Soutenance mémoire
Constitution du sol
Généralement, le sol est constitué par trois phases distinctes: une phase liquide, une phase gazeuse et une phase solide.
Phase liquide : Constituée en majeure partie par de l’eau, cette phase peut aussi contenir d’autres liquides organiques. L’eau se trouve toujours dans le sol dans des proportions variables. La quantité d’eau contenue dans le sol influe beaucoup sur les propriétés mécaniques de ce dernier.
Phase gazeuse : Formée par l’air contenu dans les interstices des grains constituant le matériau, elle peut être aussi formée par d’autres gaz dégagés par les matières organiques contenues dans le sol ou tout simplement par la vapeur d’eau.
Phase solide : Constituée d’argiles, limons, sables, des graves et des matériaux organiques. Ces quatre premiers constituants solides du sol se distinguent par leurs différentes tailles. On peut remarquer une continuité sur leur granulométrie: les argiles ont une taille inférieure à 2m. Entre 2 à 20 m se trouvent les limons, de 20m à 2 mm les sables. Les graves eux, ont une granulométrie comprise entre 2 à 20mmou plus. [1] Ces constituants du sol agissent différemment sur les propriétés mécaniques de ce dernier. Selon leurs propriétés chimiques, on peut les classer en deux catégories:
– les éléments non actifs
– les éléments actifs
Formation de la latérite
La latérite constitue le stade d’évolution de certains sols sous l’alternance de saisons chaudes et humides des régions tropicales et intertropicales. La latérisation est un phénomène complexe se déroulant pendant des millions d’années. De VILLIERS a proposé en 1965 deux modes de genèse de la latérite :
– elle se développe près de la surface, dans les horizons supérieurs, par accumulation et enrichissement en oxydes (après une élimination des bases et une partie de la silice à la suite d’une altération intense). Ces sesquioxydes, après dessiccation et induration, constitue la latérite.
– La latérite se développe dans la zone de saturation intermittente au dessus d’une nappe dont la base repose sur la roche-mère. On aboutit alors à un type particulier appelé Ground Water Latérite ou cuirasse de nappe. [1] Dans ces deux types de formation, la silice peut être libérée complètement, il se peut aussi qu’elle se combine avec l’aluminium pour servir à la synthèse de la kaolinite. L’aluminium peut aussi se combiner avec l’oxygène pour se retrouver à l’état d’alumine ou d’hydroxyde : gibbsite et rarement le boehmite.Le sort du fer dépend de la nature du milieu. Dans un milieu oxydant, le fer se trouve à l’état d’hématite ou de goethite. En résumé, la latérite est un sol argileux produit par l’érosion des roches sous l’effet du climat tropical. Elle contient surtout des argiles stables et des hydroxydes de fer et d’aluminium.
La latérite
Le choix de ce matériau a été dicté par des études menées par RANAIVONIARIVO[2] sur les latérites au voisinage d’Antananarivo. Les résultats de ces travaux montraient que le minéral argileux constituant principalement ces latérites est la kaolinite. Parmi les gisements, objets de ces études, nous avons choisi celui qui se situe sur la colline de Vontovorona, dans le voisinage immédiat du campus. L’extraction a été faite à une profondeur de 1m afin d’éviter les débris organique.
Analyse thermique différentielle (ATD)
Un échantillon soumis à une montée linéaire de la température subit des transformations diverses telles que la perte d’eau d’absorption ou de constitution, changements d’états, … provoquant un dégagement ou une absorption de chaleur et par suite une variation de la température. Ces transformations, spécifiques à chaque corps, permettent d’identifier certains produits. L’ATD consiste à étudier ces variations de température par rapport à un échantillon inerte, ne subissant aucune modification thermique, servant ainsi de référence. Suivant la nature des réactions au sein du matériau, on peut observer des pics endothermiques ou exothermiques, maximum à la fin de la réaction et s’annule lorsque l’équilibre thermique est de nouveau atteint. Cette technique est très utilisée en chimie minérale surtout pour la caractérisation des minéraux argileux
CONCLUSION
Les essais de compression effectués sur les échantillons de latérites stabilisés par la technique de géopolymérisation nous ont permis de trouver une valeur de la résistance à la compression variant de 6 bars à 47 bars. Lors de ces essais, on a pu constater d’une part que la teneur du réactif ainsi que la température de cuisson jouent des rôles importants sur la résistance de ces briques. D’autre part, l’effet de l’immersion a provoqué chez les briques une diminution de 47 % sur la valeur de Rc, la valeur maximale de Rc après immersion étant de 14.5 bars. Actuellement, il n’existe pas encore de normes internationales sur la construction en terre. La valeur souvent admise par les techniciens jusqu’à maintenant est limitée à une résistance à la compression supérieure à 1 bar[15]. En tenant compte du coefficient de sécurité 21, généralement admis dans les constructions, nous pouvons dire que la teneur optimum du réactif se situe entre 5 et 10% suivant la valeur de la température de traitement. Ces chiffres montrent que la technique de géopolymérisation conduit à des résultats satisfaisants sur la stabilisation de la latérite. En outre, elle permet de concurrencer les autres stabilisants classiques. A titre indicatif, le tableau suivant résume les valeurs de la résistance à la compression des briques donnée par la littérature pour différentes techniques de stabilisation courantes. Signalons en outre que, les résultats que nous avons obtenus, ont été réalisés avec une latérite ayant une teneur en kaolinite voisine de 36%. Il va sans dire que pour d’autres matériaux ayant une teneur en kaolinite plus élevée, la résistance observée pourra atteindre des valeurs beaucoup plus grandes. Ainsi, des résistances allant jusqu’à 60Mpa ont été observées pour des latérites ayant une teneur en kaolinite supérieure à 50%[9]. Dans ce sens, les latérites possédant une faible teneur en kaolinite peuvent être corrigées par ajout de kaolin pour améliorer les caractéristiques des briques. En outre, la géopolymérisation offre d’autres avantages. En effet, la température de cuisson des briques obtenue avec cette technique sont relativement faible par rapport aux briques en terre cuite (allant jusqu’à 1000 °C). Ainsi, elle demande moins d’énergie, donc plus écologique, pour des résistances équivalentes. De plus, du point de vue thermique, les murs fabriqués avec des briques géopolymères possèdent les mêmes qualités de confort ainsi que de fraîcheur intérieur observées avec le pisé ou les briques en terre crue. Ceux-ci s’explique par la structure de type zéolite (propriétés de « respirer ») des géopolymères qui leur permet d’être en équilibre hygrométrique constant avec l’intérieur et d’assurer ainsi l’isolation contre la chaleur. Par ailleurs, l’obtention de brique de bonne qualité avec la latérite donne une opportunité importante pour les régions où les ressources en argiles sont quasi-inexistantes. Cependant, des problèmes se posent sur la promotion de cette nouvelle technique. La caractérisation complète du réactif géopolymère nécessite des appareils spéciaux (Analyse Thermique différentielle, diffraction par rayons X, …) qui sont actuellement inaccessibles à Madagascar. Toutefois, ce premier pas dans le domaine des géopolymères nous a permis d’apprécier les possibilités offertes par ces nouveaux matériaux.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
Première partie : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
Chapitre 1: La laterite
1.1 Origine et Formation du sol
1.1.1 Désagrégation mécanique
1. I. 2 Désagrégation chimique
1.2 Constitution du sol
1 2.1 Les éléments non actifs
1.2.1.1 Sables et limons
1.2.1.2 Graves
1.2.2 Les éléments actifs
1.2.2.1 Matériaux organiques
1.2.2.2 Minéraux argileux
1.3 Concept de Latérite
1.3.1 Formation de la latérite
1.3.2 Composition chimique et minéralogique des latérites
1.3.3 Classification des latérites
1.3.4 Utilisations pratiques
Chapitre 2 : La stabilisation du sol
2.1 Stabilisation mécanique
2.2 Stabilisation hydraulique
2.3 Stabilisation ionique
Chapitre 3 : Les géopolymères
3.1 Généralités
3.2 Structure et propriétés des géopolymères
3.3 Applications pratiques
3.3.1 Liant et ciment à base de géopolymères
3.3.2 Traitement des déchets toxiques
3.3.3 Stabilisation des latérites
Deuxième partie : ETUDES EXPERIMENTALES
INTRODUCTION
Chapitre 4 : Caractérisation des matières premières
4.1 Provenance des matières premières
4.1.1 La latérite
4.1.2 Le kaolin
4.2 Méthodes de caractérisation
4.2.1 Détermination des caractéristiques physiques
4.2.1.1 Densité apparente
4.2.1.2 Teneur en eau naturelle
4.2.2 Détermination des caractéristiques géotechniques
4.2.2.1 Analyse granulométrique
4.2.2.2 Limites d’ Atterberg
4.2.2.3 Teneur en eau optimum : Essai PROCTOR
4.2.3 Détermination des caractéristiques chimique et minéralogique
4.2.3.1 Analyse chimique
4.2.3.2 Analyse thermique différentielle
4.2.3.3 Diffraction des rayons X
4.2.3.3 Spéctrométrie Infra-rouge
4.3 Résultats et interprétations
4.3.1 Caractéristiques physiques de la latérite de Vontovorona
4.3.1.1 Densité apparente
4.3.1.2 Teneur en eau naturelle
4.3.2 Caractéristiques géotechniques de la latérite de Vontovorona
4.3.2.1 Granulométrie
4.3.2.2 Limites d’ Atterberg
4.3.2.3 Teneur en eau optimum
4.3.3 Composition chimique et minéralogique des matières premières
4.3.3.1 Analyse chimique
4.3.3.2 Analyse thermique différentielle
4.3.3.3 Diffraction des rayons X
4.3.3.4 Spectrométrie infra-rouge
4.3.3.5 Composition minéralogique des matières premières
Chapitre 5 : Synthèse du réactif géopolymère
5.1 Matières premières et réactif
5.1.1 Le kaolin
5.1.2 La soude
5.2 Matériels
5.2.1 Le réacteur
5.2.2 La presse
5.2.3 Accessoires
5.2.3.1 Mesure de la pression
5.2.3.2 Régulation de la température
5.3 Protocole de synthèse
5.3.1 Aperçu général
5.3.2 Préparations des mélanges
5.3.2.1 Dosage des mélanges
5.3.2.2 Malaxage
5.3.3 Réaction de synthèse
5.3.3.1 Synthèse du monomère
5.3.3.2 Polymérisation
5.3.3.3 Récupération du géopolymère
Chapitre 6 : Confection des éprouvettes d’ essais
6.1 Préparation de la latérite
6.1.1 Extraction
6.1.2 Criblage
6.2 Réalisation des éprouvettes
6.2.1 Malaxage
6.2.2 Moulage et démoulage
6.2.3 Séchage
6.2.4 Cuisson
6.2.5 Les produits finis
Chapitre 7. Caractérisation et contrôle des produits finis
7.1 Méthode de caractérisation
7.2 Résistance à l’ état sec
7.2.1 Influence de la teneur en réactif
7.2.2 Influence de la température de cuisson
7.3 Résistance à l’ action de l’ eau
CONCLUSION
CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
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