LISTE DES TABLEAUX

Tableau I : Répartition des entités administratives par superficie (Km²)

(Ravelosoa, 2009). ....................................................................................... 6

Tableau II : Principales phases du ciment portland et leurs caractéristiques 

(DEROUICH HAJAR 2010-2011). ................................................................. 16 Tableau I : Composition chimique du ciment portland .............................. 20

Tableau II : ................................................................................................. 20

Tableau III : Type de ciments et domaines d’application selon EN 197-1 (4)

                …………………………………………………………………….21

Tableau III : Classes de résistance (EN 197-1 (4) ........................................ 22

Tableau IV : ................................................................................................ 22 Tableau IV : Essai Los Angeles ................................................................... 50 Tableau V : Résultat los angeles MM1 ....................................................... 51

Tableau VI : Resultat los angeles MM7 ..................................................... 52

Tableau VII : Mesure des dimensions, masses et charges de rupture                       

de  la carotte ……………………………………………………………………55

Tableau VIII : Résistance à la compression des carottes .............................. 55

Tableau V : Résultats de l’analyse par voie chimique de l’échantillon MM2 fournis par le laboratoire de chimie à la cimenterie de Lukala. .................... 55

Tableau VI : Résultats de l’analyse par voie chimique de l’échantillon MM1 fournis par le laboratoire de chimie à la cimenterie de Lukala. .................... 56

Tableau VII : Résultats de l’analyse par voie chimique de l’échantillon MM3 fournis par le laboratoire de chimie à la cimenterie de Lukala. .................... 56

Tableau VIII : Résultats de l’analyse par voie chimique de l’échantillon MM9 fournis par le laboratoire de chimie à la cimenterie de Lukala. .................... 57

Tableau IX : Résultats de l’analyse par voie chimique de l’échantillon MM7 fournis par le laboratoire de chimie à la cimenterie de Lukala. .................... 57

Tableau X : Résultats de l’analyse par voie chimique de l’échantillon MM8 fournis par le laboratoire de chimie à la cimenterie de Lukala. .................... 58

Tableau XI : Résultats de l’analyse par fluorescence aux rayons X de

l’échantillon MM2 fournis par le laboratoire physico-chimique de la

cimenterie de Lukala. .................................................................................. 59 Tableau XII : Présentant les résultats de l’analyse par fluorescence aux rayons X de l’échantillon MM1 fournis par le laboratoire physico-chimique de la

cimenterie de Lukala. .................................................................................. 60

Tableau XIII : Présentant les résultats de l’analyse par fluorescence aux rayons X de l’échantillon MM3 fournis par le laboratoire physico-chimique de

la cimenterie  de Lukala. ............................................................................. 60

Tableau XIV : Présentant les résultats de l’analyse par fluorescence aux rayons X de l’échantillon MM9 fournis par le laboratoire physico-chimique de

la cimenterie de Lukala. ............................................................................... 61

Tableau XV : Résultats de l’analyse par fluorescence aux rayons X de

l’échantillon MM8 fournis par le laboratoire physico-chimique de la

cimenterie de Lukala. .................................................................................. 62

Tableau XVI : Résultats de l’analyse par fluorescence aux rayons X de

l’échantillon MM7 fournis par le laboratoire physico-chimique de la

cimenterie de Lukala. .................................................................................. 62

Tableau XVII : Résultats de l’analyse par diffraction aux rayons X de l’échantillon MM1fournis par le laboratoire physico-chimique de la cimenterie

de Lukala……… ......................................................................................... 64

Tableau XVIII : Résultats de l’analyse par diffraction aux rayons X de

l’échantillon MM2 fournis par le laboratoire physico-chimique de la

cimenterie de Lukala. .................................................................................. 64

Tableau XIX : Résultats de l’analyse par diffraction aux rayons X de

l’échantillon MM3 fournis par le laboratoire physico-chimique de la

cimenterie de Lukala. .................................................................................. 65 Tableau XX : Tailles et population dans le sable normalisé. ....................... 67

Tableau XXI : Qualification de la résistance à la compression simple de la

roche              73

Tableau XXII : Les classes de résistance (norme NF EN 196--1) ................... 75

LISTE DE FIGURES

 

Image 1: Engin assurant le transport des matières premières vers l’usine. 15

Image 2 : échantillon de la 1^ère station MM1 ................................................ 34

Image 3 : échantillon de la 2^ème station MM2 ............................................. 35

Image 4 : échantillon de la 3^ème station MM3 ............................................. 35

Image 5 : échantillon de la 4^ème station MM4 ............................................. 36

Image 6 : échantillon de la 5^ème station MM5 ............................................. 36

Image 7 : échantillon de la 6^ème station MM6 ............................................. 37

Image 8 : échantillon de la 7^ème station MM7 ............................................. 38

Image 9 : échantillon de la 8^ème station MM8 ............................................. 38

Image 10 : échantillon de la 9^ème station MM9 ............................................ 39 Image 11 : échantillon de la 10^ème station MM10 .......................................... 40

Image 12a : vue de la lame mince MM1 en    Image 12b : vue de la lame

mince MM1 en lumière                              42

lumière polarisée.                                                          polarisée naturelle analysée. ..................................................................................................... 42 Image 13b : Vue de la lame mince MM2 en ................................................ 43

Image 13a : Vue de la lame mince MM2 en ................................................ 43 Image 14b : Vue de la lame mince MM3 en ................................................ 44 lumière naturelle polarisée analysée. ........................................................... 44 Image 14a : Vue de la lame mince MM3 en ................................................ 44 lumière polarisée analysée. ......................................................................... 44 Image 5a : Vue de la lame mince MM4 en .................................................. 45 Image 5b : Vue de la lame mince MM4 en ................................................. 45 lumière naturelle polarisée analysée. ........................................................... 45 Image 8a : Vue de la lame mince MM7 en .................................................. 46 lumière polarisée analysée. ......................................................................... 46 Image 8b : Vue de la lame mince MM7 en ................................................. 46 lumière naturelle polarisée analysée. ........................................................... 46 Image 9b : Vue de la lame mince MM8 en ................................................. 47 lumière naturelle polarisée analysée. ........................................................... 47 Image 9a : Vue de la lame mince MM8 en .................................................. 47 lumière polarisée analysée. ......................................................................... 47 Image 10b : Vue de la lame mince MM9 en ................................................ 48 lumière naturelle polarisée analysée. ........................................................... 48 Image 10a : Vue de la lame mince MM9 en ................................................ 48 lumière polarisée analysée. ......................................................................... 48 Image 12 : Concassé 10-25mm pour Los-Angeles. ........................................ 50 Image 13 : Pesé des granulats pour évaluation aux chocs .............................. 51

Image 14 : carottage du MM7 ..................................................................... 53

Image 15 : Produits de l’opération de carottage. ......................................... 53

Image 16 : essai à la compression du MM7 ................................................. 54

Image 17 : Pesé de la carotte. ...................................................................... 54

Image 18 : Perle MM1 ................................................................................. 59

Image 19 : Spectromètre à fluorescence X ................................................... 63

Image 20 : Diffractomètre à protons. .......................................................... 65

Image 21 : Sable normalisé en sachet de 1350gr . ........................................ 67

Image 22 : appareil de Vicat ....................................................................... 68

Image 23 : perméabilimètre de Blaine ......................................................... 69 Image 24 : chambre de climatisation ........................................................... 70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RESUME

 

Notre travail s’est articulé sur la réduction des «émissions CO₂ » dues au procédé de fabrication du ciment. L’axe de la substitution du clinker au taux de 25% est notre pourcentage optimal pour un bon compromis entre côté environnemental et côté performantiel. 

La roche choisie est entrée dans l’élaboration des mortiers cimentaires avec un préalable d’analyses pour s’assurer de la composition chimique et minéralogique. Un broyage présentant une bonne finesse (surface spécifique Blaine) favorise la bonne réactivité.

La roche  choisie est une pouzzolane qui apporte un gel en plus de celui apporté par l’hydratation des anhydres du ciment, seulement la cinétique de la pouzzolane est lente et retarde la prise mais aussi réduit par conséquent la résistance à jeune âge.

Un modèle mathématique est utilisé pour la prévision des résistances jusqu’à un âge avancé. Les résultats sont très satisfaisants et fiables disant qu’à âge avancé le mortier avec substitution rattrape le mortier témoin en résistance. La plupart des analyses et essais ont été faits au laboratoire d’une filiale du géant cimentier Heidelberg Cement group (cimenterie de lukala), au laboratoire polytechnique et au CRGM.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ABSTRACT

 

Our work focused on reducing “CO₂ emissions” from the cement manufacturing process.*the axis of clinker substitution à 25 percent is our optimal percentage for a good compromise between environmental and performance side.

The chosen rock is used in the preparation of cementitious mortars with o preliminary analysis to ensure the chemical and mineralogical composition (surface area Blaine) promotes good responsiveness.

The chosen rock is a pouzzolan that provides a gel in addition to that provided by the hydration of anhydrous cement, only the kinetics of pouzzolan is slow and retards the setting but also reduces resistance at a young age.

A mathematical model is used to predict age-old resistance. The result are very satisfactory and reliable, saying that advanced age the mortar with substitution catches the resistance control mortar.

Most of the analyses and tests were done in the laboratory of a subsidiary of cement giant Heidelberg Cement group (lukala cement plant), the polytechnic laboratory and the CRGM.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

EPIGRAPHE

 

 

« Quand on a jamais rêvé d’être tout, on ne sera jamais rien réellement »

 

                                                                        Jaël Mibenga.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DEDICACE

 

À ma mère adorée KIBADI KILABA Gràâdi pour tout l’amour, l’attention et l’affection témoignés. Pour tous les sacrifices consentis et les efforts fournis pendant ces 6 longues années. Je suis consciente, maman, de t’avoir volé 6 longues années de ta vie pendant lesquelles tu pouvais grâce à tous tes potentiels intellectuels, aller plus loin et faire mieux. Mes mots ne suffiront jamais pour décrire la reconnaissance et l’amour que je  porte  à ton exceptionnelle personne maman.

 

À mon père, LEONARD MIBENGA, toi qui a aimé et cru le premier à mes aspirations cognitives. De là où tu nous regardes, reçois à travers ce travail, toute la gratitude et la fierté que j’éprouve à être ta fille ainée. Tu es et subsisteras à jamais dans mes souvenirs les plus doux. Repose en paix papa.

 

À mes oncles KAKOMA NDUSU JEAN BAPTISTE, KIBADI LEON, BULA BULA BERNARD, à ma marraine GUYSLAINE MUMBATA et à mon cousin MUSASA PATRICK pour tout le soutien apporté, la confiance établie et l’espoir restauré. Qu’il vous plaise de lire à travers ses lignes, l’expression de ma pure reconnaissance et daigne le Seigneur Dieu vous en récompenser.

 

À cet autre père que la vie m’a offerte, MAX SEKE VANGU. L’attachement et la volonté avec laquelle vous me poussiez à mieux faire ne me laisse pas sans voix. Je vous exprime à travers ses lignes, aussi brèves qu’elles soient, ma reconnaissance la plus sincère. Puisse Dieu bénir abondement toutes vos entreprises et rendre tout le bien à votre famille.

 

À ma merveilleuse famille, ma motivation principale ! À mes frères RONSARD MIBENGA, PRINCE MIBENGA, GLODI MIBENGA, CHRIST-VIE MIBENGA, JEAN BAPTISTE KAKOMA, pour tout votre soutien et encouragement, pour votre confiance placée en ma personne. Je suis heureuse de vous avoir comme famille. Excepté l’héritage génétique, vous êtes le plus beau cadeau que papa et maman m’aient offert. Je vous aime tellement !

 

Et que ma tante KIBADI KUSU JUSTINE, cette femme au cœur d’ange trouve par ce travail mes remerciements pour tout son amour me porté et ses petits soins de tout genre.

                              Je ne vous remercierai jamais tous assez !

AVANT-PROPOS

 

Ce travail qui sanctionne la fin de notre cursus universitaire en géologie représente pour nous, la réalisation de l’un de nos rêves les plus grands mais aussi un passage obligé permettant une vision claire et une ascension vers des plus beaux projets d’avenir. Qu’il nous soit ainsi permis d’exprimer déclarativement  notre parfaite reconnaissance à tous ceux qui, de près ou de loin, ont contribué à la réussite et à l’élaboration du présent travail.

À notre Foi et notre Espérance, l’Éternel Dieu notre chant, lui qui a tout orchestré pour cette réussite (intelligence, volonté, persévérance et assiduité). Lui qui, dans les anciennes écritures n’a reculé face à aucune forme d’obstacles, a encore en cette nouvelle alliance,  fait des prouesses dans notre parcours universitaire en aplanissant toutes les montagnes qui se sont dressées devant nous afin qu’à ce jour, nous soyons couronnée par ce diplôme de licence. Que la gloire lui soit rendue à jamais ! 

 

Que les autorités académiques de l'Université de Kinshasa, de la Faculté des Sciences, du Département des Géosciences et celles de la Cimenterie de LUKALA soient remerciées pour leur dévouement dans notre formation et encadrement de qualité ; Notre travail étant le résultat d’une collaboration entre ces deux Institutions. 

 

Nous adressons nos respects et nos remerciements au professeur Dr.- Ing. N’ZAU UMBA-DI-MBUDI Clément, qui a consenti, en dépit de ses multiples charges et responsabilités, à diriger ce travail. Son humilité et sa flexibilité scientifique nous ont inspiré et motivé dans la recherche scientifique afin d’aboutir à l’élaboration de ce travail.

 

À Monsieur l’assistant SEKE VANGU MAX, pour la vision et l’encadrement de qualité en vue de présenter un travail digne de fin de notre cursus, nous lui disons un grand merci.

                                                 

Aux assistants TUEMA  et LUTETE SAVU pour leurs apports scientifiques ; Nous présentons nos remerciements les plus sincères à tous les Professeurs, Chefs de Travaux, Assistants, et autorités facultaires qui, tout au long de notre parcours, nous ont transmis avec diligence et perspicacité, les enseignements de qualité et nous ont permis d’acquérir une formation adéquate en génie géologique.

 

Particulièrement, nous manifestons notre reconnaissance, nos égards et nos respects au Plant Manager de la Cimenterie de Lukala d’avoir mené à bien la collaboration Université-Entreprises dont nous avons été parmi les premiers étudiants bénéficiaires.  

 

Impossible nous serait-il de méconnaitre la main d’œuvre qualifiée des personnels de la Cimenterie de Lukala et l’intérêt professionnel témoigné par les suggestions et recommandations faites à notre travail de recherche. Il s’agit ici particulièrement de Mr. Henry KUZAMBA, chef du département de chimie, Mr. MAKISOSILA et Mr. Washington TULANDA. 

 

Pour l’accueil chaleureux nous réservé par la famille Roger LUKAU, le couple Brigitte TSHIAMALA et Patou KISOKA qui ont toujours été disponibles pour nous ; pour le logement combien chaleureux et le soutien moral lors de nos différents séjours dans le Kongo Central, nous leur adressons une mention spéciale.

 

À la communauté bilenge ya mwinda de la paroisse Saint Benoit, pour le soutien spirituel et l’attachement manifesté. Nous leur témoignons  notre reconnaissance à travers ses lignes.

 

Que les compagnons de lutte, trouvent aussi à travers ce travail de fin d’études une expression de nos sentiments de gratitude pour leur soutien physique et psychologique, pour leur présence dans notre vie et pour leurs empruntes toutes aussi particulières. Nous adressons plus précisément nos sentiments à l’endroit de PASCAL MBAMBA, CHARLINE LUMBALA, ALEX KATSHUNGA, SARAH BONGANDA, VINNY VUANDA, BENIE MPONDA, JEMIMA KASONGA, JEANDY MBENGA, BADIBANGA KABWEKA MATHIEU SAKAUNGU, REGINA MASAKI, FORTUNE MUADI, BONGWE YVAN, KIZABA FREDDY, LUKUSA JOELLE, MUSIGWA RAPHAEL, LALAW ARISTOTE,  et tous ceux qui ont été dans l’histoire de notre cursus, d’une brillance d’étoiles filantes.

 

 

 

 

 

0. INTRODUCTION

 

0.1. MOTIVATION ET CONTEXTE

 

Dans la viabilité, les travaux publics et autres travaux de génie-civil, le ciment est indéniablement omniprésent.

 

Ce matériau, produit fini des industries cimentières est un mélange de matériaux naturels soumis à des traitements thermiques, qui est devenu depuis son apogée au XIXe siècle, le matériau de construction le plus important de notre société.

 

Il est à la base essentielle de notre vie, de notre habitat, de notre mobilité, ainsi que de notre approvisionnement en énergie et en eau : sans ciment rien ne tient plus !

Le ciment est présenté sous la forme d’une poudre minérale fine qui forme en présence de l’eau, une pâte faisant prise et durcissant par la suite. 

C’est donc un liant hydraulique qui permet d’agglomérer d’autres matériaux.

 

Il est utilisé dans la confection des bétons ; simple, armés, ou précontraints.   Il s’emploi pratiquement dans tous les types d’ouvrages allant des constructions les plus simples aux chefs-d’œuvre architecturales.

Néanmoins, pour obtenir des propriétés hydrauliques avec de la roche calcaire extraite, il faut la soumettre à un traitement thermique jusqu’à des températures de réaction chimique et changement de phases. Ces réactions et transformations de la matière première sont essentiellement émettrices du principal gaz à effet de serre qui est le dioxyde de carbone.

 

Qui plus est, elles font de la production du ciment la 2ème source émettrice des gaz à effet de Serre juste après la production de l’acier mais aussi le 3ème secteur énergivore à l’échelle mondiale (ONG the Carbon Disclosure Project). L’industrie mondiale du ciment, responsable de 6% de l’ensemble des émissions de gaz à effet de serre, se voit obligée face aux enjeux écologiques de l’heure, de réduire son emprunte carbone. Elle est donc tenue à une modernisation de ses technologies et/ou une reformulation du ciment  afin de réduire son impact sur l’environnement.

De ce fait, la valorisation des additions minérales réactives dans la formulation du ciment, comme la POUZZOLANE (ajout actif), fait actuellement partie des actions à mener pour cette fin. Et leur  utilisation peut conduire, au mieux, à la réduction de la consommation du clinker et ainsi  à la résolution des problèmes liés à l’environnement :

 

Ø Réduire les émissions CO2 des opérations de production de ciment.

Ø Maitriser l’impact environnemental des produits sur leur cycle de vie complet.

 

Ainsi, le présent travail s’inscrit dans l’étude des possibilités d’obtenir un ciment  écologique élaboré à base d’addition de pouzzolane naturelle en substitution partielle du clinker, mais aussi dans la mise en valeur du potentiel rocheux qui forme la partie lithosphérique occupée par la République Démocratique du Congo. Elle passe par l’investigation de la substance minérale en termes d’oxydes, des minéraux, des phases minéralogiques, de réactivité puis par la préparation d’un ciment normalisé avec addition à un taux de 25%.

Cela étant, il est question premièrement, de s’enquérir des documents préexistants (cartes géologiques, documents géologiques, etc.) lesquels fournissent des informations adéquates sur la zone d’étude et sur les travaux  valorisant la pouzzolane.

 

 Ces documents ont ; servi d’études préliminaires et permis une analyse technique du problème posé. Puis sur terrain, un levé géologique a été effectué dans l’intérêt de trouver une roche potentiellement réactive.

 

0.2. PRESENTATION DU SUJET ET PROBLEMATIQUE

 

Le présent travail est intitulé « Valorisation des géomateriaux pouzzolaniques du Kongo Central dans le mortier cimentaire »

L’effet de serre est un phénomène naturel provoquant une élévation de la température à la surface de notre planète. 

Indispensable à notre survie, ce fragile équilibre est menacé par les activités anthropiques qui produisent des GES plus que la nature n’en consomme ce qui affectent la composition chimique de l’atmosphère et entrainent l’apparition d’un effet de serre additionnel, responsable en grande partie du changement climatique actuel.

 

          •     De la production du ciment à l’effet de serre

 

En effet, l’ère actuelle est en train de vivre la période d’essor industriel où le besoin en énergie et en infrastructures devient croissant par conséquent une nécessité de matériaux de construction (béton, mortiers,…) s’impose, par là même, La hausse de la production du ciment.

L’engouement autour de ce produit est tel que nos constructions allant des plus simples aux plus complexes, ne peuvent s’en passer.

Cependant la production du ciment émettrice du Dioxyde de carbone s’avère polluante et quelque peu dangereuse pour l’équilibre de la planète.

L’équation de la réaction de décarbonatation basée sur les masses moléculaires donne pour (CaCO3):

 

900C

CaCO₃  CaOCO₂

900C

CaCO₃401216*3  CaO4016CO₂1216*2

900C

CaCO₃100kg  CaO56kgCO₂44kg

900C

CaCO₃1000kg  CaO560kgCO₂440kg

 

•      Pour une tonne de calcaire investi, sa décarbonatation donne 440kg de CO2.   (CO2-procédé)

•      La combustion du combustible fossile pour arriver à la clinkérisation requiert aussi pour une Tonne de matériaux, 130kg de combustible fossile ce qui génère 465kg de CO2          (CO2-combustible)

•      En somme nous avons une quantité totale de 905kg de CO2 pour 1000kg (1 Tonne) de calcaire utilisé.

 

Face à ces chiffres, nous voyons clairement que le danger est non négligeable. Des technologies plus modernes et/ou des reformulations doivent être impérativement mises en œuvre par des industries cimentières afin de réduire essentiellement leur emprunte carbone.

 D’où pour nous la nécessité de trouver des matériaux naturelles réactives à substituer au clinker pour réduire à seuil acceptable, les émissions CO2  tout en conservant les propriétés mécaniques du ciment résultant.

 

0.3. DELIMITATION DU SUJET

 

Conscients de l’existence des deux grands problèmes liés à l’environnement par les opérations de fabrication de ciment, ce travail s’est attelé essentiellement sur la possibilité de réduire les émissions Co2 en substituant une quantité de clinker par un pourcentage d’une autre roche (25%) tout en préservant les résistances mécaniques de ce ciment. 

 

0.4. METHODES ET TECHNIQUES UTILISEES

 

Pour arriver à réaliser ce travail, il nous a été d’une  grande importance  de faire la revue de la littérature en consultant les articles et ouvrages dans les bibliothèques et internet, lectures et interprétations des cartes géologiques de la région d’étude, ainsi que des investigations de terrain par levé et divers analyses en laboratoire. Il est question plus clairement de : A. Étape de terrain : 

-              levé géologique le long du pont maréchal et au village de Nsanda

-              Description macroscopique

-              Échantillonnage

Les matériels utilisés sont les suivants :

-              Une boussole de géologue ; 

-              Un marteau de géologue ; 

-              Une masse et des burins ; 

-              Un GPS ; 

-              Un double-décamètre ; 

-              Une loupe monoculaire ; 

-              Des sachets, marqueurs et couteaux pour échantillonnage ;

-              Un carnet de terrain ; 

-              Un appareil photo numérique ;  -   Des stylos et des crayons ; et -    Plusieurs autres accessoires. 

          B.     En laboratoire

Cette étape a consisté en :

•            L’élaboration des différentes cartes;

•            La description macroscopique des roches et microscopique des lames

minces et sections polies ; Les matériels utilisés sont :

Ø Un ordinateur portable ; 

Ø Logiciels de traitement de données de terrain ; 

Ø Un microscope optique polarisant ; et

Ø Plusieurs autres matériels

•            Essais et analyses en différents laboratoire :

Ø Essai Los Angeles

Ø Essais RC 

Ø Géochimie

Ø XRF

Ø DRX

Ø Analyse sur contrôle-qualité su ciment

 

0.5. CANEVAS DU TRAVAIL 

 

Afin d'atteindre les objectifs nous assignés, excepté l'introduction et la conclusion générale, ce travail comprend quatre chapitres à savoir : 

•      Le premier, traite des généralités sur les roches vertes de Gangila

•      Le second expose les généralités sur le ciment et la pouzzolane ;

•      Le troisième est basé essentiellement sur les différents résultats de toutes les analyses ;

•      Le quatrième quant à lui s’articule sur les interprétations  des résultats, la conclusion et les recommandations.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CHAPITRE I. APPERCU GENERAL SUR LES ROCHES VERTES DU KONGO CENTRAL.

 

I.1. CADRE GEOGRAPHIQUE 

 

I.1.1 Localisation  

 

La Province du Kongo Central, jadis appelée Bas-Congo, est comprise entre 4° et 6° de latitude Sud et 12°et 16° de longitude Est et a une superficie de

53.920km2.

Elle a pour frontière : 

-          Au Nord la République du Congo ; 

-          Au Sud l’Angola ; 

-          A l’Est la Ville de Kinshasa et la Région de Bandundu et enfin 

-          A l’Ouest l’Océan Atlantique et l’enclave Angolaise de Cabinda. 

Cette contrée est la seule porte ouverte du Pays sur l’Océan.

 

La répartition des entités administratives par superficie (km2) se résume dans le tableau ci-après : 

                  Tableau I :                  Répartition des entités administratives par superficie (Km²)

(Ravelosoa, 2009).

N°	ENTITES ADMINISTRATIVES	SUPERFICIE (Km²)
1	VILLE DE MATADI	110
2	VILLE DE BOMA (sans Moanda)	65
3	Territoire de Moanda	4.265
	DISTRICT DU BAS-FLEUVE	9.980
4	Territoire de Lukula	3.270
5	Territoire de Seke-Banza	3.620
6	Territoire de Tshela	3.090
	DISTRICT DES CATARACTES	23.481
7	Territoire de Songololo	8.507
8	Territoire de Luozi	6.784
9	Territoire de Mbanza-Ngungu	8.190
	DISTRICT DE LA LUKAYA	16.019
10	Territoire de Kasangulu	4.680
11	Territoire de Madimba	7.968
12	Territoire de Kimvula	3.371

I.1.2 Sol et végétation

La plupart des roches de la zone dite schisto-calcaire paraissent fournir des sols argileux  jaunes assez stériles. Les terrains schisto-gréseux donnent naissance à des sols sablo-argileux brun clair, peu fertile sur les formations antérieurs au schisto-calcaire et argileuses et aussi à ceux des terrains schistogréseux sur les roches argilo-siliceuses. 

Les Sols du Kongo Central sont réputés chimiquement pauvres à cause de leur acidité très élevée (Baeyens, 1934 et 1938 ; Denisolf et al, 1954). 

 

Le climat Soudanien favorise le développement des plantes herbeuses et permet selon les conditions d’humidité du sol, l’installation d’essences arborescentes (Devroye, 1951).  

 

Dans les régions situées sur le terrain schisto-calcaire  et schisto-gréseux, ce climat confère à la végétation un faciès de savane guinéenne arbustive parsemée de lambeaux forestiers.  

La zone d’étude présente un sol rocailleux, sablonneux et argileux.

I.1.3 Climat relief et hydrographie

Le Kongo Central est caractérisé par un climat tropical soudanien comprenant deux alternances.  

La saison sèche qui va généralement du 15 Mai au 15 septembre ; 

La saison de pluie s’étendant du 15 septembre au 15 Mai. Cette dernière est souvent interrompu par une saison sèche d’environ trois semaines en Février (Devroye et Vander Linder, 1951 ; Robert, 1948). 

La région du Kongo  Central présente les altitudes qui vont croissante du niveau de la mer jusqu’à 900m pour les crêtes et collines les plus élevées. Les reliefs sont constitués de collines douces avec des plateaux latéritiques pénéplanés. Les versants de la chaine Mayumbienne contrastent avec la partie occidentale surbaissée dont la bordure orientale présente des pointements de roches métamorphiques et éruptives du soubassement. 

 On distingue trois régions dans le Kongo Central à savoir : la région de Mayumbe, la région des Cataractes et les Confins Kongo Central/Kwango. 

 Les formations dites du système « Schisto-Calcaire » présentent d’une manière générale des dépressions par rapport, soit aux formations « Schisto-Gréseuses » plus récentes, soit aux formations dites du système « Haut Shiloango » plus anciennes.

Le point saillant de l’hydrographie de la région du Kongo Central est le parallélisme des cours d’eau tributaires du Fleuve Shiloango, du Niari et du Fleuve Congo; lequel est dû au fait que les cours d’eau épousent l’allure du plissement des formations et sont généralement confinés dans les  schistes relativement tendres; les crêtes étant constituées de grès et de quartzites.

 La zone d’étude est baignée par la rivière Mpozo jusqu’à Ango-Ango et par le fleuve Congo (fig 2). 

    

 

Figure 2 : morphologie et hydrogéologie de surface de la ville de Matadi.

 

 

 

 

 

I.2. CADRE GEOLOGIQUE 

I.2.1. Géologie Régionale 

I.2.1.1. Introduction 

La province du Kongo Central a fait l’objet de plusieurs travaux géologiques relativement bien effectués (Umba, 2013) entrepris depuis 1892 notamment par les géologues Reshuel–Lorshe (1892), Dechaye et AL. (1909), Cahen et  Lepersonne (1948, 1966 et 1986), Syndicat Banoco (1954),  Dupont (1970), Kalala Ntumba (1985), Cahen (1954 et 1963), Lepersonne(1973), De Paepe et al. (1975), Talk (1976, 1983 et 2001), Cahen et Ledent(1976), Hossie et Gaby (1979), Hossie (1980), Kampunzu et al. (1987), Franssen et André L. (1988), Polinard (1934), Vellutini et al. (1983), Ongendanda et al.(1986), Tack et al.(2001).

I.2.2. La stratigraphie régionale et locale

 

a.  Les Formations du soubassement 

Le soubassement du Kongo Central comprend de bas en haut :  

Ø  Le Super groupe Kimezien : représenté par le Complexe migmatitique et gneissique de Boma-Tombagadio datant de 2,1 Ga (Cahen, 1963; Delhal et Ledent, 1976 ; Cibambula, 2016). 

Ø  Le Super groupe Ouest-Congo  

Ce super groupe comprend : de bas en haut, le Zadinien, le Mayumbien et l’Ouest Congolien.

 Notre travail se basant essentiellement sur les roches vertes de Gangila affleurant dans la ville de Matadi et ses environs, nous n’aborderons, dans le cadre dudit travail, qu’exclusivement les aspects géologiques rattachés à cette région.

b.  Le Supergroupe West-Congo 

 

b.1. Le Zadinien (1 Ga - 930 Ma) 

 

On y  trouve le talcschiste, chloritoschiste, micaschiste, séricitoschiste, granite hyperalcalin de Noqui, la syénite de Mpozo,  les métabasaltes de Gangila qui sont des roches mafiques, et les métasédiments continentaux. 

Le Zadinien comprend trois faisceaux qui sont de bas en haut (Ongendangenda et al. 1986 ; Tack et al… 2001): faisceau de la Vangu et de Gangila ; faisceau de Matadi et de Pala bala ainsi que le faisceau  de Tshela. 

Ø  Matadi-Pala bala : avec, à la base la formation de Pala bala constituée de quartzites micacés et au sommet, la formation quartzitique.

Ø  Tshela : constitué de séricitoschistes, de quartzites et de chloritoschistes à la base ; et des métasédiments au sommet.

Ø  Vangu-Gangila : constitué à la base d'un complexe de roches magmatiques basiques et ultrabasiques (roches vertes de Gangila) et au sommet de la formation de la Vangu. 

Le terme « Roche verte de Gangila » est attribué à des roches vertes observées depuis la présence des premiers géologues au Kongo Central, dans les environs immédiats de Matadi, et se prolongeant vers le  nord dans la région de Seke-Banza. L’étude de cette formation (Tack, 1975) montre qu’il s’agit d’un empilement de coulées basaltiques en régime continental. La formation repose sur les quartzites de Matadi, racine du volcanisme. L’épaisseur globale de cette formation est estimée à plusieurs centaines de mètres et comprend 5 faciès pétrographiques différents (Tack, 1975).

I.2.3. MAGMATISME ET METAMORPHISME

Dans son centre (ville de Matadi), la chaine West Congo présente une flexure due à l’interception des failles normales de décrochement mayumbiennes NNW-SSE et des décrochements de Comba et Luvituku orientés NE-SW (Cahen, 1978 ; Tack et al., 2001).

Deux épisodes magmatiques en contexte extensif précoce, à savoir : l’ensemble volcano-plutonique peralcalin de Noqui et Palabala caractérisé par des granites hyperalcalins, des rhyolites, des laves mafiques et félsiques s'était développé ; la succession des événements magmatiques s'arrête avec la mise en place des intrusions granitiques hypabyssales associées aux rhyolites (Tack et al. 2001).

Le métamorphisme régional, syncinématique en rapport avec l'orogenèse Panafricaine West-Congo, dans la ville de Matadi est de type HT-BP et, il varie du faciès amphibolite, à l'Ouest, au faciès de schistes verts (greenschist faciès) et, finalement, aux roches sédimentaires du SousGroupe de la Sansikwa, à l'est, soit une diminution de la déformation et du métamorphisme régional de l'Ouest vers l'Est (Tack et al. 2001).

Les relations texturales entre les néoblastes, leurs inclusions et la matrice démontrent que la plupart des minéraux de métamorphisme (muscovite, amphiboles, grenats, staurotide, biotite) sont syntectoniques.  Dans le greenschist faciès, des paillettes de muscovite sont parallèles à la foliation, même dans les charnières des micros plis serrés dans lesquels ce minéral est fortement incurvé. 

Dans le faciès amphibolite, les textures de déformation de la muscovite se dissipent à cause de la recristallisation, mais les paillettes demeurent parallèles à la foliation (Franssen et André, 1988).                                              

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CHAP II : LE CIMENT CILU ET LA POUZZOLANE DU KONGO CENTRAL

II.1. LE CIMENT CILU

II.1.1. Le Ciment dans l’histoire

 

Le ciment est un liant hydraulique  qui entre dans la fabrication des bétons et des mortiers.

Il agit comme une colle entre les grains de sable et les granulats.

Dès l’antiquité, le ciment est utilisé dans l’Égypte antique comme mortier de plâtre qui liait les « pierres ».

Les chinois et les mayas édifiaient eux aussi leurs constructions en utilisant des mortiers à base de chaux, obtenus par cuisson des roches calcaires : c’est la base du ciment produit aujourd’hui.

Les romains utilisaient de la chaux, renforcée par des cendres volcaniques pour fabriquer leur mortier qui étaient capable de durcir sous l’eau.

Les méthodes empiriques n’ont été réellement perfectionnées que bien plus tard, au XIXe siècles, avec la théorie de l’hydraulicité énoncé par Louis Vicat, qui décrit les proportions exactes et nécessaires de la chaux et d’argile pour produire, par cuisson, le ciment.

C’est en 1824 qu’un écossais  JOSEPH Aspdin, améliore la recette et crée le ciment ‘’ Portland’’.

La dénomination « Portland » lui est conférée à cause de sa similarité de couleur et de dureté avec la pierre Portland que l’on retrouve au sud de l’Angleterre.

 

II.1.2.  Définition

Par définition, le ciment est un matériau formant par addition d’eau à des quantités convenables, une pâte fluide susceptible de faire prise (durcir) tant sous l’eau que dans l’air avec formation des composés stables.

Il est obtenu après cuisson à environ 1450°C d’un mélange calcaire 80% et d’argile 20% et broyage fin (80µm) de la roche artificielle ainsi obtenue « Clinker ».

Le ciment portland, produit fini des industries cimentières, contient généralement 95% de clinker  du gypse (5%).

Le ciment usuel est aussi appelé « liant hydraulique », car il possède la propriété de s’hydrater et de durcir en présence de l’eau et parce que cette hydratation transforme la pâte liante, qui a une consistance de départ plus ou moins fluide, en un solide pratiquement insoluble dans l’eau.

L’expression « pâte de ciment durcissant » sera utilisée pour désigner la pâte de ciment dans sa transformation d’un état plus ou moins fluide (suspension) en un état solide.

II.1.3. Les méthodes de fabrication de ciment

Il existe quatre (4) méthodes de fabrication du ciment : 

-         Fabrication du ciment par voie humide (la plus ancienne)

-         Fabrication du ciment par voie semi-humide (en partant de la voie humide)

-         Fabrication du ciment par voie sèche (la plus utilisée de nos jours, utilisé par la cimenterie de Lukala)

-         Fabrication du ciment par voie semi-sèche (partant de la voie sèche. 

 

II.1.4. Les étapes de fabrication du ciment

 

La fabrication du ciment est un procédé complexe qui exige un savoir-faire, une maîtrise des outils et des techniques de production, des contrôles rigoureux et continus de qualité. Ce procédé comporte les étapes de fabrication suivantes :

II.1.4.1. L’extraction des matières premières à la carrière

 

La carrière C-45 est la plus grande carrière en exploitation de calcaire de la cimenterie de LUKALA (LUTETE 2015). Dans cette carrière, comme dans toute autre exploitation à ciel ouvert, l’exploitation proprement dite du calcaire comprend trois étapes principales : 

-  Le Forage ; 

-  Le Minage pour abattage; 

-  Le chargement et le transport des produits abattus. 

 

Ø Chargement et transport

 

Cette opération consiste à prendre la roche calcaire abattue, la charger dans de camions bennes qui assurent le transport jusqu’à l’usine

 

Une forme de pollution indirecte d’émission de CO2 par la fabrication du ciment est rattachée à cette étape, car les engins assurant le transport des matières premières vers l’usine rejettent aussi des quantités de CO2 dans l’atmosphère.

 

             

Image 1: Engin assurant le transport des matières premières vers l’usine.

 

II.1.4.2. Séchage et Broyage 

Pour favoriser les réactions chimiques qui en découleront, les matières premières (calcaire et argile) sont séchées et broyées très finement (µ) dans des broyeurs à boulets ou dans des broyeurs à meulent verticaux  pour ainsi obtenir «  la farine ».

Les matières premières sont séchées en circulant dans des tuyaux d’air chaux où la température atteint 950°C. 

Elles sont ensuite introduites directement dans le four sous forme pulvérulente (voie sèche).

II.1.4.3. La Cuisson

La cuisson se fait à une température de 1450°C dans un four rotatif, long cylindre tournant de 1,5 à 3 tours/minutes et légèrement incliné.

Cette cuisson autrement appelée la clinkérisation, explique la forte consommation énergétique  de ce processus. 

 

La clinkérisation est l’expression la plus concrète de la contribution importante des industries cimentières aux émissions de gaz à effet de serre.  L’équation rendant compte de la décarbonatation autour de 800 à 900 degrés centigrades est donnée ci-dessous :

 

CaCO₃                 CaO + CO2

Carbonate de calcium                        Chaux vive  +   gaz carbonique.

Au cours de la clinkérisation, l’oxyde de calcium réagit à haute température 1450°C avec la silice et l’alumine et les oxydes ferreux pour former des silicates, des aluminates et des ferrites de calcium.

À la sortie du four, nous obtenons un nouveau matériau, une roche artificielle dite « Clinker ».

II.1.5.  La Nomenclature chimique des ciments

Les formules chimiques des phases minérales dans la chimie cimentaire sont représentées par des formes abrégées ; par exemple les formules d’oxydes courants s’expriment en une simple lettre, telle que C pour CaO ou A pour Al₂O₃. La phase aluminate C₃A correspond ainsi à la formule chimique

Ca₃Al₂O₆.

 

II.1.6.  Les phases minéralogiques (structures cristallochimiques) du Clinker

Le ciment portland est constitué de quatre phases principales nommées C₃S, C₂S, C₃A, C₄AF et d’autres phases minoritaires. Ces phase ne sont pas toujours pures  et contiennent des ions étrangers qui entrainent une altération de leurs structures cristallines.

 

Tableau II : Principales phase du ciment portland et leurs caractéristiques  (DEROUICH

HAJAR 2010-2011).

Phases	C3S		C2S	C3A	C4AF
Formule chimique	Ca3SiO5		Ca2SiO4	Ca3Al2O6	Ca4Al2FeO1
Nom technique	Alite		Bélite	Phase aluminate	Phase ferrite
Réactivité	Élevée		Faible	Très élevée	Faible
Impuretés	Al2O3, Fe2O3, MgO		Al2O2 , Fe2O3, Na2O, K2O, SO3	Fe2O3, Na2O, K2O, MgO	MgO, SiO2, TiO2
Contribution à     la résistance	Forte jeune âge	à	Forte à un âge très tard	Forte          à jeune âge	Très faible

II.1.6.1. L’alite C₃S

Le silicate tricalcique ou alite est le principal constituant du ciment, il représente 40 à 80 % en teneur massique et il est souvent impur dans le clinker (GRIESSER A., 2002).

Cette phase est très importante pour le développement de la résistance mécanique au jeune âge du ciment (LOTA, et al. 2000). 

La phase C3S est instable et elle n’est obtenue que grâce à une trempe rapide du clinker à la sortie du four.

II.1.6.2. La bélite C₂S 

Connue sous le nom de silicate bicalcique, sa teneur massique varie entre 15 à 30% dans un ciment Portland. Il existe quatre variétés allotropiques de ce composé : α, ά, β et γ. 

La forme cristalline β est la plus stable dans le clinker.

II.1.6.3. La phase aluminate C₃A

La phase aluminate est formée par l’aluminate tricalcique C₃A (Ca₃Al₂O₆).

Sa teneur massique varie de 10% à 15% du clinker Portland. Elle se forme à une température de 800°C à partir d’aluminate monocalcique (CaAl₂O₄) par un ajout continu de chaux (WESSLSKY et al., 2009).

La phase aluminate peut contenir plusieurs oxydes en impuretés, en particulier des oxydes alcalins tels que Na₂O et K₂O, mais aussi MgO, Fe₂O3, SiO₂, TiO₂, Cr₂O₃ et ZnO qui provoquent la modification de la symétrie du réseau cristallin de cubique en orthorhombique puis en monoclinique.

L’hydratation du C3A est très importante pour le comportement rhéologique du ciment pendant les premières heures d’hydratation. Cette dernière est influencée par la présence du gypse, car sans sa présence la réaction d’hydratation serait très rapide. 

II.1.6.4. La phase ferri-aluminate (C4AF)

Composée par le ferri-aluminate tricalcique C₄AF (Ca₄Al₂Fe₂O₁₀), elle représente de 5 à 15% de la masse du ciment, et sa teneur en fer et en alumine dépend des matières premières.

La phase ferrite peut insérer aussi des ions étrangers, comme le magnésium.

II.1.6.5. Les sulfates de calcium 

Il existe deux formes naturelles stables de sulfates de calcium :

-         Le sulfate de calcium anhydre, ou anhydrite CaSO₄ ;

-         Le sulfate de calcium dihydrate ou gypse CaSO₄.2H₂O.  

Les sulfates de calcium sont ajoutés au clinker pour retarder la réaction d’hydratation initiale de l’aluminate tricalcique (la prise). 

II.1.6.6. Les phases mineures 

On peut trouver plusieurs types de phases mineures dans un ciment Portland, plus souvent :

-         La chaux (CaO) et la magnésie libre (MgO) :

-         Les alcalins (K2O, Na2O) :.

La composition des clinkers et des ciments peut être évaluée par des ratios calculés ou modules qui tiennent uniquement compte des éléments majeurs. Les plus utilisés sont le facteur de saturation en chaux noté K, le module silicique ou MS et le module aluminoferrique A/F. Ils permettent de préparer et comparer facilement les clinkers. Parmi les formules servant à calculer la teneur en composants cristallins d'après la composition chimique, la formule de BOGUE (1929) donne, À titre d'exemple, pour un clinker normal les relations suivantes:

 

 

-         C3S    :       4.071C – 7.602S – 6.719A – 1.430F

-         C2S    :       8.602S +5.068A + 1.079F – 3.070C

         Ou     :        2.868S – 0.754C3S

-         C3A   :      2.650A – 1.692F

-         C4AF :       3.043F 

Le silicate tricalcique contribue pour une grande part au durcissement du ciment. Des variations d'activité hydraulique et de résistance, liées à des défauts de structure sont observés aux jeunes âges (fig.3)

 

       Figure 3 : allure des phases cristallochimiques dans la résistance du ciment.

 

Un ciment portland peut donc avoir comme formule chimique :

 

 

 

Tableau III : Composition chimique du ciment portland

II.1.7. Propriétés du ciment [CILU]

-            La finesse 

-            La consistance normalisée 

-            La prise  

-            La stabilité 

 

II.1.8. Classification et spécification des ciments 

 

Dans les normes actuelles, les ciments portland sont classifiés en fonction :

 

-         Du type de ciment ;

-         De la classe de résistance ; 

-         De la norme EN 197(4) se substituant officiellement à l’ancienne norme depuis le 01 er janvier 1995 qui tient compte des constituants entrant en jeux dans la composition du ciment. Selon cette norme nous avons 5 grandes catégories des ciments :

 

Tableau IV ; Type de ciments et domaines d’application selon EN 197-1 (4)

Types de ciment	notation	% de clinker	%            Autres composants	Principales utilisations
Ciment portland	CPA-CEM I	Minimum        95%	Maximum 5% de gypse	Béton armé
Ciment portland composé	CPJ-CEM II/A CPJ-CEM II/B	65 à 79% 80 à 94%	Max. 35% de cendres volantes, pouzzolanes, fumées           de silice, laitiers	Travaux         de dallages, route…
Ciment de haut fourneau	CHF-CEM III/A CFH-CEM III/B   CLK-CEM III/C	35 à 64% 20 à 34%       5 à 19%	De 35 à 85% de laitier de haut fourneau     81 à 95% de laitier de haut fourneau	Conviennent aux   travaux soumis à une trop forte augmentation de la chaleur : travaux hydrauliques souterrains, ouvrages massifs, travaux          en eaux agressives.
Ciment pouzzolanique	CPZ-CEM IV/A     CPZ-CEM IV/B	65 à 90%       45 à 64%	10 à 35% de pouzzolane  naturelle   36 à 55% de pouzzolane naturelle
Ciment aux laitiers et aux cendres	CLC-CEM V/A CLC-CEM V/B	40 à 64%           20 à 39%	18 à 30% laitier, et 18 à 30%          de pouzzolane ou           cendre volantes; 31 à 50% laitier et 31 à 50% cendre volante ou pouzzolane

 

 

Trois classes de résistances de ciments sont définies à ce jour : 

-         Classe 32.5

-         Classe 42.5

-         Classe 52.5

Pour toutes les classes de résistances, il existe des ciments à temps de prise normal ou ciment «N» et des ciments à temps de prise rapide dits ciments «R».

 

 

Tableau V : Classes de résistance (EN 197-1 (4)

 

Classe de Résistance	Résistance à la compression en Mpa				Temps de prise (min)	Stabilité   (mm)
	À court terme		courante
	2jours	7 jours	28 jours
32.5N	-	16.0	32.5	52.5	 75	10
32.5R	10.0	-
42.5N	10.0	-	42.5	62.5	 60
42.5R	20.0	-
52.5N	20.0	-	52.2	-	 45
52.5 R	30.0	-

 

 

II.1.9. Hydratation des ciments

Pendant l’hydratation, les constituants anhydres se transforment en composés hydratés.

Deux mécanismes d’hydratation peuvent être observés :

-         Le premier se passe en solution, les composés cimentaires se dissolvent en ions dans la solution et de nouveaux composés se forment par précipitation.

-         Le second correspond à des réactions d’hydratation.

 

 À la fin de l’hydratation du ciment, les principaux hydrates obtenus sont : 

 

-         Le silicate de calcium hydraté ou CSH, généralement amorphes dont le ratio Ca/Si varie. Ils constituent 60 à 70% en masse de la pâte du ciment hydraté.

-         L’hydroxyde de Calcium ou Portlandite (CaOH₂), représente 20 à 30%  en  masse d’une pâte de ciment hydraté.

-         Les Sulfo-aluminates de calcium, l’Ettringite et le monosulfate constituent 5 à 15% de la masse totale.

 

II.1.10. Conséquence de l’hydratation 

L’hydratation du ciment s’accompagne de plusieurs phénomènes chronologiques que nous présentons ci-dessous :

a.   Exotherme des réactions d’hydratation

 

Les réactions d’hydratation sont exothermiques. De plus, le dégagement de chaleur est accéléré par la thermo activation de la prise. Après la prise, la dissipation, la dissipation de cette chaleur ralentit et le matériau cimentaire se refroidit en fonction de son épaisseur, de son isolation et de la température extérieure. 

Le devenu rigide du matériau cimentaire connait une contraction appelée retrait thermique, du à ce refroidissement.

 

b.   Le retrait endogène

  

Le retrait endogène comprend 2 phénomènes : 

L’un     chimique   (retrait      chimique) et     l’autre       physique    (retrait d’autodessication).

Le retrait endogène d’origine chimique a été découvert par Lechatelier en 1900 et porte aujourd’hui son nom : « Contraction de Lechatelier ». 

Lechatelier a montré que lors de l’hydratation, le volume des hydrates formés est plus petit que le volume initial d’eau et de ciment. 

 

Ce phénomène se produit pendant la prise et provoque la diminution de volume comprise entre 8 et 10% de la somme des volumes initiaux du ciment et d’eau.

Il faut noter que la contraction LeChatelier ne dépend pas du rapport E/C. le retrait endogène dû à l’autodessication est une conséquence du retrait chimique.

Il est défini comme la contraction volumique de la pâte de ciment sans échange d’humidité avec le milieu extérieur en conditions isothermes.

 

II.2. LA POZZOLANE NATURELLE 

II.2.I La Pouzzolane Dans  Les Temps

 

Les Grecques et les Romains avaient remarqué que les matériaux issus des activités volcaniques, une fois  moulus et mélangés avec de la chaux, donnaient un mortier avec plus de résistance mécanique et une bonne tenue à l’action de l’eau.

Ils employaient les tufs volcaniques à l’Ile de Santorin.

Les Romains eux aussi utilisaient des tufs volcaniques de la région de Naples.

 

Plus tard, les Romains ont eu une préférence pour un type de roche se trouvant aux environs de la Ville de Pouzzolini d’où le nom Pouzzolane sous lequel était alors connu tout matériau ayant des propriétés similaires

Cette dénomination a donc évolué depuis des temps, et s’applique à un grand nombre de matériaux, de natures diverses, selon la classification donnée par l’organigramme de la figure 2.

La poudre de tuile ou de brique mélangée avec de la chaux en présence de l’eau produit le même effet/Les poudres de la terre cuite fabriquées spécialement pour cet usage sont aujourd’hui appelées Pouzzolane artificielle.

 

II.2.2- Organigramme

 

 

 

Figure 4 : Origine des matériaux Pouzzolaniques

 

II.2.3. Matériaux à propriétés Pouzzolaniques

 

 3.1. Définition

 

Une pouzzolane au sens large est toute substance n’ayant que peu ou pas de propriétés liantes en elle-même, mais une fois mélangée à l’eau et à la chaux, à température ambiante, donne des composés à propriétés liantes.

Une Pouzzolane est, au sens strict, un matériau pyroclastique dû aux projections des éruptions volcaniques basaltique (¹).

Les Pouzzolanes sont composées essentiellement de la silice (SiO₂ et d’alumine

(Al₂O₃).

La partie restante contient des oxydes de fer et d’autres oxydes ainsi qu’un pourcentage de chaux (CaO).

Les Pouzzolanes sont essentiellement rouges ou noires, avec toutes les teintes intermédiaires, exceptionnellement grises.

Les pouzzolanes  les plus acides contenant beaucoup plus de silice et peu de chaux, sont en général les plus vitreuses.

La différence SiO₂-Cao doit être supérieure à 34% pour que la teneur en verre soit appréciable.

Les Pouzzolanes peuvent se définir comme tout matériau, n’ayant pas de propriétés liantes en soi, mais qui, se combinant avec de la chaux, à température ordinaire, et en présence de l’eau, donnent des composés insolubles possédant des propriétés liantes.

Selon la norme ASTM sur les ciments (désignation (340-58T), la définition est presque la même ;

La Pouzzolane se définit comme étant un matériau siliceux ou silicoalumineux, qui ne possède pas des propriétés liantes, mais qui sous forme de poudre très fine et en présence d’humidité, réagit chimiquement avec l’hydroxyde de calcium (CaCoH)₂ à température ordinaire pour former des composés possédant des propriétés liantes.

Les 2 dernières définitions attirent particulièrement l’attention sur le fait que la Pouzzolane est essentiellement définie en fonction de son emploi comme matériau liant et non la nature originale du matériau lui-même, puisque, les phénomènes responsables du durcissement du mélange pouzzolane + chaux du point de vue chimique et physique ne sont pas considérés.

 

  3.2. Types de Pouzzolanes

 

Tel qu’élucidé dans la figure 2, les matériaux Pouzzolaniques sont scindés en 2 grandes familles d’après leurs genèses :

§  Les matériaux naturels et les matériaux artificiels

A. Pouzzolanes naturelles  Elles existent sous forme de : 

     1.  Verres volcaniques

                                     

 (¹) BESSENOUCI MOHAMMED ZAKARIA, Impact et contribution thermo énergétique des matériaux de construction à base pouzzolanique dans L’habitat 2010. Pge 5

2.    Tufs volcaniques

3.    Produits Pyroclastiques

Il sied pour nous d’attirer l’attention des lecteurs, que les expériences réalisées dans le cadre de ce travail sont toutes nouvelles car nous avions échantillonné sur un massif métamorphique en place : « les roches vertes de Gangila » et pas sur des projections volcaniques comme énoncé ci-haut dans la littérature.

 

B. Pouzzolane artificielle

 

Les Pouzzolanes artificielles sont des résidus de certaines industries, telles que les cendres volantes des centrales thermiques et la fumée de silice, qui renferment une quantité importante de silice et d’alumine réactives.

Parmi ces matériaux nous pouvons citer : les cendres volantes, les laitiers granulés de haut fourneau (LGHF), les argiles calcinées et les fumées de silice.

 

II.2.4. L’Activité pouzzolanique

L’activité pouzzolanique c’est l’aptitude d’un matériau à fixer l’hydroxyde de calcium (chaux hydratée) et à faire prise sous l’eau à des températures ordinaires et  en un temps raisonnable. Cette aptitude est dite Pouzzolanicité ».

Cette valeur intrinsèque se constate  à des degrés variables pour des matériaux riches en silice, qu’ils soient d’origine naturelles (diatomites, cendres volcaniques…) ou artificielles (Cendres volantes, fumées de silice, argile calcinée…).

 

L’activité pouzzolanique se caractérise par deux (2) aspects distincts :

§  La quantité totale d’hydroxyde de calcium qu’une pouzzolane est capable de fixer ;

§  La rapidité de fixation de l’hydroxyde de calcium par la pouzzolane. L’influence de la silice et de l’alumine ne peut pas être négligée ; la silice participe dans la fixation de la chaux et l’alumine augmente  la résistance mécanique du matériau à court terme.

En réagissant  avec l’hydroxyde des calciums, la pouzzolane donne des « Hydrates » qui durcissent en présence de l’eau à température ambiante.  Néanmoins, lors de cette substitution, deux (2) cas peuvent se poser :

1.  Cas de l’excès en hydroxyde de calcium (solution à calcium élevé et pH constant) ;

 

- Les ions atteignent la saturation beaucoup plus rapidement que les hydrates ;

- La vitesse de précipitation des hydrates est supérieure à celle de la dissolution de la pouzzolane. Les hydrates précipitation sur la pouzzolane de la solution et conduit à un blocage cinétique de la réaction si cette couche n’est pas éliminée.

 

2. Cas de l’excès en pouzzolane (Solution insaturée et pH faible)

 

Nous obtenons une solution insaturée et donc un pH faible ce qui entraîne un blocage dans la dissolution de la Pouzzolane.

Or, la dissolution de la Pouzzolane engendre la consommation des ions hydroxydes et des ions calcium.

 

II.2.5. Réaction Pouzzolanique

Les pouzzolanes naturelles contiennent de 60-85% de silice (Si0₂) d’alumine (AL₂0₃) et d’oxyde de fer (Fe2O3) (BESSENOUCCI, 2010).

En présence d’eau et de chaux, à des températures ordinaires, comme mentionné par la norme ASTM C125-07, elles vont former des silicates de calcium hydratés, semblables à ceux produits par l’hydratation du silicate tricalcique (C₃S) (C₃A. S_i0₂), composé principal du ciment portland.          Les réactions pouzzolaniques et hydrauliques peuvent s’écrire globalement comme suit :

v Ca0 + S_i0₂ + H₂0    ͢ CSH

   (Réaction pouzzolanique)

 

v 3 Ca0.S_i0₂ + H₂0    ͢ SCH + Ca (0H)₂  (Réaction d’hydratation du ciment portland).

 

Nous remarquons donc que la réaction pouzzolanique consomme de l’hydroxyde calcium ou «Portlandite », C_a (0H)₂, contrairement à l’hydratation du clinker qui en libère.

Massaza (²) a montré que la réaction pouzzolanique ne se produit que lorsque la silice et l’alumine sont constitutives de « Phases vitreuses » ou « amorphes », à la seule exception des zéolites qui sont des minéraux cristallisés. 

 

 

 

 

                                     

(²) Chemistry of pouzzolanic additions and mixed cements, in 6th international Congress on the        Chemistry of cement, Moscou, September 1974.

  II.2.6. Produits de la réaction Pouzzolanique

 

G. Malguori, dès 19630 (³) avait compilé des nombreux résultats d’études menées sur les produits de la réaction. 

Il recensait :

§ Silicate de calcium hydraté (CSH) ;

§ Aluminate tetracalcique hydraté (C₄ AH₁₃) et sous certaines conditions ; § Ettringite (3C_a0.AL₂0₃.3S0₄ C_a, 32H₂0).

§ Monosulfo – aluminate (3C_a0.AL₂0₃. C_aS0_4, L₂ H₂0).

Roger Dron résume, au moyen d’un diagramme du système CaO-Al2O3SiO2-H2O, les aires de répartition des produits de la réaction pouzzolanique.

Ca(OH)    

 

                      

   Figure 5 : Diagramme d’hydratation du Figure 5 : allure des phases cristallochimiques dans la résistance du ciment.

 

Compte tenu du fait que la réaction pouzzolanique consomme de l’hydroxyde de calcium, les méthodes chimiques généralement utilisées pour évaluer l’activité pouzzolanique d’un matériau consiste à déterminer la quantité de chaux fixée par ce matériau après un certain temps, ou à déterminer le taux de silice ou d’alumine (active) solubilisé par un traitement approprié.

 

De manière générale, les paramètres influençant les réactions pouzzolaniques sont la nature des phases actives et leur proportion :

                                     

(³) Malquori  G. Portland - Pouzzolan cement, international Symposium on the chemistry of cement        4, Washington, D.C, Paper VIII-3,2, Pg 983-1006, 1960.

-      La teneur en SiO2 ;

-      Le rapport chaux/pouzzolane dans le mélange ; 

-      La durée de cure ;

-      La finesse de la pouzzolane ; - Le rapport E/C du mélange ; - La température.

 

II.2.7. Condition de pouzzolanicité et indice de pouzzolanicité

 

La norme ASTM 618 définit 3 conditions pour qu’un matériau soit dit « Pouzzolanique » à savoir : 

-      SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 > 70%

Il faut impérativement que la somme des oxydes majeurs soit élevée, car ils participent au renforcement des résistances mécaniques et aux attaques chimiques et la durabilité, à la réduction des réactions alcalis-agrégats et du retrait du au séchage. 

-      SiO2 – CaO ≈34%

  «34% », cette valeur détermine la teneur en verre du matériau (la vitrosité). - 0,67 ≤ IP <1

IP : indice de pouzzolanicité ou indice d’activité pouzzolanique est un rapport entre la valeur de la contrainte de résistance à la compression d’un mortier contenant des proportions de pouzzolane naturelle de 28 jours et un mortier témoin de qualité ordinaire de même âge.   

IP=résistance du mortier à substitution/résistance du mortier témoin.

 

II.2.7. Effet de la pouzzolane

La pouzzolane confère aux bétons les propriétés suivantes :

 

•    À l’état frais

 

Les pouzzolanes améliorent l’ouvrabilité, la plasticité, la rétention d’eau et une bonne homogénéité couplée à une réduction de la tendance au ressuage. Elles réduisent la chaleur d’hydratation, cet effet se traduit par une réduction sensible de la fissuration.

 

 

 

 

•    À l’état durci  

 

Les pouzzolanes améliorent la cohésion interne ainsi qu’une augmentation de compacité de la pâte de ciment. La réduction de porosité qui en découle pour toute la matrice ciment se traduit par une série d’effets favorables :

-      Accroissement de la résistance finale ; 

-      Légère diminution du retrait et fluage ;

-      Réduction de la perméabilité à l’eau jusqu’à des valeurs d’étanchéité ;

-      Amélioration de la résistance aux sulfates, aux chlorures et à d’autres types d’agressions chimiques ;

-      Protection des armatures contre la corrosion ;

-      Une réduction générale de la teneur en hydroxyde de calcium dans le béton avec deux conséquences bénéfiques ;

-      Une réduction notable du risque d’apparition d’efflorescence de chaux sur les faces exposées du béton ;

-      Une très nette amélioration de la résistance du béton aux eaux douces ;

Les ciments pouzzolaniques trouvent encore un domaine d’application beaucoup plus important dans la construction des ouvrages hydrauliques (barrages, batardeaux, ponts…)

 

En effet, pour limiter l’échauffement lors de la prise du béton, il est recommandé d’utiliser un ciment à faible dégagement de chaleur tels que les ciments pouzzolaniques et/ou les ciments au laitier des hauts fourneaux.

 

Une des caractéristiques de ces ciments est que « la prise s’effectue plus lentement » que pour un ciment usuel, ce qui retarde par conséquent le décoffrage.

En outre, les résistances à la compression à 90 jours sont sensiblement basses. Par contre la maturation du béton continue à évoluer et les résistances finales sont beaucoup plus satisfaisantes (Balissat.M).

 

L’échauffement plus lent rend plus efficace les mesures de refroidissements artificiels, et les températures maximales observées sont lus basses qu’avec des ciments usuels.

 

Un des autres avantages est que la maturation du béton est lente, le retrait s’effectue sur un béton peu déformable et la fissuration est réduite au mieux.

 

CHAP. III : PRÉSENTATION DES DONNÉES DE TERRAIN ET DES RÉSULTATS D’ANALYSES EN LABORATOIRE

 

1. Présentation des données de terrain

 

2. Analyses et essais sur la roche 

 

1. Microscopie

2.   Los Angeles

3.   RC

4.   Voie chimique

5.   Xrf

6.   Xrd

7.   Confection des briquettes destinées aux essais de contrôle-qualité du ciment

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III.1. Présentation des données de terrain  

 

Dans l’intérêt de trouver un matériau présentant des propriétés pouzzolaniques afin de répondre aux objectifs que nous nous sommes assignés au début de ce travail, nous nous sommes penchés sur la géologie de la ville de Matadi et ses environs compte tenu de la diversité des roches qu’ils renferment.

 

La littérature nous a permis de porter notre choix sur les Roches Vertes de Gangila qui affleurent dans la ville de Matadi, ses environs, le village de Nsanda et le village de Gangila où ce faciès a été décrit pour la première fois.

 

L’ensemble des travaux que nous avions effectués sur terrain s’est focalisé sur le levé géologique et  la description pétrographique de dix (10) échantillons prélevés.

 

Les stations d’observation et les échantillons prélevés pour des fins d’études en laboratoire codés  selon les lettres initiales de nos noms MM (MJ) ont été reporté sur un fond topographique et sur une carte géologique (fig 6, fig 7).

 

Nous vous présentons ci-dessous ces dites descriptions (macroscopiques et microscopiques) couplées aux coordonnées géographiques et mesures structurales de certains éléments structuraux repérés sur le terrain. 

 

Figure 6 : fond topo de la ville de la ville de Matadi et de ses environs.

 

 

 

Ø 1^ère Station MM1A  

 Coordonnées Géographiques 

-    Longitude: 13° 27’ 37’’

-    Latitude: 05° 47’ 56.4’’

-    Altitude: 13m

-    mesure structurale : N50/70NW

                                N47/68NW

•      Description macroscopique

Nous observons un échantillon de roche de couleur verte très massif à grains plus ou moins fins. Nous pouvons aussi remarquer sur la même station, une alternance des bancs massifs et des bancs schisteux à grains très fins de couleur verdâtre et devenant rougeâtre par altération.

 

                                         Image 2 : échantillon de la 1^ère station MM1  

Ø 2^ème  Station MM2

•      Coordonnées Géographiques

-    Longitude : 5°49’11’’ -  Latitude 13°26’10,9’’

-    Altitude 85m

-    Mesures structurales : N48°/ 72NW

                                   N56°/70NW 

•      Description macroscopique

Nous pouvons remarquer la présence des minéraux à grains moyens de couleur verte et les minéraux sombres issus de la recristallisation qui remplissent des vides (pores) dus au dégazage.  Les minéraux de fer sont  aussi remarquables.

 

 

                                               Image 3 : échantillon de la 2^ème station MM2

Ø 3^ème  Station MM3

•      Coordonnées Géographiques

-    Longitude  5°49’5,6’’

-    Latitude 13°26’15,7’’

-    Altitude 99m

-    Mesures structurales : N42°/60NW

•      Description macroscopique

 Roche verte se présentant sous forme de banc massif boudiné dans les bancs schisteux à minéraux fins et clivage imparfait. 

 

                                                         Image 4 : échantillon de la 3^ème station

Ø 4^ème Station MM4

•      Coordonnées Géographiques

-  Longitude 5°48’35,3’’

-  Latitude 13°25’47,5’’

-  Altitude 110m

•      Description macroscopique

Roche verte à aspect massif ayant une granulométrie de taille moyenne, très riche en minéraux verts. Dans les interstices, on retrouve les minéraux clairs.

 

                                               Image 5 : échantillon de la 4^ème station MM4

Ø 5^ème Station MM5

•      Coordonnées Géographiques

-       Longitude  5°47’33,8’’

-       Latitude 13°26’58,26’’

-       Altitude 134m

•      Description macroscopique

Nous observons des minéraux recristallisés et une abondance en minéraux sombres.

 

 

 

Image 6 : échantillon de la 5^ème station MM5

Ø 6^ème  Station MM6

 

•      Coordonnées géographiques

-       Longitude 5°47’26,52’’

-       Latitude 13°27’3,24’’

-       Altitude 148m

-       Mesures structurales : N60°E/70NW.

 

•      Description macroscopique

Roche de couleur verte sur laquelle on observe une recristallisation des minéraux de quartz ainsi que les minéraux de fer de coloration rougeâtre.

 

Ø 7^ème Station MM7

 

•      Coordonnées Géographiques

-      Longitude 5°48’26’’

-      Latitude 13°27’3,5’’

-      Altitude 156m

-      Mesures structurales : N34°E/18°NW

  Description macroscopiques

 

La présence des amygdales est  signalée et certains minéraux de recristallisation. La roche présente une coloration verdâtre.

 

 

Ø 8^ème Station MM8

•      Coordonnées Géographiques

-       Longitude 5°47’24’’

-       Latitude 13°27’3,96’’

-       Altitude 156m

-       Mesures structurales : N172°/86°SW

 

•      Description macroscopique

 

Roche verte massive et compacte à grains très fins, et localement des minéraux opaques de couleurs jaunâtre et sombre. Elle présente un clivage de fracture et un débitage en en bloc.

 

    

 

 

 

                                                    Image 9 : échantillon de la 8^ème station

                                                                                                                  MM8

Ø 9^ème Station MM9

 

•      Coordonnées Géographique

-       Longitude 5°49’16’’

-       Latitude 13°26’2’’

-       Altitude 201m

-       Mesures structurales : N24°E/80°NW  

 

 

•      Description macroscopique 

Roches vertes massives et très compactes à minéraux très fins et présentant un clivage de fracture intercalées par des bancs des roches schisteuses.                             

 

 

                                      Image 10 : échantillon de la 9^ème station

Ø 10^ème Station MM10

•      Coordonnées géographiques

-       Longitude 5°47’56’’

-       Latitude 13°26’9,27’’

-       Altitude 292m

     -Mesures structurales : N92°/80°NE.

 

•      Description macroscopique 

 

Nous observons un banc massif à grains fins de couleur noirâtre, présentant un débit en fracture et une abondance des minéraux sombres.

 

Image 11 : échantillon de la 10^ème station MM10  

 

 

 

Figure 7 : carte géologique de la ville de Matadi et ses environs

 

 

III.2. Analyses et essais sur la roche  

2.1. Microscopie

 

a. Lame mince MM1

•      Texture : Grano-lépidoblatsique

•      Description microscopique

 

Au microscope, la roche MM1 est constituée essentiellement des cristaux trapus de hornblende verte de teinte jaunâtre du 1^ier ordre au bleu du 2^ième ordre (LPA) et des teintes vert, vert brunâtre à jaunâtre (LPNA) à l’intérieur desquels s’observent des amas arrondis à cristaux xénomorphes de quartz de teinte blanche ou grise (LPA) et incolore (LPNA). À l’intérieur des amas quartzeux, on observe des aiguilles de hornblende verte. La roche renferme également des cavités. 

 

•      Nomenclature : Amphibolite    

                                                

Horneblend

            Image 12a : vue de la lame mince MM1 en                       Image 12b : vue de la lame mince MM1 en lumière     

    lumière polarisée.                                                          polarisée naturelle analysée.

 

 

b. Lame mince MM2

•      Texture : Lépidoblastique

•      Description microscopique

 

Au microscope, la roche MM2 présente une schistosité confuse mise en évidence par l’alignement des trainées de biotite et des cristaux aciculaires de hornblende verte entre lesquels s’intercalent des cristaux xénomorphes de quartz et des cristaux trapus de hornblende verte. Les cristaux de hornblende présente des teintes jaune du 1^ier ordre au bleu du 2^ième ordre en LPA  et des teintes verte à brunâtre en LPNA, ceux de biotite sont brun sombre.

 

                c. Lame mince MM3                 

•      Texture : Grano-nématoblastique

•      Description microscopique

 

Au microscope, la roche MM3 présente une texture Grano-nématoblastique mise en évidence par le mélange des cristaux trapus et aciculaires de hornblende verte de teinte jaune du 1^ier ordre au bleu du 2^ième ordre en LPA et des teintes vert brunâtre, vert jaunâtre et vert olive en LPNA. Entre ces cristaux, s’observent des amas informes à cristaux xénomorphes, Subautomorphes à automorphes de quartz de teinte blanche ou grise en LPA et incolore en LPNA. 

 

•      Nomenclature : Amphibolite

 

                          lumière polarisée analysée.

d.   Lame mince MM4                       lumière naturelle polarisée analysée.

•      Texture : Grano-nématoblastique      

•      Description microscopique

 

Au microscope, la roche MM1 présente une foliation confuse qui se remarque par l’alternance des zones à cristaux trapus de hornblende verte de teinte jaune du 1^ier ordre au bleu du 2^ième ordre en LPA avec des zones à cristaux aciculaires de teinte verdâtre (LPA). En LPNA, cette hornblende verte présente des teintes verte et vert jaunâtre à vert brunâtre. Parallèlement, aux amas allongés, s’alignent des amas allongés de quartz de teinte blanche ou grise (LPA) et incolore (LPNA). 

 

•      Nomenclature : Amphiboloschiste  

               Image 15a : Vue de la lame mince MM4 en   Image 5b : Vue de la lame mince MM4 en   

 

                                 lumière polarisée analysée.                     lumière naturelle polarisée analysée.

 

e.    Lame mince MM7

•      Texture : porphyroblastique

•      Description microscopique

 

Au microscope, la roche MM7 est essentiellement constituée de très petits  cristaux de quartz à l’intérieur desquels sont enclavés des porphyroblastes de plagioclase et des amas lenticulaires à cristaux moyens de quartz alignés parallèlement aux trainées de biotite. Les porphyblastes de plagioclase sont automorphes et caractérisés par leurs macles polysynthétiques (LPA) et incolore (LPA), Les petits cristaux de quartz sont xénomorphes et les moyens sont subautomorphes avec des teintes blanches ou grises (LPA) et incolore (LPNA) tandis que la biotite en trainée est de teinte brun sombre (LPA) et brun clair (LPNA).

 

•      Nomenclatue : Biotitoschiste                                                                      

 

 

Image 16a : Vue de la lame mince         Image 8b      : Vue de la lame mince MM7 en    MM7 en    lumière polarisée analysée.       lumière naturelle polarisée analysée.

f.     Lame mince MM8      

 

•      Texture : Grano-nématoblatsique

•      Description microscopique 

 

Au microscope, la roche MM8 est faite essentiellement de très petits cristaux trapus de hornblende verte de teinte jaune du 1^ier ordre au bleu du 2^ième ordre (LPA) et de teinte verdâtre (LPNA) renfermant des amas à cristaux automorphes et xénomorphes de quartz de teinte blanche ou grise (LPA) et incolore (LPNA). La roche présente une schistosité mise en évidence par l’alignent des cristaux de biotite de teinte brun sombre (LPA et LPNA) et des cristaux de hornblende verte.

 

•      Nomenclature : Amphiboloschiste.

                            

 

Image 17a       : Vue de la lame mince MM8 en        Image 17b : Vue de la lame mince MM8 lumière polarisée analysée.          en  lumière naturelle polarisée analysée.

         

g.   Lame mince MM          8

•      Texture : Grano-nematoblastique

•      Description microscopique 

 

Au microscope, la texture Grano-nématoblastique se remarque par un mélange des cristaux aciculaires et trapus de hornblende verte présentant des teintes sombres du 2^ième ordre (LPA) et vert à vert brunâtre (LPNA), des cristaux allongés de biotite de teinte brun sombre (LPA) et brun clair (LPNA) et des cristaux sub-automorphes à xénomorphes de quartz (LPA) et incolore (LPNA). Localement, la roche renferme des amas à cristaux automorphes de clinopyroxène de teinte bleu du début du 1^ier ordre au violet du début du 2^ième ordre (LPA) et incolore (LPNA).

 

•      Nomenclature : Amphibolite 

 

 

h.   Section polie MM2

•      Description microscopique

 

Image 19a : section polie MM2 en lumière           Image 19b : section polie MM2 en lumière

                                   réfléchie analysée                                                                   réfléchie non analysée

 

Au microscope métallogénique, la section polie de l’échantillon MM2 présente des cristaux prismatiques à rectangle de pyrite de teinte jaune terne (en LPA) et jaune laiton (en LPNA).

 

 

 

 

i.     Section polie MM4

 Description microscopique

                   

     Image 20a : section polie MM2 en lumière        Image 20b : section polie MM2 en lumière

                                     réfléchie analysée                                           réfléchie non analysée

    

Au microscope, la section MM4 présente des amas allongés et

informes d’or en dissémination dans une gangue. En lumière réfléchie analysée et non analysée, ces amas de l’or présente des teintes jaunes dorées et parfois jaunes dorées et vives. 

 

2.2. Essai Los Angeles 

Il s’agit d’un essai qui permet de mesurer les résistances combinées aux chocs et à la détérioration progressive par frottement réciproques des éléments d’un granulat.

Selon la norme Européenne EN 1097-2, ce mode opératoire s’applique aux granulats utilisés pour la construction des chaussées et des bétons hydrauliques

•       Principe de l’essai

Cet essai permet la mesure de proportion pondérale des éléments inférieurs à 1.6mm ; cette proportion est produite par la fragmentation du matériau testé suite au choc des boulets normalisés dans un cylindre en 500rotation durant 15minutes.

Six classes granulaires sont à produire pour cet essai dont :

•       4mm-6.3mm : Classe D/ 40<LA<50 ;

•       6.3mm-10mm : Classe C/ 35<LA<40 ;

•       10mm-14mm : Classe B/ 30<LA<35 ;

•       10mm-25mm : Classe A/ LA<30 ; à ce niveau c’est avec 100tr/15min  25mm- 30mm

 

Tableau VI : Essai Los Angeles

Classe (mm)	granulaire	Masse de l’échantillon (g)	Nombre de Boulets
6-6.3		5000	7
6.3-10		5000	9
10-14		5000	11
10-25 16/25]	[10/16      et	2000	11
16-31.5		2000-3000	12
25-50		2000 - 3000	12

 

Avec LA : la résistance à la fragmentation par chocs et par frottement réciproques des éléments du granulat.

 

                 

Image 21 : Concassé 10-25mm pour Los-Angeles.

 

               

Image 22 : Pesé des granulats pour évaluation aux chocs

 

Resultats des echantillons MM1 et MM7

a. Pour l’échantillon MM1

•       LA __ passant *100_%

                                              Echantillon        

•       LA50005000gr4111gr gr *100% 17.78%

•       Le résultat devant toujours être arrondi à l’unité

LA18

 

Tableau VII : Résultat los angeles MM1

 

Essai de Résistance à l’abrasion (LOS ANGELES)	Laboratoire :Génie-Civil/Polytechnique
Identification de l’échantillon : MM1 Classe granulaire :  10-25	Date : 16.Avril 2019 Opérateur :…………………………..
Nombre de boulets	11
Masse sèche de l’échantillon	5000gr
Refus au tamis de 1.6mm	4111gr
Tamisat au tamis 1.6mm	889gr
Coefficient Los Angeles   LA	18 %
Classe du matériau suite à son LA<30	CLASSE A

 

b.Pour l’echantillon MM7

•       LA  passant *100%

                                              Echantillon        

                                              5000gr^{3129        }

•       LA_     5000gr          *100_%  37.4%

•       Le résultat devant toujours être arrondi à l’unité

          LA34

 

 

 

                                         Tableau VIII : Resultat los angeles MM7

Essai de Résistance à l’abrasion (LOS ANGELES)	Laboratoire :Génie- Civil/Polytechnique
Identification de l’échantillon : MM1 Classe granulaire : 10-25	Date : 16.Avril 2019 Opérateur :…………………… ……
Nombre de boulets	11
Masse sèche de l’échantillon	5000gr
Refus au tamis de 1.6mm	3129gr
Tamisat au tamis 1.6mm	1871
Coefficient Los Angeles   LA	18 %
Classe du matériau suite à son LA<30	CLASSE C

 

2.3. Essais R.C (Résistance à la Compression)

 Définition et Principe de l’essai

L’essai de compression dit RC est l’effort de compression uniaxial atteint à la rupture complète du matériau.

Elle est la capacité d’un matériau ou d’une structure à supporter les charges qui tendent à réduire sa taille par compression (écrasement).

 

Pendant l’essai, l’échantillon se raccourcit et s’élargit. La déformation relative est « négative » en ce sens que la longueur de l’échantillon diminue. La compression tend le plus à amplifier les irrégularités latérales de l’échantillon et, au-delà d’une contrainte critique, l’échantillon peut fléchir puis se rompre.

 

La préparation de l’échantillon à écraser  commence par un carottage dans la roche sélectionnée pour cet essai (MM7 ou MJ)

 

 

Image 23: carottage du MM7

 

 

Image 24: Produits de l’opération de carottage.         

 

Image 25 : essai à la compression du MM7

 

 

Image 26 : Pesé de la carotte.

 

     

 

 

 

 Résultat

 

                Tableau IX : Mesure des dimensions, masses et charges de rupture                       

                                                                          de  la carotte

	DIMENSIONS (cmXcm)	MASSE (gr)	CHARGE DE RUPTURE (kN)
MJ7	5.6X5.6	438	260

                            Tableau X : Résistance à la compression des carottes

         

ECH	AIRE DE LA SURFACE (Cm2)	CHARGE (kN)	RESISTANCE (MPa)
MJ7	24.6	260	105.6
			105.6

 

v Résistance à la compression uni-axiale de la roche : 105.6MPa

 

2.4. Analyses par voie chimique (titrimétrie)

 

L’analyse quantitative telle que pratiquée au laboratoire de chimie de la cimenterie de Lukala, permet de déterminer la concentration des différents éléments ou composés recherchés.                    

C’est la mesure des quantités d’éléments ou des composés présents dans un volume.         

                                  Pour l’échantillon MM2

Tableau XI : Résultats de l’analyse par voie chimique de l’échantillon MM2 fournis par le laboratoire de chimie à la cimenterie de Lukala.

Oxydes	teneur des oxydes en %
SiO2	48.55
Al2O3	17.21
Fe2O3	15.22
CaO	10.67
MgO	6.20
Na2O	-
K2O	-
SO3	-
MnO	-
P2O5	-

Pour l’échantillon MM1

Tableau XII : Résultats de l’analyse par voie chimique de l’échantillon MM1 fournis par le laboratoire de chimie à la cimenterie de Lukala.

Oxydes	Teneur          des oxydes en %
SiO2	49.53
Al2O3	16.23
Fe2O3	14.30
CaO	11.02
MgO	5.45
Na2O	-
K2O	-
SO3	-
MnO	-
P2O5	-

 

Pour l’échantillon MM3

Tableau XIII : Résultats de l’analyse par voie chimique de l’échantillon MM3 fournis par le laboratoire de chimie à la cimenterie de Lukala.

Oxydes	Teneur          des oxydes en %
SiO2	45.15
Al2O3	17.80
Fe2O3	15.61
CaO	9.30
MgO	6.69
Na2O	-
K2O	-
SO3	-
MnO	-
P2O5	-

                                  

 

 

 

 

 

Pour l’échantillon MM9

Tableau XIV : Résultats de l’analyse par voie chimique de l’échantillon MM9 fournis par le laboratoire de chimie à la cimenterie de Lukala.

Oxydes	Teneur          des oxydes en %
SiO2	45.16
Al2O3	16.09
Fe2O3	13.63
CaO	18.67
MgO	1.35
Na2O	0.7
K2O	-
SO3	-
MnO	-
P2O5	-

 

Pour l’échantillon MM7

Tableau XV : Résultats de l’analyse par voie chimique de l’échantillon MM7 fournis par le laboratoire de chimie à la cimenterie de Lukala.

Oxydes	Teneur          des oxydes en %
SiO2	35.80
Al2O3	16.49
Fe2O3	13.01
CaO	17.79
MgO	1.54
Na2O	-
K2O	-
SO3	-
MnO	-
P2O5	-

                                

                               

 

 

 

 

Pour l’échantillon MM8

Tableau XVI : Résultats de l’analyse par voie chimique de l’échantillon MM8 fournis par le laboratoire de chimie à la cimenterie de Lukala.

Oxydes	Teneur          des oxydes en %
SiO2	45.80
Al2O3	17.01
Fe2O3	13.96
Cao	17.56
MgO	1.69
Na2O	-
K2O	-
SO3	-
MnO	-
P2O5	-

 

Nous remarquons que l’analyse chimique ainsi faite ne renseigne pas sur la teneur de tous les éléments constitutifs de la roche.

 Pour pallier à ce déficit, nous ferons appel à l’analyse par fluorescence aux rayons X, qui est une technique beaucoup plus moderne utilisée dans les domaines où les échantillons  sont difficiles à minéraliser, où les techniques conventionnelles deviennent longues, couteuses, utilisant des acides forts come HF, ou conduisant des minéralisations incomplètes.

 

2.5. Analyse par fluorescence aux rayons X

 Généralités sur xrf

La fluorescence X est une technique très répandue pour l’analyse des matériaux solides ainsi que pour la stabilisation d’éléments volatils. Cette méthode peut être utilisée pour des matériaux variés : minéraux, céramiques, ciments, métaux, huiles, verres…sous forme solide ou liquide.

Elle permet l’analyse  de tous les éléments chimiques du Béryllium (Be) à l’Uranium (U) dans des gammes de concentration allant de quelques ppm à 100% avec des résultats précis et surtout reproductibles.

 

La préparation des échantillons peut être réalisée sous forme de pastille comme sous forme de perle de verre à base de borate.  La perle de verre sera toujours préférée lorsque les éléments légers (du symbole chimique Na jusqu’à Fe) doivent être mesurée avec la plus haute précision (Marie-Louise et al., 2015)

 

 

Image 27: Perle MM1

 

 

 Résultat 

 

Pour l’échantillon MM2

Tableau XVII : Résultats de l’analyse par fluorescence aux rayons X de l’échantillon MM2 fournis par le laboratoire physico-chimique de la cimenterie de Lukala.

Oxydes	Teneur           des oxydes en %
SiO2	41.89
Al2O3	13.53
Fe2O3	17.79
CaO	10.15
MgO	6.12
Na2O	1.93
K2O	0.17
SO3	0.05
MnO	0.26
P2O5	0.18

Pour l’échantillon MM1

Tableau XVIII : Présentant les résultats de l’analyse par fluorescence aux rayons X de l’échantillon MM1 fournis par le laboratoire physico-chimique de la cimenterie de Lukala.

 

Oxydes	Teneur           des oxydes en %
SiO2	42.49
Al2O3	12.76
Fe2O3	14.24
CaO	16.12
MgO	2.65
Na2O	0.08
K2O	0.10
SO3	0.06
MnO	0.18
P2O5	0.18

                          

Pour L’échantillon MM3

Tableau XIX : Présentant les résultats de l’analyse par fluorescence aux rayons X de l’échantillon MM3 fournis par le laboratoire physico-chimique de la cimenterie  de Lukala.

Oxydes	Teneur           des oxydes en %
SiO2	52.99
Al2O3	20.64
Fe2O3	23.47
CaO	9.79
MgO	9.15
Na2O	1.13
K2O	0.20
SO3	0.04
MnO	0.27
P2O5	0.27

                          

Pour l’échantillon MM9

Tableau XX : Présentant les résultats de l’analyse par fluorescence aux rayons X de l’échantillon MM9 fournis par le laboratoire physico-chimique de la cimenterie de Lukala.

Oxydes	Teneur           des oxydes en %
SiO2	45.11
Al2O3	17.28
Fe2O3	14.66
CaO	8.56
MgO	2.10
Na2O	0.05
K2O	0.07
SO3	0.08
MnO	0.15
P2O5	0.17

                        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pour L’échantillon MM8

Tableau XXI : Résultats de l’analyse par fluorescence aux rayons X de l’échantillon MM8 fournis par le laboratoire physico-chimique de la cimenterie de Lukala.

 

Oxydes	Teneur           des oxydes en %
SiO2	48.28
Al2O3	16.18
Fe2O3	12.20
CaO	6.99
MgO	1.59
Na2O	0.55
K2O	0.06
SO3	0.01
MnO	0.3
P2O5	0.11

        

Pour l’échantillon MM7A

 

Tableau XXII : Résultats de l’analyse par fluorescence aux rayons X de l’échantillon MM7 fournis par le laboratoire physico-chimique de la cimenterie de Lukala.

                    

Oxydes	Teneur           des oxydes en %
SiO2	44.83
Al2O3	18.03
Fe2O3	14.09
CaO	7.95
MgO	2.63
Na2O	0.05
K2O	0.07
SO3	0.03
MnO	0.33
P2O5	0.26

Les analyses chimiques (voie chimique et xrf) sont nécessaires mais pas suffisantes dans ce cadre. Elles donnent la composition élémentaire de l’échantillon indépendamment des phases cristallines. Elle doit de ce fait, dans le cadre de cette étude, laisser place à la diffraction aux rayons X et à la confection des mortiers afin de définir l’indice de pouzzolanicité de la roche.

 

Image 28 : Spectromètre à fluorescence X

 

 

2.6. Analyse par diffraction aux rayons X (XRD)

Généralités sur xrd

Il s’agit d’une technique d’étude qui renseigne sur les structures cristallines qui forment le matériau analysé.

Elle permet de reconnaitre des produits ayant la même composition chimique brute, mais une forme de cristallisation différente (phénomène de polymorphisme).

Ici l’échantillon réduit en poudre, (80µm à l’aide du broyeur de marque RETSCH) et est placé dans un diffractomètre à proton qui fournira les informations dans les 16 minutes suivant le début d l’opération.

Seuls les échantillons MM1, MM2 et MM3 ont été choisi pour l’analyse par diffraction aux rayons dans le cadre du présent travail.

 

 Résultat

Pour l’échantillon MM1

 

Tableau XXIII : Résultats de l’analyse par diffraction aux rayons X de l’échantillon MM1fournis par le laboratoire physico-chimique de la cimenterie de Lukala.

 

Phases cristallochimiques	Teneur en %
C3S	4.66
C2S	3.68
C4AF	14.04
C3A	6.50
Magnésie	4.36
Chaux        libre	5.25

 

                Pour l’échantillon MM2

Tableau XXIV : Résultats de l’analyse par diffraction aux rayons X de l’échantillon MM2 fournis par le laboratoire physico-chimique de la cimenterie de Lukala.

Phases cristallochimiques	Teneur en %
C3S	3.63
C2S	9.31
C4AF	16.33
C3A	6.74
Magnésie	5.47
Chaux libre	5.25

                 

 

Pour l’échantillon MM3

Tableau XXV : Résultats de l’analyse par diffraction aux rayons X de l’échantillon MM3 fournis par le laboratoire physico-chimique de la cimenterie de Lukala.

Phases cristallochimiques	Teneur en %
C3S	4.27
C2S	3.99
C4AF	11.72
C3A	6.07
Magnésie	3.40
Chaux libre	3.82

 

 

 

Image 29 : Diffractomètre à protons.

 

2.7. Confection de briquettes destinées aux essais de contrôlequalité du ciment

 

 Présentation du Laboratoire

Le laboratoire contrôle-qualité garantit l’excellence du produit final. 

Le contrôle de la qualité du ciment intervient à toutes les étapes de sa fabrication cad des analyses sont faites sur la (les) « roche (s) », le « cru », le « clinker » et le « ciment », produit final de la chaine d’opération.

Excepté la confection de briquettes destinées aux essais de compression et de flexion, le laboratoire contrôle-qualité vérifie aussi beaucoup d’autres paramètres du ciment à savoir :

-         La consistance normalisée ; 

-         La densité ;

-         Le temps de début et de fin de prise ;

-         La finesse ;

-         La stabilité ; 

-         Le poids apaisé ;

-         Le poids spécifique ;

-         La surface spécifique (Blaine) ;

-         Les résistances à plusieurs échéances (2, 7, 14, 21, 28).

 

 Préparation de l’échantillon 

Nous signalons aux lecteurs que pour le présent travail, la substitution se fait à 25% sur un ciment 52.5N.

Pour façonner les éprouvettes, on pèse toujours 450gr de ciment soit le 1/3 de la masse du sable normalisée.

 Avec la substitution de 25% de cette masse (450gr) par la roche étudiée, nous avons les valeurs :

-         450 x 75 =337.5gr

            100

-         450 x 25 =112.5gr

            100

Après mélange des 2 matériaux qui doivent être bien homogénéisé pour ne pas altérer les résultats finaux, il faut encore mélanger le ciment composé obtenu avec du sable normalisé et de l’eau à des certaines proportions.

Ø Le sable normalisé

Il s’agit d’un mélange des sables naturels, siliceux, composé des matériaux de granulométrie différente

 

 

 

Image 30 : Sable normalisé en sachet de 1350gr .

 

Tableau XXVI : Tailles et population dans le sable normalisé.

Dimensions Tamis	Dimensions Tamis	Quantité (g)	Quantité (g)	Quantité (g)
mm	Mailles/Cm2	Cilu	Normensand	DIN
2,00	16	0	0	0
1,50	25	330	325	242
1,00	36	222	221	208
0,50	144	365	363	455
0,15	1600	267	266	258
0.09	4900	166	160	184
passants		0	3	3
Total		1350	1339	1350

 

Pour un ciment portland CEM II, on pèse 1450 gr de sable normalisé, 450 gr de ciment et 225 gr (ml) d’eau afin de faconner les eprouvettes.

Ø Consistance normalisée la consistance normalisée le pourcentage d’eau qu’on doit mettre dans une quantité connue de ciment afin de determiner son temps de prise. Pour un CEM II elle est de 26.8% soit 134gr d’eau.

L’appareil de Vicat est l’outil pour la réalisation de cette analyse. En effet, si la quantité d’eau dans la pate obtenue est suffisante pour la prise, l’aiguille de l’appareil de Vicat atteindra les valeurs comprises entre 7 et 5, avec 10 comme point de repère.

Ansi, 121 ml (119gr) nous ont permi de descendre l’aiguille de l’appareil de Vicat jusqu’à 6.

La consistance normalisée pour ce ciment est donnée par :

119gr = 23.8%.

500

 

Ø Le temps de prise

La présence de regulateur de prise (gypse) dans la masse des liants hydrauliques offre à cesderniers, apres gachage (hydratation), une prise qui commence apres une periode bien déterminée. 

Il est donc necessaires de connaitre la phasede debut et de fin de prise des liants hydrauliques en vue dedéterminerle temps disponible pour la mise en œuvre des mortiers et des bétons dont ils seront cpnfectionnés.

Cet esait se fait à l’aide de l’appareil de Vicat qui fournit les 2 repères. La durée de prise est généralment très chnageable, elle va de 10 minutes pour des liants à prise rapide jusqu’à 15 jours et au-delà pour des liants à prise très lente.

Les valeurs lues sur l’appareil de Vicat à la cimenetrie de Lukala nous ont permi de trouver les échéances suivantes :

ü Debut de prise : 205 min ou 3 heures et 25 minutes ; ü Fin de prise     :  255 min ou 4 heures et 25 minutes.

Notons que la prise a toujours lieu avec degagement de chaleur et retrait (diminution de volume).

 

Image 31: appareil de Vicat

 

Ø La finesse 

La notion de finesse du ciment est liée à la notion de surface spécifique qui désigne le total des aires de tous les grains contenus dans une quantité unité. Il est connu par ailleurs que la vitesse d’écoulement d’un fluide à travers un corps granulaire est d’autant plus faible que les grains qui composent ce corps sont plus fins : cette vitesse décroit donc quand la finesse du ciment augmente.

Après passage du produit cimentaire au tamis électrique de 45µm, nous obtenons, sur une masse de 100gr, un refus de 5.08 soit 5.1%.

Les valeurs lues sur le perméabilimètre de Blaine sont les suivantes :

ü Temps : 126 secondes soit 2 minutes et 06 secondes ;

ü Température : 21°C

Ces 2 valeurs nous permettent de lire sur un tableau, la valeur de la Blaine qui est de 4116cm²/gr.

La finesse du ciment s’exprime donc en valeur Blaine.

 

 

Image 32: perméabilimètre de Blaine

 

Ø La densité

Il s’agit ici du rapport entre la masse du ciment et son volume.

 Pour trouver le volume, nous avons donc pesé 64gr de ciment mis dans un picnomètre que nous avons placé pendant 24h …

 

ü Volume : 19.5

ü Densité : 3.282

ü Poids spécifique : 3.28

ü Poids apaisé : 3.218

 

 

 

Ø La stabilité

Il s’agit de la stabilité du ciment face aux agents expansifs (Magnésie, chaux libre,).

Cette stabilité est vérifiée par une augmentation de volume que l’on peut observer dans un mortier cimentaire par Essai Lechatelier.

On place la pâte cimentaire un moule Lechatelier et on le maintien à une température constante dans une chambre de climatisation pendant 24 heures.  24 heures après la sortie de l’échantillon dans la chambre de climatisation, on prélève la mesure A (écartement) : ü A : 20 mm ;

Puis, on plonge le moule Lechatelier dans une bouilloire où l’eau bouillit à une température de… pendant 3 heures.

3 heures après la sortie de l’échantillon dans la bouilloire, on prélève la mesure B (écartement) : ü B : 20mm.

 

Image 33: chambre de climatisation

 

 Résistance à la compression des mortiers à 28 jours

Après une cure humide à 22°C pendant 28 jours, les résistances fournies par les mortiers 100% ciment (sans substitution) sont les suivantes :

ü CP₁ : 51.1 MPa ;

ü CP₂ : 51.1 MPa ;

ü CP₃ : 51.1 MPa ;

Celles fournies par les mortiers cimentaires substituée à 25% sont les suivantes :

ü CPM1: 46.2 MPa ;

ü CPM2 : 34.2 MPa ; ü CPM3 : 33.6 MPa.

CHAP. IV : INTERPRETATION DES RESULTATS, RECOMMANDATIONS  CONCLUSION.

IV.1. Interprétation des résultats

 Analyse chimique et spectroscopie par fluorescence X

-         Les différentes teneurs en silice fournies par l’analyse chimique viennent en appui aux différentes théories énoncées ci-haut sur la nature originelle de la roche.

En effet, les teneurs comprises entre « 35%-52% » de silice, nous permettent de confirmer et/ou d’affirmer les écrits de la bibliographie, selon que les métas basalte de Gangila sont originellement des Roches magmatiques mafiques. 

-         Les teneurs des oxydes majeurs ainsi trouvée par ces 2 analyses, vont nous permettre dans les lignes qui suivent, de vérifier les 2 premières conditions de pouzzolanicité ; La 3ème condition n’étant possible qu’après confection des briquettes et casse à l’aide de la presse hydraulique (compressiomètre combinée au flexiomètre) à 28 jours.

Eu  égard aux conditions de Pouzzolanicité énoncée ci haut :

v  SiO2 + Fe2O3 + Al2O3 > 70%;

v  SiO2 – CaO > 34%; v 0.67 ˂ IP ˂ 1.

 

a.     Pour l’échantillon MM2  vérifions  les conditions de pouzzolanicité

-       Avec les résultats fournis par voie chimique

Ø  48.55 + 17.21 +  15.22 =  80.98% > 70%

Ø  48.55 – 10.67 = 37.88% > 34%

 

-       Avec les résultats fournis par xrf

Ø  41.89 +13.53 + 17.79 = 73.21% > 70%

Ø  41.89 - 10.15 = 31.74% < 34%

 

b.    Pour l’échantillon MM1

-       Avec les résultats fournis par voie chimique

Ø 49.53+ 16.23 + 14.30 = 80.06% > 70%

Ø 49.53 – 11.02 = 38.51% > 34%

-       Avec les résultats fournis par xrf

Ø 42.49 + 12.76 + 14.24 = 79.99% > 70%

Ø 42.49 – 16.12 = 26.37% < 34%

c.     Pour l’échantillon MM3

-       Avec les résultats fournis par voie chimique

Ø 45.15 + 17.80 + 15.61 = 78.56% > 70%

Ø 45.15 – 9.30 = 35.85% > 34%

-       Avec les résultats fournis par xrf

Ø 52.99 + 20.64 + 23.47 = 97.10% > 70%

Ø 52.99 – 9.72 = 43.20% > 34%

 

d.    Pour l’échantillon MM7

-       Avec les résultats fournis par voie chimique

Ø 35.80 + 16.49 + 13.01 = 65.3% < 70%

Ø 35.80 – 18.67 = 17.13% < 34%

-       Avec les résultats fournis par xrf

Ø 44.83 + 18.03 + 14.09 = 76.95% > 70%

Ø 44.83 – 7.95 = 36.88% > 34%

 

e.     Pour l’échantillon MM8

-       Avec les résultats fournis par voie chimique

Ø 45.80 + 17.01 + 13..96 = 76.77% > 70%

Ø 45.80 – 17.56 = 28.24% < 34%

-       Avec les résultats fournis par xrf

Ø 48.28 + 16.18 + 12.20 = 76.66% > 70%

Ø 48.28 – 6.99= 41.29% > 34%

 

f.      Pour l’échantillon MM9

-       Avec les résultats fournis par voie chimique

Ø 45.16 + 16.09 + 13.63 = 74.88% > 70%

Ø 45.16 – 18.67 = 26.49% < 34%

 

-       Avec les résultats fournis par xrf

Ø 45.11 + 17.28 + 14.66 = 77% > 70% Ø 45.11 – 8.56 = 36.55% > 34%.

 

Nous remarquons qu’à l’issu de ces deux modes d’analyse, il se dégage que ces échantillons obéissent aux conditions de pouzzolanicité en s’écartant de peu de certains seuils dont la moyenne assure que le matériau est bel et bien pouzzolanique, ceci pourrait montrer comment l’opérateur doit être regardant au protocole pour avoir les meilleurs résultats.

 

 

 

 

 Essai Los Angeles et RC 

-         Résistance à la compression uni-axiale du MM7 : 105.6Mpa 

 

Tableau XXVII : Qualification de la résistance à la compression simple de la roche

Description résistance	de	la	Résistance compression (MPa)	à       la RC	Exemple
Très faible			1 à 25		Craie, Sel
faible			25 à 50		Charbon, Calcaire, Schiste
moyenne			50 à 100		Grès, ardoise, argilites
forte			100  à 200		Marbre, granite, Gneiss
Très forte			>200		Quartzite, Basalte

 

La biotitoschiste fournit par essai Rc, les résistances mécaniques jugées forte pour être utilisée comme granulats (gravier).

-         Coefficient Los Angeles des échantillons MM1 et MM7 ont été respectivement : 18% et 37%

Selon la norme Européenne NF EN 1097-2, le coefficient Los Angeles doit être inférieure à 25 ou 30, pour que le matériau soit utilisé comme granulat en génie-civil et compris entre 30 et 40 (moyen à faible) pour etre utilisé come granulats dans les batiments. 

Le premier échatillon (amphibolite MM1) a donné un très bon résultat puisque déjà seuls 18% d’éléments de moins de 1.6mm passent à travers le tamis. 

D’où les chocs entre granulats et les chocs avec boulets n’émiettent pas suffisamment les granulats,ce qui confere à cette roche les potentialités nécessaires d’etre utilisée comme granulat dans les ouvrages de génie civil.

Le 2^èm echantillon soumis à l’essai Los Angeles (biotitoschiste MM7) a donné une proportion plus ou moins élevée d’éléments fins (LA=37%), ceci pourrait s’expliquer par sa texture constituée des feuillet de biotites et aussi par le fait de l’exposition de celui-ci à l’eau formant des aquiferes dans les couches plus ou moins tendre du massif de Gangila d’où la présence de la source d’eau MA VIE à quelques metres du pont Marechal. L’eau étant un agent d’érosion par excellence, aurait, vue la durée d’exposition de la roche à l’agent d’erosion, deterioré quelques peu ses propriétés mécaniques.  Résistance à la compression à différentes échéances

 

-  Modèle Mathématique de « Mohamed Menad » 

 La prévision de la résistance à la compression des mortiers cimentaires avec ajout pouzzolanique a été effectuée à l’aide du modèle mathématique de Mohamed Menad afin de déterminer les résistances à 2, 7, 14, et 90 jours. Le modèle est donné par l’équation mathématique qui suit

R_c(E L,t, p)  f (E L,0.,28)8,87t¹⁰_^t39,76exp(0,038E L0,0087p)

(E _L,t, p) : Les trois paramètres : Rapport eau liant (1/2) ; L’âge du mortier

(temps de cure) en jours; Proportion de substitution en %.

R_c(E _L,t, p) : Résistance du mortier tenant compte des paramètres.

f (E_L,0.,28) : Résistance à la compression du mortier témoin indiquant la classe

de résistance du ciment.

-         Les différents résultats de tous les autres échantillons de roche mélangés (excepté le MM1, MM2 et MM3) fournis par le modèle mathématique sont les suivants : 

Ø 0 à 0 jr;

Ø 14.57388937 à 2 jrs ;

Ø 28.7972126 à 7 jrs ;

Ø 35.7813359 à 14 jrs ; Ø 38.9284091 à 21 jrs ;

Ø 40.7190907 à 28 jrs ;

Ø 43.7368938 à 56 jrs ;

 

-         Discussion à propos de l’effet de l’ajout sur la classe de résistance

 

 

 

 

 

Tableau XXVIII : Les classes de résistance (norme NF EN 196--1)

Classe       de résistance	Résistance à court terme	Résistance à court terme	Résistance courante	Résistance courante
	2jr	7jr	28jr
32.5N	….	16.0	32.5 et 52.5
32.5R	10.0	..…
42.5N	10.0	……	42.5 et 62.5
42.5R	20.0	…...
52.5N	20.0	……	52.5
52.5R	30.0	……

         

L’échantillon MM2

•      pour un mortier 100% Ciment donnant à 28jours 51.1Mpa  dans la gamme 32.5Mpa, la substitution à 25% laisse ce ciment dans la même classe du moment où le mortier binaire donne 46.2MPa.

•      pour un mortier 100% Ciment donnant à 28j 51.1Mpa dans la gamme de 42.5Mpa, la substitution à 25% laisse ce ciment dans la même classe du moment où le mortier binaire donne 46.2MPa.

 

 

Les échantillons MM1 et MM3

•      pour un mortier 100% Ciment donnant à 28jours 51.1Mpa  dans la gamme 32.5Mpa, la substitution à 25% laisse ce ciment dans la même classe du moment où le mortier binaire donne 46.2MPa.

•      pour un mortier 100% Ciment donnant à 28j 51.1Mpa dans la gamme de 42.5Mpa, la substitution à 25% baisse ce ciment dans la classe inférieure du moment où le mortier binaire donne 34.2Mpa et 33.6Mpa

 

La réaction pouzzolanique a une cinétique lente, elle progresse au fur et à mesure et améliore la résistance dans le temps.

 

Figure 8 : allure des résistances du mortier cimentaire pouzzolanique dans les temps

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS

 

Au terme de ce travail expérimental et de terrain, nous venons de mettre en évidence la possibilité de réduire les émissions CO2 dues à la fabrication du ciment portland dans sa phase de clinkérisation et cela lors de la décarbonatation.

Notre choix motivé par le processus de fabrication du clinker passant par un « traitement thermique » suivi du refroidissement brusque à l’air, laisse entendre le processus de trempe déjà visible dans le refroidissement en surface (à l’air) du magma.

La Roche choisie est réactive au sens pouzzolanique et mieux indiquée après calcul pour la substitution du clinker jusqu’à 25% sans compromettre les performances du ciment résultant, mais plus assurant aux matériaux cimentaires (mortiers et bétons) une résistance en milieu agressif.

Le gel produit par l’hydratation du ciment va avec la portlandite, cette dernière est un réactif pour la pouzzolane qui produit un gel supplémentaire. Ce gros avantage dans l’hydratation assure une étanchéité diminuant sensiblement la porosité du matériau cimentaire.

Le temps de prise translate en augmentant néanmoins suite à la cinétique de la pouzzolane qui est lente.

•      Ce matériau conduit à produire un ciment respectueux de l’environnement dans son utilisation et fabrication, mais aussi à valoriser les matériaux locaux magmatiques ayant subi dans leur évolution le phénomène de métamorphisme, dans l’économie du pays.

 

•      essais et suivis des  bétons ainsi produits dans une cure saline pour suivre la corrosion en milieu agressif (solution au cas des routes de Moanda-Banana, au sel de deverglassage).

 

•      Ce matériau étant initialement d’origine magmatique (volcanique) est, comme tous les autres produits volcaniques, réputé avoir des pouvoirs « fertilisants »et « filtrant » KOY R. (2009-2010) en dit long.

 

•      La pouzzolane peut encore être utilisée dans les installations d’espaces végétalisés  sur les toits, pratique s’imposant de plus en plus.

 

•      Études métallogéniques détaillées afin de mettre en exergue les minéralisations métallifères contenues dans les formations des roches vertes.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BIBLIOGRAPHIE

 

1.                                                                                                                                                         Philipe Rocher : La pouzzolane ;

2.                                                                                                                                                        Dron R. (1975) : Les pouzzolanes et la pouzzolanicité. Révue des Materiaux de construction, n°692, janvier-fevrier 1975, p.27-30 ;

3.                                                                                                                                                        Dron R. (1975) : Les pouzzolanes et la pouzzolanicité. Révue des Materiaux de construction, n°692, janvier-fevrier 1975, p.27-30 ;

4.                                                                                                                                                        Fournier M. et Geoffray J.M. (1978) : le liant pouzzolane chaux. Bull. Liaison Labo. P. et Ch., n°93, janvier-fevrier 1978, p. 70-77 ;

5.                                                                                                                                                        Vernières R. (2008) : la pouzzolane, roche à tout faire ?  Mines et carrières, revue de la Sim, septembre 2008, 5 p ;

6.                                                                                                                                                        M.Signes-Frehel, P. Maes, C. Haehnel : Etude des phases d’un clinker par diffractométrie des rayons X : vers la qualification ;

7.                                                                                                                                                        Marie Louise KLOTZ : Stabilisation d’éléments volatils dans la technique de fusion et l’analyse par spectroscopie de fluorescence X(XRF) ;

8.                                                                                                                                                        Valérie Thirion-Merle : Spectroscopie de fluorescence X ;

9.                                                                                                                                                        M. GHOMARIF, BENDI OUIS A. : Finesse de mouture ;

10.                                                                                                                                                      M. GHOMARIF, BENDI OUIS A. : Los Angeles ;

11.                                                                                                                                                       BESSENOUCI Mohamed Zakaria : Impact et contribution des matériaux 

12.                                                                                                                                                      CAHEN, L. (1948) : Les formations anciennes antérieures à la Tillite du Bas-Congo (le groupe des Monts de Cristal), Bull. Soc. Belge géol., p57, 77-147 ;

13.                                                                                                                                                      CAHEN, L. (1954) : Géologie du Congo-Belge, Vaillant-Carmanne,

Liège ;

14.                                                                                                                                                      CAHEN, L. (1978) : La stratigraphie et la tectonique du super-groupe Ouest- Congolien dans les zones médianes et extrêmes de l'orogenèse Ouest- Congolienne (Panafricaine) du Bas-Congo et dans les régions voisines, Ann. Soc. Géol. belg. pp90-146 ;

15.                                                                                                                                                      CAILTEUX, J. (2015): The Neoproterozoic West-Congo « SchistoCalcaire »sedimentary succession from the Bas-Congo region

(Democratic Republic of Congo region (Democratic Republic of the Congo) in the frame of regional tentative correlations;

16.                                                                                                                                                      De Paepe P., (1975) : Mise en évidence des laves en coussins dans le faciès volcanique basique du massif de Kimbungu (Bas-Zaïre) et implications dans l'orogenèse Ouest-Congolienne, Ann. Soc. Géol.

Belg.p.241-261 ;

17.                                                                                                                                                      FRANSSEN L. et ANDRÉ L., (1988): The Zadinian group (late proterozoïc, Zaïre) and its bearing on the origin of West-Congo orogenic belt, Ed.Elservrier Science, Precambrian Research, 38, Amsterdam;

18.                                                                                                                                                      LUTETE (2015) : Étude Petro-géochimique et Hydro-géotechnique des Schisto-Calcaires Néoprotérozoïques C3 de la carrière 45 de la cimenterie de Lukala. Implications sur l’exploitation et l’environnement

19.                                                                                                                                                      ONGENDANGENDA T., Mpiana K. et Kampunzu A.B. (1986) : Caractérisation du volcanisme ouest congolien à l'aide des clinopyroxènes. cas des roches basiques. de Sumbi au Bas-Congo. UNESCO, Geology for economic development ; délimitation cartographique et ses implications sur les concepts du cadre géologique général du Précambrien du Bas-Zaïre, Mus. Roy. Afr. Centr. arch., Sect. Géol., 127-133 ;

20.                                                                                                                                                     Vellutini   P.J.,

Rocci G., Vicart J.P. et Gioan P., (1983) : Mise en évidencede complexes ophiolitiques dans la chaîne du Mayombe (Gabon, Congo, Zaïre, Angola). Précambrian Research 36, 163-175 ;

21.                                                                                                                                                      Tack, L., Kanda Nkula, V., Kanika Mayena, T., Mpiana Kenababu, C., Cibambula Cia Musau, E., Mpoyi Kabambi, J.K., Franceschi, G., 2004. Guide book to the field trip in the Pan African West Congo belt of the Bas-Congo region (Democratic Republic of the Congo). 3rd annual international conference of IGCP - 4470/UNESCO ;

22.                                                                                                                                                     Ongendangenda et al. 1986; Tack et al., 2001 : Early

Neoproterozoic magamatism (1000-910 Ma) of Zadinian and Mayumbian Group (Bas Congo) : onset of Rodinia rifting at western of the Congo Craton, Prec. Res., 270-280p;

23.                                                                                                                                                     Malquori  G. Portland - Pouzzolan cement, international Symposium on the chemistry of cement   4, Washington, D.C, Paper VIII-3,2, Pg 983-1006, 1960;

24.                                                                                                                                                     Jean Pierre ADAM, La construction romaine. Matériaux et techniques, cinquième édition, Grands manuels picards. 2008. Pg 24;

25.                                                                                                                                                     Nabil Bouzoubaâ et Simon Foo, utilisation des cendres volantes et de laitier dans le béton : guide des règles de l’art, laboratoire de la technologie des matériaux, cCana 2005 ;

 

 

TABLE DES MATIERES

 

RESUME ........................................................................................................ i

ABSTRACT .................................................................................................. vi

EPIGRAPHE .................................................................................................vii

DEDICACE .................................................................................................. viii

Avant-propos ................................................... Error! Bookmark not defined.

0.  INTRODUCTION.................................................................................................. 1

0.1. MOTIVATION ET CONTEXTE...................................................................... 1

0.2. PRESENTATION DU SUJET ET PROBLEMATIQUE..................................... 2

0.3. DELIMITATION DU SUJET........................................................................... 4

0.4. METHODES ET TECHNIQUES UTILISEES.................................................... 4

0.5. CANEVAS DU TRAVAIL................................................................................ 5

CHAPITRE I. APPERCU GENERAL SUR LES ROCHES VERTES DU KONGO CENTRAL.................................................................................................................. 6

I.1. CADRE GEOGRAPHIQUE.............................................................................. 6

I.1.1 Localisation................................................................................................. 6

I.1.2 Sol et végétation........................................................................................ 7

I.1.3 Climat relief et hydrographie................................................................... 8

I.2. CADRE GEOLOGIQUE................................................................................. 10

I.2.1. Géologie Régionale................................................................................. 10

I.2.1.1. Introduction...................................................................................... 10

I.2.2. La stratigraphie régionale et locale....................................................... 10

I.2.3. MAGMATISME ET METAMORPHISME................................................ 11

CHAP II : LE CIMENT CILU ET LA POUZZOLANE DU KONGO CENTRAL..... 13

II.1. LE CIMENT CILU.......................................................................................... 13

II.1.1. Le Ciment dans l’histoire....................................................................... 13

II.1.2.  Définition.............................................................................................. 13

II.1.3. Les méthodes de fabrication de ciment................................................ 14

II.1.4. Les étapes de fabrication du ciment..................................................... 14

II.1.4.1. L’extraction des matières premières à la carrière.......................... 14

II.1.4.2. Séchage et Broyage......................................................................... 15

II.1.4.3. La Cuisson....................................................................................... 15

II.1.5.  La Nomenclature chimique des ciments.............................................. 16

II.1.6.  Les phases minéralogiques (structures cristallochimiques) du Clinker.............................................................................................................. 16

II.1.6.1. L’alite C₃S......................................................................................... 17

II.1.6.2. La bélite C₂S.................................................................................... 17

II.1.6.3. La phase aluminate C₃A................................................................. 17

II.1.6.4. La phase ferri-aluminate (C4AF)................................................... 17

II.1.6.5. Les sulfates de calcium.................................................................... 17

II.1.6.6. Les phases mineures........................................................................ 18

II.1.7. Propriétés du ciment [CILU]................................................................. 20

II.1.8. Classification et spécification des ciments............................................ 20

II.1.9. Hydratation des ciments....................................................................... 22

II.1.10. Conséquence de l’hydratation............................................................ 23

II.2. LA POZZOLANE NATURELLE.................................................................... 23

II.2.I La Pouzzolane Dans  Les Temps............................................................ 23

II.2.2- Organigramme..................................................................................... 24

II.2.3. Matériaux à propriétés Pouzzolaniques.............................................. 24

II.2.4. L’Activité pouzzolanique...................................................................... 26

II.2.5. Réaction Pouzzolanique....................................................................... 27

II.2.6. Produits de la réaction Pouzzolanique................................................ 28

II.2.7. Condition de pouzzolanicité et indice de pouzzolanicité.................. 29

CHAP. III : PRÉSENTATION DES DONNÉES DE TERRAIN ET DES RÉSULTATS D’ANALYSES EN LABORATOIRE........................................................................... 31

III.1. Présentation des données de terrain.......................................................... 32

III.2. Analyses et essais sur la roche................................................................... 42

2.1. Microscopie............................................................................................... 42

2.2. Essai Los Angeles...................................................................................... 49

2.3. Essais R.C (Résistance à la Compression)............................................... 52

2.4. Analyses par voie chimique (titrimétrie)................................................ 55

2.5. Analyse par fluorescence aux rayons X...................................................... 58

2.6. Analyse par diffraction aux rayons X (XRD)............................................. 63

Généralités sur xrd.............................................................................................. 63

2.7. Confection de briquettes destinées aux essais de contrôle-qualité du ciment.................................................................................................................. 66

Chap. IV : INTERPRETATION DES RESULTATS, RECOMMANDATIONS  CONCLUSION........................................................................................................ 71

IV.1. Interprétation des résultats......................................................................... 71

CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS.......................................................... 77

BIBLIOGRAPHIE..................................................................................................... 78

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

           Pages annexes

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Oxydes		TENEUR DES OXYDES EN %
APPLICATIO N		CIMCLINK
DATE XRF		30 NOVEMBRE2018/ 12H33, 12H29, 12H24,
		MM1												MMA												MM3
		VOIE CH.						SPECT RO.XR F						VOIE CH.						SPECT RO.XR F						VOIE CH.						SPECT RO.XR F
SiO2	S	48.55						41.89						49.53						42.49						45.15						52.99
Al2 O3	A	17.21						13.53						16.23						12.76						17.80						20.64
Fe2 O3	F	15.22						17.79						14.30						14.24						15.61						23.47
CaO	C	10.67						10.15						11.02						16.12						9.30						9.79
MgO		6.20						6.12						5.45						2.65						6.69						9.15
Na2O		….						1.93						….						0.08						….						1.34
K2O		….						0.17						….						0.10						….						0.20
SO3		….						0.05						….						0.06						….						0.04
MnO		….						0.26						….						0.18						….						0.27
P2O5		….						0.18						….						0.18						….						0.27
Les trois (3) conditions de Pouzzolanicité Selon ASTM C 618
1).SiO2  Fe2O3 Al2O3  70%                                                     2).SiO2 CaO  34%                                             résistance(Mortier75                                                     3).0.67  Ip   25) 1 résistance(MortierTémoin)
Conditio ns
S,F, A		80.98						73.21						80.46						69.49						78.56						97.10*
S-C			37.88						31.74						38.51							26.37*					35.85						43.20
Mortier 4*4*16Cm3 à 28jours sous cure humide (20°C ; HR= ??) (%Ciment + %pouzzolane)
mortier (75-25%)				46.2MPa												34.2MPa												33.6MPa
mortier (100-0%)					51.1MPa												51.1MPa												51.1MPa
Ip						90%												67%												66%
Ip(moyen )											74.3%

    Tableau récapitulatif de la vérification des conditions des pouzzolanicité de certains échantillons.

 

 

 

 

 

                                                                                    

 

  Figure : allure des résistances du mortier cimentaire pouzzolanique dans les temps

 

 

 

 

 

 

 

                         

 

 

               

 

              

 

            

 

 

 

 

 

 

                   

 

 

                      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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