of 97/97
1 UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE YZYZYZYZYZ 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

I- MATERIAUX COMPOSITES

  • View
    4

  • Download
    1

Embed Size (px)

Text of I- MATERIAUX COMPOSITES

I- MATERIAUX COMPOSITESDEPARTEMENT 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
2
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
BOIS ET DE CIMENT PORTLAND
Présenté par
RAHELIARIVELO Tsanta
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
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
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
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
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
Tableau n°25 : Résistances à la compression pour les sciures de palissandre avec le CPJ35 et
le 2e additif
Tableau n°26 : Résistances à la compression pour les sciures de pin avec le CPJ35 et le
silicate de soude
Tableau n°27 : Résistances à la compression pour les sciures de palissandre avec le CPJ35 et
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
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 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
en fonction de la composition du ciment
Figure15 : Evolution de la résistance pour les sciures de pin avec le CPJ35 et l’additif 1 en
fonction de la composition du ciment
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
fonction de la composition du ciment
10
Figure 18 : Evolution de la résistance pour les sciures de palissandre avec le CPA45 et
l’additif 1 en fonction de la composition du ciment
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
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
silicate de soude en fonction de la composition du ciment
11
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
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
Eléments renforçant Fibre
Craie Silice Kaolin Oxyde de titane Verre Poudres métalliques Mica
Catalyseur Accélérateur Agent de démoulage Fongicide
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.
Exemples de matériaux composites
Fibre de bore, matrice aluminium Fibre de carbone, matrice Aluminium
Aérobalistique
Emballage, Imprimerie..
Panneaux de
résines,…
Bâtiment
Composites
carbone Bâtiment, Electronique, Transport
d’abeille, plastiques…
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 ;
la conception des mécanismes ;
• 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
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 ].
22
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 ] .
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.
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
Le tableau n°2 montre les caractéristiques de l’écorce.
Tableau n°2 : Caractéristiques de l’écorce
Essences Caractéristiques visuelles de
grisâtre
Essences Résineux
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
la base du tronc
épaisse et plus profondément fissuré, ainsi que
largement écailleuse
• 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
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)
• Description
Ce sont des débris fins ou des poudres provenant d’une scierie.
Granulométrie: - débris>0.9mm
Composition du bois Constituants principaux
Feuillus Résineux
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-3-1- 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-3-3-1- 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.
- la nature des constituants
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.
• 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 :
Ancienne Norme 35 45 55 HP
Norme Révisée *- 32.5 42.5 52.5
*On ne produit plus des ciments de classe 35
36
Tableau n°6 : Désignation et symbole des ciments
Dénomination Symbole Pourcentage de clinker
Ciments Portland
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-3-4-1- Caractéristiques chimiques
- Silice (SiO2)
- Alumine (Al2O3)
Tableau n°7 : Spécifications chimiques des ciments
Propriétés Type de ciment Classe Exigences en %
Perte au feu
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.
Ciments Début de prise
CPA de classe 35-45
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 de classe 55 et HP
Ciments prompt
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
- la fabrication des mosaïques (vases, motifs décoratifs,….) ;
- le secteur travaux publics (pont, barrage, trottoir,…….. …) ;
- le secteur bâtiment (béton, mortier,……..) ;
- les matériaux composites.
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
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
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
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
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
CPJ35
Age en jours 7j
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
R7 R21 R28
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
10
20% de ciment 30% de ciment 40% 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
bars
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
on R7 R21 R28
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
20% de ciment 30% de ciment 40% 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
70 60 Composition en %
bars
28j 1.09
4.15 8.31
L’évolution de la résistance à la compression est la suivante:
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 20 30 40
Composition du ciment en %
R7 R21 R28
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
Sciures de palissandre
bars
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
R7 R21 R28
Figure 14: Evolution de la résistance pour les sciures de palissandre avec le CPA45 en
fonction de la composition du ciment
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
70 60 Composition en %
bars
28j 6.63
7.69 11.8
La variation de la courbe de la résistance est la suivante :
0 2 4 6 8
10 12 14
R21 R28
Figure 15 : Evolution de la résistance pour les sciures de pin avec le CPJ35 et l’additif 1
en fonction de la composition du ciment
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
Sciures de palissandre
bars
28j 5.9
8.93 10.03
La figure suivante montre l’évolution de la résistance correspondant à ce résultat :
0
5
10
15
R21 R28
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
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
70 60 Composition en %
bars
28j 7.05
7.69 9.14
0 2 4 6 8
10
R21 R28
Figure 17 : Evolution de la résistance pour les sciures de pin avec le CPA45 et l’additif 1
en fonction de la composition du ciment
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
Sciures de palissandre
bars
28j 5.79
8.56 9.73
Nous allons voir par la courbe ci-après l’évolution de la résistance :
0
5
10
15
R7 R21 R28
Figure 18 : Evolution de la résistance pour les sciures de palissandre avec le CPA45 et
l’additif 1 en fonction de la composition du ciment
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
bars
28j 1.08
2.09 2.5
0 0,5
1 1,5
2 2,5
R7 R21 R28
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
Sciures de palissandre
bars
28j 7.01
6.64 5.24
0
2
4
6
8
R21 R28
Figure 20 : Evolution de la résistance pour les sciures de palissandre avec le CPJ35 et le
2e additif en fonction de la composition du ciment
62
V-2-2-3- Interprétation
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
70 60 Composition en %
bars
28j 8.13
16.63 9.77
Nous allons voir l’évolution de la résistance par la figure suivante :
0
5
10
15
20
R21 R28
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
Sciures de palissandre
bars
28j 4.32
7.06 7.69
0 2 4 6 8
10 12
R21 R28
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
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
70 60 Composition en %
bars
28j 8.91
10.39 12.88
0
5
10
15
R21 R28
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
Sciures de palissandre
bars
28j 8.55
10.14 15.59
L’évolution de la résistance est représentée par la figure ci-après :
0
5
R21 R28
Figure 24: Evolution de la résistance pour les sciures de palissandre avec le CPA45 et le
silicate de soude en fonction de la composition du ciment
67
V-2-3-5- Interprétation
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
Troisième additif 9,35 12,05 16,63 Sans additif 3,19 2,11 8,10 Premier additif 8,52 11,8 11,8 Deuxième additif 1,32 2,25 2,5
Sciures de pin
60
Troisième additif 10,18 11,84 9,77 Sans additif 2,42 6,13 6,50 Premier additif 5,45 3,21 5,90 Deuxième additif 0,68 2,73 7,01
80
Troisième additif 6,04 5,75 4,32 Sans additif 6,08 6,85 7,13 Premier additif 8,83 9,11 8,93 Deuxième additif 1,15 3,04 6,64
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
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
Troisième additif 4,57 2,49 8,55 Sans additif 3,74 2,07 3,53 Premier additif 2,07 2,79 8,56 Deuxième additif - - -
70
Troisième additif 5,19 5,19 10,14 Sans additif 4,78 4,15 5,19 Premier additif 3,11 5,19 9,73 Deuxième additif - - -
C IM
EN T
C PA
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 ;
71
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