Elaboration et utilisation d’un composite à base de fibres végétales de Diss, comme élément de remplissage de structures soumises à différentes sollicitations

En raison de leur influence considérable sur la consommation énergétique du bâtiment mais aussi sur l'impact environnemental global de la construction, les matériaux agro-sourcés, à base de granulats et/ou fibres, d’origine végétale, ont suscité un intérêt croissant au cours des dernières années, grâce à leur caractère multifonctionnel et leurs propriétés spécifiques très intéressantes. Dans ce mémoire, on s’intéresse à la faisabilité mais aussi à l'étude de l’efficacité de l'utilisation d’un matériau à base de fibres végétales de Diss, dans l’objectif de développer un composite léger, qui répondrait aux exigences d’un matériau de remplissage dans la construction. Cependant, afin de pallier en partie l'effet inhibiteur exercé par les constituants hydrosolubles, contenus dans la matière végétale, sur l'hydratation du ciment, deux procédés ont été adoptés. Le premier consiste à utiliser le Tradical PF70 comme liant alternatif, ayant de meilleures propriétés hygrothermiques par rapport au ciment. Le second consiste en un traitement à l’eau bouillante des fibres de Diss, afin d’améliorer leur compatibilité chimique avec le liant. Le choix de ce traitement est motivé par son faible coût mais aussi par sa simplicité de mise en œuvre. Les résultats des tests d'hydratation ont montré l'efficacité de ce traitement dans les modifications des propriétés minéralogiques et morphologiques des fibres pour surmonter l'effet inhibiteur observé lors de l'utilisation de fibres de Diss non traitées. Ces résultats ont été confirmés par une étude séparée de caractérisation physico-mécanique des fibres de Diss, appuyés par des analyses microscopiques au MEB, couplées à l’EDS. L’objectif général de ce travail est d’apporter des connaissances sur la formulation du composite, constitué de différents volumes de fibres de Diss, mis en œuvre par compactage statique, afin d’optimiser ses propriétés physico-mécaniques suivant une approche "performancielle". Les caractéristiques des composites à l’état durci, notamment la densité sèche, la porosité, les résistances à la compression et à la flexion ainsi que le comportement élastique, ont été étudiées, en fonction du volume de fibres de Diss allant de 0 à 4. Les résultats ont montré que le composite élaboré présente des avantages indéniables dans le domaine de la construction en structure légère, en termes de résistance à la compression et d'allègement. Les résultats ont également montré le rôle des fibres de Diss, dans l’amélioration de la résistance à la flexion du composite dont la valeur maximale est obtenue pour un optimum de 3 volumes de fibres de Diss, au-delà duquel la résistance tend à diminuer. L’étude expérimentale des propriétés thermo-hydriques des composites a été réalisée à travers l’évaluation des propriétés thermiques (conductivité thermique, chaleur massique, diffusivité thermique), mais aussi celles hydriques (sensibilité à l’eau dans le domaine capillaire (Sorptivité), diffusivité hydrique, diffusion en phase liquide par immersion totale, Capacité Tampon Hydrique (MBV)). Les résultats obtenus ont montré que l’ajout de fibres de Diss confère aux composites des performances intéressantes, permettant d’améliorer le confort hygrothermique des usagers. Dans le même objectif, des prismes de maçonnerie, ayant une formulation correspondant aux meilleures performances mécaniques, ont été fabriqués et utilisés dans la confection d’un muret, représentatif d’une paroi dans un bâtiment. Les résultats des tests mécaniques en compression ont été onfrontés à une simulation numérique. Les résultats ont montré l’intérêt de l’ajout des fibres de Diss dans l’amélioration de la ductilité de la structure, lorsque celle-ci est soumise aux charges verticales.

Amélioration des propriétés mécaniques des composites à différentes matrices à base de fibres naturelles locales

Il s’agit de déterminer le comportement mécanique des composites à base de fibres naturelles avec des matrices cimentaires et argileuses. Les plus connues comme fibres végétales, qui ont la capacité de résister à la traction, les fibres d’Alfa, de Diss, et les fibres de Palmier Dattier. Pour cela, nous avons étudié le comportement mécanique des composites de ces fibres de différentes dimensions (2, 4, 6 et 8 cm), avec différents modes de mise en œuvre par table à choc et par précompression. Les fibres choisies ont été utilisées bouillies séchées et bouillies prémouillées dans des matrices cimentaires et argileuses. Les essais réalisés sur des composites à base de fibres d’Alfa, de Diss et de Palmier dans différentes matrices (cimentaire et argileuse) et différentes dimensions pouvant aller de 2 à 8 cm, nous ont permis de constater, que les meilleures résistances en flexion des composites sont généralement atteintes pour les fibres de 2 à 4 cm pour les composites cimentaires et entre 6 à 8 cm pour les composites argileux. , à l'exception des fibres d’Alfa soumises à la compression, où les valeurs les plus importantes varient entre 4 et 8 cm. On note également que les résistances des composites d’Alfa et de Diss à matrice argileuse donnent des valeurs de compression très élevées, comparables à la pâte d'argile pure pour les fibres de Diss, mais plus importantes pour les composites à base de fibres Alfa, du fait de la bonne compressibilité de la pâte d'argile. Les composites obtenus ont une très faible densité, ce qui permet de classer les composites à base de fibres naturelles comme matériaux légers, avec un comportement très ductile, ce qui permet d'envisager d'utiliser ces matériaux comme remplissage des zones sismiques. Afin de réaliser notre programme expérimental, nous avons élaboré deux cents quatre-vingt huit (288) éprouvettes pour la flexion et la compression. L’imagerie au MEB des fibres végétales nous a aidé à connaitre la structure extérieure des fibres, qui se trouve en contact direct avec les pâtes d’argile et de ciment qui sont utilisées dans notre thèse. L’analyse chimique des fibres par l’EDX nous a permis de connaitre les différents composés chimiques dont sont composées les différentes phases de la même fibre. Nous avons pu analyser toutes les différentes phases de la même fibre, qui sont bien apparentes sur la même surface.

Elaboration et utilisation d’un composite à base de fibres végétales de Diss, comme élément de remplissage de structures soumises à différentes sollicitations

En raison de leur influence considérable sur la consommation énergétique du bâtiment mais aussi sur l'impact environnemental global de la construction, les matériaux agro-sourcés, à base de granulats et/ou fibres, d’origine végétale, ont suscité un intérêt croissant au cours des dernières années, grâce à leur caractère multifonctionnel et leurs propriétés spécifiques très intéressantes. Dans ce mémoire, on s’intéresse à la faisabilité mais aussi à l'étude de l’efficacité de l'utilisation d’un matériau à base de fibres végétales de Diss, dans l’objectif de développer un composite léger, qui répondrait aux exigences d’un matériau de remplissage dans la construction. Cependant, afin de pallier en partie l'effet inhibiteur exercé par les constituants hydrosolubles, contenus dans la matière végétale, sur l'hydratation du ciment, deux procédés ont été adoptés. Le premier consiste à utiliser le Tradical PF70 comme liant alternatif, ayant de meilleures propriétés hygrothermiques par rapport au ciment. Le second consiste en un traitement à l’eau bouillante des fibres de Diss, afin d’améliorer leur compatibilité chimique avec le liant. Le choix de ce traitement est motivé par son faible coût mais aussi par sa simplicité de mise en œuvre. Les résultats des tests d'hydratation ont montré l'efficacité de ce traitement dans les modifications des propriétés minéralogiques et morphologiques des fibres pour surmonter l'effet inhibiteur observé lors de l'utilisation de fibres de Diss non traitées. Ces résultats ont été confirmés par une étude séparée de caractérisation physico-mécanique des fibres de Diss, appuyés par des analyses microscopiques au MEB, couplées à l’EDS. L’objectif général de ce travail est d’apporter des connaissances sur la formulation du composite, constitué de différents volumes de fibres de Diss, mis en œuvre par compactage statique, afin d’optimiser ses propriétés physico-mécaniques suivant une approche "performancielle". Les caractéristiques des composites à l’état durci, notamment la densité sèche, la porosité, les résistances à la compression et à la flexion ainsi que le comportement élastique, ont été étudiées, en fonction du volume de fibres de Diss allant de 0 à 4. Les résultats ont montré que le composite élaboré présente des avantages indéniables dans le domaine de la construction en structure légère, en termes de résistance à la compression et d'allègement. Les résultats ont également montré le rôle des fibres de Diss, dans l’amélioration de la résistance à la flexion du composite dont la valeur maximale est obtenue pour un optimum de 3 volumes de fibres de Diss, au-delà duquel la résistance tend à diminuer. L’étude expérimentale des propriétés thermo-hydriques des composites a été réalisée à travers l’évaluation des propriétés thermiques (conductivité thermique, chaleur massique, diffusivité thermique), mais aussi celles hydriques (sensibilité à l’eau dans le domaine capillaire (Sorptivité), diffusivité hydrique, diffusion en phase liquide par immersion totale, Capacité Tampon Hydrique (MBV)). Les résultats obtenus ont montré que l’ajout de fibres de Diss confère aux composites des performances intéressantes, permettant d’améliorer le confort hygrothermique des usagers. Dans le même objectif, des prismes de maçonnerie, ayant une formulation correspondant aux meilleures performances mécaniques, ont été fabriqués et utilisés dans la confection d’un muret, représentatif d’une paroi dans un bâtiment. Les résultats des tests mécaniques en compression ont été confrontés à une simulation numérique. Les résultats ont montré l’intérêt de l’ajout des fibres de Diss dans l’amélioration de la ductilité de la structure, lorsque celle-ci est soumise aux charges verticales.

UTILISATION DES ADDITIONS MINÉRALES POUR L'AMELIORATION DES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES ET LE COMPORTEMENT VIS-A-VIS LA REACTION ALCALI SILICE DES MORTIERS ET DES BÉTONS

La construction est responsable de 5 % à 10 % des rejets mondiaux de dioxyde de carbone, ce rejet est imputé principalement à la production de ciment à hauteur de 95%, l’une des voies envisagées afin de réduire cette part de CO2 est la substitution partielle du ciment par des additions minérales d’origine naturelle ou industrielle. Deuxièmement, ce rejet est également imputé à l'extraction et au transport des granulats utilisés pour formulé du béton. La méthode utilisée pour réduire ces rejets consiste à utiliser les sous-produits de consommation ou d'activités industrielles comme source alternative de granulats, c’est par exemple le cas des déchets de verre. Nous proposons dans cette étude, de valoriser une catégorie de matériaux naturels ou sous-produits industriels disponibles en Algérie, afin de les utiliser dans la fabrication du béton, en substituant des taux volumiques de ciment allant de 10 % à 50 % par des additions minérales, telles que le laitier granulé, la pouzzolane naturelle, la fumée de silice, filler calcaire et poudre de verre. Et de vérifier l'effet de ces additions minérales sur les propriétés physico-mécaniques des pâtes de liant, des mortiers normalisés et des bétons. Aussi, le verre a été incorporé dans les bétons sous forme de granulat, en fonction de sa granulométrie, le verre peut manifester une réaction de type alcali-silice (RAS) entraînant des effets néfastes. La réaction alcali-silice (RAS) est une réaction chimique délétère entre les alcalins du ciment et la silice réactive des granulats. Elle peut induire l'expansion, la fissuration et la perte des performances mécaniques du béton. L'efficacité des additions minérales à contrer les effets néfastes de la réaction alcali-silice (RAS) dans des mortiers et des bétons à base de verre recyclé, ont été vérifié. Les mortiers ont été testé par un essai accéléré par autoclave selon la norme NF P 18 590. Quant aux bétons ont été testé par l'essai de réacteur dont la norme NF P 18 454 et le fascicule d'application FD P 18-456 ont servi de cadre expérimental. Les résultats obtenus ont déterminé le rôle des additions minérales sur la structure et les propriétés des bétons, d’une part, et elles ont apporté des éléments scientifiques pour la proposition d’une méthodologie de formulation de béton avec des additions minérales afin de permettre une optimisation de leur utilisation pour l’amélioration des caractéristiques rhéologiques, mécaniques et la durabilité des bétons, d’autre part.

Elaboration de composites cimentaires à base de fibres végétales locales(le diss) : Caractérisation, durabilité et application au cas de la maçonnerie

L’usage des matériaux composites concerne de plus en plus le secteur de la construction, dont la principale motivation est le gain de poids, allié à d’excellentes caractéristiques mécaniques. Le contexte actuel particulièrement soucieux de l’impact environnemental amène à l’utilisation de fibres naturelles végétales pour remplacer les fibres synthétiques et même certains granulats dans les matériaux à matrices minérales. Les principales propriétés obtenues par incorporation de fibres végétales sont donc l’augmentation des résistances en traction, en flexion et à la compression, la limitation de la fissuration au jeune âge par diminution du retrait plastique par rapport aux fibres usuelles et enfin l’amélioration de la ductilité. Cette étude met en évidence l’élaboration et la caractérisation d’un nouveau matériau composite à matrice cimentaire renforcé par les fibres végétales de diss avec différentes proportions volumiques et différents rapports E/C. Pour appréhender les problèmes d’incompatibilité chimique, observés dans les composites cimentaires à base de fibres végétales à l’état brut, ces dernières ont été traitées à l’eau bouillante afin d’extraire les constituants hydrosolubles responsables de la baisse des performances mécaniques des matériaux à matrices minérales. Des analyses chimiques, lignocellulosiques et minéralogiques ont été élaborées pour déterminer les différents constituants renfermés dans les fibres de diss pour pouvoir expliquer les phénomènes liés aux pertes de performances de ces fibres à l’état naturel. L’amélioration des caractéristiques mécaniques des composites a été atteinte par le traitement des fibres par pré-mouillage préalable ou par immersion des fibres dans l’eau du réseau et dans l’eau de mer. L’analyse des assemblages de briques fabriquées d’une formulation de ces composites nous a permis de connaitre le comportement des ces assemblages en compression, et étudiées numériquement par le logiciel Abaqus. La durabilité des bétons de fibres végétales à long terme est un sujet d’actualité fait aujourd’hui et l’objet de recherche de certains auteurs, car un regain d’intérêt se manifeste dans le monde pour l’utilisation de ce type de composites dans l’industrie du bâtiment pour différentes applications. Dans notre recherche, on a étudié le comportement physico-mécanique des composites cimentaires à base de fibres de diss après vieillissement naturel (l’air ambiant du laboratoire) et vieillissement alcalin (l’eau de mer) pendant 120 et 210 jours de vieillissement, où on a constaté un changement de comportement des composites après ces durées . Mots clés : Diss, ampelodesma mauritanica, composites, résistance, traitement, fibres lignocellulosiques

Comportement des remplissages dans les structures sous différentes sollicitations : cas de la maçonnerie

Les structures rigides ou murs de contreventement sont prévus dans les constructions pour résister aux charges latérales dues au vent ou au séisme, il n’est pas économique ni logique de concevoir des structures rigides pour assurer la stabilité latérale. Des efforts ont été faits ces dernières années pour prendre en compte la résistance et la rigidité des remplissages en maçonnerie dans les structures. Cette recherche avait pour but de modéliser à l’aide du logiciel Abaqus des structures remplies de maçonnerie avec différents types de remplissages homogénéisés. Les calculs nous ont emmené à trouver que le cadre se sépare du remplissage au niveau des zones tendues. Cette théorie a été initiée par Stafford Smith (1962), il a suggéré de remplacer le remplissage par une diagonale équivalente. Le remplacement du remplissage par une diagonale comprimée équivalente, nous a permis de trouver la largeur de cette diagonale, qui sera une donnée nécessaire dans les calculs approchés des structures à remplissages. Avant de passer à la modélisation du comportement des remplissages dans les structures, nous avons également modélisé le comportement des prismes de briques liées avec du mortier. Ce modèle qui permet de déterminer les caractéristiques des prismes pour différents types de briques et de mortier. Ceci nous a permis de comparer sur un modèle réduit le comportement de remplissage composite et de panneau équivalent dit « homogénéisé ». Afin de comprendre le comportement des prismes et de panneaux de briques creuses à huit et douze trous, généralement commercialisées dans la région de Annaba, le logiciel Abaqus, nous a permis d’expliquer les causes de leurs faiblesses, et les ruptures prématurées des briques de chargement, comme elles ont été trouvées par les essais effectués par Grine (2002).