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Vitrine de la RDC
EPIGRAPHE
« Mieux vaut être ingénieux sans être ingénieur, qu’ingénieur sans être ingénieux »
« Citation célèbre d’après R.D.Mass »
Dédicaces
Nous dédions ce travail de fin d’étude qui constitue sans
doute le fruit d’énormes sacrifices consentis sur tous les plans à ;
Ø Ma famille ; Famille BABI, Famille MBENZA, Famille MATONDO …
Ø Mes connaissances (amis ou collègues),
Ø A-K 24,
Ø À mon fils Romu’s MASSAMBA MBENZA
REMERCIEMENTS
Avec ce mémoire, quelques fois dans la douleur, nous
tenons à remercier tous ceux qui ont contribué à l’accomplissement de ce travail et qui ont marqué par leur présence une étape essentielle dans notre vie. Nous pensons tout d’abord à magnifier et à louer l’Éternel, le miséricordieux et le Dieu des orphelins qui nous a accordé santé, courage et patience durant notre séjour, pour mener à terme nos études.
Cette recherche a été réalisée à l’institut national du
bâtiment et des travaux publics, en sigle, I.N.B.TP, sous la direction du professeur Raphael MATAMBA JIBIKILA. Nous tenons à lui exprimer nos plus sincères remerciements pour ses inestimables conseils, sa grande disponibilité et son soutien sans faille, ainsi que pour l’importance des moyens mis à disposition.
Nous tenons également à vivement remercier l’Assistant Célestin KABASELE TSHISEKEDI pour sa grande disponibilité, son aide précieuse et ses judicieux conseils.
En particulier nous voudrons exprimer à juste titre ma
reconnaissance à Mr jean César MBENZA et Mm Nigette NGOMBO pour leurs précieux et judicieux conseils durant tout le cursus. Nous voudrions remercier Mr Martin LUMINGU pour ses bons conseils. À travers vous, nous remercions tout le personnel du TeCO, pour leurs bonnes collaborations durant tout mon séjour en son sein. Aux parents et nous pensons en particulier à la famille AK 24 « ONGD » pour votre encouragement et soutien moral et tant d’autres dans des moments difficiles pour la concrétisation dudit travail.
« Je dis un grand MERCI et je reconnais que la R.D. Congo est le pays des hommes intègres. »
Liste des abréviations
PE : Polyéthylène
PET : Polyéthylène téréphtalate
𝑀𝑓: Module de finesse
Mh: masse humide
Ms: masse sèche
PCI : Pouvoir Calorifique Inferieur PEBD : Polyéthylène basse densité
PEHD : Polyéthylène haute densité
PP : Polypropylène
PS : Polystyrène
PVC : Polychlorure de vinyle
INTRODUCTION
Environnement Sachets plastiques : Bientôt interdits
dans notre pays, cela est dû au fait que dans tout le pays les populations n’utilisent presque plus des ustensiles comme les cuvettes métalliques, les calebasses, les paniers et autres récipients pour des achats divers. Presque tous les produits achetés sont emballés dans des sachets plastiques, lesquels sont jetés au quotidien dans la nature après usage. On les voit partout dans les villes et villages, dans les rues et caniveaux. Ils submergent les zones agricoles, obstruent les cours d’eau, polluent l’environnement visuel et dégagent aussi des odeurs nauséabondes. Les déchets plastiques constituent un vrai problème de développement et de gestion de notre environnement. La solution pour réduire cette pollution serait d’interdire leur usage.
La stratégie proposée est d’inviter les utilisateurs à ne plus jeter ces déchets dans la nature. Cela passe par une sensibilisation au respect de leur environnement, mais plus sûrement en donnant à ces sacs une valeur marchande en les valorisant en produits utiles. Les études entreprises ont permis de démontrer qu’il était possible de les transformer, par fusion, avec adjonction de sable ou non, en divers produits d’excellente qualité, comme des panneaux de signalisation, des pavés de sol, des briques de la maçonnerie, des dalles de caniveaux et de latrines « Ce qui l’on peut traduire par faire entrer l’écologie dans l’économie ».
La valorisation des plastiques souples n’est pas encore très développée dans les pays industrialisés, où la priorité a porté jusqu‘à présent sur les flacons en plastique rigide, plus faciles à collecter et traiter. Mais les objectifs d’amélioration des taux de recyclages commencent à ouvrir des possibilités pour ces nouveaux gisements non valorisés sous forme matière. Il est donc indispensable d’aller plus loin en la matière pour permettre à ce procédé de trouver des conditions satisfaisantes pour assurer sa pérennité. La plupart des plastiques sont à base de pétrole une ressource non renouvelable et pour la plupart sont importés. Dans les milieux scientifiques, économiques ou politiques, tout le monde s’accorde à reconnaitre que les modes de consommation et les modelés de développement nous amènent vers l’épuisement des ressources naturelles. La croissance de la population mondiale, suivi du taux d’urbanisation 5,9 % pour l’Afrique entre 2000 et 2015[1], ainsi que la diminution des ressources fossiles sont les facteurs importants qui doivent amener les hommes à réfléchir sur les moyens permettant de contrecarrer l’épuisement des ressources fossiles. Une des solutions serait d’assurer la gestion durable des déchets. Par conséquent, les hommes vont devoir collecter, trier, mais aussi valoriser ou recycler plus et mieux, pour boucler le cycle de la matière extraite de sous-sols.
0.1 Problématique du mémoire
Les problèmes environnementaux que posent les
déchets plastiques imposent de chercher une solution rapide et durable. Le thème de ce travail de fin d’études (mémoire) porte sur la production des pavés à partir de matériaux plastiques et granulats recyclés.
En effet le recyclage permet non seulement de mieux protéger l’environnement mais de résoudre le problème d’épuisement de ressources naturelles, de créer des emplois et des revenus.
Les matières plastiques ont désormais envahi notre quotidien. Elles sont le symbole de la société de consommation, car elles sont considérées comme un matériau non noble : les consommateurs l'assimilent à un produit jetable après usage. Elles représentent une grande partie de la masse totale des ordures ménagères, et, n'étant pas dégradables, elles forment un véritable danger pour l'environnement. Il y a donc lieu d’encourager leur recyclage. Malheureusement, 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 au niveau, notamment, du tri sélectif, en particulier pour les déchets plastiques de post-consommation. Le renforcement du recyclage des plastiques pourrait contribuer à économiser des ressources rares, à créer des emplois et à réduire les impacts sur l’environnement. Pour notre bien-être et ceux des générations à venir, nous avons choisi de valoriser les déchets plastiques pour la fabrication des matériaux de construction tels que la tuile, la brique et le pavé autobloquant.
Pour atteindre les objectifs de ce travail, on s’est posé deux questions ci-après ;
Ø Les plastiques peuvent-ils être de bons liants pour la fabrication des matériaux de construction ?
Ø La production des pavés de qualités à partir des plastiques fondus, et granulats recyclés peut-elle concurrencer celle des pavés en béton ?
0.2 Hypothèse du mémoire.
Ce travail a reposé sur trois hypothèses principales à savoir :
Ø La valorisation des plastiques est une solution à la pollution environnementale ;
Ø Les plastiques peuvent être de bons liants pour la fabrication des matériaux de construction ;
Ø La production des pavés de qualité à partir de mélange du sable et des plastiques fondus, peuvent concurrencer les pavés en bétons.
0.3 Objectifs principaux.
Les objectifs principaux de ce travail scientifique consistent à proposer les formulations et paramètres de fonctionnement de fabrication des pavés qui donnent les résultats les plus intéressants au niveau technique et environnemental.
0.4 Objectifs spécifiques.
Les objectifs spécifiques qui en découlent sont les suivants :
Ø Faire la typologie et la caractérisation des sables disponibles : sable de rivière ou sable de fonderie et voir son comportement sous l’action de la chaleur ;
Ø Faire la typologie des plastiques disponibles et leurs comportements sous l’action de la chaleur ;
Ø Élaborer une série d’expérimentation en tenant compte des études antérieures et fabriquer ainsi des pavés en tenant compte des conditions et des paramètres (qualité de sable, température, temps de malaxage et épaisseur des pavés, type de refroidissement) ;
Ø Faire des tests de résistances mécaniques des pavés fabriqués
(résistance à la compression, charge de rupture, poinçonnement etc.)
0.5 Intérêt du sujet.
La piste proposée est l’utilisation de ces polymères comme liant dans la fabrication des pavés, ainsi ils pourront se substituer au ciment, pour la fabrication de matériaux de construction car ils sont moins chers et leur recyclage améliore l’environnement.
0.6 Méthodes, techniques et matériels utilisés.
Différents documents scientifiques et technologiques, nationaux et internationaux ont été utilisés pour la réalisation de ce travail.
Compte tenu du caractère pluridisciplinaire de
l’étude, la méthode a été celle de la compilation des différents documents suscités, ainsi que les travaux de recherche sur terrain et aux laboratoires pour la maîtrise du procédé de fabrication des matériaux.
Aussi, divers matériels et équipement ont été conçus
et réalisés dans le cadre de ce travail. Ils sont nécessaires pour la réalisation des essais de fabrication des matériaux. Il s’agit de la cuve de cuisson munie d’un malaxeur et la moule pour les pavés. Elle est utilisée pour la préparation de la pâte composée de résine plastique et des granulats.
0.7 Difficulté rencontrée.
Nous avons rencontré des difficultés pour la collecte de données, vu la pluridisciplinarité de cette recherche ainsi que le problème financier qui a donné lieu un nombre d’échantillon limité et une insuffisante étude sur l’essai en laboratoire.
0.8 Délimitation du sujet.
Dans ce travail, nous ne traiterons que de la fabrication des pavés de sol à base de polymères. Il s’agit d’utiliser le plastique en fusion comme liant hydrocarboné[2] remplaçant le ciment (liant hydraulique) dans un béton et de le mélanger à du sable de granulométrie choisie. Notre étude se focalise sur les débouchés possibles des pavés fabriqués avec des déchets en plastiques.
0.9 Justification
L'objectif est de réduire la pollution occasionnée par le rejet des sachets plastiques dans la nature, en les considérants, moins comme une nuisance et plus comme une ressource génératrice d’emplois et de revenus. En effet le recyclage est la clé de l’économie circulaire Cette façon de faire n’est pas seulement le changement de regard, mais un changement de logique et de modèle économique. Une des pistes proposées est l’utilisation de ces plastiques comme liant dans la fabrication des pavés, ainsi ils pourront se substituer au ciment, pour la fabrication de matériaux de construction car ils sont moins chers et leur recyclage améliore l’environnement.
0.10. Plan du travail
Nous avons abordé notre travail en nous attelant sur cinq (5) chapitres, en dehors de l’introduction et de la conclusion. Ces chapitres sont :
CHAPITRE 1 : ETUDES DE PLASTIQUES ;
CHAPITRE 2 : ETUDES DE GRANULATS ;
CHAPITRE 3 : FABRICATION DE PAVES PLASTIQUES ;
CHAPITRE 4 : RESULTATS-DISCUSSION-ANALYSE ;
CHAPITRE 5 : ANALYSE ENVIRONNEMENTALE.
CHAP I. ETUDES DE PLASTIQUES
ième
Les plastiques inventés au XX siècle ont remplacé les
matériaux traditionnels comme le bois ou le métal. Les recherches menées pour améliorer et diversifier leurs propriétés les destinent à de nombreuses utilisations. Les matières plastiques sont légères, hygiéniques, durables et faites sur mesure.
Les matières plastiques sont des matériaux
organiques de synthèses fondés sur l'emploi des macromolécules (polymères). Il est fabriqué à partir de pétrole ou de gaz naturel. Ces deux matières premières sont chauffées et raffinées. Ensuite, leurs monomères sont extraits, puis liés pour créer des polymères.
Les six principales résines comptent pour plus de 90 % de la production totale des emballages domestiques. Il s’agit du :
Ø Polyéthylène téréphtalate (PET),
Ø Polyéthylène haute densité (PhD),
Ø Polychlorure de vinyle (PVC),
Ø Polyéthylène basse densité (PE bd),
Ø Polypropylène (PP) et
Ø Polystyrène (PS)
Les fabricants offrent une très grande diversité de produits, mais il existe trois grandes catégories de matières plastiques synthétiques : les thermoplastiques, les thermodurcissables et les élastomères.
I. A. Polymères thermoplastiques.
Ils sont constitués de chaînes indépendantes : la
cohésion entre macromolécules est assurée uniquement par les liaisons faibles, qui se dissocient au passage de la température de transition vitreuse, permettant un mouvement relatif des chaînes et un comportement visqueux à chaud. Les thermoplastiques sont le plus souvent obtenus par polyaddition. Les matériaux plastiques composés de polymères à chaîne linéaire ou ramifiée sont en principe fusibles. Les thermoplastiques ramollissent sous l'effet de la chaleur. Ils deviennent souples, malléables et durcissent à nouveau quand on les refroidit. Comme cette transformation est réversible, ces matériaux conservent leurs propriétés et ils sont facilement recyclables.
Leurs polymères de base sont constitués par des
macromolécules linéaires, reliées par des liaisons faibles qui peuvent être rompues sous l’effet de la chaleur ou de fortes contraintes.
Figure 1: Polymères thermoplastiques
Elles peuvent alors glisser les unes par rapport aux autres pour prendre une forme différente et quand la matière refroidit, les liaisons se reforment et les thermoplastiques gardent leur nouvelle forme. Ils représentent 75% des matières plastiques consommées en Afrique en 2015 soit plus de 35 millions de tonnes ! Avant transformation, ils sont sous forme de granulés ou de poudres dans un état chimique stable et définitif car il n’y a pas de modification chimique lors de la mise en forme. Les granulés sont chauffés puis moulés par injection et le matériau broyé est réutilisable.
Les thermoplastiques représentent 75% du tonnage des déchets plastique (fiche informative des plastiques).
1. Le polyéthylène (PE) :
Cette matière plastique représente à elle seule
environ un
tiers de la production totale des matières synthétiques et constitue la moitié
des emballages plastiques. Plusieurs millions de tonnes de polyéthylène sont
produites chaque année car c’est un matériau extrêmement polyvalent et important
sur le plan économique et écologique. Grâce à sa structure chimique simple, le
polyéthylène prime sur la plupart des autres matériaux car il peut être
réutilisé. Au cours de ces dernières années, le recyclage des produits usés en
PE a pris de plus en plus d'importance : 50% du PE constituant les sacs
poubelle sont recyclés. Le polyéthylène est translucide, inerte, facile à
manier et résistant au froid. Il existe différents polyéthylènes classés en
fonction de leur densité. Celle-ci dépend du nombre et de la longueur des
ramifications présentes dans le matériau. On distingue deux familles : le PEBD
ou polyéthylène basse densité et le PEHD polyéthylène haute densité.
v Le PEBD est utilisé dans les domaines les plus divers. Sa
densité est inférieure à celle de l'eau Il présente une bonne résistance chimique, il est olfactivement, gustativement et chimique. ment neutre pour les denrées alimentaires. Il est transparent, peut être facilement transformé et se prête très bien au soudage. Sa durée de vie est très longue à cause de sa grande stabilité mais il se recycle bien. Les principales applications du PEBD sont des produits souples : sacs, films, sachets, sacs poubelle, récipients souples (bouteilles de ketchup, de shampoing, tubes de crème cosmétique …)
Figure 2: La transformation réversible de PEBD . Source : science de matériaux, édition dunod 2013
v Le PEHD est utilisé pour des objets plastiques rigides. On
le trouve par exemple dans des bouteilles et des flacons, des bacs poubelles, des cagettes, des tuyaux, des fûts, des jouets, des ustensiles ménagers, des boîtes type « Tupperware », des jerricans…
Certains sacs plastiques sont constitués par du PEHD : lorsque le sac se froisse facilement sous la main, avec un bruit craquant et revient spontanément à sa forme d'origine, c'est du PEHD.
Lorsque le touché est plus « gras », que le plastique se froisse sans bruit et se perce facilement avec le doigt, c'est du PEBD.
Figure 3: Polyéthylène haute densité. Source: www.plasticeurope.fr/
1. Le polypropylène (PP) :
C’est aussi un polymère très polyvalent qui sert à la
fois comme thermoplastique et comme fibre. Il est très facile à colorer et n'absorbe pas l'eau. On en trouve beaucoup sous forme de pièces moulées dans les équipements automobiles (pare-chocs, tableaux de bord, habillage de l'habitacle) et dans le mobilier de jardin. Ce matériau sert à fabriquer des boîtes à aliments qui résistent au lave-vaisselle parce qu'il ne fond pas en dessous de 160°C.
Le polypropylène est aussi utilisé dans la fabrication
de fibres synthétiques (tapis, moquettes, cordes, ficelles) mais aussi pour les emballages alimentaires en raison de son aspect brillant et de sa résistance
(flacons, films, pots).
Cependant, le PP film est un des plastiques usuels les plus difficiles à recycler surtout s'il est imprimé.
Le contrôle de la polymérisation par catalyse permet de jouer sur la structure enfin de produire du polypropylène élastomère.
Figure 4: Polypropylènes. Source:www.plasticeurope.fr/
2. Le polystyrène (PS) :
Le polystyrène est un plastique dur, cassant et
transparent. C'est un produit industriel courant largement diffusé, offrant de très nombreux usages. On le reconnaît facilement à un blanchissement sur les zones de contraintes avant la rupture ou à sa fumée noire et à son odeur caractéristique lors de sa combustion.
On l’utilise pour fabriquer du mobilier, des emballages, des grilles de ventilation, des jouets, des verres plastiques… On distingue trois types de polystyrènes :
Ø Le polystyrène "cristal" n’a pas une structure cristalline mais porte ce nom en raison de son aspect transparent. Il polymérise sa forme de perles à haute température en présence d’un adjuvant plastifiant. C’est un plastique dur et cassant utilisé pour de nombreux types de boîtes, les boîtiers CD notamment.
Figure 5: Polystyrène. Source: www.plasticeurope.fr/
Ø Le polystyrène "choc" ou HIPS (high-impact polystyrène) ou acrylonitrile butadiène styrène est un copolymère formé par du styrène et du polybutadiène. C’est le plus commun de la famille des plastiques styréniques car il est résistant, capable de supporter des impacts plus forts que le polystyrène normal. Cet ABS est employé par l'industrie pour des produits rigides, légers et moulés (bacs à douche). Le polybutadiène a été un des premiers élastomères synthétiques à être inventé car il est très similaire au caoutchouc naturel.
Figure 6: Polystyrène HIPS. Source: www.plasticeurope.fr/
Ø Le matériau le plus connu de la gamme est le polystyrène expansé (PSE.). Ce polystyrène est solide à 20°C, pâteux à 120°C et fondant à 160°C. C’est sorte de mousse blanche compacte inflammable et combustible.
Il existe deux types de PSE : le polystyrène expansé moulé (PSE-M) obtenu à partir d'un polystyrène "expansible" et le polystyrène expansé extrudé (PSE-E). Une première expansion est opérée à la vapeur d'eau puis une période de repos permet aux perles de PS pré-expansées de perdre leur excédent d'eau. Enfin, on les expansé et on les moule à la vapeur dans la forme voulue.
Figure 7: polystyrène expansé .Source: www.plasticeurope.fr/
C’est un matériau qui sert à emballer les appareils sensibles aux chocs et qui est un très bon isolant thermique pour les plaques de doublage des murs.
3. Le polycarbonate (PC) :
Le polycarbonate est un matériau qui présente
d'excellentes propriétés mécaniques et une bonne résistance thermique jusqu'à 120°C. On l’utilise pour la fabrication des casques de moto ou des boucliers de police. Comme il est très transparent, il sert aussi à la fabrication des CD et des DVD, des vitrages des guichets à l'épreuve des balles et des phares, feux arrière et clignotants de voitures.
I. B. Polymères thermodurcissables
Leurs chaînes sont fortement réticulées par des liaisons covalentes dans les trois directions de l’espace : ces liaisons résistent à l’agitation thermique jusqu’à la température de pyrolyse ou de combustion. Ces polymères ne présentent donc ni transition vitreuse marquée, ni fusion. Notons au passage que le qualificatif de « thermodurcissable » ne signifie pas ici que le matériau ainsi constitué durcit lorsque la température s’élève (comme tous les matériaux, son module et sa dureté diminuent légèrement); il fait plutôt référence au mode d’élaboration de ces polymères, obtenus en général par polycondensation de monomères à l’état liquide, dont la réaction de « prise » est accélérée par la température.
Les thermodurcissables sont des plastiques qui prennent une forme définitive au premier refroidissement. La réversibilité de forme est impossible car ils ne se ramollissent plus une fois moulés. Un matériau thermodurcissable ne peut être mis en œuvre qu'une seule fois et devient infusible et insoluble après polymérisation. Une fois durci, sa forme ne peut plus être modifiée, un chauffage éventuel ne permettra pas de le fondre : il n'est pas recyclable, mais on peut néanmoins l'incorporer dans d'autres matériaux comme renfort[3].
Les matériaux thermodurcissables sont généralement plus résistants que les matériaux thermoplastiques. On leur reconnaît une très bonne résistance électrique, mécanique, ainsi qu'aux produits chimiques (matériaux non réactifs), et à la chaleur
Leur valorisation se limite à l’incinération et, de façon très ponctuelle, à une utilisation comme charges dans les résines vierges. Ils sont des polyesters insaturés, du polyuréthane réticulé et de la bakélite.
Figure 8: Thermodurcissable. Source: www.plasticeuropr.fr/
I. C. Elastomères
Ils sont dans une situation intermédiaire : ce sont des polymères thermodurcissables à très faible taux de réticulation. Les liaisons covalentes qui pontent les macromolécules sont peu nombreuses et très éloignées les unes des autres. Ceci laisse subsister de longues portions de chaînes libres de se déployer sous l’effet d’une contrainte appliquée, et de se replier dans leur configuration d’énergie minimale lorsque la contrainte est supprimée : c’est là l’origine du comportement « superplastique » de ces matériaux. La rigidité d’un élastomère peut donc être ajustée en jouant sur son taux de réticulation : les élastomères à faible taux de réticulation présentent une température de transition vitreuse, audessous de laquelle ils ont un comportement de solide vitreux relativement fragile; les élastomères à fort taux de réticulation sont analogues à des thermodurcissables. Ces polymères présentent les mêmes qualités élastiques que le caoutchouc.
Un élastomère au repos est constitué de longues chaines moléculaires repliées sur elles-mêmes. Sous l’action d’une contrainte, les molécules peuvent glisser les unes par rapport aux autres et se déformer. Pour que le matériau de base présente une bonne élasticité il subit une vulcanisation. C’est un procédé de cuisson et de durcissement qui permet de créer un réseau tridimensionnel plus ou moins rigide sans supprimer la flexibilité des chaines moléculaires. Ils sont utilisés dans la fabrication des coussins, de certains isolants, des semelles de chaussures ou pneus. Dans le cadre de nos expérimentations nous allons utiliser les plastiques souples d’emballage ménagers de toute sorte (PE), et les plastiques un peux rigides tels que les bidons, et les récipients usés (PP). Les caractéristiques des plastiques utilisés sont dans le tableau qui suit.
Propriétés générales des matériaux organiques (Polymères)[4]
|
Type de Polymères |
PP |
PE |
PS |
PMMA |
PVC |
PAN |
PTFE |
Polyamides |
|
Température maximale d’utilisation pendant (°C) |
100 |
60 |
70 |
85 |
70 |
80 |
250 |
210 |
|
Température de transition vitreuse (°C) |
-30 |
-100 |
90 |
120 |
90 |
100 |
25 |
200 |
|
Température de fusion (°C) |
175 |
130 |
- |
225 |
160 |
140 |
330 |
- |
|
Température de ½ vie (°C) |
400 |
470 |
360 |
330 |
260 |
390 |
510 |
≥500 |
Tableau 1: Température maximale, Température des vitreuse et température de demi-vie de quelque polymères. Source: science de matériaux. Edition dunod 2013
Propriétés mécaniques et thermiques des plastiques utilisés5
|
Nature des plastiques |
|
Propriétés mécaniques |
|
Propriété thermiques |
|
|||
|
Densité g/cm3 |
|
Module d’élasticité par traction da N/mm2 |
Module d’élasticité par traction da N/mm2 |
Point de fusion en °c |
Température de résistance à la chaleur en continu °c (Point éclaire) |
Coefficien t de dilatation thermiqu e 1 °c*10-5 |
Conductivité thermique Kcal/mh°c |
|
|
PE |
1,39 |
|
980 |
1050 |
170 |
120 |
7 |
7 |
|
PP |
0,92 |
|
140 |
130 |
140 |
100 |
11 |
4 |
Tableau 2: Propriétés mécaniques et propriété thermiques des plastiques. Source: VACOUR ZI «des amandiers"
CHAP II. ETUDES DE GRANULATS (SABLE)
1. Définition
Le sable fait partie de la famille des milieux granulaires. On nomme milieux granulaires tous les milieux composés d’une collection de particules macroscopique de taille supérieure à quelques dizaines de µm. Cette limite inferieure s’explique par les types d’interactions existant entre les grains.
2. Propriétés du sable.
N’importe quel enfant sait qu’avec du sable sec, il pourra faire qu’un tas, qu’avec du sable mouillé son châteaux sera parfait mais que s’il met trop d’eau, il aura une masse informe… Cet aspect n’est qu’un grain de sable dans la complexité de ce milieu.
2.1. Un milieu complexe[5].
La complexité de l’étude du sable (comme des autres milieux granulaires) réside sur le fait qu’il est composé d’un grand nombre de particules reliées par des interactions complexes ce qui implique que son comportement n’est pas le même selon le mode suivant lequel on le sollicite. Par exemple un tas de sable statique sur une table va se comporter comme un solide (sans mouvement malgré la présence de contraintes de cisaillement) ; le sable comme dans un sablier par exemple, le milieu devient très agité avec des particules bougeant dans tous les sens et interagissant par collisions. Dans ce régime que l’on appelle collisionne, le milieu ressemble à un gaz.
Figure 9; Les milieux granulaires peuvent se comporter comme un solide, un liquide ou un gaz selon le mode de sollicitation. Source : le sable, adeline.Fev.2017
De plus, le comportement du sable dépend de nombreux paramètres autres que le mode de sollicitation. On compte parmi eux, la composition du sable qui n’est pas toujours homogène, de la forme des grains qui le compose, de l’humidité,…
1.1. Paramètres interne caractérisant le sable.
Comme nous l’avons vu, le sable peut être considéré dans certain cas comme un solide, on va donc pouvoir lui appliquer les lois de la mécanique des solides, on va notamment le considérer comme un matériau de Mohr-Coulomb.
Par définition, un matériau de Mohr-Coulomb est
défini par le critère de rupture suivant : Le milieu va céder au point P, s’il
existe en ce point un plan repéré par sa normale 
selon
lequel on a :
Ou 
sont les contraintes normales
et tangentielle au plan défini par
,
est le
coefficient de friction interne du matériau et 
est la
cohésion du matériau. Un matériau de Mohr- coulomb est donc défini par une
simple loi de friction et deux paramètres : 
. L’idée de
décrire le sable(ou tout autre milieu granulaire) par un matériau de
Mohr-coulomb provient par exemple de l’observation d’un tas de sable : la pente
d’un tas de sable ne peut excéder un certain angle et ceci à cause de la
friction entre les grains. Cet angle limite Φ est à peu de chose près
l’angle de friction interne défini par : 
.La
cohésion, quant à elle traduit la capacité d’un matériau à résister aux
contraintes : plus la cohésion est forte, plus il faudra appliquer une
contrainte forte pour briser le matériau. Le modèle du matériau de Mohr-Coulomb
bien que simple, permet de décrire raisonnablement la rupture. Par contre, il
ne permet pas de décrire le comportement au-dessus du seuil de rupture
(écoulement, déformation plastiques).
De par sa nature « divisée » de multiples paramètres influencent les propriétés du sable. En effet, il ne faut pas oublier qu’il se passe des phénomènes à l’échelle du sable (en temps qu’ensemble de grains) mais aussi à l’échelle du grain.
Tout d’abord, à l’échelle du grain, les paramètres jouant beaucoup sont :
Ø La nature des grains (composition chimique) qui va jouer sur la densité, la dureté, les forces cohésives…
Ø La taille des grains,
Ø L’hétérogénéité ou non des grains. Les propriétés ne seront pas les mêmes si l’on a que des grains de la même taille ou non.
Ensuite, à l’échelle du milieu entier, le paramètre prépondérant est la présence de fluide. En effet, si l’on introduit de l’eau dans le milieu, sa cohésion va augmenter par capillarité mais si l’on ajoute plus d’eau que le volume qu’il existe entre les grains, on va briser toute cohésion et obtenir de l’eau avec du sable dedans. On sait très bien que le mélange du sable et ciment donne un mortier.
Qu’allons-nous avoir en mélangeant les polymères en fusion et le sable ? « Sabloplastique !!! »
a. b. c.
Figure 10: Effet de l’eau sur la cohésion du sable : a) sable sec, b) sable humide, c) sable saturé en eau.
1. Qualité de granulats
La qualité des granulats (sables) peut être appréciée à travers divers essais de laboratoire :
1.1. Analyse granulométrique.
L’analyse
granulométrique est le procédé par lequel on détermine la proportion des
différents constituants solides d’un sol en fonction de leur grosseur à l’aide
de tamis. On appelle « refus » sur un tamis les matériaux qui est retenu par le
tamis, et « tamisas » ou « passant » le matériau qui passe à travers les
mailles d’un tamis. L’essai a pour but de déterminer les proportions
Figure 11: Les Tamis pondérales des grains de différentes dimensions qui constituent le sol.
Les pourcentages ainsi obtenus sont exprimés sous forme d’un graphique appelé courbe granulométrique. Ainsi en fonction de la dimension des grains, on distingue :
|
Granulats |
Dimension |
|
Cailloux et pierres |
|
|
Gravillons grossiers |
|
|
Gravillons moyens |
|
|
Gravillons fins |
|
|
Sable grossier |
|
|
Sable moyen |
|
|
Sable fin |
|
|
Filler |
|
Tableau 3:Définition des classes de dimension selon la norme AFNOR 18-540. Source: Cours de Matériaux de construction IIème.
1.1. Essai d’équivalent de sable
La propreté des sables se contrôle par l’essai d’équivalent de sable. On agite une certaine quantité de sable dans une solution lavante (disponible dans le commerce) puis on laisse reposer pendant un certain temps.
Figure 12: Les matériels. Source Wikipédia.
La hauteur du dépôt de sable visible étant ℎ1,𝑒𝑡 ℎ2 la hauteur totale y compris le floculat qui est égale aux fines en suspension :
La hauteur de sable peut aussi se déterminer à l’aide d’un piston lesté que l’on dépose doucement sur le sable après lu la hauteur totale.
|
ES à vue |
ES piston |
Nature et qualité du sable |
|
ES< 𝟔𝟓 |
ES< 6𝑂 |
Sable argileux : risque de retrait ou gonflement, pas bon pour béton de qualité |
|
65≤ES< 𝟕𝟓 |
60≤ES< 70 |
Sable légèrement argileux : propreté admissible pour béton de qualité courante (retrait possible) |
|
75≤ES< 𝟖𝟓 |
70≤ES< 80 |
Sable propre à faible % de fines argileuses. |
|
ES≥ 𝟖𝟓 |
ES≥ 80 |
Sable très propre. |
Tableau 4: Valeur préconisée pour ES (équivalent de sable). Source : Matériaux construction IIème
1.1. Module de finesse d’un granulat.
Le module de finesse d’un granulat est égal au 1/100 de la somme des refus, exprimés en pourcentage sur les différents tamis de la série, le module de finesse étant presque exclusivement vérifié sur les stables, les tamis concernés sont : 0,160,315-0,63-1,25-2,5 et 5 mm. Le module de finesse est plus particulièrement appliqué aux sables dont il est une caractéristique importante[6].
C’est une caractéristique intéressante, surtout en ce qui concerne les sables. Un bon sable à béton doit avoir un module de finesse d’environ 2,2 à 2,8 (2,2 ≤ 𝑀𝑓 <
2,8).
CHAP III. FABRICATION DES PAVES PLASTIQUES
Définition :
Les pavés sont en général des blocs en béton de forme carrée,
rectangulaire ou autobloquant, en fonction des moules on obtient divers types de pavés. Ainsi, les pavés fabriqués pour ce projet et lors de nos expérimentations sont à base de plastiques, de forme hexagonale. Ces dernières années, le réaménagement des rues et des places a fait de plus en plus appel aux pavés béton. A côté des qualités bien connues de polymères, les paves plastiques offrent par ailleurs un certain nombre d’avantage spécifiques, tels une mise en place facile ; une possibilité étendue de replacement et de réutilisation, un choix incomparable de formes. Les pavés peuvent remplir diverse fonctions dont l’aspect esthétique n’est pas la moindre. La fabrication de ces paves se passe schématiquement de la manière suivante :
Matières
première
1. Matière première Figure 13: Organigramme de processus de la fabrication des paves
De nombreuses études de caractérisation des déchets dans les villes montrent qu’une part de plus en plus significative des déchets ménagers est par nature potentiellement recyclable. Des circuits de récupération informelle se sont souvent déjà mis en place pour capter, dans des conditions peu satisfaisantes (tri directement dans les poubelles ou les décharges). Les plastiques présentent un impact environnemental fort, induisent une pollution visuelle très importante dans de nombreuses villes, et favorisent la création de mares dans lesquelles peuvent se développer des maladies.
Pourtant, 75% des plastiques produits dans le monde sont de la grande famille des thermoplastiques. Ces plastiques présentent la particularité d’être aisément recyclables, pour être réutilisés dans la fabrication de pavés plastiques.
a) Méthodes de valorisation du plastique[7]
Il y a trois grandes méthodes de valorisation du plastique :
1. La valorisation énergétique,
Cette méthode consiste à incinérer les déchets plastiques pour récupérer l’énergie qu’ils contiennent sous forme de chaleur. Les plastiques, composés de pétrole raffiné, ont une capacité calorifique proche de celui-ci. Cette méthode de valorisation permet de recycler une grande partie des déchets plastiques. En revanche si elle est mal maitrisée elle peut présenter des risques majeurs pour l’environnement et la santé des êtres vivants par l’émission de dioxine et de molécules cancérigènes présentes dans les fumées.
2. La valorisation matière, ou valorisation mécanique,
Cette méthode consiste à réutiliser les déchets plastiques avec un minimum de transformation de la matière. Cette technique est utilisée pour le traitement des déchets thermoplastiques. Elle repose avant tout sur une collecte sélective ou un tri des déchets plastiques à partir des ordures ménager.
Il est très souvent nécessaire d’avoir des déchets plastiques triés par type de résine plastique. Plus le tri est efficace, plus le produit en sortie de valorisation matières est de bonne qualité. Les expériences que nous présentons ci-après sont des modes de valorisation matière.
3. La valorisation chimique.
Cette méthode consiste à transformer la matière plastique en molécule de base
(polymères,…), pouvant servir à la synthèse d’une nouvelle matière plastique, ou pour la pétrochimie. Ces technologies sont encore peu développées ou limitées à certaine nature de résines plastiques. On ne les utilise que dans les pays du nord et les pays émergents.
b) Recyclage des matières plastiques
Le recyclage du plastique permet d’augmenter son cycle de vie. Un fait tout à fait important à signaler au sujet du recyclage est que l’énergie utilisée pour recycler par exemple une bouteille plastique est huit fois moins importante que l’énergie requise pour fabriquer une bouteille neuve. Si on regarde cela en termes de quantité de plastiques l’an, les chiffres sont alarmants. Ceci veut tout simplement dire qu’en recyclant on consomme moins d’énergie et si on se sert de ces produits recyclés dans le domaine du génie civil, on obtiendrait sans doute des biens meilleurs résultats.
Avec le recyclage, on réduit également les émissions de dioxyde de carbone (𝐶𝑂2)
Il y a deux méthodes de recyclage des déchets plastiques les plus répandues, qui sont :
1. Recyclage mécanique,
Le recyclage mécanique des matières plastiques est la technique la plus employées à travers le monde, que ce soit dans les pays du nord comme ceux du sud, puisque ce procédé permet de valoriser tous les thermoplastiques, soit 75 % de la production mondiale de plastique. La régénération consiste à produire de la poudre, des granulés ou du broyat à partir de déchets plastiques, comparables aux résines vierges, pour les réintroduire sur le marché international des résines plastiques.
Cette technique impose une grande rigueur sur le tri des plastiques, la régénération est la technique la plus efficace en termes de rendement de valorisation matières des déchets plastiques. Mais elle nécessite un équipement relativement couteux et des compétences techniques.
On distingue deux grandes phases dans le processus de recyclage mécanique :
Phase 1 : Tri, Lavage, Séchage : cette étape consiste à présenter un déchet plastique non-souillé et trié par type et qualité de résine pour les opérations de broyage, granulation, extrusion. Ces opérations peuvent être réalisées sans machine.
Figure 14: Schéma de processus de recyclage mécanique. Source : sciences-physiques.ac-montpellier.fr
Phase 2 : Broyage, Extrusion, Granulation : cette étape va apporter une grande valeur ajoutée en transformant le déchet plastique en sous-produit commercialisable auprès de l’industrie plastique. Pour cela il est nécessaire de s’équiper en machine, dont la consommation électrique n’est pas négligeable, surtout pour l’extrusion.
2. Recyclage chimique
Cette technique consiste à transformer les matières plastiques en produits chimiques de base ou monomères qui seront utilisés comme matière de base par l’industrie de pétrochimie pour fabriquer du plastique. Cette méthode est très intéressante car elle permet de faire des économies de pétrole, source épuisable sur notre planète.
2. Préparations
2.1. Préparation des déchets plastiques
Elle commence par le triage des déchets. Ce tri s’effectue en écartant d’abord les déchets plastiques d’une manière générale des autres déchets à savoir les papiers, les fers, les bois et autres. Ensuite au sein des déchets plastiques, il est effectué un tri entre les différents types de plastiques.
Apres le triage, ceux qui sont un peu dures sont déchiquetés.
Figure 15: Stockage de plastique
Pour avoir un meilleur résultat, il est très important de :
Ø Vider les différents emballages plastiques de leur contenu et d’enlever les étiquettes,
Ø Déchiqueter et compacter les déchets plastiques,
Ø Stocker dans un endroit propre et sec à l’abri de l’humidité.
2.2. Préparation de granulats
Le sable est 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 l’humidité des objets moulés. Le sable joue aussi le rôle de plastifiant afin d’améliorer la fluidité à chaud du mélange.
Figure 16: Préparation du sable
2.3. Dosage des matières premières
Il consiste à peser les différentes matières premières utilisées pour la fabrication du matériau.
Figure 18;Pesage de plastiques Figure 17: Pesage du sable
1. Fusion
Apres les procédures de triage, de nettoyage et de pesage, les déchets sont chauffés et mélangés dans le malaxeur. Il est utile de chauffer le malaxeur avant l’introduction des déchets plastiques. Les paramètres majeurs de la transformation sont la température et le temps. Le plus important est la régulation de la température pour éviter la carbonisation du mélange.
L’agitation thermique active les mécanismes de déformation plastique : dans les matériaux organiques (plastiques), la géométrie des liaisons fortes dans les macromolécules devient plus fluctuante et les liaisons secondaires peuvent disparaitre, facilitant le déplacement relatif des chaines et l’écoulement visqueux sous l’effet des contraintes.
La viscosité est définie par le rapport η= 𝜎⁄3𝜀 entre la contrainte et la vitesse d’écoulement, qui dépend exponentiellement de la température absolue T :
|
𝜀 |
D’où |
8,31 𝐽 𝑅 |
|
𝐽 Q 𝑒𝑛 ( ⁄𝑚𝑜𝑙𝑒) |
Ou C est une constante, l’énergie d’activation thermique du
mécanisme contrôlant la déformation. Pour un corps pur qui passe de l’état solide à l’état liquide au cours du chauffage, la courbe « température × temps » présente (dans le cas idéal) un palier à la température de fusion TF (0 °C pour l’eau pure par exemple) ; le même phénomène se produit au refroidissement, à la température de solidification TS = TF9 (Figure 12).
 |
Figure 19; Courbes d'échauffement ou de refroidissement spontané d'un corps pur passant de l'état liquide à l'état solide.
Source : Aide-mémoire, science de matériaux _dunod
Cette opération fournit une pâte fondante et homogène sans bulle. Elle dure 100 minutes environ, la température conditionne principalement la viscosité, les dilatations et retraits, les contraintes résiduelles, la cristallinité. Elle est limitée en fonction de la thermo dégradation du polymère. La dégradation des matériaux de renfort ou d’apport, peut imposer des contraintes supplémentaires. La température de transformation a également des conséquences sur la consommation d’énergie, le refroidissement. La température varie de 150° à 260°C. Apres les plastiques, on y verse le sable jusqu’à ce que ça soit de nouveau homogène, tout en remuant le mélange.
Figure 21: Pave plastique
1. Moulage et finition
Lorsque la pâte devient homogène, on passe tout de suite à la préparation du moule et au coulage. Par simple raclage de la paroi de la cuve du malaxeur, la pâte sera versée au moule à l’aide d’une pelle. Au contact des parois froides, la pâte prend la forme du moule et se solidifie. Cette opération doit se faire le plus rapide possible pour que la pâte ne se solidifie pas trop avant le compactage.
Figure 23; Préparation du moule Figure 22: Coulage du pavé
CHAP V. RESULTATS-DISCUSSION-ANALYSE
1. Résultats
Le tableau ci-dessous donne les résultats de l’analyse granulométrique de sable.
|
Modules AFNOR |
Tamis mm |
Refus partiels |
Refus cumulés |
% Refus cumulés |
% Passa nts cumul |
|
50 |
80 |
|
|
|
és |
|
49 |
63 |
|
|
|
|
|
48 |
50 |
|
|
|
|
|
47 |
40 |
|
|
|
|
|
46 |
31,5 |
|
|
|
|
|
45 |
25 |
|
|
|
|
|
44 |
20 |
|
|
|
|
|
43 |
16 |
|
|
|
|
|
42 |
12,5 |
|
|
|
|
|
41 |
10 |
|
|
|
|
|
40 |
8 |
|
|
|
|
|
39 |
6,3 |
|
|
|
|
|
38 |
5 |
|
|
|
|
|
37 |
4 |
|
|
|
|
|
36 |
3,15 |
|
|
|
|
|
35 |
2,5 |
|
|
|
|
|
34 |
2 |
|
|
|
|
|
33 |
1,6 |
|
|
|
100% |
|
32 |
1,25 |
|
|
0,20% |
99,80% |
|
31 |
1 |
|
|
4,32% |
95,68% |
|
30 |
0,8 |
|
|
11,47% |
88,53% |
|
29 |
0,63 |
|
|
20,80% |
79,20% |
|
28 |
0,5 |
|
|
37,26% |
62,74% |
|
27 |
0,4 |
|
|
51,55% |
48,45% |
|
26 |
0,315 |
|
|
70,93% |
29,07% |
|
25 |
0,25 |
|
|
85,05% |
14,95% |
|
24 |
0,2 |
|
|
91,94% |
8,06% |
|
23 |
0,16 |
|
|
95,82% |
4,18% |
|
22 |
0,125 |
|
|
95,82% |
|
|
21 |
0,1 |
|
|
95,82% |
|
|
20 |
0,08 |
|
|
99,10% |
0,90% |
|
19 |
0,063 |
|
|
|
|
|
18 |
0,050 |
|
|
|
|
|
17 |
0,040 |
|
|
|
|
Tableau 5: Analyse granulométrique de sable : NF P 18-560
Module de finesse 𝑴𝒇 = 2,86
Coefficient de HAZEN Cu = 3 ; Coefficient de
courbure Cc =1,14
Tableau 6 : Courbe granulométrique
Données spécifiques à chaque essai :
|
|
|
Donnée |
|
|
|
Noms/Essai |
Essai 1 |
Essai 2 |
Essai 3 |
Essai |
|
Masse de plastiques |
8 Kg |
10 kg |
10 kg |
6,6 |
|
Masse de sable |
24 kg |
24 kg |
10 kg |
10 |
|
Quantité totale |
32 kg |
34 kg |
20 kg |
16,6 |
|
Ratio Sable/Plastique |
75/25 |
71/29 |
50/50 |
60/40 |
|
Nombre de pavés obtenus |
4 |
5 |
3 |
3 |
Temps de fabrication des pavés
|
Temps de fabrication
|
Essai 1 |
Essai 2 |
Essai 3 |
Essai 4 |
|
Préparation |
30 mn |
30 mn |
42 |
20mn |
|
Fusion des plastiques
|
60 mn |
68 mn |
88mn |
35mn |
|
Temps de Malaxage |
35 mn |
27 mn |
19mn |
43mn |
|
Refroidissement à l’air |
39 mn |
52 mn |
40 mn |
33 mn |
|
Durée total |
164 mn |
177 mn |
189 mn |
131 mn |
La figure suivante donne l’évolution des temps de travail en fonction des essais :
Figure 25:Variation du temps total en fonction des essais
2. Discussion et analyse
L’analyse granulométrique du sable montre qu’il contient très peu d’argile. Le module de finesse 2,86 montre que le sable est peu grossier, et non uniforme. Le temps de malaxage est large d’une manière globale et diffère d’un essai à l’autre. Cela est dû au système de malaxage qui n’est pas efficace et au dynamisme du personnel qui diffère du jour au lendemain.
La durée de fusion des plastiques est autant plus élevée que la quantité de plastique est grande ce qui explique le temps de fusion des plastiques de l’essai 3 plus élevé par rapport à l’essai 1 qui, à son tour est plus élevé que l’essai 3. La durée de l’essai 2 est plus longue que l’essai 1 car les PE sont moins faciles à fondre que les PP. En effet, le PE a un point éclair de 120°c contre 100°c pour les PP.
Suite aux modifications faites aux moules utilisées pour notre processus nos temps de refroidissement ont étés de 52 minutes maximal en moyenne. Ce temps de refroidissement variait aussi en fonction des ratios sable/plastique plus il y a de plastiques plus le refroidissement est lent.
Il n’y a pratiquement pas d’absorption d’eau quel que soit le type de ratio. Cela est normal étant donné que le taux d’absorption doit être inférieur à 6%.
Dans notre cas les pertes surviennent également au niveau de la fermeture du malaxeur et ces pertes sont autant inferieures que la manœuvre est dynamique. Ils y a également des pertes de matières dues à la viscosité de la pâte, plus celle-ci est visqueuse plus on a des stocks irrécupérables dans le malaxeur. Il faut reconnaitre que souvent le feu utilisé est souvent plus grand qui a entrainé la combustion des plastiques. En effet, en premier lieu, nous assistons à une coagulation des PP avant de devenir liquide Plus le ratio contient beaucoup de plastique plus le retrait est important. Ce qui explique le retrait important constaté à l’essai 3(ratio 50/50).
Figure 26: Temps de cuisson
N.B : On commence la cuisson par la fusion des déchets plastiques dont la température varie entre la température ambiante et 250 °C. Lorsque cette température est atteinte, on y ajoute le sable. Après homogénéisation du mélange, on y introduit ensuite progressivement de sables jusqu’à atteindre le ratio, si c’est nécessaire.
Ø Comportement des mélanges
|
|
Plastique (%) |
Sable (%) |
Comportement |
|
Essai n°1 |
25 |
75 |
Très mauvais |
|
Essai n°2 |
29 |
75 |
Mauvais |
|
Essai n°3 |
50 |
50 |
Bon |
|
Essai n°4 |
40 |
60 |
Assez bon |
Tableau 7; Comportement des mélanges selon leur composition
Figure 27Variation de la résistance à la compression du mélange plastique/sable en fonction de la teneur en plastique:
N.B : Le graphique ci-dessus montre que la résistance mécanique maximale est obtenue avec le mélange 50% de plastique + 50% de sable. Elle est de 10,7 MPa
(méga pascal = MPa = 106 Pa).
Ø Taux d’absorption d’eau
Elle consiste à peser la masse du pavé, suivi d’un trempage dans l’eau pendant une durée de 24h. On reprend ensuite la mesure de la masse du pavé après cette opération Le taux d’absorption se calcule par la formule suivante :
Le taux normal d’absorption d’eau ≤ 6% 𝑒𝑛 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒.
|
Teneur en plastique (%) |
25 |
29 |
50 |
40 |
|
Taux d’absorption (%) |
0,167 |
0,164 |
0,08 |
0,10 |
Tableau 8: Taux d'absorption
Grace à la très bonne adhérence entre les charges et les matrices de nos produits (excellente tenue des mélanges), le test sur le taux d’absorption en eau a donné des résultats très satisfaisants. Il varie de 0,08 à 0,10%. Le rôle des liants est de faire en sorte que le matériau n’absorbe pas l’eau. De plus, le compactage à l’aide de la presse élimine les vides et les pores qui pourraient emmagasiner l’eau. Et on peut dire que la pression que nous avons soumise au moule est
suffisante.
L’ajout de sable a aussi un impact positif au matériau car les fines particules remplissent les vides interstitiels entre les grains.
3. Etude comparative des pavés plastiques par rapport aux pavés classiques
Du point de vue économique.
|
RATIO |
Cout de revient des matières premières par m² |
Proposition de prix de vente Hors taxe/m² |
|
|
50/50 |
Plastique |
Sable |
14000 FC |
|
6063 FC |
4070 FC |
||
D’où sur le marché ; le pavés classiques coutent 23250 FC >14000 FC. Le prix d’un m2 de pavés à base de plastiques est de 14000 FC ; il est concurrentiel par rapport au prix HT d’un m2 de pavés en béton, qui est de 23250FC.
CHAP IV. ANALYSE ENVIRONNEMENTALE
Actuellement, le volume de déchets que produit chaque ménage ne cesse d’augmenter. Ils envahissent considérablement l’environnement et constituent un fardeau pour la société. Comme la plupart des déchets sont dégradables, le cas des matières plastiques ne le sont pas et sont à l’origine de la pollution dans le pays qui se présente sous forme de :
Ø Pollution directe, car les matières plastiques, lorsqu’elles sont dans les décharges non contrôlés, sont emportées par le vent et s’accrochent aux plantes, bouchent les caniveaux et enlaidissent le paysage ;
Ø Pollution indirecte, car la combustion de ces déchets plastiques entraine la pollution de l’air en émettant des produits toxiques ; et si ces matières plastiques sont enfouies avec les déchets biodégradables dans le sol ; elles sont imperméables et empêchent les gaz inflammables de s’échapper ce qui augmente le risque d’incendie ou d’explosion.
Cette étude d’impact s’inscrit dans le cadre d’études requises en vue d’optimiser le présent projet d’un point de vue technique, mais également dans une optique plus large liée à l’épanouissement du site, tout en respectant à tous les niveaux les enjeux environnementaux, économiques, sociaux et culturels. Elle sera réalisée parce que l’exécution du projet présente un risque qualifié d’important d’impacts négatifs sur l’environnement.
1. Détermination et évaluation des impacts
La méthode de détermination d’impacts utilisée repose sur l’identification des interrelations, ou impacts probables, que les divers éléments du projet pourraient avoir sur les composantes du milieu récepteur pendant les phases du projet.
L’évaluation des impacts potentiels est faite à l’aide de plusieurs critères ; ils conduisent à déterminer l’importance de chacun d’entre eux et à identifier les mesures qui permettront de minimiser les impacts négatifs ou de bonifier les impacts positifs ; elles seront proposées dans chaque cas.
a. Impacts sociaux
Ø La perturbation de mentalités sociales et culturelles des habitants de la contrée suite à l’influence de diverses personnes qui fréquente les milieux ;
Ø La transmission potentielle des MST est également à considérer.
b. Impacts économiques
Ø Le projet aura des répercussions positives très significatives sur les activités économiques des populations d’alentour et pourrait contribuer fortement à la réduction de la pauvreté ;
Ø La valorisation de l’économie circulaire.
c. Impacts sur la santé
Ø Les plastiques, une fois enfouis, ils mettent entre 100 et 1000 ans à se dégrader et produit du méthane, un gaz à effet de serre 20 fois plus puissant que le dioxyde de carbone(𝐶𝑂2).
Ø Les plastiques jetés dans l’environnement, le plastique risque d’être ingéré par des animaux ou de polluer en se dégradant des sites sensibles, des cours d’eau ou des milieux humides.
2. Mesures d’atténuation et/ou d’amplification des impacts identifiés Cette section expose les mesures d’atténuation des impacts négatifs qui devront être appliquées à l’ensemble des interventions requises pour la réalisation du projet et les mesures préconisées pour garantir et/ou amplifier les retombées positives du projet dans toutes ses sous composantes.
Chaque emballage effectivement trié par les ménages sera collecté et orienté vers les filières de recyclage au lieu d’être incinéré ou mis en décharge. La différence d’émissions de GES entre cette voie et les autres options de traitement représente 0,50 Mt éq.CO2 qui ne sont pas émises dans l’atmosphère. L’action coordonnée des collectivités et des ménages permet donc de maximiser les tonnages triés, collectés et donc recyclés.
La fabrication de produits en plastique consomme des ressources énergétiques. A l’heure actuelle, ces ressources proviennent presque intégralement de sources non renouvelables dont l’utilisation s’accompagne d’émissions de gaz à effet de serre (ou « GES »).Une tonne de PET recyclé représente 0,61 tonne de pétrole brut et 0,2 tonne de gaz naturel et 10,96 Mwh soit 2,29 tonnes d’équivalent𝐶𝑂2. Pour le PEHD, cela représente 0,51 tonne de pétrole brut et 0,31 tonne de gaz naturel et 7,98 Mwh soit 1,53 tonne d’équivalent 𝐶𝑂2 évitée[8].
CONCLUSION- PERSPECTIVE-RECOMMANDATION
1. CONCLUSION
La collecte des déchets à Kinshasa est aujourd’hui loin d’être optimale mais il faut rappeler que c’est une filière très récente et encore peu structurée qui doit faire face à des défis spécifiques. Ce qui en est de même pour sa valorisation car la valorisation des plastiques souples nécessite de maîtriser pleinement les étapes techniques, les coûts et les impacts environnementaux de la filière.
Or notre procédé présente de nombreuses lacunes techniques. Son principal handicap est le manque de contrôle des paramètres techniques utilisés. Par contre avec le type de prototype le personnel n’est pas en contact direct avec le dégagement dû aux plastiques brulés, même si ces fumées ne sont pas finalement traitées pour protéger la nature.
Après examen des résultats obtenus de l’absorption d’eau des pavés fabriqués à partir des déchets plastiques et des sables disponibles à savoir sable de rivière on peut déduire les constatations suivantes :
Ø La combustion partielle des plastiques dans le four est à éviter : elle produit des particules d'imbrulés qui peuvent constituer des aérosols dangereux. Une fraction de ces particules est incorporée dans le plastique, lui conférant sa couleur noire au produit fini. Deux mesures sont à prendre:
• le contrôle de la température du four, dans des limites compatibles avec les températures de fusion et le point éclair,
• et sa mise en pression donc son étanchéisation pour éviter les entrées d'air.
Le refroidissement à l’air libre recommandé car avec l’eau, on constate une fissuration souvent immédiate du pavé.
Cependant, le non-respect des tolérances géométriques déqualifie le produit quand on fait une comparaison avec les blocs en béton, les moules sont conçus sans respect de la norme.
Il convient de garder à l'esprit que le recyclage des plastiques doit avant tout permettre de produire à faible coût des biens dont un besoin a été clairement identifié par les populations locales. Le pavé en plastique peut concurrencer celui du béton du point de vue supériorité technique qu'en termes de coût D'autres domaines sont à explorer comme la production de tuyaux par extrusion ou d'éléments imputrescibles en assainissement rural.
Les essais ont donné des résultats satisfaisants du point de vue résistance mécanique et au niveau de la porosité. Le meilleur résultat des essais a donné :
Ø une résistance à la compression de 10,7 MPa pour le pavé de ratio 50/50 ;
Ø Taux d’absorption en eau de 0,08%.
2. PERSPECTIVE ET RECOMMANDATION
En perspectives nous pensons qu’il faudra :
Du point de vue procédé
un prototype de fabrication permettant de maitriser et fixer les valeurs de température, surtout il faut une modification du malaxeur pour permettre le bon malaxage de la pâte afin de réduire le temps de travail et augmenter la qualité du produit fini; mener un plan d’expérience plus détaillé tenant compte de tous les paramètres ; installer un système de captage de fumée dégagée lors de la combustion des plastiques et traiter les polluants suivants : CO, NOx, SOx etc.; mener des tests ultra-violets pour le contrôle de qualité : la destruction des pavés sous les rayons solaires ; mener les tests de poinçonnements ;
Du point de vue sécurité du personnel :
Ø le port des matériels de protection doit être exigé à tous les personnels de travail ;
Ø la mise en place d’un système de contrôle de température de l’unité ;
Ø L’adoption d’un système de prévention d’éventuel incendie ;
Ø le contrôle des accès et l’interdiction à toute personne non autorisée comme les enfants ;
On a constaté que sous une température élevée (non identifiée car le personnel de travail ne possède pas de thermomètre) il se passe une combustion des plastiques dans le malaxeur qui entraine un éclatement soudaine et dangereux de celui-ci. Donc nous recommandons à la structure la mise en place de ses mesures de sécurité pour la protection du personnel.
Du point de vue social :
La valorisation des ordures en pavés est ouverte à toutes les classes sociales. Donc l’implication forte des femmes dans le domaine serait un atout non négligeable étant donné qu’elles jouent un rôle important dans l’assainissement. Le système d’achat des plastiques n’est pas du tout organisé. Nous suggérons d’entreprendre en perspective un système d’encouragement par exemple où les femmes serons au cœur de la vente de ces déchets plastiques.
Adopter une politique de vulgarisation du produit car les gens ne le connaissent pas jusqu’à présent.
BIBLIOGRAPHIE
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Claude D., (2004) « Matières plastiques et environnement, Recyclagevalorisation-Biodégradabilité-Ecoconception, l’usine nouvelle », DUNOD, 2è édition, 310p
Damien A., (2009) « Guide du traitement des déchets», Paris, DUNOD L’usine nouvelle, 5ième édition. 1 Vol (VIII –439p)
Desplanches H. et Chevalier J.L., (1999) « Mélange des milieux pâteux de rhéologie complexe-Pratique – Environnement du melangeur », Technique de l’ingénieur, J 3861.
Desplanches H. et Chevalier J.L., (1999) « Mélange des milieux pâteux de rhéologie complexe-Théorie », Technique de l’ingénieur, J 3860. Science des de matériaux, édition Dunod 2003, 111p
Table de matière
EPIGRAPHE ................................................................................................................................................... 1
Dédicaces ........................................................................................................................................................ 2
REMERCIEMENTS ............................................................................................................................................ 3
Liste des abréviations ...................................................................................................................................... 4
INTRODUCTION............................................................................................................................................... 5
0.1 Problématique du mémoire ............................................................................................................ 6
0.2 Hypothèse du mémoire. .................................................................................................................. 7
0.3 Objectifs principaux......................................................................................................................... 7
0.4 Objectifs spécifiques. ...................................................................................................................... 7
0.5 Intérêt du sujet. ............................................................................................................................... 8
0.6 Méthodes, techniques et matériels utilisés. ................................................................................... 8
0.7 Difficulté rencontrée. ...................................................................................................................... 8
0.8 Délimitation du sujet. ...................................................................................................................... 8
0.9 Justification ................................................................................................................................................. 9
0.10. Plan du travail ..................................................................................................................................... 9
CHAP I. ETUDES DE PLASTIQUES ................................................................................................................... 10
I. A. Polymères thermoplastiques. ..................................................................................................... 10
1. Le polyéthylène (PE) : .................................................................................................................... 11
1. Le polypropylène (PP) : ................................................................................................................. 12
2. Le polystyrène (PS) : ...................................................................................................................... 13
3. Le polycarbonate (PC) : ................................................................................................................. 15
I. B. Polymères thermodurcissables ................................................................................................... 15
I. C. Elastomères .................................................................................................................................. 16
CHAP II. ETUDES DE GRANULATS (SABLE) ..................................................................................................... 18
1. Définition ........................................................................................................................................... 18
2. Propriétés du sable. .......................................................................................................................... 18
2.1. Un milieu complexe. .................................................................................................................. 18
1.1. Paramètres interne caractérisant le sable. ............................................................................... 19
1. Qualité de granulats .......................................................................................................................... 20
1.1. Analyse granulométrique. ......................................................................................................... 20
1.1. Essai d’équivalent de sable ....................................................................................................... 21
1.1. Module de finesse d’un granulat. ............................................................................................. 22
CHAP III. FABRICATION DES PAVES PLASTIQUES .......................................................................................... 23 Définition : ................................................................................................................................................. 23
1. Matière première .............................................................................................................................. 23 a) Méthodes de valorisation du plastique ........................................................................................ 24
b) Recyclage des matières plastiques ................................................................................................ 25
2. Préparations ...................................................................................................................................... 26
2.1. Préparation des déchets plastiques .......................................................................................... 26
2.2. Préparation de granulats ........................................................................................................... 27
2.3. Dosage des matières premières ................................................................................................ 28
1. Fusion ................................................................................................................................................ 28
1. Moulage et finition ............................................................................................................................ 30
CHAP V. RESULTATS-DISCUSSION-ANALYSE .................................................................................................. 31
1. Résultats ............................................................................................................................................ 31
2. Discussion et analyse......................................................................................................................... 34
3. Etude comparative des pavés plastiques par rapport aux pavés classiques .................................... 37
CHAP IV. ANALYSE ENVIRONNEMENTALE ..................................................................................................... 38
1. Détermination et évaluation des impacts ......................................................................................... 38 a. Impacts sociaux ............................................................................................................................. 38
b. Impacts économiques ................................................................................................................... 39
c. Impacts sur la santé....................................................................................................................... 39
2. Mesures d’atténuation et/ou d’amplification des impacts identifiés............................................... 39
CONCLUSION- PERSPECTIVE-RECOMMANDATION ....................................................................................... 40
1. CONCLUSION ..................................................................................................................................... 40
2. PERSPECTIVE ET RECOMMANDATION .............................................................................................. 41
BIBLIOGRAPHIE .............................................................................................................................................. 43
ANNEXES ....................................................................................................................................................... 46
Pour plus d’informations :
rodrigodiazmassamba18@gmail.com
ANNEXES
Figure 28 ; Pavés plastiques
Fabrication du moule 
Figure 30: Malaxage du mélange
Figure 31: Préparation du moule
Figure 32: Malaxage du mélange
[1] Site web : www.leconomistedufaso.bf/2016
[2] Liant hydrocarboné est ainsi liant organique. Source : www.techniques-ingénieur.fr/construction
[3] Fr.wikipedia.org/wiki/Thermodurcissable.
[4] Aide-mémoire, Science de matériaux. Edition dunod 5 Vacour ZI des « Amandiers »
[5] Le sable, Adeline Pons ; Projet encadré par Stéphane Douady.Fev.2007
[6] Poly Esther, Matériaux de construction_2003, Pg 16.
[7] Recyclage des déchets plastiques dans la gestion des déchets en Afrique.
