Soutenance mémoire
La construction d’infrastructures telles que : routes, bâtiments, ports, ponts, ouvrages d’art … reflète le développement d’un pays. Elle demande de grandes quantités de béton ou de mortier et de ciment. A Madagascar, la production de ciment est encore largement inférieure à la demande. Le prix du ciment est toujours en hausse et n’est pas accessible à la majorité de la population. Pour remédier à cette situation, beaucoup de recherches pour la production intensive de ciment à moindre coût sont en cours et la présente étude « Contribution à l’élaboration de liants écologiques » en fait partie.
LES POUZZOLANES
Une pouzzolane est un matériau siliceux, alumineux ou ferrugineux, n’ayant aucune propriété liante en lui-même, mais qui, sous certains états de cristallinité et de structure peut réagir en présence de chaux et d’eau à température et pression normale pour donner un ciment.
Quelques définitions du terme
La pouzzolane n’est autre que les projections volcaniques, c’est une roche naturelle possédant une texture scoriacée, alvéolaire. Ce sont des matériaux légers de densité intérieure à un [1], poreux, abrasifs, réfractaires et isolant [3] Les pouzzolanes sont des cendres trachytiques, rhyolitiques, leucitiques, ou rarement basaltiques, claires et friables, représentant l’élément fin de certaines projections volcaniques riches en silice et alumines et donnant des propriétés hydrauliques mélangées avec de la chaux, formant alors la masse.
Historique
Le terme pouzzolane tire son nom de Pouzzoles, une localité près de Naples en Italie en terre volcanique. La pouzzolane naturelle produite par les projections volcaniques basaltiques est la majorité des matériaux naturels de faibles granulométries résultant des émissions explosives lors des éruptions volcaniques. En 1938, à un symposium de Stockolm, F.M. Léa a défini la pouzzolane comme étant une substance non hydraulique par elle mais contenant des constituants qui à température ordinaire et en présence d’eau peuvent se combiner avec de la chaux pour donner des composés peu solubles et douées des propriétés hydrauliques. [4] Les cendres volcaniques claires friables constituent un ciment naturel dont le type a été pris à Pouzzoles près de Naples en Italie et par extension, tout matériau naturel ou artificiel présentant des propriétés pouzzolaniques.
Classification
On distingue deux types de pouzzolanes : les pouzzolanes naturelles et les pouzzolanes artificielles.
Les pouzzolanes naturelles
Les pouzzolanes naturelles proviennent des éruptions volcaniques. Ce sont des matériaux possédant des propriétés pouzzolaniques à l’état naturel qui peuvent être améliorées par un traitement approprié d’activation. Exemples de pouzzolanes naturelles : les types volcaniques, les roches sédimentaires siliceuses, lapillis, cendres, ponces, scories et bombes, gaizes …
Les pouzzolanes artificielles
Ce sont des matériaux dont l’activité pouzzolanique apparaît seulement après un traitement approprié, en particulier thermique. Exemple de pouzzolanes artificielles: les argiles et schistes argileux calcinés, les cendres volantes de centrales thermiques, les cendres de balle de riz, les laitiers de haut fourneau, la bauxite calcinée …
THEORIE DE L’ACTIVITE POUZZOLANIQUE
Définition de l’activité pouzzolanique
L’activité pouzzolanique est l’aptitude de pouzzolanes à fixer de la chaux à la température ambiante, pour former des composés ayant des propriétés hydrauliques, elle joue un rôle sur les propriétés des liants pouzzolaniques. [5] Un matériau possède une propriété pouzzolanique s’il a la faculté de former, à température ordinaire, en présence de l’eau, par combinaison avec de la chaux, des composés hydratés stables analogues à ceux formés par les constituants hydrauliques du ciment au cours de leur hydratation. En 1974, à Moscou, lors de la 6ème Congrès International de la Chimie du ciment, le Professeur Massazza a défini les pouzzolanes comme un matériau naturel ou artificiel riche en silice et alumine capable :
1- de réagir avec la chaux en présence d’eau ;
2- de former par cette réaction des produits aux propriétés liantes.
Cette définition peut servir pour distinguer l’existence de la réaction pouzzolanique et l’influence mécanique du système, plus particulièrement sur les résistances mécaniques.
Réactions pouzzolaniques
Les matériaux pouzzolaniques présentent la caractéristique de pouvoir réagir plus ou moins rapidement avec la chaux. Il en résulte essentiellement des silicates de calcium hydratés et/ou des aluminates de calcium hydratés.
Réaction pouzzolanique
Pouzzolane + chaux + eau ➡ Silicates de calcium hydraté + Aluminates de calcium hydraté
En fait les réactions pouzzolaniques sont plus complexes. Elles exigent notamment une certaine mobilité ionique des constituants acides tels que la silice et l’alumine présents dans les réseaux superficiels de la pouzzolane. C’est pourquoi les matériaux contenant de la silice ou de l’alumine ne présentent pas toujours des propriétés pouzzolaniques. D’après les études par M. FOURNIER et J.M. GEOFFRAY, la réaction pouzzolanique est très lente, elle peut se poursuivre jusqu’à un âge avancé mais avec des degrés différents. Alors il se peut qu’il existe un mélange optimal dont les résistances peuvent devenir à plus long terme, plus élevées que celles du Ciment Portland Artificiel utilisé.
LES POUZZOLANES NATURELLES
Mode de formation de la pouzzolane naturelle
La pouzzolane appartient à la famille des roches éruptives. Les roches éruptives proviennent de la consolidation de magma émanant des profondeurs de l’écorce terrestre. On distingue deux types de roches éruptives : les roches plutoniques et les roches volcaniques. Les éruptions volcaniques caractérisées par des explosions violentes projettent des débris de tous les calibres. Les matériaux plus fins, constitués de cendres, peuvent être transportés par le vent et tomber en pluie, loin du centre d’émission, c’est le cas des pouzzolanes. Les roches volcaniques se divisent en deux groupes tels que les laves et les projections ; les pouzzolanes appartiennent à ce dernier.
D’après Charles Pomerol, Maurice Renard, pour les projections volcaniques on distingue les bombes et blocs, les lapillis et les cendres. Au dessous de 32mm de diamètre, les projections sont dites lapillis, ce sont des fragments irréguliers souvent bulleux et vésiculeux, constitués par une assez forte proportion de verre. Ceux des volcans d’Auvergne sont exploités sous le nom de Pouzzolane.
Constituants actifs des pouzzolanes naturelles
En général, la portion active des pouzzolanes est constituée par les phases amorphes ou vitreuses. L’activité des phases amorphes ou vitreuses ne résulte pas directement de leur composition chimique, elle provient d’une altération des minéraux originaux subséquente à une exposition prolongée à l’eau contenant du CO2 et à la vapeur d’eau surchauffée. L’activité pouzzolanique des pouzzolanes naturelles peut être aussi due au caractère zéolithique de leurs constituants tels que l’analcime Na2O.Al2 O3.4SiO2.2H2O. Pour les tufs volcaniques dont la teneur en eau est élevée, l’activité pouzzolanique provient des composés zéolitiques, tandis que pour ceux dont la teneur en eau d’hydratation est faible et dont la solubilité dans les acides et les bases est plus élevée, la phase vitreuse jouerait le rôle prédominant. Pour les roches sédimentaires, l’activité repose sur la teneur élevée en silice hydraté possédant une structure poreuse et une grande surface interne. Elle résulte en outre d’une certaine quantité de cristobalite et d’impuretés argileuses.
Constituants actifs des pouzzolanes artificielles
Les argiles ne manifestent une activité pouzzolanique qu’après un traitement thermique dans un domaine de température déterminé. Ce domaine de température correspond à une dégradation partielle ou complète de leur structure. L’activité pouzzolanique diminue à nouveau si l’on dépasse ce domaine de température. Au point de vue chimique, la silice, l’alumine et l’oxyde de fer peuvent devenir actifs par traitement thermique. Il faut remarquer que les oxydes à l’état actif ne se trouvent pas nécessairement séparés, mais peuvent se trouver sous forme de combinaison. Pour les cendres volantes c’est plutôt la finesse de la poudre qui détermine l’activité pouzzolanique et que la finesse est en relation avec la teneur en charbon du combustible de départ.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
PREMIERE PARTIE : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
Chapitre 01 : LES POUZZOLANES
I- Quelques définitions du terme
II- Historique
III- Classification
IV- THEORIE DE L’ACTIVITE POUZZOLANIQUE
V- LES POUZZOLANES NATURELLES
VI- GISEMENTS DES POUZZOLANES
Chapitre 02 : LES CIMENTS
I- QUELQUES DEFINITIONS DU CIMENT
II- LES CONSTITUANTS DU CIMENT
III- FABRICATION DU CIMENT
V- NORMALISATION ET CLASSIFICATION
V- CARACTERISTIQUES DES CIMENTS
Chapitre 03 : LIANTS A BASE DE POUZZOLANE
I- LIANT CHAUX-POUZZOLANE
II- CIMENT POUZZOLANIQUE
Chapitre 04 : LES EMISSIONS DE CO2
I- LES EMISSIONS DE CO2 DE L’INDUSTRIE DE CIMENT
II- LES EMISSIONS ENERGETIQUES
III- EMISSION DE PROCEDE
IV- ANALYSE DU CYCLE DE VIE
Chapitre 05 : EVALUATION ECONOMIQUE ET IMPACT ENVIRONNEMENTAL
INTRODUCTION
I- CHANGEMENT CLIMATIQUE
II- Etude d’Impact Environnemental (EIE)
DEUXIEME PARTIE : ETUDE EXPERIMENTALE
INTRODUCTION
Chapitre 06 : LES MATIERES PREMIERES TYPE ET PROVENANCE
I- LA POUZZOLANE
II- LE GYPSE
III- LA CHAUX
IV- LE CIMENT
Chapitre 07 : METHODES DE CARACTERISATION
I- CARACTERISTIQUES PHYSIQUES
II- CARACTERISTIQUES CHIMIQUES
Chapitre 08 : PROPRIETES ET CARACTERISTIQUES DES MATIERES PREMIERES
I- CARACTERISTIQUES DE LA POUZZOLANE
II- LE CIMENT CEMII /A42,5 N ou CPJ 55
III- LA CHAUX
Chapitre 09 : Préparation des matières premières
I- BROYAGE ET SECHAGE
II- ACTIVATION DE LA POUZZOLANE
Chapitre 10 : LIANT ECOLOGIQUE
Essai d’élaboration de liant chaux pouzzolane
I- POSITION DE PROBLEME
II- CIMENT POUZZOLANE NATURELLE-CHAUX
III- INTERPRETATION
Chapitre 11 : Etude comparative avec d’autres ciments
I- INTRODUCTION
II- COMPARAISON DES PROPRIETES PHYSIQUES
III- COMPARAISON DES PROPRIETES MECANIQUES
IV- COMPARAISON DE PRIX
CONCLUSION
CONCLUSION GENERALE
ANNEXES
