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Symbiose et synergie industrielles, bouclage de flux d’énergie et de matière
Symbiose industrielle, synergie industrielle et bouclage de flux d’énergie et de matière forment les principes opérationnels et de mise en œuvre de l’écologie industrielle.
La symbiose industrielle Selon Chertow, la symbiose industrielle qui est aussi un métaphore écologique, engage des industries traditionnellement séparés dans une approche collective impliquant des échanges de sous-produits, d’eau et d’énergie pour des gains d’avantage compétitive (Chertow, 2000). Chertow a classé cinq types dont les trois derniers appartiennent au type de symbiose industrielle (Chertow, 2000) :
Type 1 : système de recyclage classique des produits en fin de vie ;
Type 2 : Système de bouclage de flux de matière et d’énergie au sein d’une usine ;
Type 3 : Système d’échange de flux entre entreprises voisines d’un périmètre donné ;
Type 4 : Système d’échange de FME entre entreprises locales distantes;
Type 5 : Système d’échange de FME entre entreprises distantes qui sont organisées virtuellement à l’échelle d’une région.
Synergie industrielle et bouclage de flux d’énergie et de matière (BFEM) La connaissance de la symbiose industrielle permet de déterminer les pistes de synergie (Figure3, étape 3) entre deux différents secteurs et de réaliser ainsi un bouclage de flux d’énergie et de matière (BFEM). Le BFEM est la base opératoire pour réaliser la réutilisation des matières ou de l’énergie, la réduction des matières premières à la source et des déchets à la sortie, leur recyclage, et leur valorisation ou principe des 3RV (OQLF, 2011). Le schéma ci-dessous illustre le concept de cycle de vie de synergie d’Adoué (Adoué, 2007).
Les principaux facteurs qui influent sur le phénomène de latérisation
Le Climat : le phénomène de latérisation est beaucoup plus favorisé par un climat tropical ou équatorial. Les grands écarts de températures journalières ou saisonnières associés au bilan hydraulique et à la prédominance de l’activité bactérienne conduisent à la destruction des minéraux argileux formés. Le processus s’arrête au niveau de la formation de ces minéraux argileux dans les régions tempérées.
L’eau : l’action de l’eau est primordiale sur le devenir du produit final. L’excès de l’eau entraîne un lessivage des éléments CaO, MgO, Na2O, K2O et SiO2. Une déficience en eau conduit en une accumulation d’oxyhydroxyde principalement du Fer et de l’Alumine.
La topographie : l’accumulation d’eau, élément responsable de l’altération de la roche mère et de la coloration des latérites, dépend de la topographie. Sur la forte pente, la terre a une couleur plutôt rouge due à la présence des oxydes de fer. Elle est plus proche de brun et du jaune que rouge dans la pente moyenne, due à la présence des oxy-hydroxydes de fer de type goethite Fe2O3, H2O ou limonite 2Fe2O3, 3H2O. La latérite tendra vers le gris ou le noir en arrivant dans la zone plate.
Les roches mères : le produit de l’altération varie avec la nature de la roche mère. Cette nature influe surtout sur la formation de l’argile, un des constituants de la latérite.
La végétation : elle influe davantage sur la nature de l’eau qui est le principal agent d’altération. Elle se charge en acides organiques et en anhydre carbonique par la décomposition de l’humus.
Types de stabilisation
Il y a trois façons possibles de stabiliser la terre, ces trois procédés peuvent être appliqués seuls ou en général couplés.
Stabilisation mécanique La stabilisation mécanique vise à l’amélioration de la résistance et de la durabilité par un compactage approprié, qui modifie sa densité, sa compressibilité, sa perméabilité, sa porosité par resserrement des particules. Le compactage à lui seul permet d’obtenir un matériau aux caractéristiques mécaniques élevées, cependant ces matériaux restent très sensibles à l’eau.
Stabilisation physique La stabilisation physique modifie les propriétés des sols par une amélioration des caractéristiques du matériau par correction de la granularité (texture) par tamisage de fractions de grains excédentaires ou par apport de fractions de grains. Le mélange obtenu conduit selon le cas, soit à diminuer l’indice de plasticité de matériau de base, soit à lui conférer une certaine cohésion, soit à étudier la stabilisation granulaire d’une latérite par ajout de gravillons concassés. Il a constaté que pour un pourcentage optimum du matériau d’apport, la portance du matériau étudié s’améliore considérablement. L’opération de tamisage est en général pratiquée sur les terres trop riches en éléments grossiers (cailloux et graviers) et l’opération d’apport sur des terres trop riches en fractions de grains fins (argiles notamment) en augmentant les quantités des grains grossiers (apport de gros sables, graviers et cailloux).
Stabilisation Chimique La terre est additionnée d’autres matériaux ou produits chimiques qui modifient ses propriétés. Les modifications résultent de réactions physico-chimiques entre les constituants actifs de la terre et les matériaux, entraînent la formation de nouvelles phases au sein de la texture et l’enrobage maximum des grains inertes. On a souvent recours à l’adjonction de produit, rendant les sols traités moins hydrophiles. L’adjonction du ciment par exemple permet de lier les grains de sable tout en stabilisant l’argile de terre. On obtient ainsi une amélioration des caractéristiques mécaniques et la sensibilité à l’eau.
Essai Proctor
Ce compactage est effectué suivant l’essai Proctor [Voir parag.10.1.4.], en utilisant un moule Proctor dont la quantité d’eau du mélange n’est autre que la teneur en eau optimale. Les essais portent sur des échantillons respectivement à 5 et 10% en ANSS et de même que le sable. En faisant la combinaison entre ANSS et sable, nous avons obtenu quatre types d’éprouvettes (Photo 13) après compactage du mélange (latérite, sable, ANSS), elles diffèrent par le taux du stabilisant (ANSS) et le celui du sable, on a :
Matériau 2 : latérite + 5% sable + 5% ANSS
Matériau 3 : latérite + 5% sable + 10% ANSS
Matériau 4 : latérite + 10% sable + 5% ANSS
Matériau 5 : latérite + 10% sable + 10% ANSS
Discussions
Indice de compacité : le matériau 1 est compacté à 100% (Proctor modifié), tandis que les autres à 95% (Proctor normal). Pour une même énergie de compactage et un type du sol donné, l’indice de compacité varie légèrement par l’ajout du stabilisant ; mais il varie nettement si l’énergie de compactage est différente comme montre la figure 19.
ICBR à 0j : même les matériaux 2, 3, 4 et 5ont compacté à des énergies inférieures que le matériau 1, ils ont tous des ICBR plus grands que le matériau 1 (62%) ayant une énergie de compactage élevée (Fig.20); cela veut dire que l’ajout de l’ANSS porte une amélioration sur la capacité de portance aux latérites et cette amélioration varie avec le pourcentage en produits. On a constaté que, les matériaux ajoutés avec 5% ANSS ont des ICBR élevés par rapport à ceux de 10%. La plus grande valeur de l’ICBR est le matériau 2 qui est de 90%, tandis que la plus petite est celle du matériau 3 (76%).Nous pouvons dire que l’apport de l’ANSS entraine une augmentation des grains fins qui influent sur la capacité de portance, l’excès de ce produit diminue l’ICBR à 0j. Pour avoir alors une capacité de portance maximale, il faudra effectuer plusieurs essais afin de trouver le taux optimal de ce stabilisant qui correspond à une capacité de portance maximale ; et même raisonnement pour le sable.
Gonflement : d’après les résultats à la figure ci-dessus (fig.21), on voit que par rapport au matériau de référence (G=0,04%), les matériaux ajoutés avec 5% ANSS ont de gonflement inférieur, tandis que ceux de 10% ont de gonflement supérieur. L’excès de l’ANSS entraine une augmentation des polypropylènes (influe sur la porosité). Le gonflement de ce sol pourrait diminuer au fur et à mesure quand on augmente le dosage en ANSS et en sable jusqu’à un pourcentage optimum (gonflement minimal), puis il augmente.
ICBR à 4j : la capacité portante du Matériau 1imbibé 4jours dans l’eau (37%) diminue presque la moitié face au 0jour du poinçonnement. Mais, inversement pour les latérites stabilisées par l’ANSS après 4jours d’imbibition dans l’eau (fig.22), l’augmentation de la capacité portante est remarquable surtout pour les matériaux de 10% en ANSS ; cela est dû aux effets du ciment et de la chaux qui contiennent dans l’ANSS (parag. 8.2).Le matériau 5 a la plus grande valeur (252%), tandis que la plus petite est le matériau 4 (96%).On a constaté que, l’ICBR d’un matériau stabilisé avec l’ANSS augmente en fonction du taux de l’ANSS et en fonction du temps (temps de prise).
Réduction des déchets de plastiques par 2RV
La recherche et l’application sur le recyclage, la réutilisation et la valorisation des déchets plastiques non biodégradables permettent de réduire la pollution « plastique ». Le recyclage ou la réutilisation en d’autres produits plastiques est l’une des voies classiques de réduction de ces rejets permettant de leur redonner de la valeur ajoutée (Heriarivony, 2009). La découverte de nanotubes de carbone avec ses propriétés physico-chimiques extraordinaires apporte une plus haute valeur ajoutée à la valorisation des déchets de plastique (Bazargan et Mc Kay, 2012). Du point de vue énergie, si la pyrolyse des déchets plastiques a été utilisé depuis longtemps pour les valoriser en bio-oil et biochar (Kaminsky, 1980), la production de ces carburants avec co-pyrolyse avec biomasse devient un sujet d’actualité important en énergie (Xue et coll., 2015), mais outre les centrales thermiques, l’industrie de cimenterie, très énergivore, utilise directement la valorisation de ces déchets en énergie. Ils sont d’ailleurs utilisés extensivement en génie civile, pavement en béton (Nobili, 2013) ou bitume (Tapkın, 2015). Dans la foulée, l’application des déchets en plastique en tant qu’additifs dans cette industrie de construction (Karahan, 2011) incluant celle des bétons aussi bien que des briques ou dans la construction des routes. L’utilisation des plastiques en tant que stabilisant incluent le polyéthylène, le polystyrène et le polypropylène (Mazzucco, 2015). L’examen des processus d’utilisation de l’ANSS dans ce travail qui intègre le polypropylène en tant que composante de stabilisation pour les briques latéritiques, nous a permis de révéler un nouveau concept de double bouclage de flux de matière basée à partir de la pratique de stabilisation par l’ANSS.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
Chapitre I : Synthèses bibliographiques
Section 1. Bases et approches de l’écologie industrielle
1. Rappels des bases et principes opératoires de l’écologie industrielle
1.1 Métabolisme industriel outil de diagnostic et analogies
1.2 Symbiose et synergie industrielles, bouclage de flux d’énergie et de matière
2. Métabolisme industriel des industries de construction à différentes matrices
2.1 Industries de construction à matrice cimentaire et métabolisme industriel
2.2 Analyse de cycle de vie
Section 2. La latérite et conceptualisation dans le cadre de l’écologie industrielle
3. Définitions des latérites et formations
3.1 Définitions
3.2 Formation des latérites
4. Constituants et classifications des latérites
4.1 Constituants des latérites
4.2 Classifications des latérites
5. Utilisations de la latérite et conceptualisation dans le cadre de l’écologie industrielle
5.1 Utilisation des latérites
5.2 Conceptualisation d’utilisation des latérites dans le cadre de l’écologie industrielle
Section 3. Stabilisation, stabilisants et conceptualisation en écologie industrielle
6. Définition et approches
6.1 Définition
6.2 Objectifs
7. Types de stabilisation
7.1 Stabilisation mécanique
7.2 Stabilisation physique
7.3 Stabilisation Chimique
8. Différents types des stabilisants
8.1 Les types de stabilisants
8.2 Synthèse bibliographique sur l’ANSS
9. Mécanisme de la stabilisation
9.1 Densifier
9.2 Armer, Enchaîner, lier
9.3 Imperméabiliser, Hydrofuger
Chapitre II : MATERIELS ET PROCEDURES DE CARACTERISATION DES MATIERES PREMIERES UTILISEES
Section 4. Matériels et procédures
10. Latérites
10.1 Teneur en eau et analyses géotechniques
10.2 Analyses physico-chimiques
11. Sable et eau
11.1 Sable comme correcteur granulométrique
11.2 Eau comme ingrédient dans la préparation du mélange
Section 5. Résultats et discussions des caractéristiques des matières premières
12. La latérite de Vontovorona
12.1 Essai d’identification physique et géotechnique sans compactage
12.2 Essai d’identification géotechniques des latérites avec compactage
12.3 Essai d’identification chimique
12.4 Conclusion partielle
13. Sable, ANSS et eau
13.1 Sable
13.2 Le stabilisant ANSS
13.3 Eaux
Chapitre III : METHODES ET PROCEDURES EXPERIMENTALES POUR LASTABILISATION DE LA LATERITE PAR ANSS
Section 6. Préparation des matières premières et préparation du mélange
14. Préparation des composantes
14.1 ANSS, eau et sable
14.2 Préparation de la latérite
15. Préparation des mélanges
15.1 Dosage
15.2 Malaxage
Section 7. Essais en éprouvettes au laboratoire LNTPB
16. Essai Proctor
17. Essai CBR
Section 8. Essais sur chantier à Ambohimanga
18. Extrusion et pressage
18.1 Extrusion
18.2 Pressage
19. Traitement des produits finis
19.1 Séchage
19.2 Cuisson
Chapitre IV : RESULTATS ET DISCUSSIONS
Section 9. Détermination des caractéristiques des produits finis de laboratoire
20. Résultats
20.1 Indice de compacité
20.2 L’ICBR à 0 jour
20.3 Gonflement
20.4 ICBR à 4 jours d’imbibition dans l’eau
21. Discussions
22. Conclusion partielle
Section 10. Détermination des caractéristiques des produits finis sur terrain
23. Résultats
23.1 Méthodes de calcul
23.2 Teneur en eau
23.3 Caractéristiques géométriques de la brique
23.4 Résistance à la compression [Annexe 8]
23.5 Résistance à la traction par flexion: Rt
23.6 Absorption d’eau, test d’abrasion et densité apparente
24. Discussions
25. Conclusion partielle
Section 11. Conceptualisation du phénomène de double bouclage de flux de matière
26. Réduction des déchets de plastiques par 2RV
27. Le concept de double bouclage de flux de matière
27.1 Principes environnementaux et écologiques à la base de l’écologie industrielle
27.2 Le concept de double bouclage de flux de matière avec la stabilisation par l’ANSS et perspectives
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES
RESUME
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