaux n°12, n°13

et n°14.

44

Compositions chimiques Tableau n°12 : Compositions chimiques du CPJ 35 et du CPA 45

Compositions chimiques en pourcentage massique

SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO

Pour le CPJ 35

19.2 3.4 6.29 58.8

Pour le CPA 45

20.2 3.1 5.8 62.21

Modules et valeurs requises

Tableau n°13 : Modules et valeurs requises du CPJ 35 et du CPA 45

Modules

Module de chaux (MC) Module de silice (MS) Module d’alumine (MA)

CPJ 35

85.84 1.98 1.85

CPA 45

92.57 2.27 1.87

Compositions minéralogiques

Tableau n°14 : Compositions minéralogiques du CPJ 35 et du CPA 45

Composition minéralogique en%

C4AF C3A C3S C2S

Pour le CPJ 35 10.33 10.92 46.07 20.55 Pour le CPA 45 9.42 10.13 56.06 15.93

45

II-1-3-Caractéristiques mécaniques

Pour le CPJ 35 et CPA 45, les résistances à la compression simple et à la traction

par flexion du mortier normal sont données par le tableau suivant : Tableau n°15 : Caractéristiques mécaniques du CPJ 35 et du CPA 45

Résistance sur mortier normal [MPa]

Sollicitation Jours

CPJ 35

CPA 45

Compression simple

2 7 28

12.1 18.8 25.6

21.7 37.8 52.2

Traction par flexion

2 7 28

1.4 2.7 4.4

4.1 6.0 7.8

II-2- Sciures de bois

Nous avons utilisé deux types de sciures, sciures de pin et sciures de palissandre.

Ce sont le débris fins et des poudres provenant d’une scierie.

Pour les débris fins, leur granulométrie est supérieure à 0.9mm et pour les poudres,

inférieure ou égale à 0.9mm.

II-2-1- Humidité

Mode opératoire

On prend un échantillon de sciure que l’on chauffe dans une étuve à 100°C et on

pèse jusqu’à obtention de masse constante.

Soient m la masse de la sciure avant le chauffage

m’ la masse constante obtenue après chauffage

L’humidité est donnée par la formule suivante : H= (m-m’)/m’*100

46

II-2-2- Densité Pour le pin, la densité est comprise entre 0.5 et 0.6g/cm3,

Pour le palissandre, la densité est supérieure à 1.

II-3- Additifs

Différents produits peuvent être incorporés à un matériau composite ( bois -ciment

dans notre cas) pour apporter au matériau des caractéristiques particulières ou en réduire le

coût.

La quantité des produits ajoutés peut être de quelques dizaines de pourcent.

Dans nos essais, nous avons utilisé trois types d’additifs.

II-4- Eau

L’eau utilisée lors de nos essais est l’eau distillée. Le volume d’eau utilisé est en

moyenne 100ml.

III- Protocole de mise en œuvre du mortier sciure de bois- ciment

III-1-Préparation du mortier :

- Mélanger à sec le ciment et les sciures de bois jusqu’à obtention d’un mélange

homogène ;

- Ajouter quelques additifs ;

- Verser l’eau petit à petit et bien mélanger jusqu’à obtenir une pâte ;

- Introduire la pâte dans un moule par pressage manuel, mettre dans un endroit humide

pendant 48heures, enfin

- Après 48 heures, démouler et sécher à l’air libre.

III-2- Préparation de l’additif

III-2-1- Préparation 1

- On chauffe 1l de lait jusqu’à enlèvement total de la crème ;

- On verse quelques gouttes de citron jusqu’à obtention de lait caillé ;

- On élimine l’eau et on ajoute un blanc d’œuf et une gousse d’ails broyés ;

- On mélange soigneusement la solution obtenue.

47

III-2-2- Préparation 2

- On chauffe 1l de lait jusqu’à obtention du lait écrémé ;

- On verse quelques gouttes d’acide acétique jusqu’à obtention de lait caillé ;

- On élimine l’eau et on ajoute un jus de bananier et une gousse d’ails broyés ;

- On mélange soigneusement la solution III-2-3- Préparation 3 - On porte un creuset contenant un échantillon de cendre de balle de paddy à une

température de 700°C pendant 1heure ;

- On obtient une cendre grise blanchâtre riche en silice ;

- On le mélange avec de la soude et de l’eau. La quantité d’eau utilisée est obtenue par

tâtonnement ;

- On chauffe en agitant pendant environ 4heures jusqu’à obtention du liquide

translucide, collant et visqueux ;

- Le silicate de soude obtenue est teinté en marron clair.

Le module de silicate utilisé est 3. Nous avons utilisé 70% de SiO2 et 30% de NaOH.

IV- Techniques de caractérisation et d’essais mécaniques

IV-1- Mesure de la masse volumique La mesure de la masse volumique est effectuée après 28jours. Les éprouvettes sont

pesées et soit m cette masse. Après, nous avons fait la moyenne des masses des éprouvettes.

La masse volumique est le rapport entre la moyenne des masses et le volume de l’éprouvette.

Elle est donnée par la formule :ρ = m/v

où ρ la masse volumique

m la masse moyenne de l’éprouvette

v le volume de l’éprouvette

IV- 2- Essai mécanique La détermination des propriétés mécaniques des échantillons est faite à l’aide

d’une machine d’essai universelle « TESTWELL ».

Nous avons effectué l’essai de compression simple.

48

IV-2-1- Les moules

Dans nos essais, cous avons utilisé 6 moules cylindriques en acier dur de hauteur

60mm et de diamètre 35mm.

IV-2-2- Les éprouvettes Les éprouvettes sont de forme cylindrique.

IV-2-3- Exécution de l’essai

La contrainte de rupture à la compression est déterminée sur de éprouvettes.

L’éprouvette est pressée à l’aide d’une presse hydraulique afin de déterminer la valeur de

contrainte de rupture à la compression.

La valeur de cette contrainte de rupture à la compression est donnée par la formule suivante :

Rc= F/ S avec Rc la résistance à la compression simple

F la force de destruction

S la section de l’éprouvette

49

V- Résultas et interprétation des essais mécaniques

Nous avons effectué les essais à 7, 21 et 28jours.

Toutes les valeurs de résistances à la compression sont des valeurs moyennes de

celles obtenues sur trois éprouvettes.

Les résultats obtenus sont donnés sur les tableaux 19 à 29.

V-1- Pour le mélange sans additif

V-1-1- Sciures de pin avec le ciment CPJ35

Tableau n°16 : Résistances à la compression du mortier sciures de pin -ciment CPJ35

Sciures de pin

80 70 60 Composition en %

CPJ35

20 30 40

0.98

1.16 3.19

1.36

2.54 2. 11

Résistance à la compression en bars

Age en jours 7j

21j 28j

5.59

7.17 8.10

Nous allons présenter par les figures 9 et 10 les courbes d’évolution des résistances

à la compression en fonction de la composition du ciment et en fonction de l’âge.

0

2

4

6

8

10

0 20 30 40

Composition du CPJ 35

Rés

ista

nce

à la

co

mpr

éssi

on

R7R21R28

Figure 9 : Evolution de la résistance à la compression pour les sciures de pin avec le

ciment CPJ35 en fonction de la composition du ciment

50

02468

10

0 7 21 28

Age

Rés

ista

nce

à l

a co

mp

réss

ion

20% de ciment30% de ciment40% de ciment

Figure 10 : Evolution de la résistance à la compression pour les sciures de pin avec le

ciment CPJ35 en fonction de l’âge

V-1-2-Sciures de palissandre avec le CPJ35

Tableau n°17 : Résistances à la compression pour les sciures de palissandre avec le

CPJ35

Sciures de palissandre

80

70 60 Composition en %

CPJ35 20

30 40

2.42

6.08 4.3

6.13

6.85 5.19

Résistance à la compression en

bars

Age en jours 7j 21j

28j 6.5

7.13 7.69

Les figures 11 et 12 montrent les variations de la résistance à la compression en

fonction de la composition du ciment et en fonction de l’âge :

51

0

2

4

6

8

10

0 20 30 40

Composition du ciment en %

Rés

ista

nce

à la

co

mpr

essi

onR7R21R28

Figure 11 : Evolution da la résistance à la compression du mortier sciures de palissandre

ciment CPJ35 en fonction da la composition du ciment

0

5

10

0 7 21 28

Age

Résis

tan

ce à

la

co

mp

ressio

n

20% de ciment30% de ciment40% de ciment

Figure 12 : Evolution da la résistance du mortier sciures de palissandre- ciment

CPJ35en fonction de l’âge

52

V-1-3- Sciures de pin avec le ciment CPA45 Tableau n°18 : Résistances à la compression pour les sciures de pin avec le CPA45

Sciures de pin 80


CPA45 20

30 40

0.98

2.07 2.43

0.83

3.94 5.4


bars

Age en jours 7j 21j

28j 1.09

4.15 8.31

L’évolution de la résistance à la compression est la suivante:

0123456789

0 20 30 40


Rés

ista

nce

à la

com

pres

sion

R7R21R28

Figure 13 : Evolution de la résistance pour les sciures de pin avec le ciment CPA45 en

fonction da la composition du ciment

53

V-1-4- Sciures de palissandre avec le CPA45 Tableau n°19 : Résistances à la compression pour les sciures de palissandre avec le CPA45


80


CPA45 20

30 40

1.43

3.74 4.78

0.55

2.07 4.15


bars

Age en jours 7j 21j

28j 2.36

3.53 5.19

L’évolution de la résistance à la compression est représentée par la courbe suivante :

0

1

2

3

4

5

6

0 20 30 40


Rés

ista

nce

à la

com

pres

sion

R7R21R28

Figure 14: Evolution de la résistance pour les sciures de palissandre avec le CPA45 en


54

V-1-5- Interprétation

On remarque que les résistances à la compression augmentent quand la proportion

de sciures utilisées diminue.

Nous constatons que les résistances à la compression obtenues avec les sciures de

pin sont les meilleures par rapport à celles obtenues avec des sciures de palissandre.

Nous estimons que les propriétés du pin joue le rôle dans le processus de

combinaison du matériau. En effet, la présence des canaux résinifères dans le pin facilite

l’adhésion du matériau. Par contre les propriétés de palissandre ne permettent d’avoir un

résultat assez bon.

A partir de ces résultats et avec les faibles valeurs de la résistance à la

compression, nous avons ensuite étudié l’effet de l’ajout de quelques additifs.

55

V-2- Pour le mélange avec additif

V-2-1- Avec le premier additif : lait caillé + blanc d’œuf + ail

V-2-1-1- Sciures de pin avec le CPJ35 Tableau n°20 : Résistances à la compression pour les sciures de pin avec le CPJ35 et l’additif 1

Sciures de pin 80


CPJ35 20

30 40

7.47

8.31 8.52

9.07

10.1 11.8


bars

Age en jours 7j 21j

28j 6.63

7.69 11.8

La variation de la courbe de la résistance est la suivante :

02468

101214

0 20 30 40


Rési

stan

ce à

la

com

prés

sion R7

R21R28

Figure 15 : Evolution de la résistance pour les sciures de pin avec le CPJ35 et l’additif 1


56

V-2-1-2- Sciures de palissandre avec le ciment CPJ35 Tableau n°21 : Résistances à la compression pour les sciures de palissandre avec le CPJ35 et l’additif 1


80


CPJ35 20

30 40

5.45

8.83 6.72

3.21

9.11 9.09


bars

Age en jours 7j 21j

28j 5.9

8.93 10.03

La figure suivante montre l’évolution de la résistance correspondant à ce résultat :

0

5

10

15

0 20 30 40

Composition du ciment en%

Rési

stan

ce à

la

com

prés

sion R7

R21R28

Figure 16 : Evolution de la résistance pour les sciures de palissandre avec le CPJ35 et


57

V-2-1-3- Sciures de pin avec le ciment CPA45 Tableau n°22 : Résistances à la compression pour les sciures de pin avec le CPA45 et l’additif 1

Sciures de pin 80


CPA45 20

30 40

6.42

7.21 8.43

4.63

7.86 8.25


bars

Age en jours 7j 21j

28j 7.05

7.69 9.14

La figure suivante montre l’évolution de la résistance :

02468

10

0 20 30 40


Rési

stan

ce à

la

com

pres

sion R7

R21R28

Figure 17 : Evolution de la résistance pour les sciures de pin avec le CPA45 et l’additif 1


58

V-2-1-4- Sciures de palissandre avec le ciment CPA45 Tableau n°23 : Résistances à la compression pour les sciures de palissandre avec le CPA45 et l’additif 1


80


CPA45 20

30 40

3.01

2.07 3.11

.0.28

2.79 5.19


bars

Age en jours 7j 21j

28j 5.79

8.56 9.73

Nous allons voir par la courbe ci-après l’évolution de la résistance :

0

5

10

15

0 20 30 40


Rés

ista

nce

à la

co

mpr

essi

on

R7R21R28

Figure 18 : Evolution de la résistance pour les sciures de palissandre avec le CPA45 et


59

V-2-1-5- Interprétation

Le premier additif utilisé est un sorte de colle dont les matières premières qui sont

toutes d’origine organiques contiennent des substances albuminoïdales c'est-à-dire de l’azote

dont les doublets libres se combinent avec les autres doublets libres de l’oxygène du ciment et

du bois . Par conséquent, cet additif contribue à renforcer la cohésion du matériau.

Alors, avec l’utilisation de cet additif 1, nous avons constaté que les résultats sont

meilleurs et sont acceptables.

De plus, en utilisant cet additif, nous avons remarqué que la couleur du mélange de

sciures de palissandre avec le ciment est différente de celle du mélange sans additif : la

couleur devient rouge plus vif. Ceci peut être ;du à la réaction entre les constituants chimiques

du mélange sciure – ciment et ceux de l’additif utilisé .

L’utilisation des sciures de pin est plus rentable quelque soit le type du ciment

(CPA 45 ou CPJ35).

60

V-2-2- Avec le deuxième additif : Lait caillé + jus de bananier + ail

V-2-2-1- Sciures de pin avec le ciment CPJ35 Tableau n°24: Résistances à la compression pour les sciures de pin avec le CPJ35 et le

2e additif

Sciures de pin 80


CPJ35 20

30 40

1.19

0.33 1.32

2.07

1.55 2.25


bars

Age en jours 7j 21j

28j 1.08

2.09 2.5


00,5

11,5

22,5

3

0 20 30 40


Rés

ista

nce

à l

a co

mp

réss

ion

R7R21R28

Figure 19 : Evolution de la résistance pour les sciures de pin avec le CPJ35 et le 2e additif en fonction de la composition du ciment

61

V-2-2-2- Sciures de palissandre avec le ciment CPJ35 Tableau n°25 : Résistances à la compression pour les sciures de palissandre avec le CPJ35 avec le 2e additif


80


CPJ35 20

30 40

0.68

1.15 2.82

2.73

3.04 1.61


bars

Age en jours 7j 21j

28j 7.01

6.64 5.24

La figure suivante représente l’évolution de la résistance :

0

2

4

6

8

0 20 30 40


Rési

stan

ce à

la

com

prés

sion R7

R21R28


2e additif en fonction de la composition du ciment

62


Les matières premières du deuxième additif utilisé sont d’origine organique. Mais,

la présence du jus du bananier qui ne contient pas des substances albuminoidales dans cet

additif peut empêcher la cohésion des sciures avec le ciment.

Ainsi, les valeurs de la résistance sont assez faibles.

Nous n’avons donc plus effectué l’essai avec le CPA, mais nos sommes tout de

suite passés à la troisième série d’essais avec un troisième additif qui est le silicate de soude.

63

V-2-3- Avec le troisième additif : silicate de soude

V-2-3-1- Sciures de pin avec le CPJ35 Tableau n°26: Résistances à la compression pour les sciures de pin avec le CPJ35 et le silicate de soude

Sciures de pin 80


CPJ35 20

30 40

9.01

9.35 10.18

10.26

12.05 11.84


bars

Age en jours 7j 21j

28j 8.13

16.63 9.77

Nous allons voir l’évolution de la résistance par la figure suivante :

0

5

10

15

20

0 20 30 40


Rési

stan

ce à

la

com

pres

sion R7

R21R28

Figure 21 : Evolution de la résistance pour les sciures de pin avec le CPJ35 et le silicate

de soude en fonction de la composition du ciment

64

V-2-3-2- Sciures de palissandre avec le ciment CPJ35 Tableau n°27 : Résistances à la compression pour les sciures de palissandre avec le CPJ35 et le silicate de soude


80


CPJ35 20

30 40

6.04

5.3 11.22

5.75

7.48 6.75


bars

Age en jours 7j 21j

28j 4.32

7.06 7.69


02468

1012

0 20 30 40


Rési

stan

ce à

la

com

pres

sion R7

R21R28



65

V-2-3-3- Sciures de pin avec le CPA45 Tableau n°28: Résistances à la compression pour les sciures de pin avec le CPA45 et le silicate de soude

Sciures de pin 80


CPA45 20

30 40

5.33

7.06 13.3

8.89

9.56 10.39


bars

Age en jours 7j 21j

28j 8.91

10.39 12.88

La figure ci-après montre l’évolution de la résistance :

0

5

10

15

0 20 30 40


Rési

stan

ce à

la

com

prés

sion R7

R21R28

Figure 23: Evolution de la résistance pour les sciures de pin avec le CPA45 et le silicate

de soude en fonction de la composition du ciment

66

V-2-3-4- Sciures de palissandre avec le ciment CPA45 Tableau n°29 : Résistances à la compression pour les sciures de palissandre avec le CPA45 et le silicate de soude


80


CPA45 20

30 40

4.57

5.19 23.28

2.49

5.19 9.23


bars

Age en jours 7j 21j

28j 8.55

10.14 15.59

L’évolution de la résistance est représentée par la figure ci-après :

0

5

1015

20

25

0 20 30 40


Rési

stan

ce à

la

com

pres

sion R7

R21R28

Figure 24: Evolution de la résistance pour les sciures de palissandre avec le CPA45 et le


67


Nous avons pu dire que dès le 7e jour, les valeurs de la résistance sont très élevées.

Ceci est dû à l’utilisation de silicate de soude qui joue le rôle d’activateur et de liant au cours

de la cohésion des sciures et de ciment.

L’utilisation des sciures de pin avec le CPA est plus satisfaisante que celle des

sciures de palissandre.

Notons que le silicate de soude est une solution chimique qui confère aux sciures

une certaine minéralisation et les préserve contre certaines attaques de la pourriture.

V-2-4- Avec le premier additif et le troisième additif

Dans ce cas, nous avons utilisé les sciures de pin et le ciment CPA45. La quantité

de sciures introduite est de 60% et les additifs utilisés sont fixés à 25ml.

Après l’essai à 7j, nous avons obtenu une valeur de 13.38bars. Cette valeur est

acceptable.

Nous pouvons dire que l’utilisation de l’ensemble de ces deux additifs est très

intéressante.

68

V-3- Interprétation générale

Résumons par les tableaux n°30 et n°31 les résultats des résistances à la

compression.

Tableau n°30 : Récapitulation des résultats pour les sciures de bois et le ciment CPJ35

Résistance à la compression suivant l’âge

LIANTS Composition des sciures de bois en pourcentage poids

Additifs

7j

21j 28j

Sans additif 0,98 1,36 5,59 Premier additif 7,47 9,07 6,63 Deuxième additif 1,19 2,07 1,08

80

Troisième additif 9,01 10,26 8,13 Sans additif 1,16 2,54 7,17 Premier additif 8,31 10,10 7,69 Deuxième additif 0,33 1,55 2,09

70


Sciures de pin

60


80


70

Troisième additif 5,30 7,48 7,06 Sans additif 4,30 5,19 7,69 Premier additif 6,72 9,09 10,03 Deuxième additif 2,82 1,61 5, 24

CIMENT CPJ35


60

Troisième additif 11,22 6,75 7,69

69

Tableau n°31 : Récapitulation des résultats pour les sciures de bois et le ciment CPA45

Résistance à la compression suivant l’âge

LIANTS Composition des sciures de bois en pourcentage poids

Additifs

7j

21j 28j

Sans additif 0,98 0,83 1,09 Premier additif 6,42 4,63 7,05 Deuxième additif - - -

80

Troisième additif 5,33 8,89 8,91 Sans additif 2,07 3 ,94 4,15 Premier additif 7,21 7,86 7,69 Deuxième additif - - -

70

Troisième additif 7,06 9,56 10,39 Sans additif 2,43 5,40 8,31 Premier additif 8,43 8,25 9,14 Deuxième additif - - -

Sciures de pin

60

Troisième additif 13,3 10,39 12,88 Sans additif 1 ,43 0,55 2,36 Premier additif 3,01 0,28 5,79 Deuxième additif - - -

80


70


CIM

ENT

CPA

45


60

Troisième additif 23,28 9,23 15,59

A titre de récapitulation générale, nous pouvons dire que :

- à part un ou deux artéfacts, on obtient un meilleur résultat avec les sciures de pin

qu’avec les sciures de palissandre quels que soient les types de ciments ou d’additifs ;

- le CPJ35 paraît être le plus compatible pour la fabrication de matériau composite

à base de ciments et de déchets de bois ;

- le premier additif que nous avons utilisé est en quelque sorte une colle dont les

matières premières sont toutes origine organique et plus particulièrement contiennent des

substances albuminoidales c'est-à-dire contiennent de l’azote, azote dont les doublets libres

sont susceptibles de se combiner avec les autres doublets libres de l’oxygène du ciment et du

bois ou même de complexer les ions calcium et put être même tous les cations du système

70

ciment -bois, par conséquent ces deux premiers types d’additifs ne peuvent que contribuer à

raffermir et même à renforcer la cohésion du matériau composite ;

- entre les deux premiers additifs, il y a une différence dans le sens que dans le

premier additif, on a utilisé du blanc d’œuf tandis que dans le second additif, on a pris du jus

de bananier ; le blanc d’œuf contient des substances albuminoidales tandis que le jus de

bananier n’en contient pas, ce qui confirme par ailleurs l’hypothèse émise ci-dessus ;

- le troisième additif est le silicate de soude qu joue le rôle d’activateur et de laient

au cours de la cohésion des sciures et de ciment ;

- enfin, il faudra tenir compte du fait que les sciures de pin donnent un meilleur

résultat par rapport au sciures de palissandre, ce qui signifie que la structure interne et même

la composition chimique du bois doivent être considérées et il en est de même pour le ciment

dans lequel les additifs pouzzolaniques peuvent jouer un rôle déterminant dans ce processus.

VI- Application Tous les matériaux liés au ciment peuvent être utilisés dans la construction :

• revêtement ;

• préfabriqués ;

• cloisons légères ;

• protection accrue contre le feu et le bruit, etc…..

71

TROISIEME PARTIE :

FABRICATION DE MATERIAUX COMPOSITES A BASE DE SCIURES DE

BOIS ET DE CIMENT PORTLAND

72

I- Introduction

A partir de l’étude faite dans la deuxième partie de cet ouvrage, nous pouvons dire

qu’on peut obtenir des matériaux composites à base de sciure de bois et de ciment.

On peut tirer les résultats donnant les meilleures compositions de chaque matériau utilisé.

C’est à partir de ces résultats qu’on a fabriqué quelques matériaux composites à

base de sciures de bois et de ciment.

II- Fabrication de quelques matériaux

II-1- Etape de procédé de fabrication

II-1-1- Stockage des matières premières

Le ciment est fourni en sacs de 50kg et stocké dans un endroit sec.

Les sciures sont fournies au pois en balles. Elles ont stockées au sec et on veillera

particulièrement à les protéger contre les rongeurs.

II-1-2- Mélange sciures –ciment

- On mélange soigneusement le ciment et les sciures. Quand le mélange est homogène,

on verse de l’additif pour le cas puis de l’eau et on continue de les mélanger ;

- Pour que le mortier puisse être travaillé, il doit être plastique, mais ne doit contenir

trop d’eau de gâchage. On recommande donc d’ajouter l’eau graduellement.

II-1-3- Moulage

La pâte ainsi dosée et préparée est introduite dans un moule rectangulaire de

longueur 145mm, de largeur 140mm et d’épaisseur 20mm.

II-1-4- Démoulage

Après 48 heures, la prise du mortier et suffisante pour réaliser le démoulage des

matériaux composites.

II-1-5- Stockage

Les produits finis sont stockés dans un endroit humide.

73

II-2- Matériaux à base de sciure de bois –ciment

II-2-1- Matière premières Les matières premières utilisées sont :

- le ciment CPJ35 ;

- les sciures de pin ;

- l’eau.

II-2-2- Composition du mélange La composition du mélange en masse est comme suit :

- les sciures de pin sont de 80g ; - le ciment CPJ35 est de 34.28g ; - l’eau est de 100g.

II-3- Matériaux à base de sciure de bois- ciment avec le 1er additif

II-3-1- Matières premières

Les matières premières sont :

- les sciures de pin ; - le ciment CPJ35 ; - l’eau ; - l’additif.

II-3-2- Composition du mélange

- La proportion des sciures de pin est de 70% ;

- Pour le ciment CPJ35, 30% ;

- 15% de l’eau est remplacé par l’additif.

II-4- Matériaux composites à base de sciure de bois- ciment avec le silicate ded soude

II-4-1- Matières premières

Les matières premières utilisées sont :

- les sciures de pin ;

74

- le ciment CPA45 ;

- le silicate de soude ;

II-4-2- Composition du mélange

- Les sciures de pin sont de 80g ;

- Le ciment CPA45 est de 53.3g ;

- Le silicate de soude est de 100g.

II-5- Matériaux composites à base de sciure de bois – ciment avec le premier additif et le silicate de soude

Les matières premières utilisées sont les sciures de pin, le ciment CPA45, Le

premier additif et le silicate de soude.

III- Contrôle qualité

III-1- Matières premières

Le contrôle de qualité des matières premières consiste à vérifier si les matériaux

fournis sont acceptables, donc s’ils ont des caractéristiques qui correspondent aux descriptions

de la deuxième partie. Des analyses sont effectuées pour les ciments.

III-2- Produits finis

III-2-1- Forme et dimension

Les dimensions sont en général respectées grâce au moulage dans des cadres

métalliques. Les dimensions doivent être conformes à la norme Française NFB 54- 100/ NFB

50-002.

III-2-2- Résistances

75

Les produits finis doivent résister à des chocs mineurs. Les tests permettent de

vérifier la qualité de résistance. Tous les tests de résistances se font entre 3 et 4 semaines de

maturation.

III-2-2-1- Sonorité

On frappe des petits coups avec une pièce de monnaie sur la surface des produits

finis. Le son produit doit être clair et aigu. Dès l’instant où des micro -fissures sont présentes

dans les matériaux, le son est mat.

III-2-2-2- Choc

Le test de résistance aux chocs est exécuté avec une bille de 100g. Le produit est

posé à plat sur une table. La bille est lâchée d’une hauteur de 20cm.

Le choc de la bille sur le produit ne doit pas provoquer des micro – fissures

internes. Un nouveau test de sonorité permettra de s’en assurer.

Pour des produits qui doivent résister à des chocs plus importants, la hauteur sera

portée à 50cm.

III-2-2-3- Compression

Le test de la résistance à la compression est effectué à l’aide d’une machine

TESTWELL.

III-2-2-4- Causes de défaillance aux tests de résistance

Ces causes sont les suivantes :

- mauvais malaxage du mortier ;

- trop peu de ciment ;

- produits finis testés avant échéance de maturation ;

- additifs contaminés par une substitution affaiblissant la prise du ciment ;

- présence d’impuretés dans les sciures.

III-2-3- Retrait

C’est la propriété du matériau de varier en dimension et en volume. Le retrait se

calcule comme suit :

76

Retrait = (diamètre du matériau humide – diamètre du matériau sec) x 100 / diamètre du

matériau humide

Quelque soit la composition des matériaux utilisés, le retrait tourne aux environs de 1.38%

.Nous pouvons dire que cette valeur est assez faible et ne risque pas d’entraîner des variations

dimensionnelles trop importantes au niveau des produits.

III-2-4- Tenue à l’eau

L’effet de l’immersion pendant 48heures nous donne le comportement des

produits sous l’action des eaux.

Le tableau suivant montre les valeurs de la quantité d’eau absorbée :

Tableau n°32 : Eau absorbée en % des échantillons après 48h d’immersion

Pourcentage en poids des sciures

Echantillon n°1

Echantillon n°2 Echantillon n°3 Echantillon n°4

60 178.25 175.46 63.49 142.69 70 104.03 229.63 77.79 130.46

D’après ces résultats, nous pouvons dire que les produits absorbent beaucoup

d’eau.

Ceci put être dû à la faible densité du bois. En effet, la quantité de sciures de bois utilisé est

très supérieure à celle du ciment. Ainsi, la valeur de la teneur en eau des produits après

48heures d’immersion est plus ou moins acceptable.

III-2-5- Comportement au feu

Pour tous les matériaux obtenus, nous avons effectué un essai sur le comportement

au feu. Tous les matériaux sont incombustibles.

III-2-6- Compatibilité avec l’environnement

Comme tout dualité des choses offertes par la loi de la nature, il y a toujours un

côté positif et négatif.

De toute évidence, la transformation du bois présente toujours des perturbations

environnementales.

77

Mais notre étude est axée sur la récupération, la valorisation des déchets provenant

de l’industrie bois, constituant de ce fait des mesures pour réduire les quantités importantes de

ces déchets.

Enfin les matériaux étudiés ne produisent pas d’émission nocive. Ils sont sans

danger pour la santé.

IV- Problèmes et solutions

Les problèmes rencontrés dans la production et dans la qualité des produits finis

peuvent être de diverses origines.

Les problèmes apparaissent de manière irrégulière pendant la production.

Le tableau suivant montre les problèmes, les causes et les solutions proposées.

Tableau n°33 : Problèmes rencontrés, causes, solutions proposées

Problèmes Causes Solutions

Retard ou lenteur dans la prise du mortier

Vieux ciment Sciures de bois souillés

Utiliser du ciment frais Tester les sciures de bois

Les produits sont peu résistants

Trop peu d’eau Pas assez de ciment Le mélange n’est pas correctement malaxé

Réduire la quantité d’eau Augmenter la quantité du ciment Augmenter le temps de malaxage

En résumé, certaines règles permettent d’éviter les problèmes ci – dessus :

o Quantifier les constituants avec soin ;

o Utiliser des ciments récents ;

o Utiliser des sciures sèches ;

o Tester la résistance ;

o Nettoyer régulièrement le matériel.

78

CONCLUSION GENERALE

Les études bibliographiques sur les matériaux composites, les bois et les

ciments ont permis de déterminer, entre autres, les caractéristiques des

différents constituants de ciment et du bois.

Des essais ont été effectués afin de définir une idée sur la marche à

suivre pour la réalisation de notre travail.

L’utilisation d’ additif, en particulier le silicate de soude , s’est avérée

efficace pour l’obtention de matériaux composites à base de déchet de bois et

de ciment tant sur le plan qualitatif que quantitatif.

Les produits obtenus sont utilisables dans la construction comme

préfabriquée, cloisons légères.

Du point de vue environnemental, les produits finis présentent des

intérêts non négligeables. En effet , la valorisation des sciures de bois

provenant de l’industrie diminue le taux de déchets et diminue aussi la

pollution de l’environnement. Donc l’utilisation de ces produits se faite en

parfaite harmonie avec l’environnement.

Néanmoins, étant donné que le ciment joue un rôle déterminant dans le

secteur Bâtiment et Travaux Publics et que pour l’instant, du moins à

Madagascar, le prix du ciment subit hausse importante, nous pouvons dire

que nos résultats quoique préliminaires offrent une perspective intéressante et

on peut même envisager d’appliquer ou du moins transposer ces résultats sur

d’autres types de matériaux fabriqués avec d’autres types de liants plus

abordables ou plus abondants localement.

Cette proposition devrait constituer la suite logique de ce travail.

79

ANNEXES

80

ANNEXE I

GLOSSAIRE DES TERMES TECHNIQUES

Additifs : Produit qui, ajouté au mortier, modifie ses qualités ou améliore ses

performances ;

Anisotropie : Variation des propriétés suivant la direction ;

Aubier : C’est le cambium ou assise cambiale, couche récente formée par de cellules

en pleine activité ; cette couche conduit la sève brute. L’aubier se transforme ne bois de

printemps, foncé, et en bois d’été qui est plus clair ;

Balles de paddy : Ce sont des déchets agricoles qui se trouvent en grande quantité à

Madagascar ;

Cendre de balle de paddy : Par calcination, on obtient une cendre grisâtre qui est un

produit particulièrement riche en silice. C’est un excellente pouzzolane artificielle.

Le tableau suivant montre la composition chimique de la cendre de balle de paddy :

Eléments Pourcentage en poids

SiO2

Al2O3

Fe2O3

K2O

Na2O

84

0.56

0.36

34*10-4

4*10-4

Clinker : C’est un produit obtenu par cuisson à haute température d’un mélange dosé

de calcaire et d’argile dont les oxydes se combinent au début de fusion (clinkérisation ) pour

former des silicates et aluminates hydrauliques ;

81

Ciment Portland : Liant hydraulique composé de chaux de silice , d’aluminium, et

d’oxyde de fer. Le ciment Portland est fabriqué à partir de la cuisson de calcaire et d’argile ;

Cœur : Duramen ou bois parfait ; les cellules sont plus épaisses que celles du liber et

très riche en carbone. Le cœur est formé d’une série de couches concentriques permettant de

déterminer l’âge du bois ;

Essences : Ensemble des arbres ayant le même plan ligneux. Ils appartiennent

normalement à une même espèce ou à des variétés d’une même espèce ;

Feuillu : Nom couramment donné aux arbres du groupe des dicotylédones en raison de

leurs feuilles plates à nervation ramifié ;

Fibre : Cellules résistantes disposées dans le sens axial et qui constituent l’ossature de

l’arbre ;

Laitier : Ensemble des matières vitreuses qui se forment à la surface des métaux en

fusion, rassemblant les impuretés provenant de la gangue des minéraux ;

Liber : Tissu percé de canaux dans lesquels circule la sève élaborée ;

Moelle : la moelle se trouve au centre du tronc et est formée d’un tissu léger et peu

résistant ;

Moule : Objet plein sur lequel on applique une substance plastique pour qu’elle en

prenne la forme, ou corps solide creusé dans lequel on verse une substance plastique qui

conserve la forme qu’elle a prise dans la cavité ;

Plan ligneux : Ensemble des caractères de structure du bois tenant à la nature, à la

forme et au groupement des cellules constitutives ;

Pouzzolanes : On a deux types de pouzzolanes :

- Pouzzolanes naturelles : Ce sont des roches volcaniques, alvéolaires et scoriacées, de

couleur rougeâtre et de noirâtre. Elles sont utilisées comme granulats pour la confection des

bétons légers, ou après broyage, comme constituants des ciments.

- Pouzzolanes artificielles : Elles ont subi un traitement thermique.

82

Résineux : Nom couramment donné aux arbres du groupe des conifères en raison de la

présence, chez un grand nombre d’entre eux, des cellules ou des canaux résinifères ;

Rétractabilité : propriété que possède le bois de varier dans ses dimensions lorsque

son humidité en dessous de l’humidité de saturation ;

Silicate de soude : Le silicate de soude se présente généralement sous forme d’un

liquide visqueux, transparent ou légèrement opalescent Il contient en proportion variable de la

silice, de la soude (Na2O) et de l’eau. Il est défini par le rapport R= SiO2/Na2O. Il est classé

suivant la valeur de ce rapport. Si R=2, leur pouvoir est détersif ; si R/3, leur pouvoir est

adhésif et liant.

Vaisseaux : Cellules creuses, dont le rôle est de conduire la sève destinée à la vie et à

la croissance de l’arbre.

83

ANNEXE II

MODE OPERATOIRE POUR LA DETERMINATION DES

COMPOSITIONS CHIMIQUES DU CIMENT PORTLAND

1-Teneur en SiO2

- Attaquer dans un bêcher 1g d’échantillon avec 60cm3 de triacide :

H2SO4 : 114cm3

HNO3 : 100cm3

HCl: 300cm3

H2O: 485cm3

- Chauffer progressivement jusqu’apparition de fumée blanche;

- Reprendre par HCl à 10%. Filtrer ;

- Laver à HCl à 1 0% puis à l’H2O bouillante et on obtient :

•Filtrat, on a Fe, Al, Mg, Cu, Ti, Ni

•Résidu, on le silice libre et combiné ;

- Calciner à 650°C

2-Teneur en Al2O3 + Fe2O3

- On prend 100ml du filtrat lors du dosage insoluble +SiO2;

- On ajoute une solution d’ammoniaque léger excès (20ml) ;

- On porte à l’ébullition jusqu’à élimination de l’excès d’ammoniaque ;

- On laisse 30 minutes. On filtre ;

- On lave à l’eau bouillante ajoutée quelques gouttes de NH4Cl ;

- On sèche à l’étuve et on calcine à 1050°C ;

- On pèse. Soit P(g) ;

- La teneur pour cent de Al2O3+ Fe2O3 est égale à P*2*100 ;

84

- On réservera le filtre pour le dosage de CaO.

3-Dosage de l’ion ferrique Fe3+

- Prélever 100ml de solution mère ;

- Ajouter quelques gouttes d’empois d’amidon ;

- Additionner ensuite par un solution d’iodure de potassium KI en excès ( N=10-1,

V=20ml ) ;

- L’iode formé est titré par une solution 5*10-3N de thiosulfate de sodium Na2S2O3 jusqu’à

décoloration totale ;

- Détermination de la teneur en oxyde ferrique

Il consiste à effectuer un dosage iodométrique des ions ferriques Fe3+

On effectue d’abord une réduction de l’ion ferrique en milieu acide dilué par excès

d’iodure de potassium.

2 ( Fe3+ + e- Fe2+)

2I- I2 + 2 e-

2Fe3+ + 2I- 2Fe2+ + 2I2

Puis, l’iode formé est titré par un solution de thiosulfate de sodium.

I2 + 2 e- 2 I-

2 S2O32- S4O6

2- + 2 e-

2 S2O3 2- + I2 2 I- + S4O6

2-

85

Soient: Nr la normalité de thiosulfate égale à 5*10-3 ;

Vr le volume de thiosulfate versé au point d’équivalent ;

No la normalité d’iode ;

Vo le volume d’iode formé à doser (100ml) au point d’équivalent.

On a la formule suivante : No* Vo = Nr* Vr

D’où No= Nr*Vr / Vo

Selon la demi -réduction, on a I2 + 2 e- 2 I-

1mole d’iode capte 2e- ; donc, le nombre de mole d’iode n est n= Nr*Vr /2

Et 2Fe3+ + 2I- 2Fe2+ + 2I2

2 moles de Fe3+ 1 mole de I2

On a nFe3+

= 2n = Nr*Vr

Donc, nFe3+ = Nr*Vr

Et on a mFe3+ = ½ nFe

3+ *MFe2O3

4-Teneur en CaO

- On reprend le filtrat lors du dosage de (Fe2O3 + Al2O3) ;

- On le porte à l’ébullition ;

- On ajoute goutte à goutte 10ml d’un solution saturée d’oxalate de NH4, H2O ;

- On laisse reposer, on filtre, on lave à l’eau bouillante ;

- On calcine le précipité dans un creuset préalablement taré pendant 30 minutes à une

température de 110°C. On pèse. Soit P(g) ;

- La teneur pour cent de CaO est donnée par la formule : Teneur CaO= P*2*100

86

ANNEXE III

MODE DE CALCUL DES MODULES ET DES COMPOSITIONS

MINERTRALOGIQUES DU CIMENT

1- Modules et valeurs requises

Tout ciment, son clinker et sa farine sont caractérisés par 3 grandeurs :

- le module de chaux MC ;

- le module de silice MS ;

- le module d’alumine MA

.Ce sont des valeurs requises en rapport avec la composition minéralogique.

• Module de chaux MC

Le module de chaux est calculé à partir de la formule :MC [%] = ( CaO / CaO sat) x 100

• Module de silice MS

Le module de silice est donné par la formule: MS [%] = SiO2 / ( Al2O3 + Fe2O3 )

• Module d’alumine MA

Le module d’alumine est donné par la formule : MA [%] = Al2O3 / Fe2O3

2- Compositions minéralogiques

Les compositions minéralogiques sont déterminées à partir de la formule de BOGUES

- Cas d’un mélange normal

Dans ce cas , MC [ 100. Il n’existe pas de chaux libre.

Formule de BOGUES

C4AF = 3.04 Fe2O3

C3A = 2.65 Al2O3 – 1.69 Fe2O3

C3S = 4.07 CaO – (7.61 SiO2 + 6.72 Al2O3 + 1.43 Fe2O3 )

C2S = 2.87 SiO2 – 0.75 C3S

87

- Cas d’un mélange sursaturé en chaux

Dans ce cas, MC ∃100. Il existe de chaux libre CaOl

Formule de BOGUES

C4AF = 3.04 Fe2O3

C3A = 2.65 Al2O3 – 1.69 Fe2O3

C3S = 3.8 SiO2

CaOl = CaO - CaO sat

- Cas d’un mélange trop riche en oxyde de fer

Dans ce cas MC [ 100 et MA [ 0.6375

Formule de BOGUES

C4AF = 4.77 Al2O3

C2F = 1.70 Fe2O3 – 2.67 Al2O3

C3S = 4.07 CaO – (7.61 SiO2 + 4.48 Al2O3 + 2.86 Fe2O3 )

C2S = 2.87 SiO2 – 0.75 C3S

88

ANNEXE IV

91

SCHEMA RECAPITULATIF DU PROCESSUS DE FABRICATION DE FABRICATION

95

BIBLIOGRAPHIE

1- Eliane NIVOARISOA – ANDRIANTSIFERANA Lala

« Etude de faisabilité et de mise en œuvre des matériaux composites à bases

de liants minéraux et résidus végétaux »

ESPA 1996, 85p ;

2- Jean WEISS – Claude BORD

« Les matériaux composites – Volume 1 »

Centre Technique des Industries Mécaniques 1991, 328p ;

3- Julius NATTERA – Thomas HERZOG

« Construire en bois »

Presses Polytechniques et Universitaires Romandes 1994, 338p ;

4- J. CAMPREDON

« Le bois matériau de construction moderne »

Edition 1953, 125p ;

5- Marie -Annick ROY

« Guide de la technique : les matériaux »

Presses Polytechniques et Universitaires Romandes 1991, 229p ;

6- M. DERIEZ – J. ARRAMBIDE « Matériaux de construction »

DUNOD Paris 1962, 625p ;

7- Patrice CHANRION – Alain DAVESNE « La valorisation des produits connexes du bois »

Centre Technique du Bois et de l ‘Ameublement 1992,101p ;

96

8- R.H BOGUE

« La chimie du ciment Portland »

Paris 1976, 645p;

9- RALAMBO Faratiana « Rapport de stage effectué au sein de la Société Malgache des

Ciments »

Année 2001,30p ;

10- RAKITANIAINA Perpétué Félicité

« Valorisation de la sciure de bois en vue de la synthèse du nitrate de

cellulose pour la préparation de la peinture et du vernis cellulosique »

ESPA 2003,73p ;

11- RANAIVONIARIVO Velomanantsoa Gabriely

« Cours de liants minéraux »

ESPA 2003

12- Technique de l’Ingénieur ;

13- Encyclopédie Encarta 2003 ;

14- A:\ les matériaux composites par Nadia Bahouli.htm

97

Auteur : RAHELIARIVELO Tsanta

Titre : « Contribution à l’étude de fabrication des matériaux

composites à base de sciure de bois et de ciment Portland »

Nombre de page : 64

Nombre de tableaux : 33

Nombre de figures : 24

Nombre d’annexes : 4

RESUME

La valorisation des sciures de bois, avec le ciment portland, en tant que

matériau de construction constitue l’objet de cette étude.

Quelques essais ont été effectués afin de vérifier la qualité des matériaux.

Le procédé de fabrication des matériaux composites à base de sciure de bois

et de ciment ainsi que les tests de qualités des produits obtenus se sont

avérés concluants.

Les matériaux obtenus sont utilisables pour la construction des cloisons

légères, des préfabriqués.

Mots clés : Matériaux composites – Bois – Sciures de bois – Ciment Portland Directeur de mémoire : Mr ANDRIANARY Philippe Antoine Adresse de l’auteur : Logt 543 Cité des 67ha Sud

Antananarivo 101

I- MATERIAUX COMPOSITES

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