Soutenance mémoire
FIBRES VEGETALES
Historique et perspective de l’utilisation des fibres
L’idée de l’utilisation des fibres est très ancienne. Les fibres ont été utilisées dans la fabrication des cordes et textiles. Comme élément de renforcement des matériaux de construction traditionnels, la première utilisation des fibres a été observée dans la fabrication des briques argileuses ou dans les mises en œuvre des plâtres, et spécialement par des fibres végétales.
La naissance de la fibre industrielle, suite aux développements technologiques, a augmenté les champs d’applications des fibres dans plusieurs domaines. Utilisé dans le domaine des textiles depuis le XIXe siècle sous forme de fibre de coton, et à partir de l’année 1935 la fibre de Nylon (plastique), et récemment la fibre de polypropylène prédomine depuis l’année 1950 la production des cordes et câbles utilise les fibres de verre et d’acier. Cependant, dans le domaine de la construction, la première fibre utilisée dans le renforcement des ciments fut la fibre d’amiante vers les années 1900. Si la fibre d’amiante est considérée comme étant la première fille dans la famille des fibres minérales utilisées dans le renforcement des ciments, la fibre de verre est la première sœur. En effet, le renforcement des ciments par les fibres de verre a commencé à partir des années 50, pour répondre aux exigences et aux nécessités de production des matériaux résistants, durables et légers, mais aussi et surtout pour se substituer à l’amiante, originaire de plusieurs maladies sanitaires .
Depuis 1966, les efforts ont été concentrés pour l’amélioration de la qualité de la fibre de verre notamment sa résistance aux alcalis. Parallèlement, la technologie d’utilisation des fibres d’acier fût développée. Des recherches se poursuivent pour adapter ces matériaux aux bétons à hautes performances. Dernièrement, des recherches sont axées vers l’incorporation des fibres végétales ou naturelles tels que le sisal, le jute et la hampe dans le renforcement des matériaux de construction et particulièrement dans les ciments.
L’avenir du développement dans le domaine du béton de fibre sera fort probablement attribué aux fibres végétales, notamment pour les pays en voie de développement.
Type des fibres utilisées dans le domaine de construction
Plusieurs types des fibres sont utilisés dans la construction, parmi eux nous citons:
• Les fibres métalliques (acier, fonte) ;
• Les fibres organiques (polypropylènes, polyesters, polyamides et polystyrènes);
• Les fibres minérales (amiante, verre, carbone) ;
• Les fibres végétales (Jute, sisal, bois, bambou, palmier) ;
• Les fibres animales (poil, laine, soie).
Fibres végétales
L’utilisation des fibres naturelles d’origine végétales dans la construction remonte aux années où l’on fabriquait des briques renforcées par la paille ou des roseaux. Dans le temps moderne (depuis l’année 1970), le premier composite liant avec les fibres végétales était le plâtre. De ce fait, plusieurs ouvrages sont réalisés avec le plâtre renforcé de fibres végétales. Actuellement le monde connaît de récents développements dans le domaine de renforcement du ciment et béton avec des fibres végétales. Suite aux problèmes de santé posés par les fibres d’amiante, plusieurs axes de recherches sont orientés vers la substitution de cellesci par les fibres végétales.
Définition
Une fibre végétale est une expansion cellulaire morte qui est principalement composée de cellulose, d’hémicelluloses, de lignine et de pectines. Elle est soit isolée soit regroupée avec d’autres en un faisceau. [11] Il est primordial de ne pas confondre fibre unitaire et faisceau de fibres. Une fibre unitaire correspond à une cellule élémentaire fibreuse, qui, regroupée avec d’autres, forme un faisceau de fibres ; le lien interstitiel entre les fibres unitaires étant composé principalement de pectines et d’hémicelluloses. Ce sont généralement ces faisceaux de fibres qui sont communément appelés « fibres végétales ».
Elle est caractérisée par sa finesse et sa forme allongée par rapport à son diamètre. La plupart des fibres végétales mesure entre 10 et 15 mm de long pour un diamètre de 10 à 50 µm, soit un rapport longueur sur diamètre compris entre 10 et 100.
Origines des fibres végétales
Les fibres végétales peuvent être issues de différentes parties de la plante: des feuilles, de la tige ou tronc, de bois et de surface.
Les Fibres de Feuilles
Ces fibres sont obtenues grâce au rejet des plantes monocotylédones. Les fibres sont fabriquées par chevauchement de paquet qui entoure le long des feuilles pour les renforcer ces fibres sont dures et rigides. Les types de fibres de feuilles les plus cultivées sont la fibre de sisal, de Henequen et d’abaca. De ces fait, plusieurs chercheurs tel que: NILSSON, AYYAR et al ont montré l’efficacité du renforcement du ciment par les fibres de feuilles.
Les Fibres de Tiges
Les fibres de tige sont obtenues dans les tiges des plantes dicotylédones. Elles ont pour rôle de donner une bonne rigidité aux tiges de plantes. Les fibres de tige sont commercialisées sous forme de paquet de cor et en toute longueur. Elles sont par la suite séparées individuellement par un processus de défilage. Les fibres, une fois séparées, sont utilisées dans la fabrication des cordes ou de textile ou bien dans le renforcement du ciment et béton.
Les fibres de bois
Les fibres de bois proviennent du broyage des arbres tels que les bambous ou les roseaux. Elles sont généralement courtes. Plusieurs chercheurs ont montré l’efficacité de ces fibres dans le renforcement des ciments.
Les fibres de surface
Les fibres de surface entourent en général la surface de la tige de fruits ou de grains. Les fibres de surface des grains constituent le groupe le plus important dans cette famille de fibres. Nous citons entre autre le coton et la noix de coco. Par ailleurs, les fibres de palmier, qui entourent son tronc, appartiennent à cette famille de fibres.
Techniques d’extraction des fibres végétales
Les fibres végétales sont extraites des plantes par différentes méthodes mécaniques, chimiques et biologiques (utilisation des bactéries et enzymes) en fonction du type de fibre considéré.
Décortication
Pour obtenir des fibres élémentaires à partir de la tige de la plante, la première étape consiste à séparer les faisceaux de fibres libériennes du cœur, généralement ligneux, de la tige. Le cœur ligneux est fragile et casse lorsqu’on plie la tige, tandis que les faisceaux de fibres libériennes eux, sont très flexibles et ne se rompent pas. Les machines utilisées pour la décortication mécanique des fibres libériennes se basent soit sur le principe des moulins broyeurs, soit sur le principe des rouleaux concasseurs rotatifs, profilés. Les machines acceptent les tiges de plantes même emmêlées, ce qui simplifie la technique de récolte par rapport au procédé traditionnel de production des fibres. Cette machine se compose de quatre paires de rouleaux rotatifs, à profil axial, placés les uns derrière les autres et entraînés par un moteur électrique. Elle permet de reproduire en laboratoire un processus de décortication industriel, correspondant au niveau actuel de la technique. Dans le cadre de la décortication en laboratoire, les tiges ne sont pas complètement décortiquées après un seul passage. Le liber partiellement décortiqué a donc été reconduit plusieurs fois dans la machine jusqu’à ce qu’il soit absolument exempt de chènevottes, ce qui a requis cinq passages dans la machine.
Dégommage
Avec la décortication mécanique et le cardage successif, les faisceaux de fibres ne peuvent pas être séparés jusqu’aux cellules des fibres élémentaires. Pour parvenir à ce stade, il est indispensable d’éliminer les substances gommeuses qui entourent les fibres (dégommage). Différents procédés biologiques et physico chimique ont été étudiés pour obtenir un dégommage contrôlé. Le procédé par explosion de vapeur (vapocraquage) et le procédé de séparation biologique sont les plus développés. En ce qui concerne le vapocraquage, le liber est placé dans un autoclave avec vapeur alcaline de 8-12 bars durant 30 minutes. Lorsque la pression est réduite, les fibres sont accélérées et séparées. Ce procédé permet d’affiner les fibres. Il est suffisamment développé pour permettre une application industrielle. Dans le cadre de la séparation biologique, les microorganismes présents naturellement sur le liber sont placés dans un fermenteur dans des conditions précisément définies. Les substances gommeuses du liber se dissolvent sous l’action des enzymes libérés par ces microorganismes, ce qui permet la séparation ultérieure des fibres élémentaires.
Rouissage
Le rouissage est un procédé à la fois mécanique, chimique et enzymatique pour la séparation des fibres. Ces fibres sont prétraitées à l’aide de petits rouleaux rainurés afin de briser la tige mécaniquement et de permettre aux enzymes d’être absorbées plus rapidement par les fibres. Ensuite, avant de pulvériser une enzyme commerciale sur les tiges, on les immerge dans l’eau pendant deux minutes. On utilise des chélateurs pour réduire la quantité d’enzymes employée. Les chélateurs éliminent le calcium qui relie et stabilise les pectines, ce qui favorise l’accès de l’enzyme à l’intérieur de la tige. Le processus de rouissage aux enzymes réduit le temps de rouissage de plusieurs semaines à 24 heures seulement.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
chapitre I. GENERALITES SUR LE BETON
I. 1. Définition
I. 2. Historique
I. 3. Constituants du béton
I. 4. Différentes caractéristiques du béton
chapitre II. FIBRES VEGETALES
II-1 Historique et perspective de l’utilisation des fibres
II-2 Type des fibres utilisées dans le domaine de construction
II-3 Les fibres végétales
II-4 Domaines d’application des fibres
chapitre III. BAGASSE DE CANNE A SUCRE
III-1 Définition
III-2 Composition de la bagasse
III-3 Distribution de la taille des particules
III-4 Densité
III-5 Applications courantes des fibres de bagasse
chapitre IV. BETON RENFORCE DE FIBRES VEGETALES
IV-1 Définition de béton de fibres
IV-2 Rôles des fibres dans les bétons
IV-3 Compatibilité des fibres végétales avec le ciment
IV-4 Notion d’ouvrabilité du béton de fibre
IV-5 Comportement des bétons de fibres
IV-6 Durabilité des bétons de fibres végétales
IV-7 Amélioration de la durabilité
IV-8 Influence des fibres sur le temps de prise
IV-9 Applications des bétons de fibres
chapitre V. CARACTERISATION DES MATERIAUX D’EXPERIMENTATION
V-1 Méthodes expérimentales
V-2 Caractéristiques des matières premières
chapitre VI. ESSAI DE FABRICATION DU BETON DE FIBRE DE BAGASSE
VI-1 Prétraitement des fibres
VI-2 Traitements des fibres
VI-3 Etude de la composition du béton
VI-4 Gâchage et fabrication des éprouvettes
VI-5 Caractérisation des bétons
chapitre VII. APPROCHE ENVIRONNEMENTALE : ANALYSE DU CYCLE DE VIE DES FIBRES DE BAGASSE
VII-1 Généralités sur l’analyse de cycle de vie
VII-2 Objectifs et champs d’étude
VII-3 L’ACV de filé de fibres de bagasse écrus : Inventaire des données
VII-4 Evaluation des impacts
VII-5 Enjeux de la filière canne
VII-6 Affectation des catégorie d’impacts à l’inventaire des données
CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
