Bonsoir, nous sommes le 18/05/2024 et il est 22 h 24.





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TABLE DES MATIERES

 

TABLE DES MATIERES…………………………………………………………………..… I

REMERCIEMENTS………………………………………………………………………… IV

DEDICACE.............................................................................................................................. V

IN MEMORIUM……………………………………………………………………………. VI

EPIGRAPHE……………………………………………………………………………..... VII

LISTE DES ABREVIATIONS………………………………………………………….… VIII

LISTE DES FIGURES…………………………………………………………………..….. IX

LISTE DES TABLEAUX……………………………………………………………..…….. X

LISTE DES ANNEXES…………………………………………………………………...… XI

 

INTRODUCTION GENERALE………...……………………………………………..………1

CHAPITRE I : GENERALITES SUR LES DECHETS PLASTIQUES…………………….....3

   I.1. MATIERES PLASTIQUES………………………………………………………….…..3

        I.1.1. Définition du plastique……………………………………………………………...3

        I.1.2. Historique sur l’évolution des matières plastiques…………………………..……....3

        I.1.3. Constituants principaux des matières plastiques…… ……………………………....5

        I.1.4. Types des matières plastiques…………………………….………………………....5

        I.1.5. Propriétés des matières plastiques…………...…………………………....………...7

        I.1.6. Fabrication des matières plastiques…………...…………..……………....………...8

        I.1.7. Utilisation des matières plastiques…………...…………...……………....………...9

   I.2. MATIERE PLASTIQUE PET……………………………………………...…………..10

        I.2.1. Définition ……………………………………………………………………..…..10

        I.2.2. Structure chimique et formule……………………………………..………..……..10

        I.2.3. Propriétés physiques et mécaniques du PET…… …………….…………………...11

   I.3. DECHETS PLASTIQUES………….…………………………………………………..11

        I.3.1. Concept déchet…………………….……………………………………………....11

        I.3.2. Catégories des déchets………………….………………………………..………...12

        I.3.3. Problématique de la gestion des déchets à Lubumbashi….… ………………….....13

        I.3.4. Principes généraux de gestion des déchets……………….………….…..………....13

 

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CHAPITRE II : CONSIDERATIONS GENERALES SUR LA VALORISATION DES DECHETS PLASTIQUES DANS LE DOMAINE DES BATIMENTS ET TRAVAUX

PUBLICS…………………………………………………..………..………………….….…15

   II.1. VALORISATION DES DECHETS PLASTIQUES………………………………......15          II.1.1. Définition……………………………………………………………………..….15

         II.1.2. Types………………………………………………………………………….....15

   II.2. MATERIAUX DE CONSTRUCTION………………………….………………..…...16

        II.2.1. Sable ………..………………………………………………………………...….16

        II.2.2. Gravillons……………………...………………………………………..…..…....18

        II.2.3. Liant …………………………………………………..…… ………………...….19    II.3. APERCU THEORIQUE SUR LES PAVES…………………………………………...20         II.3.1. Définition ……………………..…………………………………………...…......20         II.3.2. Types des pavés……………………...……..……………………………………..20

        II.3.3. Composition des pavés…… ……………...………………………………………20

        II.3.4. Fabrication des pavés………………..……………..……………………...……...21

        II.3.5. Propriétés mécaniques et physiques des pavés………..…...……………………...21 CHAPITRE III : SYNTHESE DES TRAVAUX ANTERIEURS SUR LA FABRICATION

DES PAVES A BASE DU PLASTIQUE………………………………………………...…...22

        III.1. Travail réalisé par CEFREPADE et 2iE ………………………………………..…22

        III.2. Article publié par MADA……………………………………………………….....23

        III.3. Travail de fin d’études réalisé par MUSONY…………………………………..…24

        III.4. Thèse de doctorat effectuée par TRAORE………………………...…………….....25

CHAPITRE IV :  MATERIEL ET METHODES…………………...……………………..….27

       IV.1. MATERIEL………… …………...……………………………………………...…27

       IV.2. METHODES………… …………...…………………………………………….....33

          IV.2.1. Schéma de fabrication du matériau………………………………………….....34           IV.2.2. Orientation des essais…………….………………………………………..…...38

          IV.2.3. Caractéristiques des éprouvettes…………………………………………..….. 41

 

 

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CHAPITRE V : PRESENTATION DES RESULTATS ET DISCUSSION...…………..……45

      V.1. ETUDE DES PROPRIETES CARACTERISTIQUES DES EPROUVETTES……..45

         V.1.1. Densité apparente………………………………………………………....…...…44

         V.1.2. Absorption d’eau…………………………………………………………….......46

         V.1.3. Résistance à la compression…………………………………………………......48

         V.1.4. Résistance aux acides…………………………………………………………….50

CONCLUSION………………………………………………………………………...……..53

REFERENCES…………………………………………………………………………...…...54

ANNEXES………………………………………………………………………………..……i

  

 

    

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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REMERCIEMENTS

Le présent travail est une première lumière de notre vie scientifique et est le fruit de notre premier cycle de bachelier en sciences de l’ingénieur.

Elle émane de beaucoup d’efforts. C’est pourquoi nous voulons remercier tous ceux qui ont contribué pour sa mise en forme.

Nous rendons un vibrant hommage au directeur de ce travail, le professeur Arthur KANIKI TSHAMALA, à l’encadreur Ir Fabrice KALOMBO MWAMBILA, pour avoir bien voulus malgré leurs nombreuses occupations dirigés ce travail de fin de cycle et leurs différents conseils.

Nous prions beaucoup que Dieu vous bénisse.

Nous remercions tous les enseignants de l’école primaire et secondaire qui ont déposé la pierre angulaire dans notre formation.

À titre de ce travail, nous remercions tout le corps professoral de la faculté dont la reconnaissance s’adresse sincèrement à monsieur le doyen Gabriel ILUNGA MUTOMBO, aux vices doyens chargé de l’enseignement et chargé de la recherche, monsieur Arthur KANIKI TSHAMALA et monsieur Idriss KYONI, au secrétaire académique ILUNGA MWANZA

Polydore.

Les assistants et chargés des cours ; Sony TSHIYUKA, Serge KATUFU, Gigi KASONGO, Aaron NTAMBWE, John KASONGO.

Nous serons ingràt si nous ne rémércions pas nos compagnons de lutte avec qui nous sommes embarqués dans le bateau.

Qu’ils trouvent ici cette expression pour leur franche collaboration.

En occurrence Emmanuel TARATIBU, Donatien LUKOZI, Jonathan KALABA, Lupsin MBUYU, Emmanuel MBAYA, Patient TWITE, Enoeck KAZADI, Michel KADIMBA, Joé NDIBU, Rachel KIKUDJI, Djovitas NGOIE, Luc MUTONI, Israël MWANZA, Abel TSHIZE, Johnny MUTELO, Michel TSHIMBU, Sharaf MWAMBAY, Offrande BONDO.

Que tous ceux dont les noms ne se trouvent pas ici, ne nous tiennent pas rigueur. Qu’ils trouvent nos sentiments de gratitude dans ce travail.

 

 

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DEDICACE

À mon Dieu l’éternel tout puissant qui ne cesse de nous combler de ses dons et par la grâce de notre seigneur Jésus-Christ, qui nous a protégé durant notre parcours estudiantin.

À ma très chère mère MUBANGA WALEKWA Eudoxie, qui portait des bravoures chevaleresques et des privations m’ont indiqué la voie pour forger une place dans la société.

Chère mère, vos œuvres commencent à produire des fruits, mes remerciements ne suffisent pas pour exprimer la joie que je ressens pour tout ce que vous avez fait pour moi.

À mon frère et mes sœurs, ILUNGA MUBANGA Sébastien, ILUNGA NDELELA Wivine, ILUNGA MUTOMBO Anastasie, ILUNGA NGOIE Justine.

À mes oncles et tantes paternels et maternels.

À mes amis(es) et connaissances ; Enoeck KAZADI, Emmanuel TARATIBU, Donatien LUKOZI, Jonathan KALABA, Lupsin MBUYU, Joé NDIBU, Rachel KIKUDJI, Nina

MULUMBA, Jean d’amour BAKUKA, David BARAKA, Prince TSHIBANDA, Jason TSHIBANDA, Laure MUKENG, Michel TSHIMBU, Elcanah KABONGO, Jerces KABANGU, Chadrack MUKENDI, Prince KABEY, Paul SEYA, Herve MUKENGOMA, Rams KALUMBA, Hans KAKOMBA, Picard MASSABA, Palmire TSHAKO, Nathan MPIANA, Ruth YIND, André MBUYU, Moussa HABIB, Annas N’SANA.

À tous les étudiants de la faculté et particulièrement ceux du département de chimie industrielle.

À vous tous je dédie ce travail.

 

 

 

 

 

ILUNGA MUTOMBO Jourdain

                                                                                                               Décembre 2020

 

 

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IN MEMORIUM

 

À vous notre feu père ILUNGA WA NGOIE Dieudonné qui le destin a trahi dans ce monde,

Vous qui a assumé les responsabilités parentales, et n’a pas pu recueillir les fruits de vos efforts, Que la terre de nos ancêtres vous soit douce.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


EPIGRAPHE

 

 

                                          « Un environnement sain, une santé garantie »

 

             

                                                     Blé Anouma Fhorest Yao

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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LISTE DES ABREVIATIONS

PEHD : Polyéthylène haute densité PEBD : Polyéthylène basse densité

PET : Polyéthylène téréphtalate

PP : Polypropylène

PS : Polystyrène

PVC : Polyvinyle chloride

PU : Polyuréthane

ADEME : Agence de l’environnement et de la maitrise de l’énergie

OXFAM : Oxford commitee for famine relief

CET : Centre d’enfouissement technique AFNOR : Agence française de normalisation pH : Potentiel d’hydrogène

Rac ou Rc : Résistance à la compression

Abs : Absorption m : Masse V : Volume d : Densité

S : Surface

F : Force

2iE : Institut international d’ingénierie de l’eau et de l’environnement

LAE : Laboratoire d’analyses environnementales  

OR : Office des routes

 

LISTE DES FIGURES

 

Figure I-1 : Procédé d’obtention du plastique…………………………………………….…….8

Figure I-2 : Formule chimique et structure du PET…………………………………...…….…10

Figure III-1 : Schéma de traitement des déchets utilisé par CEFREPADE et 2iE……………..22

Figure III-2 : Processus de fabrication utilisé par MADA……………………………………..23

Figure III-3 : Méthodologie de fabrication utilisée par MUSONY…………………………...24

Figure III-4 : Schéma de fabrication utilisé par TRAORE…………………………...………..25

Figure IV-1 : Moules métalliques pour éprouvettes…………………………………………...27

Figure IV-2 : Balance de précision de pésage de type PA4101…….……………………….....27

Figure IV-3 : Presse hydraulique du fabricateur belge Alfred J.Amsler…………………........28

Figure IV-4 : Four à incinération de type LVT3711B410……………………………….….....29 Figure IV-5 : Mesures de longueur conventionnelle du four…………………………………..29

Figure IV-6 : Représentation graphique de fonctionnement du four…………………………..30

Figure IV-7 : Etuve universelle de type UN55………………………………………………...32

Figure IV-8 : Cuves de fusion………………………………………………………………....33

Figure IV-9 : Flow-sheet du procédé……………………………………………………….…34

Figure IV-10 : Plastiques découpés…………………………………………………….……..36

Figure IV-11 : Vue des gravillons utilisés……………………………………………….……37

Figure IV-12 : Eprouvettes immergées dans les béchers à eau………………………….……..43

Figure V-1 : Diagramme des effets principaux des paramètres sur la densité apparente….…...46

Figure V-2 : Diagramme des effets principaux des paramètres sur l’absorption d’eau…….....48

Figure V-3 : Diagramme des effets principaux des paramètres sur la résistance mécanique à la

compression…………………………………………………………………………………..50

Figure V-4 : Diagramme des effets principaux des paramètres sur la résistance aux acides....52

 

 

   

 

 

 

 


LISTES DES TABLEAUX

 

Tableau I-1 : Dates de l’histoire du plastique ............................................................................ 4

Tableau I-2 : Propriétés des polymères ...................................................................................... 7 Tableau I-3 : Propriétés physiques et mécaniques du PET ...................................................... 11

Tableau I-4 : Symboles et caractéristiques des différents types de plastiques recyclables… .. 14

Tableau II-1: Epaisseurs des pavés en fonction d’utilisation ................................................... 20

Tableau II-2 : Résistances mécaniques et absorption d’eau des pavés .................................... 21

Tableau IV-1 : Fonctions afficheés sur l’ecran d’affichage ..................................................... 30

Tableau IV-2 : Niveaux des facteurs ........................................................................................ 39

Tableau IV-3 : Tableau d’expérience ....................................................................................... 40 Tableau IV-4 : Tableau d’expérimentation .............................................................................. 40 Tableau V-1 : Résultats des densités apparentes ...................................................................... 45

Tableau V-2 : Résultats du test d’absorption d’eau ................................................................. 47

Tableau V-3 : Résultats des résistances mécaniques à la compression .................................... 49

Tableau V-4 : Résultats des résistances aux acides .................................................................. 51

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LISTES DES ANNEXES

 

Annexe 1: Diagramme des interactions des paramètres pour la densité apparente………………i

Annexe 2: Diagramme des interactions des paramètres pour l’absorption d’eau……..…………i

Annexe 3: Diagramme des interactions des paramètres pour la résistance à la compression…...ii

Annexe 4: Diagramme des interactions des paramètres pour la résistance aux acides….………ii

Annexe 5: Diagramme des valeurs résiduelles pour la densité apparente ……………..………iii

Annexe 6: Diagramme des valeurs résiduelles pour l’absorption d’eau ……………….………iii

Annexe 7: Diagramme des valeurs résiduelles pour la  résistance à la compression ………...…iv

Annexe 8: Diagramme des valeurs résiduelles pour les pertes de masse………………….……iv

Annexe 9: Résultats de la résistance à la compression……………………………………….…v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

INTRODUCTION GENERALE

Le plastique, symbole de la société de consommation moderne, constitue un matériau de choix dans la mise au point de divers produits grâce à ses fonctionnalités inégalées par rapport aux autres matériaux traditionnels. Par leurs nuisances, ils sont à l’origine de plusieurs problèmes que supporte notre environnement actuellement. La plupart des composants des déchets solides sont biodégradables, donc faciles à transformer, sauf les matières plastiques qui sont qualifiées de déchets non biodégradables, par le faite que leur durée de vie s’étend jusqu’ à 500 ans environ (Mada, 2014). La production et la consommation des plastiques à Lubumbashi en croissant d’une part et d’autres part le volume des déchets solides produits par la population augmentent sur les trottoirs et dans les canalisations, demandent de trouver des voies et moyens pour s’en débarrasser de manière rationnellement économique.

Les déchets plastiques sont les polluants directs. Sur toute l’étendue de la ville de Lubumbashi, pour le moins qu’on puisse le dire, les déchets solides sont mis en décharges non contrôlés. De ce fait, les matières plastiques sont emportées par le vent et les eaux de ruissellement, envahissant ainsi les rues et les avenues. Leur dissémination dans la nature est durable et inesthétique (pollution visuelle). Ils polluent l’environnement et nuisent à la santé de la population, car ils sont à l’origine de la prolifération de plusieurs maladies comme : le paludisme (ils sont à l’origine des eaux stagnantes qui engendrent les moustiques), des contaminations microbiennes lors de leur réemploi "irresponsableʺ dans l’emballage des huiles et boissons indigènes. Ils sont aussi des polluants secondaires du fait que leur combustion non contrôlée affecte la qualité de l’air en produisant des produits toxiques.

Faces à ces problèmes, l’objectif général visé est alors de résoudre ces derniers en valorisant les déchets plastiques par leur utilisation comme liant pour la fabrication des pavés pour piétons utilisables et respectant les normes de qualité pour le revêtement.

Malgré, la multiplicité des types de matières plastiques, l’incompatibilité de certains polymères entre eux et la difficulté de reconnaître et de séparer les différents polymères induisent de nombreux problèmes notamment, du tri sélectif, en particulier pour les plastiques de postconsommation.

Il serait alors important de les collecter, les identifier, les trier judicieusement, les découper, les fondre, par ajout du sable et gravillons, nous obtenons des éprouvettes assimilables aux pavés pour piétons. Par la suite, ces éprouvettes sont soumises à une caractérisation en vue d’en déterminer les propriétés physiques, chimiques et mécaniques.


Outre l’introduction et la conclusion, ce travail englobe deux grandes parties subdivisées en cinq chapitres, à savoir :

La première partie avec trois chapitres théoriques qui fait le tour de la littérature et expose les notions sur les matières et déchets plastiques, les considérations sur la valorisation des déchets plastiques dans le domaine des bâtiments et travaux publics, et une synthèse des travaux antérieurs sur la fabrication des pavés à base des plastiques.

La seconde partie quant à elle, expose la présentation du matériel, le protocole de l’expérimentation, ainsi que la présentation et la discussion des résultats.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CHAPITRE I : GENERALITES SUR LES DECHETS PLASTIQUES

Ce premier chapitre fait un point bibliographique sur les matières et déchets plastiques.

I.1. MATIERES PLASTIQUES

I.1.1. Définition du plastique

Le plastique est un matériau organique (ou semi-organique) de synthèse fondée sur l’emploi des macromolécules (polymères). Les réactions de polymérisation des monomères fournissent une résine qui donne du plastique après ajout des adjuvants et autres additifs (Naudin, 1987).

                      Matières plastiques = résine de base + adjuvants + additifs

I.1.2. Historique sur l’évolution des matières plastiques

La majorité des plastiques (99%) utilisée dans le monde est fabriquée à partir de pétrole et de gaz naturel (Doublier, 2008). L’histoire des matières plastiques débute en 1869 (Aubry, 2014).

A la suite d’un concours, dont l’objet était de trouver une matière destinée à remplacer l’ivoire naturel des boules de billard, les frères HYATT(USA), mirent au point le celluloïd (ou nitrate de cellulose) produit d’origine végétale (bois, coton). En effet à la fin du XIX eme siècle, il existait plutôt à l’échelle artisanale qu’industrielle, quelques matériaux plastiques dont les plus importants à base de matières naturelles étaient le celluloïd et la galalithe. C’est en 1909 qu’un chimiste belge Baekeland a découvert les résines formo-phénoliques dont l’exploitation dès

1920 sous le nom de BAKELITE marque véritablement le début de l’ère des plastiques (Aubry, 2014). De 1920 à 1940 on assiste au développement de ces résines de condensation

phénol/formol qui grâce à leurs propriétés isolantes, ont contribué à l’essor de l’électricité. De 1940 à 1950 nait industriellement la première matière thermoplastique utilisée à grande échelle.

C’est le chlorure de polyvinyle (PVC) plastifié, employé pendant la guerre pour remplacer le caoutchouc impossible à importer. En 1950 on assiste au développement des transports automobiles et au besoin croissant en pétrole comme source d’énergie. La pétrochimie permet alors la naissance d’une multitude de matériaux thermoplastiques, dérivés des carbures oléfiniques obtenus par craquage des produits pétroliers : éthylène, benzène, propylène, phénol etc.… Le tableau I-1 résume l’histoire du développement du plastique.

 

 

 

 

Tableau I-1 : Dates détaillées de l’histoire du plastique (Aubry, 2014)

INVENTION

DATE

HISTORIQUE

Caoutchouc

1736

Caoutchouc naturel découvert par le français Charles

Marie en mission au Pérou

Nitrate de cellulose

 

1833

Première application industrielle de poudre de coton par l’allemand Scheönbein

Vulcanisation

1839

Stabilisation des propriétés du caoutchouc le rendant utilisable par l’américain Goodyear

Caoutchoucs artificiels

1860

Isolation de l’isoprène par l’anglais Williams

Acétate de cellulose

1869

Les frères HYATT fabriquent des boules de billard en mélangeant à chaud un plastifiant le camphre et une substance végétale la nitrocellulose

Bakélite

1909

Première matière plastique synthétisée par le Belge Baekeland installé aux Etats Unis.

PVC

1913

Polymérisation du chlorure de vinyle par l’allemand Klatte.

Polymères

1922

Mise en évidence de la structure particulière des polymères par l’allemand H. Staudinger

Plexiglas

1924

Barker et Skinner obtiennent un verre organique le poly méthacrylate de méthyle connu sous le nom de plexiglas

Polystyrène

 

1933

Mise au point par l’allemand Wuff

Polyamide        (nylon,

kevlar)

1935

Mise au point chez Du Pont de Nemours (USA) les premières fibres polyamides par W.Carothers

Polyuréthanes

 

1937

Inventés par Otto Bayer

 

Téflon

1938

Le Tétrafluoréthylène (téflon) est découvert par

R.J.Plunkett ingénieur chez Du Pont de Nemours

Polyesters

1938

Premiers polyesters thermodurcissables par Ellis

Polyéthylènes

1939

Premières gammes de polyéthylènes basse densité (PEBD) obtenues par Fawcett et Gobson suivit du polyéthylène Haute Densité (PEHD) par l’allemand

Karl Ziegler en 1953

Polypropylène

1954

Polymérisation du propylène par l’italien Natta

Peba

1981

Nouvelle famille de matières synthétiques créée par Gérard Deleens, intermédiaire entre les élastomères

(caoutchouc) et les plastiques

 


3. Constituants principaux des matières plastiques  Les matières plastiques sont constituées (Naudin, 1987) : 

v  D’une matière de base (résine organique) : qui est un mélange des macromolécules organiques (polymères), obtenues par réaction de polymérisation par addition ou par condensation de molécules plus petites, les monomères, dont le noyau est essentiellement constitué d'atomes de carbone.

v  D’additifs :  sont des ajouts qui remplissent certaines fonctions, entre autres :  - Les plastifiants : modifient le comportement rhéologique et mécanique (souplesse) de la résine ;

-  Les stabilisants : augmentent la résistance au vieillissement ;

-  Les colorants : améliorent l'esthétique des objets ;

-  Les renforts : améliorent les performances mécaniques des polymères qui servent alors de matrice (verre, carbone, mica, kevlar, matériaux composites). 

v  D’une charge : ayant surtout pour rôle de faire du volume à bas prix mais n’est utilisable que lorsque la transparence n’est pas exigée.

De nos jours, la matière première pour la fabrication des plastiques est pétrochimique, bien qu’historiquement les plastiques fussent d’abord fabriqués au départ de la cellulose.

On ajoute parfois des additifs aux plastiques pour leur conférer certaines propriétés particulières. La quantité d’additifs ajoutés aux polymères va de 0 % en masse pour les plastiques destinés à l’emballage des produits alimentaires à 50 % ou plus pour certaines applications électroniques par exemple. La teneur habituelle en additifs est d’environ 20 % en masse (Naudin, 1987). 

I.1.4. Types des matières plastiques 

Il existe trois grandes catégories de polymères (Caubergs, 2001) : les thermoplastiques, les thermodurcissables et les élastomères.

- Thermoplastiques 

Les polymères ou les résines thermoplastiques sont des composés, dérivés d’éléments constitutifs organiques se formant naturellement, qui fondent lorsqu’on les chauffe. Ce sont des matières « transformables à l'état fondu », ce qui signifie qu'on peut leur donner des formes utilisables lorsqu'elles sont en phase liquide (fondues) ou visqueuse. Les thermoplastiques constituent environ 80 % des plastiques produits dans le monde. Dans cette famille, nous distinguons comme types des matières plastiques ; 

 

v  Le polyéthylène haute densité (PEHD)

v  Le polyéthylène basse densité (PEBD)

v  Le polyéthylène téréphtalate (PET)

v  Le polypropylène (PP)

v  Le polyvinyle chloride (PVC)

 - Thermodurcissables 

 Une matière thermodurcissable est un polymère qui durcit sous l'action de la chaleur.  Les molécules le constituant (monomères) se lient les unes aux autres pour le rendre plus rigide en formant un réseau tridimensionnel. Une matière thermodurcissable ne peut être mise en œuvre qu’une seule fois. Il n’est donc pas recyclable. La mise en œuvre des thermodurcissables implique la réalisation d’un réseau tridimensionnel dans le moule. C’est-à-dire que la matière liquide ou visqueuse va devenir définitivement solide : c’est la réticulation. Les plastiques thermodurcissables constituent les 18 % des matières plastiques dans le monde. Dans cette famille, nous distinguons comme types des matières plastiques ; 

v  Le polyuréthane (PU)

v  L’époxy

- Elastomères 

Ces polymères présentent les mêmes qualités élastiques que le caoutchouc. Les élastomères sont caractérisés par leur grande déformabilité (6 à 8 fois leur longueur initiale), et sont obtenus à partir de polymères linéaires caractérisés par des liaisons extrêmement faibles.  Ces polymères sont donc des liquides très visqueux. Pour être utilisées comme caoutchouc, des liaisons pontales (nœuds de réticulation) doivent être introduites entre les chaînes, conférant ainsi aux matériaux une structure tridimensionnelle qui assure la réversibilité de la déformation mécanique. Les nœuds de réticulation sont introduits par une réaction chimique appelée vulcanisation après la mise en forme du matériau. 

 

 

 

 

 

 

5. Propriétés des matières plastiques 

  Les propriétés sont nombreuses et certaines sont résumées dans le tableau I-2.

Tableau I-2 : Propriétés des polymères (Caubergs, 2001)

Propriétés

Thermodurcissables

Thermoplastiques

Elastomères

Structure

Macromolécules unies par liaison chimique en structure tridimensionnelle fortement réticulée.

 

 

 

 

Macromolécules en chaines linéaires ou avec peu de ramifications amorphes structure non organisée des chaines de polymères Semi-

cristalline Structure partiellement organisée, avec des zones d’alignement des chaines de polymères.

 

Macromolécules de caoutchouc unies par liaison chimique en

tridimensionnelle faiblement réticulée.

 

 

Comportement à température

normale

 

 

Durs et fragiles       à viscoplastiques

Mous à solides et durs ou fragiles et durs

Elasticité du caoutchouc

Déformation

 

 

 

Aucune déformation plastique après réticulation

Déformation plastique à température élevée

Déformation élastique

Uniquement

Soudabilité

 

Non

Oui

Non

Fusibilité

 

Non

 

 

Oui

Non

Réaction aux solvants  - Gonflement

 - Solubles

 

 

Non

Non

 

 

 

 

Oui

Oui

 

 

 

Oui

Non

Compatibilité chimique

Elevée

Elevée

Moyenne

Usinabilité 

Oui

Oui

Oui

Aptitude             au recyclage

 

Non

Oui

Non


6. Fabrication des matières plastiques 

Plus de 250 millions de tonnes de plastiques sont produits chaque année, essentiellement à partir de pétrole.  

Du pétrole au plastique, après avoir été extrait du sous-sol, le pétrole brut est envoyé dans une raffinerie pour séparer les différents constituants (raffinage). On obtient du fioul (utilisé pour le chauffage), du gazole, du kérosène et de l’essence (utilisés pour les transports) et du naphta.

Le naphta subit une importante étape de transformation (le craquage) permettant d’obtenir de petites molécules, les monomères (éthylène, propylène, styrène, butadiène, benzène, éthanol, acétone, …) qui seront la matière de base des matériaux plastiques.  Avec une réaction chimique de polymérisation, ces monomères s’assemblent et forment de longues molécules, les polymères (polyéthylène, polypropylène, polystyrène) qui sortiront de la raffinerie sous forme de granulés, de liquides ou de poudres.  En ajoutant des adjuvants et additifs à ces polymères, on obtient des matériaux plastiques variés à qui on donnera des formes variées (tuyau, pots, formes complexes,) par moulage, extrusion, injection ou encore thermoformage dans les usines (Mayer, 2001). La figure I-1 illustre le processus de fabrication du plastique : 

 

   Pétrole brute

                        Fioul, Kérosène,

Gasoil, Essence

 

 

Autres molécules

 

          Monomères (éthylène, propylène, styrène, benzène, butadiène, éthanol, acétone, etc.)

                                                              POLYMERISATION

                                                                Matières plastiques

Figure I-1 : Procédé d’obtention du plastique (Mayer, 2001)

 

 

 

7. Utilisation des matières plastiques

Les plastiques sont utilisés dans de nombreux domaines. En voici quelques-uns :  

v  Les emballages : ce secteur est le plus gros consommateur de plastiques. On les utilise pour stocker, transporter, protéger et conserver toutes sortes de produits, en particulier des produits alimentaires. 

v  Le bâtiment et la construction : les plastiques y sont souvent cachés, cependant indispensables. Ils sont utilisés pour leurs propriétés vitales :  

-  Durabilité et résistance à la corrosion (châssis de fenêtres, tuyauteries),  

-  Isolation contre le froid, la chaleur et le bruit (cloisons),  

-  Faible coût,   

-  Maintenance minimale ou nulle (par exemple pas besoin de les repeindre), 

-  Hygiène et propreté (faciles à nettoyer),  

-  Economie de ressources (faible coût + facilité d’installation + longue durée de vie). 

v  Les transports : les nouvelles générations de plastiques légers permettent des économies d’énergie notables. Les voitures, les trains, les avions deviennent plus légers en intégrant de plus en plus de matières plastiques. Ils apportent en même temps un confort agréable aux usagers, par exemple en permettant une augmentation de pression et de taux d’humidité dans les avions.  

v  L’électricité et l’électronique : les plastiques permettent d’améliorer les performances dans ce secteur : réduction du poids, miniaturisation, isolation électrique et thermique. Les plastiques sont solides, flexibles et faciles à mouler, d’où leur présence importante dans beaucoup d’équipements. Les plastiques sont connus pour leur qualité d’isolation électrique. 

v  L’agriculture : l'utilisation des plastiques dans l'agriculture permet des rendements accrus, des récoltes plus précoces, une moindre dépendance vis-à-vis des herbicides et des pesticides, une meilleure protection des produits alimentaires et une conservation plus efficace de l'eau. Par exemple, dans les régions arides, des systèmes de drainage en plastique peuvent diviser les frais d'irrigation par deux ou trois et en même temps doubler le rendement.  

v  Le secteur médical : les soins médicaux modernes nécessitent l’utilisation des plastiques (seringues jetables, poches de sang, valves cardiaques…). Beaucoup d’appareils orthopédiques et de prothèses sont aujourd’hui en plastique. Certains comprimés sont entourés d’un polymère qui se dégrade lentement, et libère le médicament peu à peu ou au bon moment.  

v  Le sport : les plastiques ont révolutionné les équipements sportifs, les rendant plus efficaces et techniques que jamais. Ainsi pour :  - les ballons de football sont résistants à l’eau et à l’abrasion, et les trajectoires sont plus prévisibles, - les chaussures de sport sont légère, résistantes, - les raquettes de tennis sont plus solides, légères et puissantes, absorbant mieux les chocs, - les équipements nautiques en plastiques composites sont légers et très résistants pour la coque, - les structures et le mât des navires, pour les planches à voile et de surf ; - équipements de ski. 

I.2. MATIERE PLASTIQUE PET

I.2.1. Définition                                                                                 

Plus connu sous le nom anglais de polyéthylène téréphtalate ou PET, que l’on retrouve également avec l’abréviation PETE, est un polymère de type polyester saturé, par opposition aux polyesters thermodurcissables. Ce polymère est obtenu par la polycondensation de l'acide téréphtalique avec l'éthylène glycol(Trotignon et Al, 2006).

   I.2.2. Structure et formule chimique 

La formule chimique et la structure du PET sont données par la figure I-2 (Trotignon et Al,

2006).                   

Figure I-2 : Formule chimique et structure du PET

 

 


I.2.3. Propriétés physiques et mécaniques du PET

Les propriétés physiques et mécaniques du PET sont données dans le tableau I-3 (Trotignon et Al, 2006).

Tableau I-3 : Propriétés physiques et mécaniques du PET (Trotignon et Al, 2006)

Propriétés physiques

Propriétés mécaniques

 

-Température de transition vitreuse : 70°C  

-Température de fusion : 250°C

-  Densité : 1,34 g/Cm3

-  Conductivité thermique : 0,15 W/mK

 

 

-Allongement à la rupture : 40 %

-Module de Young : 40 GPa

-Limite d’élasticité : 20

-Résistance à la compression :12 à 15 MPa

 

I.3. DECHETS PLASTIQUES

I.3.1. Concept déchet

Généralement, un déchet désigne, tout produit que son propriétaire abandonne, tels que les vieux vêtements, les rebuts de construction, les autos usagées, les médicaments dont la date d'utilisation est échue, les débris alimentaires de la cuisine, etc. (Paradis et Al, 1983)

La notion de déchet peut être abordée de plusieurs façons. Elle varie d'un auteur à un autre, d'un pays à un autre. C'est notamment le cas lors des évolutions qu'il pourra subir (opérations de collecte, tri, transformation primaire) et qui lui confère des caractéristiques physiques, chimiques et mécaniques différentes qui lui donne une valeur économique et écologique.

Selon le journal officiel de la RDC, un déchet est tout résidu d’un processus de production, de transformation, ou d’utilisation, toute substance solide, liquide ou gazeux, matériau ou produit ou, plus généralement, tout bien meublé éliminé, destiné à être éliminé ou devant être éliminé en vertu des lois en vigueur (Loi N°11/009 du 19 juillet 2011 portant principes fondamentaux relatifs à la protection de l’environnement, pg. 08).

I.3.2. Catégories des déchets 

Les déchets plastiques proviennent des résidus de processus de production, de transformation et de consommation. Il existe donc deux grands types de déchets plastiques :

 

 

A. Déchets plastiques industriels 

Ces déchets sont constitués de l’ensemble des déchets issus des processus de production des résines (essentiellement trouvés dans les sites pétrochimiques) et de transformation des résines en objets. Les déchets de production proviennent des arrêts de réacteur de polymérisation, des purges de réacteurs et des lots déclassés. Ils présentent la particularité d’avoir un degré de pollution faible, voire inexistant. On y retrouve, en très grande majorité, les polymères de grande diffusion (PE, PP, PS et PVC). Quant aux déchets de transformation, elles proviennent de toutes les opérations de plasturgie permettant l’obtention de produits finis (extrusion, injection, soufflage, calandrage, . . .). On y retrouve, précisément, les carottes, lisières et bordures de ces opérations de thermoformage, les pièces présentant des défauts, ou encore, les chutes de démarrage et d’arrêt de machine. Ces déchets qui peuvent être homogènes comme fortement hétérogènes (mélanges provenant de la coextrusion, co-injection, . . .) sont, en général, très peu souillés (Brahiman, 2018). 

B. Déchets plastiques de post-consommation  

C’est l’ensemble des déchets issus de la consommation industrielle ou des particuliers. Les déchets plastiques utilisés au cours de cette étude se classent dans cette catégorie (Brahiman, 2018).

 On distingue : 

v  Les déchets agricoles constitués essentiellement de films, sacs, fûts et bidons de produits phytosanitaires. La particularité de ce gisement réside dans ses fortes contamination

(terre, cailloux) et pollution. Il s’agit pour l’essentiel de polyoléfines (PEBD, PEHD et PP). 

v  Les déchets commerciaux ou de distributions constituées d’emballages industriels et commerciaux qui sont en général de bonne qualité. Il y a également les fûts, bidons, sacs de grande contenance dans les secteurs de la chimie, l’agroalimentaire, le bâtiment et les travaux publics, pour le conditionnement et le transport de divers autres produits.  Enfin, on peut aussi citer le cas des emballages en polystyrène expansé utilisés pour le calage lors du transport de produits fragiles, et dans une proportion moindre, pour les caisses à poisson et les plateaux horticole. 

v  Les déchets électriques et électroniques issus de la filière de tous les produits électriques et électroniques tels que les ordinateurs, téléphones, appareils électroménagers et câbles en tout genre. 

v  Les déchets ménagers qui sont essentiellement constitués par les emballages. Pour ce gisement, les matières principales concernées sont : le PET (bouteilles de boissons gazeuses, eaux minérales, . . .), le PEHD (bouteilles de lait, produits lessiviels, . . .), le PEBD (sacs d’emballage) et le PVC (bouteilles d’eau minérale, . . .). 

I.3.3. Problématique de la gestion des déchets à Lubumbashi

La problématique liée à la gestion des déchets en générale, et déchets plastiques en particulier à Lubumbashi nécessite la redéfinition des compétences et des organismes ministériels, elle est caractérisée par le désengagement et la déresponsabilisation observés au sein de la population et la présence de dépôts sauvages un peu partout dans la ville.

On peut les attribuer à :

v  La pauvreté financière et le manque d’éducation responsable des citadins ;

v  Aux phénomènes d’urbanisation galopante (surpeuplement) imputable à l’exode rural et la croissance démographique ;

v  La mauvaise gouvernance de la ville qui traduit par la faiblesse du pouvoir publique ; l’insuffisance de l’infrastructure, à la pauvreté en logement, par exemple les quartiers pauvres ou bidonvilles et des services sociaux ;

v  L’absence de redevances spécifiques aux déchets est en partie responsable, du dysfonctionnement des collectivités locales, qui ne peuvent assumer seules ces charges.

La population participe faiblement à la taxe d’enlèvement des déchets urbains puisque moins intégrés dans les habitudes culturelles des pays en voie de développement.

v  Le manque d’anticipation à l’évolution du gisement et des variations spatiales comme temporelles de quantité des déchets.

I.3.4. Principes généraux de gestion des déchets 

Dans une telle perspective, on hiérarchise la gestion et le mode de traitement afin de minimiser les déchets à éliminer (Hannequart, 2005) en agissant à la source pour réduire quantitativement et qualitativement les risques environnementaux.

Ainsi, selon Saleh A.W. (2012), l’ordre de la priorité est le suivant :

v  La prévention de la production et de la nocivité des déchets ;

v  La réduction de la production et de la nocivité des déchets ;

v  La valorisation des déchets par réemploi, recyclage (compostage) ou tout autre procédé écologiquement approprié (récupération d’énergie par incinération) ;

v  L’élimination des déchets ultimes de manière écologiquement appropriée (mise en décharge).

Sur base du concept de cycle de vie, on privilégie plus la réduction à la source, le recyclage et la récupération pour réduire à la source les volumes mis en décharge, créé de l’emploi par la récupération et la valorisation des déchets ; l’enfouissement constitue la solution ultime (Gbinlo, 2010).

Par conséquent, les déchets qui se prêtent mieux à une valorisation sont collectés, triés et traités de façon notamment à récupérer un maximum de matières premières secondaires.

Le tableau I-4 indique les divers symboles et caractéristiques des plastiques recyclables.

 Tableau I-4 : Symboles et caractéristiques des différents types de plastiques recyclables

(Hannequart, 2004)

N° de recyclage

Abréviations

Noms des polymères

Utilisation

 

 

 

PETE ou PET

Polyéthylène téréphtalate

Recyclable pour produire des bouteilles de limonade, des plateaux de traiteur et de boulangerie, des vêtements, des tapis, des pinceaux, etc.

 

 

 

 

 

HDPE ou PEHD

Polyéthylène haute densité

Recyclable pour produire des bouteilles, sacs à provisions, poubelles, tuyaux agricoles, soustasses, barrières, équipement de terrains de jeu, bûches plastiques, Conteneur d'acide (le PEHD est un plastique qui résiste aux acides) 

 

 

 

 

 

PVC

Polyvinyle chloride

Recyclable pour produire des tuyaux, des profilés pour la construction (fenêtres, lames de terrasses, portails...) des grillages et des bouteilles non-alimentaires.

 

 

 

LDPE ou PEBD

Polyéthylène faible densité

Recyclable pour fabriquer des sacs et films plastiques.

 

 

 

PP

Polypropylène

Recyclable en pièces de voiture, cabarets, tapis et fibres géotextiles et industrielles.

 

 

 

 

PS

Polystyrène

Recyclable dans une grande variété de produits incluant accessoires de bureau, cabarets, jouets, cassettes vidéo et boîtiers, et panneaux isolants.

 

 

CHAPITRE II : CONSIDERATIONS GENERALES SUR LA VALORISATION DES DECHETS PLASTIQUES DANS LE DOMAINE DES BATIMENTS ET TRAVAUX PUBLICS

Le deuxième chapitre du travail expose une brève théorie sur la valorisation des déchets plastiques et donne un aperçu littéraire sur quelques matériaux de construction dans le domaine des bâtiments et travaux publics.

II.1. VALORISATION DES DECHETS PLASTIQUES

II.1.1. Définition

La valorisation est toute opération dont le résultat principal est que des déchets servent à des fins utiles en substitution à d’autres substances, matières ou produits qui auraient été utilisés à une fin particulière ou que des déchets soient préparés pour être utilisés à cette fin (Le Bozec et Al, 2012).

II.1.2. Types

Il existe plusieurs types des valorisations des plastiques :

II.1.2.1. Valorisation énergétique 

Elle consiste à transformer les déchets plastiques en combustibles solides (charbon) ou à les incinérer en vue de la récupération de l’énergie thermique qui pourra par la suite être convertie en d’autres formes d’énergie (Le Bozec et Al, 2012).

II.1.2.2. Valorisation matière ou recyclage

C’est une opération par laquelle les plastiques sont traités en substances, matières ou produits, aux fins de leur fonction initiale ou d’autres fins. Elle se déroule sans destruction de la structure chimique (Le Bozec A.et Al, 2012). Le recyclage peut- être :

v  Mécanique : lorsque les déchets ne sont pas contaminés.

 

v  Par dissolution : lorsque les déchets peuvent-êtres contamines. Elle se fait comme suite :

-  Dissolution du polymère principal dans un solvant organique ou fluide spécifique ;

-  Séparation du solvant et du polymère des matières secondaires non dissoutes ;

-  Précipitation du polymère et élimination du solvant ; - Séchage des particules des polymères.

 

II.1.2.3. Valorisation chimique

C’est une opération par laquelle les polymères de base des plastiques sont dissociés pour donner des composés chimiques utilisables pour des nouvelles applications. Ces composés peuvent êtres des monomères, on parle alors de dépolymérisation, d’autres molécules de petite taille ou bien oligomères. Cette valorisation s’applique aux matériaux thermoplastiques et thermodurcissables. Elle a lieu par chauffage ou par ajout des réactifs (Le Bozec et Al, 2012).  

v  La thermolyse : elle s’applique aux polymères synthétisés par polymérisation en chaine. 

v  Ajout des réactifs chimiques : s’applique aux polymères synthétisés par polymérisation par étape. Le réactif peut-être : un solvant (on parle alors de solvolyse), l’acide téréphtalique par hydrolyse en milieu basique, le téréphtalate de diméthyle etc.

II.2. MATERIAUX DE CONSTRUCTION

II.2.1. Sable  

II.2.1.1. Définition 

Le sable est une roche sédimentaire meuble, constituée principalement de quartz, provenant de la désagrégation des roches sous l’action de divers agents (vent, eaux courantes, gel). C’est une matière première qui est souvent le produit de la décomposition du granite du fait de l’altération.

Le sable peut avoir plusieurs couleurs en fonction de sa nature : noir ou blanc (Brahiman, 2018). 

II.2.1.2. Formation des sables 

Le sable se forme à la suite de phénomènes physiques et chimiques auxquels sont soumises les roches. Les processus physiques fragmentent les roches en des éléments de taille réduite qui sont les blocs, les graviers, les sables, les limons et les argiles. Dans le processus de formation des sables l’action physique est prépondérante. Sous l’action de processus physiques (vent, eau) ou chimiques (action dissolvante de l’eau), ces éléments sont entraînés par les eaux de ruissellement. Au cours du transport, ils vont subir des variations de taille et de morphologie en fonction du moyen de transport. Les particules vont se déposer ou être drainées généralement jusqu'à la mer. C’est ainsi que les sables se retrouvent sur les plages ou dans les lits des cours d’eau (Brahiman, 2018). 

 

 

II.2.1.3. Composition minéralogique 

Les sables sont principalement constitués de quartz (silice), avec de faibles proportions de mica, de feldspath et de magnétite. La couleur du sable est d’autant plus claire que la teneur en silice est élevée. Les sables sont toujours définis en fonction des constituants majoritaires : on parle ainsi de sable quartzeux, feldspathique, ferrugineux, micacé, calcaire, ou encore de sable coquillier. Toutefois, dans le langage courant, le sable est généralement associé au sable quartzeux (Brahiman, 2018). 

II.2.1.4. Classification des sables (Brahiman, 2018)

v  Classification suivant la nature du sédiment : 

Les sables sont classés suivant beaucoup de paramètres et suivant le domaine d’activité. Ainsi en géologie en fonction de la nature du matériel à l’origine de sa formation on parlera de sable détritiques (issus de roches préexistantes), ou de sables bioclastiques (issus de la fragmentation puis accumulation de squelettes ou coquilles d’organismes marins). En géologie de l’ingénieur ou génie civil, on classe les sables en fonction de l’origine ou de la granulométrie.

v  Classification suivant l’origine 

- Sable naturel : On parle de sable naturel lorsque le sable est issu de l’altération des roches préexistantes. Il s’agit de sable extrait des lits des cours d’eau (fleuves et rivières), de la lagune ou de la mer (dans certains pays, même si de plus en plus l’exploitation de ce sable est interdite). - Sable artificiel : Il s’agit de sable obtenu par concassage des roches. C’est le sable qui est directement lié à l’action de l’homme. Ce sont très souvent les sous-produits des carrières de concassés de roches. 

v Classification suivant la granulométrie 

Dans ce type de classification, le critère principal est la taille des particules. La classe des sables varie selon le système de classification ou le domaine d’activité. Tous les systèmes de classification admettent principalement cinq sous-classes qui sont : - le sable très fins (diamètre des grains de 0,0625 à 0,125 mm), - le sable fin (de 0,125 à 0,25 mm), - le sable moyen (de 0,25 à 0,5 mm), - le sable grossier (de 0,5 à 1 mm), - le sable très grossier (de 1 à 2 mm). 

II.2.1.5. Utilisation du sable 

Le sable est l’une des matières premières dans la construction. Il constitue également la principale matière première de l’industrie du verre. Le sable, du fait de son abondance et de sa facilité d’exploitation, est utilisé dans de nombreux domaines d’activités. C’est l’une des principales matières premières utilisées dans le génie civil. Il est utilisé aussi bien dans le domaine routier que dans celui du bâtiment. Dans la construction des routes, le sable est utilisé comme matière première de remblai, couche de base et couche de finition. Dans le bâtiment, il est employé dans la composition de béton, du mortier et la confection des briques (parpaing sable ciment). Le sable est le principal composant de la plateforme sur laquelle sont posés les pavés, pour les chemins et les routes secondaires, les parkings et les garages etc. Le sable est encore très utilisé en fonderie, où il est employé pour la réalisation des moules. Par ailleurs, il intervient dans la fabrication de céramiques. Le sable est également largement utilisé pour ses propriétés abrasives (cas du papier de verre recouvert de sable). Il peut aussi être utilisé pour un décapage à la sableuse afin de nettoyer certaines surfaces (la pierre, par exemple) ou pour aplanir des surfaces de métal grossier (avec de la vapeur sous pression chargée de sable). 

En milieu naturel, le sable accumule des minéraux lourds alluvionnaires, permettant l’extraction de certains minéraux dont l’or, les diamants, la cassitérite (minerai d’étain), la magnétite (oxyde de fer) ou l’ilménite (oxyde de fer et de titane). Le sable est un élément important dans le domaine touristique, lorsqu’il est présent sur les plages et les dunes où il est également un élément indispensable à la protection de la côte (Enongo et Dongo, 2009).

II.2.2. Gravillons

II.2.2.1. Définition : les gravillons sont un ensemble des petits cailloux ni trop gros, ni trop petits de dimension homogène que l’on utilise avec du sable dans la fabrication du béton ou que l’on répand sur les surfaces décoratives. Leur dimension commence de 3 à 4 mm pour les plus petits à une vingtaine de millimètres pour les plus gros (Agymat, 2016).

II.2.2.2. Fabrication des gravillons

Peu homogènes en général dans leur état naturel, les gravillons ont besoin d’une intervention mécanique pour trouver leur utilisation optimale, c’est le criblage.

L’opération consiste à faire passer le matériau brut sur une suite de cribles (tamis) inclinés de taille différente qui va éliminer les éléments les plus gros.

Les tamis sont des sortes de « tissus » fabriqués avec des fils d’acier très résistants dont les mailles sont dimensionnées à une taille constante. Par exemple pour fabriquer un gravillon 5/15, le produit brut va passer d’abord sur le crible à maille de 15 mm qui va éliminer les morceaux les plus gros de tailles supérieures à 1,5 cm qui vont être évacués vers d’autres utilisations puis ensuite sur un tamis de 5 mm qui va éliminer : tout ce qui est inférieur à 5 mm et qui ne passe pas au tamis de 5mm constitue un gravillon 5/15.

Bien entendu, c’est un processus industriel qui trie des matériaux naturels, le gravillon n’est pas à proprement parler un produit « fabriqué » aux dimensions constantes et régulières (Agymat, 2016).

II.2.2.3. Sortes des gravillons

Il existe deux grandes sortes des gravillons (Agymat, 2016) :

v  Les gravillons roulés : ce sont principalement les matériaux alluvionnaires, ils sont extraits directement dans le lit des rivières, ou dans des zones qui l’étaient auparavant et qui sont devenues des zones agricoles depuis, dans les cas là les terres végétales sont enlevées par exploitant arrachés aux roches environnantes ont été usés et arrondir par l’action de l’eau et du courant.

Les arêtes se sont émoussées lorsque les gravillons ont frotté les uns sur les autres, c’est pour cela qu’on les appelle « des gravillons roulés » Bien entendu là encore cela reste un matériau naturel et les arrondir ne sont pas régulières, ce ne sont pas des billes parfaitement cylindriques.

v  Les gravillons concassés : lorsque la roche est massive comme le calcaire, elle est extraite dans des carrières à l’explosif. Les bancs de pierre peuvent faire plusieurs m3 qui sont ensuite concassés dans des grosses mâchoires métalliques avant d’être criblées. Les arêtes sont alors vues sans toutefois être coupantes ; ce sont les gravillons concassés. II.2.3. Liant

II.2.3.1. Définition

Un liant est un produit qui sert à aggloméré en masse solide des particules solides sous forme de poudre ou des granulats (appelés aussi agrégats ; dans le cas des peintures et mastics, on parle de charges) (Vicat, 1856).

II.2.3.2. Classification

Selon leurs compositions, les liants peuvent être classés en deux grandes familles : les liants minéraux et les liants organiques (Vicat, 1856).

v  Les liants minéraux : selon leur mode de durcissement, ils peuvent être classés en deux sous-familles :

-les liants aériens : durcissement à l’air dû à une réaction de carbonatation ; chaux aériennes, argiles.

-les liants hydrauliques : durcissement en milieu humide ou dû à une réaction d’hydratation de silicates ou d’aluminates ; chaux hydrauliques, ciment.

v  Les liants organiques : - les liants hydrocarbonés, les bitumes, les goudrons, les résines et surtout les polymères.

II.3. APERÇU THEORIQUE SUR LES PAVES 

II.3.1. Définition

Un pavé est un bloc en pierre, en béton ou en terre cuite, couramment employé comme revêtement de chaussée accueillant un trafic occasionnel ou continu, de zones piétonnes, de parkings, d’aires industrielles (Cerib, 2009). Les pavés permettent d’une façon générale, de répondre aux trois besoins suivants : 

v  Le besoin fonctionnel : assurer ou contribuer à la lisibilité de l’espace public en matérialisant des zones dédiées ou des limites élaborées par les urbanistes ; 

v  Le besoin architectural : leurs formes, couleurs favorisent une esthétique ou une perception architecturale des aménagements urbains ;

v  Le besoin structurel : de par leurs caractéristiques mécaniques à résister aux sollicitations, ils pourront résister à des trafics routiers plus ou moins importants.

II.3.2. Types des pavés

Les pavés sont classés en fonction du type de trafic selon les normes NF P 98-082, NF P 98335 (Cerib, 2009). Le tableau II-1 donne l’épaisseur des pavés en fonction du trafic.

Tableau II-1 : Epaisseurs des pavés en fonction d’utilisation (Cerib, 2009)

Classe trafic

Type de trafic

Epaisseur minimum des pavés (mm)

 

 

T5

Voies piétonniers, véhicules de service et/ou livraison, Parkings résidentiels ou urbains

 

50 ou 60

T4

 

T3

 

T2

 

 

Voies urbaines et Parkings poids lourds

80

 

80

 

100

 

T1

-

 

100

 

II.3.3. Composition des pavés

Les matières premières qui entrent dans la composition des pavés sont (Oorekamaison, 2018) :

v  Le ciment

v  Les graviers et sable

v  L’eau

v  Les adjuvant

v  Les granulats et autres constituants (pigments).

II.3.4. Fabrication des pavés

Le procédé de fabrication des pavés comprend les étapes suivantes (Decousser et Al, 2007) :

v  Préparation du béton par mélange des différentes matières premières (ciment, granulats, eau, adjuvant, autres constituants) ;

v  Dosage et malaxage ;

v  Coulage du béton dans les moules sous une vibration réalisée par des vibreurs spécifiques ;

v  Durcissement des pavés ; Démoulage et Séchage ; v Marquage et Conditionnement (palettisation).

II.3.5. Propriétés mécaniques et physiques des pavés

Les propriétés mécaniques et physiques qui caractérisent les pavés sont établies sur base des normes. Dans le tableau II-2, sont présentées les résistances en flexion et en compression des pavés selon les normes NF EN 12390-3 (InfoCiment, 2015), NF EN 1339 (Cerib, 2009) et la résistance à l’absorption d’eau des pavés selon les normes EN 771-1(Wallonie, 2015), NBN EN 206-1 :2001 et NBN B 15-001 :2004 (Ployaert, 2009). 

Tableau II-2 : Résistances mécaniques et absorption d’eau des pavés (Cerib, 2009 ; Ployaert, 2009 ; Wallonie, 2015 ; InfoCiment, 2015)

Classe trafic

Type de trafic

Résistance en compression en MPa

Résistance en flexion en MPa

Absorption d’eau (%)

 

T5

Voies piétonniers, véhicules de service et/ou livraison,

Parkings résidentiels ou urbains

20

3,5

≤ 3

T4

 

T3

 

T2

 

 

Voies urbaines et Parkings poids lourds

25

 

25

 

25 < Rc ≤ 60

4

 

5

 

6

≤ 5

 

 

≤ 6

 

 

≤ 7

 

 

T1

-

 

Rc > 60

 

≥ 6

Pas de spécification

 

Hormis les résistances mécaniques et l’absorption d’eau, le pavé doit avoir une porosité inférieure ou égale à 15 % et une densité égale à 2,5(Fibrociment, 2018).

CHAPITRE III : SYNTHESE DES TRAVAUX ANTERIEURS SUR LA FABRICATION DES PAVES A BASE DU PLASTIQUE

Ce chapitre donne une synthèse des travaux antérieures sur la fabrication des pavés à base des déchets plastiques.

Plusieurs travaux ont étés élaborés à ce sujet, entre autres : 

III.1. CEFREPADE et 2iE, (2011). Dans leur projet intitulé : "Expérience d’une unité de fabrication des pavés plastiques" ont utilisé comme : 

a.      Matières premières : 

v Les déchets plastiques constitués du PEBD et PEHD v Le sable.

b.      Méthodologie :

La figure III-1 illustre la méthodologie utilisée par CEFREPADE et 2iE.

                                         

Déchets

                                         

 

Pavés

            Figure III-1 : Schéma de traitement des déchets utilisé par CEFREPADE et 2iE

c.       Résultats : Le matériau obtenu après fabrication a eu une résistance mécanique à la compression de 3,82 MPa pour une proportion optimale massique constitué de 60 % de sable et 40 % de plastique.

d.      Critiques : Le montage de tout procédé industriel quel que soit son domaine d’application bien spécifique doit tenir compte des aspects environnementaux.

Le premier constat fait dans le cadre de ce travail montre que certains matériels utilisé pour la confection du matériau ne respectent pas des normes environnementales, parfois laissant fuiter des gaz très toxiques et précurseur de la pollution de l’air lors de la fusion. Deuxièmement nous avons soulevé le problème de régulation de la température de fusion.

III.2. Mada HARY, (2014). Dans son travail intitulé : " Valorisation à l'échelle pilote des déchets plastiques pour la fabrication de matériaux de construction" a utilisé comme : 

a.      Matières premières : 

v  Les déchets plastiques constitués du PEBD, PEHD, PP, PET

v  Le sable moyen et grossier de dimension 0,2 à 5 mm comme charge

v  Les gravillons de dimension 4/14

b.      Méthodologie :

Le schéma de fabrication utilisé par MADA est donné par la figure III-2. 

 

                                  Figure III-2 : Processus de fabrication utilisé par MADA

c.       Résultats : Pour les éprouvettes parallélépipédiques de dimension 50 mm x 50 mm x 20 mm, le matériau obtenu après essais de fabrication a eu une résistance à la compression de 13,1 MPa et une porosité de 0,164 % pour une proportion optimale massique constitué de 25,4 % de plastique, 54,9 % de sable et 15,4 % de gravillons.

d.      Critiques : Le processus de tri permet de classer les plastiques suivant leurs natures, propriétés chimiques et physiques. Et donc le mélange de deux types de matières plastiques possédant des propriétés physiques et chimiques différentes peut s’avérer difficile et pourrait même affecter la qualité du produit fini, ce qu’a ignoré le chercheur Mada en mélangeant le PET et PEHD qui possèdent des propriétés différentes.

III.3. Musony KABEY, (2017). Dans son travail intitulé : "Valorisation des produits de la pyrolyse des déchets plastiques par la fabrication des matériaux composites et la production des combustibles" a utilisé comme : 

a. Matières premières : 

v  Les déchets plastiques constitués du PEHD et PET

v  La chaux, la latérite et l’argile.

b.      Méthodologie :

La figure III-3 montre la méthodologie utilisée par MUSONY.

 

                                                                                            Pavés

                                    Figure III-3 : Méthodologie de fabrication utilisée par MUSONY

c.       Résultats : Pour les éprouvettes de 3 cm de diamètre et de 3 cm de hauteur a partir des résidus de distillation du PEHD, le matériau obtenu a eu une masse volumique apparente moyenne de 1,3969 g/Cmune porosité de 0,1486 %, une résistance aux acides exprimé en pertes de masse de 0,023 %, une résistance à la compression de 11,1 MPa. Ces valeurs ont été obtenues pour un mélange de 23,8 % en argile, 47,6 % en latérite et 28,52 % en chaux.

d.      Critiques : Dans cette œuvre du chercheur MUSONY, nous avons noté que les charges utilisées ont un coût économiquement élevé, alors que l’objectif est de concevoir un procédé utilisant des matières premières à faible coût.

III.4. Brahiman TRAORE, (2018). Dans sa thèse intitulée : " Elaboration et caractérisation d’une structure composite (sable et déchets plastiques recyclés) : amélioration de la résistance par des charges en argiles " a utilisé comme :

a. Matières premières : 

v  Les déchets plastiques constitués du PEBD

v  Le sable et l’argile comme charges

b. Méthodologie :

Le schéma de l’obtention du matériau utilisé par TRAORE est donné par la figure III-4.

                                                                                 Démoulage

 

Figure III-4 : Schéma de fabrication utilisé par TRAORE

 

 

c.       Résultats : Le chercheur Brahiman Traoré a eu a utilisé trois méthodes suivant la procédure précitée ci-haut :

-                       La méthode par compression manuelle, où il a obtenu un matériau ayant une flexion variant de 2,54 à 8,6 MPa et une résistance à la compression variante entre 10 à 30 MPa avec un taux de 30 % de PEBD.

-                       La méthode de thermocompression, où il a obtenu un matériau ayant une flexion variant de 13 à 28 MPa et une résistance à la compression variante entre 17 à 36 MPa avec un taux de 50 % de PEBD.

-                       La méthode de thermocompression avec ajout de l’argile, où il a démontré que plus la granulométrie d’argile et du sable est fine, plus la résistance augmente.de même l’absorption de l’eau des matériaux baisse avec l’augmentation en PEBD.

 

d.      Critiques : Le chercheur Brahiman Traoré ne pas arrivé à nous déceler la proportion optimale complète des matières premières du matériau fabriqué.

 

IV.5. Notre apport sur la démarche

Après plusieurs observations faites sur les travaux antérieurs, nous comptons à partir de notre étude :

v  Améliorer les propriétés caractéristiques physiques (densité et absorption d’eau) de notre matériau et de chercher à obtenir une meilleure composition optimale ;

v  Utiliser une autre source d’énergie autre que les charbons de bois et le gaz(hydrocarbures) pour la fusion du plastique.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CHAPITRE IV : MATERIEL ET METHODES

Dans ce chapitre nous présentons le matériel et méthodes utilisés lors de l’expérimentation pour la fabrication de notre matériau à base des plastiques.

IV.1. MATERIEL

Les principaux équipements et matériel qui ont été utilisés dans le cadre de ce travail, ayant une importance pour la réalisation des essais de fabrication du matériau ; nous citons :

v Moules métalliques pour éprouvettes

La figure IV-1 donne l’image des moules ayant une forme cubique et de dimension de 5 cm de diamètre et de 5 cm de hauteur ayant étés utilisés pour la confection des éprouvettes.

 

            Figure IV-1 : Moules métalliques pour éprouvettes

v Balance de précision de type PA4101 

 La balance de précision de type PA4101 a été utilisée pour le pesage de nos matières premières et échantillons. La figure IV-2 montre cette balance de précision.

            Figure IV-2 : Balance de précision (Polytechnique-Unilu, LAE)

v Presse hydraulique du fabricateur belge Alfred J. Amsler

La presse hydraulique du laboratoire des travaux publics à l’office des routes a été utilisée pour la détermination de la résistance mécanique à la compression de notre matériau. La figure IV3  indique l’image de cette presse.

Figure IV-3 : Presse hydraulique (Laboratoire provincial des travaux publics/OR)

v Four à incinération de type LVT3711B410 de la firme Nabertherm

Le four à incinération de type LVT3711B410 du laboratoire d’analyses environnementales de la faculté polytechnique a été utilisé pour la fusion des plastiques. La figure IV-4 donne l’image de ce four.

          Figure IV-4 : Four à incinération (Polytechnique-Unilu, LAE)

-Les caractéristiques techniques de ce four sont les suivantes :

v  Dimensions internes (LxHxP) : 160 x 140 x 100 mm ;

v  Dimensions externes (LxHxP) : 380 x 370 x 750 mm,

v  Alimentation : 230 V-50 Hz -1.200 w et Poids : 20 kg ;

v  Température maximale : est de l’ordre de 1100°C, Lorsque ce dernier est dit à incinération, il va jusqu’à la réduction de la matière à l’état de cendre.

La figure IV-5 donne un aperçu des principales mesures de longueur conventionnelle de ce modèle de four.

Figure IV-5 : Mesures de longueur conventionnelle du four

Fonctionnement :

En appuyant sur le bouton menu et en tournant successivement le bouton de commande vers la droite, nous avons les différentes fonctions qui s’afficherons sur l’écran d’affichage. Ces fonctions sont données dans le tableau IV-1.

Tableau IV-1 : Fonctions affichées sur l’écran d’affichage

ACTION

AFFICHAGE

Appuyer sur la sélection menu

PROGRAMME LANCER

Tourner le bouton de commande à droite

ENTRER PROGRAMME

Tourner le bouton de commande à droite

PROGRAMME COPIER

Tourner le bouton de commande à droite

PROGRAMME SUPPRIMER

Tourner le bouton de commande à droite

FONCTION SUPPL SELECTIONNER

Tourner le bouton de commande à droite

REGLAGE

 

C’est en sélectionnant l’option entrer un programme que nous pourrons programmer la montée de température du four en fonction du temps.

Le four ne peut fonctionner que sur base d’un programme que nous aurons établi, une représentation graphiquement nous est proposée sur la figure IV-6.  

Figure IV-6 : Représentation graphique de fonctionnement du four

En observant l’allure de l’évolution de la température en fonction du temps on observe différentes zones de monté de température, de palier où la température se maintient, ou il y a descente de température.

Avec :

Ta,0 : Température initiale (à entrer dans le programme) ;

Ta,0 à Tb,1 : Rampe de montée de la température, la montée de température se fait soit en déterminant le temps (réglage à faire) ou en laissant le four prendre le temps de monté entre deux températures dans ce cas choix l’option STEP ;

Tb,1 à Tb,2 : Palier où la température s’est maintenue pendant un temps ;

Tb,2 à Tc,3 : Rampe de montée de la température ;

Tc,3 à Tc, final : Palier où la température se maintient jusqu’à la fin de l’opération ;

Tc, final à Td, x : Laisser refroidir le four.

v Etuve universelle de type UN55  

Elle a été utilisée pour le séchage de nos échantillons. 

-les caractéristiques techniques de cette étuve sont les suivantes :

v  Cette étuve est construite en acier inox avec ventilation par convection naturelle ;

v  La plage de température réglable va de +20°C à 300 °C ; 

v  Sa capacité est de 53 litres. Elle est construite avec une régulation PID, avec une minuterie allant d’une minute à 99 jours et 23 heures ; 

v  Elle possède un écran à affichage digital ;

v  Elle est composée de 4 Glissières pour plateau/grille ;

v  Ses dimensions internes sont (LxHxP) : 400 x 400 x 330 mm et externes (LxHxP) : 585 x 787 x 514 mm. La figure IV-7 montre cette étuve.

 

                         Figure IV-7 : Etuve universelle (Polytechnique-Unilu, LAE)

v Cuves de fusion

Elles ont étés utilisées pour la préparation de la pâte composée du plastique et des différentes charges (sable et gravillons).

-Les caractéristiques techniques de ces cuves sont les suivantes :

v  Les parois sont en acier doux ;

v  Ce sont des cuves de forme rectangulaire ayant une longueur de 10 cm, une largeur de 8,5 cm, et une hauteur de 7 cm ;

v  Le volume total est de 50 cl.  La figure IV-8 donne l’image des cuves de fusion qui ont étés utilisées.

 La verrerie du laboratoire :

v  Béchers de 1000 ml et 500 ml v Ballon à fond plat de 1000 ml v Pipette graduée de 1 ml

Autre matériel :  

v  Tamis de 250 microns

Et comme réactifs : l’acide sulfurique (H2SO4) et l’eau distillée

IV.2. METHODES                                                                                                                    

IV.2.1. Schéma de fabrication du matériau

Le schéma de procédé de fabrication du matériau est donné par la figure IV-9.

               


P a g e | 34

                                                                                            Matières plastiques

Collecte des plastiques

                                                                                               PP, PS, PEHD, PEBD, PVC, PU et déchets divers                                                                                                                                                                           

                                                                                                                Triage                                                   

                                                                                                                        PET (bouteilles plastiques)  

Etiquettes et capsules 

                                                                                   Décapsulage et enlèvement des étiquettes

                                                                                                                        PET décapsulés et sans étiquettes

                                                           Eau                                                             Lavage                                       Eau usée 

                                                                                                                        PET lavés                                                                                                                                            

                                                                                                  Séchage à la température ambiante                                                                                                   

                                                                                                                        PET séchés

                                                                                                             Découpage

                                                                                                                        PET découpés

                                                                                                                    Pesage des matières premières                                                                                                                                                                                       Charges passantes                                                                                                                                                              Tamisage

                                                                                                                        PET pesés              (D ˂ 0,250 mm)                                                                                                    

                                                                                                                             Fusion à 285°C                                                                                                                                                                                                                                                    Refus                       

                                                                       Patte homogène                         PET fondu                                                                             (D > 0,250 mm    Charges  (Sable)

                          Moulage et compactage                                                          Mélange                                                     Charges pesées  (Sable et gravillons)

                                              Matériau compacté                                                                      

                              Refroidissement                                                Démoulage                 Produit fini (Pavé)         Tests mécaniques, physiques et chimiques                                     

Matériau refroidi 

                                                                 

Figure IV-9 : Flow-sheet du procédé

                 


IV.2.1.1. Collecte des déchets plastiques                                                                

La collecte des déchets est une opération consistant en l’enlèvement des déchets des points de régroupement pour les acheminer vers un lieu de tri, de valorisation, de traitement ou de stockage. 

Dans le cadre de notre étude, nous avons pu collecter les plastiques de toutes catégories, entre autres ; le PET, le PEBD, le PEHD, le PU, PS dans les bacs à ordures et dépotoirs, cette opération s’est effectuée en portant les gants pour protéger les mains, afin d’éviter la contamination des microbes.

IV.2.1.2. Triage des déchets plastiques

Le triage des déchets affecte la qualité du matériau obtenu. Le processus de tri permet tout d’abord de classer les plastiques suivant leur nature chimique et leur origine. En fait, les thermoplastiques sont difficilement compatibles entre eux d’un point de vue structure c'est-àdire deux ou plusieurs plastiques de natures différentes ne forment pas toujours une solution solide homogène (Mada, 2014). 

Nous avons pu trier dans le cadre de notre travail les bouteilles plastiques en PET des autres types des plastiques. Le choix des bouteilles en PET est justifié par le fait que c’est la catégorie des plastiques qui soit visiblement majoritaire et encombrante dans notre environnement.

IV.2.1.3. Préparation des matières premières

A. Préparation des déchets plastiques 

Pour espérer avoir des bons résultats, nous avons procédé de cette manière : 

v  Vider les différents emballages plastiques de leur contenu et enlever les étiquettes ;

v  Procéder à un lavage à l'eau puis au séchage ; 

v  Découper les plastiques ; v Puis passer au pesage.

La figure IV-10 donne l’image des plastiques découpés.

                                            

 

 

 

B. Préparation des charges v Le sable

Le sable a été utilisé comme charge dans notre matériau. Son incorporation dans le thermoplastique fondu améliore les propriétés diélectriques, la résistance à la chaleur, la dureté, la résistance à la compression et à l’humidité des objets moulés. Le sable joue aussi le rôle de plastifiant afin d’améliorer la fluidité à chaud du mélange (Mada, 2014). 

La préparation du sable passe nécessairement par une analyse granulométrique, ayant pour objet de déterminer la répartition en poids des particules de sol en fonction de leurs dimensions. La détermination de la granulométrie s’effectue par tamisage pour les éléments de taille supérieure à 80 µm (AFNOR, 1996) et par sédimentation pour les éléments de taille inférieure ou égale à 80 µm (AFNOR, 1992). Dans le cadre de notre étude, c’est la méthode par tamisage qui a été utilisée. Après prélèvement du sable artificiel, ce dernier est passé au tamis de 250 microns afin d’obtenir du sable très fin issu de la fraction passante.

v Les gravillons 

Les gravillons constituent les squelettes de notre matériau. Nous avons utilisé principalement des gravillons concassés ayant une dimension variante entre 1 à 2 cm. L’image des gravillons utilisés est donné par la figure IV-11.

 

 

 

IV.2.1.4. Pesage des matières premières

Il consiste à peser les différentes matières premières utilisées pour la fabrication du matériau.

Toutes les masses ont étés prises dans un intervalle d’étude choisi afin de rendre possible l’applicabilité de la méthode d’interprétation des résultats utilisée. Cet intervalle d’étude a été déduit de nos essais d’orientation et des études antérieurement effectuées dans ce domaine.

IV.2.1.5. Fusion des plastiques

Après les procédures de triage, de nettoyage, de séchage et de pesage, les plastiques ont étés fondus dans la cuve à l’intérieur du four sous une température de consigne programmée à 285°C. les paramètres majeurs de la transformation sont la température et le temps. La température conditionne principalement la viscosité, les dilatations et retraits, les contraintes résiduelles, la cristallinité.

Au fur et à mesure du déroulement de l’opération, on insert les plastiques en retirant la cuve du four pour fondre la totalité du poids prélevé.

Cette opération nous a fourni une pâte fondante et homogène au bout de 80 minutes.

IV.2.1.6. Mélange

Après l’obtention de la pâte fondante, la cuve a été retirée du four pour permettre le mélange tour à tour des diverses charges (sable et gravillons). 

En premier lieu, le sable a été mélangé à la pâte fondante, puis le mélange a été remis au four pour obtenir à nouveau un mélange homogène sans bulles. Cette procédure a durée environ 30 minutes.

En deuxième lieu, les gravillons ont étés mélangés à la pâte, puis le mélange a été remis à nouveau au four pour obtenir un mélange homogène. Cette procédure a durée environ 15 minutes.

IV.2.1.7. Moulage  

Lorsque la pâte est devenue homogène, elle a été versée dans la moule. Au contact des parois froides, la pâte a pris la forme du moule et s’est solidifié. Cette opération se fait le plus rapidement possible pour que la pâte ne se solidifie pas trop avant le compactage. 

Remarque : Le moule a nécessité une certaine préparation préalable. On a tout d’abord huilé la surface interne du moule pour faciliter le démoulage. Cette opération s’est effectuée à l’aide d’un peu d’huile de vidange.

IV.2.1.8. Compactage

Après moulage, on a pu presser la pâte afin d’éliminer les vides et les pores qui pourraient emmagasiner de l’eau.

IV.2.1.9. Refroidissement et démoulage

Après l’opération de compactage, on a dû laisser refroidir le pavé et le boitier du moule à l'air atmosphérique avant démoulage. Il a été déterminé que le refroidissement à l'air offre une bonne résistance aux matériaux (Mada, 2014).

IV.2.1.10. Tests

Après fabrication, le matériau a été soumis à plusieurs types des tests (mécaniques, physiques, et chimiques).

IV.2.2. Orientation des essais
IV.2.2.1. Choix de la méthode

Notre choix a été porté sur la méthode de Taguchi en ce qui concerne nos essais de confirmation pour des raisons suivantes : 

v  Possibilité d'effectuer peu d'essais pour des résultats beaucoup plus précis que ceux obtenus par les méthodes classiques. D'où un gain de temps et une diminution du coût ;

v  Possibilité d'utilisation d'un logiciel d'optimisation. Dans notre cas, le logiciel utilisé est MINITAB 19 ; 

v  Hormis la détermination de l'optimum, cette méthode permet également la détermination de l'influence des facteurs les uns sur les autres ainsi que la prédiction des effets dûs aux variations des facteurs. Etant donné que dans ce travail nous avons retenu trois facteurs et trois niveaux, le nombre d’essai s’élèvera à 9. Ces essais sont évidemment précédés par les essais d'orientation qui nous ont permis ensemble avec les résultats des travaux précédents, de délimiter notre domaine de recherche.

IV.2.2.2. Détermination des facteurs

Les facteurs susceptibles d’influencés sur le processus de fabrication sont :

v  La température de fusion

v  La durée de la fusion

v  La nature du plastique

v  La teneur en sable

v  La teneur en gravillons

v  La teneur en plastique

v  La granulométrie du sable

v  La granulométrie des gravillons

v  Le mode de refroidissement

v  La température du mélange

v  La durée du malaxage

De tous ces facteurs, nous avons retenu dans le cadre de notre travail, les facteurs suivants :

v  La granulométrie et teneur en sable 

v  La granulométrie et teneur en gravillons 

v  La nature et teneur en plastique 

v  La température et la durée de la fusion

  IV.2.2.3. Choix des niveaux

Les niveaux de nos facteurs ont été fixés sur base des résultats obtenus dans les travaux antérieurs effectués dans ce domaine ainsi que ceux de nos essais d’orientation. Ils sont donnés en gramme dans le tableau IV-2.

Tableau IV-2 : Niveaux des facteurs

Niveau

Poids plastique en g

Poids sable en g

Poids gravillons en g

Niveau 1

75

177

48

Niveau 2

84

171

45

Niveau 3

81

174

45

Ces niveaux définissent les limites de validité de nos résultats.

 

IV.2.2.4. Choix de la réponse

Etant donné que le présent travail porte sur la mise au point des matériaux de construction, cas des pavés parcellaires, notre réponse ou grandeur qu’on mesurera à chaque essai est la résistance à la compression, l’absorption d’eau, la résistance aux acides et la densité apparente.

IV.2.2.5. Tableaux d’expérience et d’expérimentation

Ces tableaux nous permettent d’ordonner nos essais suivant une loi précise. Le tableau d’expérience (tableau IV-3) indique les données en variables centre réduites tandis que celui d’expérimentation (tableau IV-4) les indiquent normalement en g. 

Tableau IV-3 : Tableau d’expérience

Essais

Plastique

Sable

Gravillons

01

1

1

1

02

1

2

2

03

1

3

3

04

2

1

2

05

2

2

3

06

2

3

1

07

3

1

3

08

3

2

1

09

3

3

2

 

Tableau IV-4 : Tableau d’expérimentation

Essais

Poids plastique(g)

Poids sable(g)

Poids gravillons(g)

01

75

177

48

02

75

171

45

03

75

174

45

04

84

177

45

05

84

171

45

06

84

174

48

07

81

177

45

08

81

171

48

09

81

174

45

IV.2.2.6. Formulation des mélanges et façonnage des éprouvettes

Pour la mise au point de nos éprouvettes, on a procédé suivant la démarche ci-après :

v  Fusion du plastique a une température de 285°C pendant 80 minutes ;

v  Ajout du sable et malaxage pour avoir un mélange homogène pour les 30 minutes qui suivent ;

v  Ajout des gravillons et malaxage pour avoir un mélange homogène pour les 15 minutes qui suivent.

Le mélange obtenu a été finalement moulé, refroidi à l’air dans le moule, puis les éprouvettes de forme cubique ont étés démoulées. Ils ont en moyenne 5 cm de hauteur et 5 cm de diamètre.

IV.2.3. Caractéristiques des éprouvettes

Le matériau ainsi produit est soumis aux tests ci-dessous :

A.  Résistance à la compression 

Le test de résistance mécanique permet de déterminer l'aptitude qu'ont nos éprouvettes à résister à l'action des charges.

v Matériel : une presse hydraulique v Mode opératoire :

-     On place l'échantillon sur la presse ;

-     Et puis on lit sur le cadrant de la presse la valeur de la force maximale exercée sur l’échantillon pour qu'il soit détruit. La valeur de la résistance à la compression est alors déterminée à l'aide de la formule :

                                Rac                                                                      (IV.1)

Avec :

Rac : Résistance à la compression en Kg/cm² ou en MPa ; 

F : Force exercée en kg ;

S : Surface de l'éprouvette en mm². La surface de l'éprouvette S= C2                                                                   C : est le côté de l'éprouvette en cm.

B. Résistance aux acides 

Ce test a pour but de déterminer la résistance de notre matériau faces aux attaques acides qu'elles auront à faire face dans leur environnement futur.

v  Matériel : - Un ballon à fond rond de 1l ou 1000 ml ; 

-    Une pipette graduée de 1 ml ; 

-    Béchers de 1000 ml ;

-    Balance analytique.

v  Réactifs :   -    Acide sulfurique à 98 % ; -          Eau distillée.

v Mode opératoire 

Le mode opératoire est le suivant : 

-     Peser chacune des éprouvettes ; 

-     Préparer les solutions d'acide sulfurique à pH = 1,5 pour une concentration de 0,031 éq/l et à pH = 4,5 pour une concentration 0,000859314 éq/l ;

-     Immerger les éprouvettes dans les solutions d'acide sulfurique à pH = 1,5 et à pH = 4,5 pendant 48 heures ; 

-     Sécher les éprouvettes au bout de 48 heures dans une étuve à 105oC jusqu'à l'obtention d'une masse constante ;

-     Calculer la perte de masse pour chaque éprouvette en faisant une différence des masses sèches avant et après immersion dans l'acide.

-     Faire la moyenne des résultats trouvés pour les pertes dans la solution à pH = 1,5 avec celle à pH = 4,5.

 

C. Absorption d’eau 

La pénétration de l’eau dans un matériau se fait par absorption. Cette absorption est responsable de nombreux dommages. Il existe plusieurs types d’essai d’absorption. L’essai d’absorption par immersion fait au cours de notre étude a été déterminée selon les directives de la norme NBN B 15-215 :1989 (Ployaert, 2009).

v Matériel et réactif :  - Béchers de 1000 ml et 500 ml ; -   Balance analytique de précision ; -     Eau.

v Mode opératoire 

Le mode opératoire est le suivant : 

 

-     Peser chacune des éprouvettes ;

-     Préparer l’eau puiser au robinet dans les béchers

-     Immerger les éprouvettes dans les béchers à eau de robinet pendant 48 heures ;

-     Au bout de 48 heures, les éprouvettes sont essuyées de manière à les débarrasser de l’eau superficielle. La figure IV-12 donne l’image des éprouvettes plongés dans les béchers à eau lors du test d’absorption.

Figure IV-12 :  Eprouvettes immergées dans les béchers à eau

L’absorption d’eau par immersion est exprimée en pourcentage et l’expression des résultats est donnée par la formule :

                                                                            (IV.2)

Avec :

Mhumide Masse humide après immersion

Msèche : Masse sèche avant immersion

D. Densité apparente 

C’est la masse d’un corps par unité de volume apparent. Elle a été déterminée en rapportant la masse de l’éprouvette à l’unité de volume.

v Matériel :  -    Balance analytique de précision ; -            Une latte de 30 cm.

v Mode opératoire 

Le mode opératoire est le suivant :

-     Peser chacune des éprouvettes ;

-     Déterminer le volume apparent de chaque éprouvette.

L’expression des résultats de la densité apparente est donnée par la formule :                                                   

              d                                                   (IV.3) 

  Avec :  d : la densité apparente                 m : masse de l’éprouvette en g ou kg

               V : volume apparente de l’éprouvette cm3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CHAPITRE V : PRESENTATION DES RESULTATS ET DISCUSSION

Dans ce chapitre nous présentons les résultats de fabrication et les propriétés caractéristiques des éprouvettes.

V.1. ETUDE DES PROPRIETES CARACTERISTIQUES DES EPROUVETTES

V.1.1. Densité apparente

L’importance de cette étude est dû au fait que les densités des matériaux de construction sont soumises à certaines normes (Fibrociment, 2018). Les valeurs des densités apparentes déterminées par les principes et méthodes décrites au point IV.2.3.4 exprimées sont données dans le tableau V-1.

Tableau V-1 : Résultats des densités apparentes

 

 

 

 

01

75

177

48

2,30

02

75

171

45

2,18

03

75

174

45

2,23

04

84

177

45

2,33

05

84

171

45

2,20

06

84

174

48

2,27

07

81

177

45

2,30

08

81

171

48

2,19

09

81

174

45

2,23

 

Il résulte du tableau V-1 et en se basant sur l’ordre de réalisation des essais donnés au tableau d’expérimentation que, la densité apparente exprimée en g/cm3 augmente avec une teneur élevée en sable et aussi il doit y avoir compatibilité entre les proportions en plastique, en sable et en gravillons qui nous permet d’éliminer de plus en plus les vides interstitiels de notre matériau. La meilleure densité apparente de notre matériau a été trouvée égale à 2,33, valeur rapprochée à celle requise aux exigences des normes, soit 2,5 d’après Fibrociment (2018) et extrêmement supérieure aux résultats de la densité apparente pour des pavés constitués de 23,8 % en argile, 47,6 % en latérite et 28,57 % en chaux, soit 1,39, selon Musony (2016).

La figure V-1 donne le diagramme des effets principaux des paramètres du tableau V-1 rendu par le logiciel minitab. Ce diagramme permet de voir l’impact des variations individuelles de chaque paramètre sur la densité apparente.

Figure V-1 :  Diagramme des effets principaux des paramètres sur la densité apparente Il ressort de la figure V-1 montrant en ordonné les valeurs de la densité apparente et en abscisse les proportions en matières premières que la densité augmente avec une proportion importante en sable. Ceci est dû au fait que le sable est plus dense que les deux autres matières premières.

En effet lorsque la proportion en plastique enrobe ou lie totalement les grains des charges, ceci diminue les vides intergranulaires et contribue au renforcement de la densité du matériau.

V.1.2. Absorption d’eau

Ce test a pour but de déterminer la pénétration de l’eau dans le matériau, car celle-ci influe sur les propriétés mécaniques de ce dernier tel que la dureté et la résistance à la compression. Pour parvenir à la déterminer, nous sommes partis des méthodes décrites au point IV.2.3.3. Les résultats exprimés en pourcentage de l’absorption d’eau en fonction des proportions sont consignés dans le tableau V-2.

 

 

Tableau V-2 : Résultats du test d’absorption d’eau

Essais

Poids plastique(g)

Poids sable(g)

Poids gravillons(g)

Absorption d’eau en %

01

75

177

48

0,43

02

75

171

45

0,61

03

75

174

45

0,43

04

84

177

45

0,24

05

84

171

45

0,32

06

84

174

48

0,27

07

81

177

45

0,34

08

81

171

48

0,35

09

81

174

45

0,34

 

Il découle du tableau V-2 et en se basant sur l’ordre de réalisation des essais donné au tableau d’expérimentation que, l’absorption d’eau exprimée en pourcentage est très faible pour des mélanges plastique et sable importants. Ceci est dû au fait qu’il y a une bonne adhérence entre les charges et le liant de notre matériau. C’est-à-dire qu’il y a une bonne tenue des mélanges.

De plus la quantité du sable doit être suffisante pour remplir les vides interstitiels entre les gravillons.  Au bout de neuf essais effectués et après 48 heures d’immersion de notre matériau dans l’eau, nous avons remarqués que l’absorption d’eau varie de 0,24 % à 0,61 %. Des valeurs quasiment inferieures et répondant aux exigences des normes EN 771-1(Wallonie, 2015), NBN EN 206-1 : 2001 et NBN B 15-001 : 2004(Ployaert, 2009) qui tolèrent une absorption d’eau inférieure ou égale à 7 %. Et inferieure aux résultats d’absorption d’eau obtenue après 24 heures d’immersion dans l’eau pour des pavés constitués de 25 % et 30 % de PEBD, d’argile et de sable, soit une marge variante entre 0,20 % à 1,63 %, selon Brahiman (2018).

La figure V-2 montre le diagramme des effets principaux des paramètres du tableau V-2 rendu par le logiciel minitab. Ce diagramme permet de voir l’impact des variations individuelles de chaque paramètre sur l’absorption d’eau.

 

 

 

 

 

 

Figure V-2 : Diagramme des effets principaux des paramètres sur l’absorption d’eau

Il ressort de la figure V-2 indiquant en ordonnée les valeurs de l’absorption d’eau et en abscisse les proportions en matières premières que, l’absorption d’eau baisse lorsque le taux des plastiques augmente. Ce résultat vient confirmer en partie celui de la densité, car un matériau avec plus des vides intergranulaires (matériau moins dense) absorbe plus d’eau. Plus la proportion en plastique dans le matériau augmente et devient importante pour lier tous les grains des charges, plus le matériau absorbe peu d’eau à cause de son caractère d’hydrophobicité. 

V.1.3. Résistance à la compression

Le test de résistance mécanique à la compression permet de déterminer l’aptitude qu’ont nos éprouvettes à résister à l’action des charges pour pouvoir déterminer le cadre de l’utilisation du matériau en fonction des sollicitations auxquelles il sera soumis. Pour parvenir à les déterminer, nous sommes partis des méthodes décrites au point IV.2.3.1. 

Les résultats de la variation de la résistance à la compression selon les proportions prédéfinies sont consignés dans le tableau V-3 ou les charges limites de ruptures sont exprimées en kg et les résistances à la compression en MPa.

 

 

 

Tableau V-3 : Résultats des résistances à la compression

Essais

Poids plastique(g)

Poids sable(g)

Poids gravillons(g)

Charge limite de rupture en kg

Résistance à la compression (MPa)

01

75

177

48

4050

16,2

02

75

171

45

2777

11,1

03

75

174

45

3250

13

04

84

177

45

4166

16,6

05

84

171

45

2430

9,7

06

84

174

48

3472

13,8

07

81

177

45

3800

15,2

08

81

171

48

2777

11,1

09

81

174

45

3000

12

 

Les valeurs de la résistance à la compression dépendent des proportions des charges utilisées

(Sable et gravillons). Sa valeur maximale pour notre domaine d’étude est de 16,6 MPa, pour une proportion optimale constitué de 27,45 % plastique, 57,84 % sable et 14,70 % gravillons, valeur se rapprochant de celle des exigences des normes NF EN 12390-3 (InfoCiment, 2015), NF EN 1339 (Cerib, 2009) qui veut que le minimum de résistance en compression soit de 20 MPa

Mais une valeur supérieure à celle obtenue pour des pavés à 60% sable et 40% plastique, soit 3,82 MPa selon Cefrepade et 2iE (2011), pour des pavés constitués de 23,8 % en argile, 47,6 % en latérite et 28,57 % en chaux, soit 11,1 MPa, selon Musony (2016), valeur supérieure aussi à celle obtenue pour des pavés constitués de 25,4 % de plastique, 54,9 % de sable et 15,4 % de gravillons, soit 13,1 MPa, selon Mada (2014).   

La figure V-3 montre le diagramme des effets principaux des paramètres du tableau V-3 rendu par le logiciel minitab. Ce diagramme permet de voir l’impact des variations individuelles de chaque paramètre sur la résistance mécanique à la compression.

 

 

Figure V-3 : Diagramme des effets principaux des paramètres sur la résistance à la compression Il ressort de la figure V-3 indiquant en ordonnée les valeurs de la résistance mécanique à la compression et en abscisse les proportions en matières premières que, la résistance mécanique à la compression dans notre matériau est beaucoup plus influencée par la proportion en sable, suivit de la proportion en gravillons.

V.1.4. Résistance aux acides

 Ce test a pour but de déterminer la résistance des éprouvettes faces aux attaques acides auxquelles le matériau aura à faire face dans son environnement futur. Telles que les pluies acides ou autres environnements acides. Cette étude a été effectué en se basant sur les méthodes décrites au point IV.2.3.2. Les résultats de cette étude exprimés en pertes de masse et donnés en pourcentage sont consignés dans le tableau V-4.

 

 

 

 

 

 

Tableau V-4 : Résultats des résistances aux acides

Essais

Poids plastique(g)

Poids sable(g)

Poids gravillons(g)

Pertes de masse en %

01

75

177

48

0,06

02

75

171

45

0,10

03

75

174

45

0,08

04

84

177

45

0,05

05

84

171

45

0,08

06

84

174

48

0,06

07

81

177

45

0,06

08

81

171

48

0,09

09

81

174

45

0,08

 

Dans le tableau V-4, on y remarque que les pertes de masse diminuent avec l’accroissement de la teneur en sable et la teneur en plastique et augmente dans le cas où la teneur en sable se retrouve en petite quantité dans notre matériau. 

La valeur des pertes de masse associée à la contrainte maximale est de 0,05 % des pertes de matière, une valeur supérieure à celle obtenue pour des pavés constitués de 23,8 % en argile, 47,6 % en latérite et 28,5 % en chaux, soit 0,02 % des pertes de matière selon Musony (2016) et inferieure au minimum exigé pour les géopolymères, soit 0,1 % d’après Davidovits (2011).

La figure V-4 montre le diagramme des effets principaux des paramètres du tableau V-4 rendu par le logiciel minitab. Ce diagramme permet de voir l’impact des variations individuelles de chaque paramètre sur la résistance aux acides.

 

 

Figure V-4 : Diagramme des effets principaux des paramètres sur la résistance aux acides Il découle de la figure V-4 montrant en ordonnée les valeurs des pertes de masse en pourcentage et en abscisse les proportions en matières premières que, les pertes de masse diminuent avec des proportions élevées en sable et en plastique. Ceci est dû par le fait que le plastique est résistant face à l’acide et le sable de son côté possède un caractère résistant face aux acides que lorsqu’il se trouve à une proportion plus grande dans le matériau.   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CONCLUSION

En définitif de ce qui précède, l’objectif général visé dans le cadre de ce travail était de résoudre les divers problèmes environnementaux liés aux déchets plastiques par la valorisation de ces derniers en confectionnant des pavés pour piétons.

En effet, après une étude bibliographique sur les matières et déchets plastiques, un aperçu sur les considérations générales sur la valorisation des déchets plastiques dans le domaine des bâtiments et travaux publics, les observations réalisées sur les travaux antérieurs effectués dans ce domaine, l’étude et la réalisation des outils pour la fabrication du matériau, notre partie expérimentale a débutée avec les opérations de collecte, d’identification, de triage et de coupage, ensuite des essais ont étés effectués au laboratoire pour le façonnage de nos éprouvettes. Ces essais nous ont permis de déterminer les meilleures conditions d’obtention du matériau à base des déchets plastiques, de sable et de gravillons. À savoir : la température de fusion qui est de 285°C, la durée de fusion comptabilisée à 135 minutes, et le temps de refroidissement du mélange après coulage est de 20 minutes.

Nos éprouvettes de 5 cm de diamètre et 5 cm de hauteur obtenues au laboratoire ont données une résistance maximale à la compression de 16,6 MPa, une résistance aux acides exprimée en pertes de masse de 0,05 %, une absorption d’eau de 0,24 %, une densité apparente de 2,33, pour une composition optimale de 27,45 % plastique PET, 57,84 % sable fin de granulométrie inferieure a 0,250 micron et 14,70 % gravillons d’une dimension variant entre 1 à 2 cm.

Ce mode de valorisation (matière) présente l’avantage d’être moins couteux que les deux autres modes de valorisation (énergétique et chimique) et s’il est bien maitrisé, il favorisera la salubrité dans la ville de Lubumbashi et contribuera au renforcement des solutions pour l'aménagement des espaces publics.

Sur le plan environnemental, la valorisation des déchets plastiques par leur utilisation comme liant pour la fabrication des pavés pour piétons, nous permet aussi de réduire l’émission de gaz à effet de serre.

Tout travail scientifique n’étant pas toujours parfait dans sa totalité, nous suggérons à ceux qui emboiterons encore cette démarche de bien vouloir effectuer des études approfondies sur la durabilité du matériau dans le temps et le comportement à feu du matériau.

 

 

REFERENCES

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AFNOR NF DTU 54.1 P1-1. (2008) - Revêtements de sol coulés à base de résine de synthèse partie 1, Cahier des clauses techniques, Normes Française, p36. 

AFNOR NF EN 13451-1. (2008) - Equipements de piscine et exigences générales de sécurité et méthodes d’essais, Normes Française, p7. 

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Trotignon JP., Verdu J., Dobraczynskia, Piperaup M. (2006) - Matières plastiques, structure et propriétés, mise en œuvre, normalisation, Nathan 2 éd, p231.

 


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ANNEXES 

Annexe 1 : Diagramme des interactions des paramètres pour la densité apparente

 

Annexe 2 : Diagramme des interactions des paramètres pour l’absorption d’eau

 

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Annexe 3 : Diagramme des interactions des paramètres pour la résistance à la compression

 

Annexe 4 : Diagramme des interactions des paramètres pour la résistance aux acides

 

 

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Annexe 5 : Diagramme des valeurs résiduelles pour la densité apparente

 

 

Annexe 6 : Diagramme des valeurs résiduelles pour l’absorption d’eau

 

 

 

 

 

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Annexe 7 : Diagramme des valeurs résiduelles pour la résistance à la compression

 

 

Annexe 8 : Diagramme des valeurs résiduelles pour les pertes de masse

 

Travail Disponible en pdf sur demande