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UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

D’ANTANANARIVO

DEPARTEMENT : SCIENCE DES MATERIAUX ET METALLURGIE

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES EN VUE D’OBTENTION D’UN

DIPLOME D’ETUDES APPROFONDIES

EN SCIENCE DES MATERIAUX

Présenté par : MAHITAVELO Zafindro Andréas Delphin

Soutenu : Le 19 Décembre 2014

Rapporteur : Professeur Titulaire RANAIVONIARIVO Velomanantsoa Gabriely

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

D’ANTANANARIVO

DEPARTEMENT : SCIENCE DES MATERIAUX ET METALLURGIE

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES EN VUE D’OBTENTION D’UN

DIPLOME D’ETUDES APPROFONDIES

EN SCIENCE DES MATERIAUX

Présenté et soutenu par : MAHITAVELO Zafindro Andréas Delphin

Membres du jury :

Président : Professeur Titulaire ANDRIANARY Philippe Antoine

Examinateurs :

- Docteur RANDRIANARIVELO Fréderic

- Docteur RAKOTOARISON Simon

- Docteur RAKOTOMALALA Zolimboahangy

Rapporteur : Professeur Titulaire RANAIVONIARIVO Velomanantsoa Gabriely

Co-encadreur : Docteur RATSIMBAZAFY Hery Mikaela

Encadreur professionnel : Docteur RANDRIAMALALA Tiana Richard

I

REMERCIEMENTS

Si ce travail a abouti, c’est grâce à la bénédiction et à la bienveillance de DIEU

Créateur, Tout-Puissant de la terre et du ciel, qui m’a donné santé, force et courage durant la

réalisation de cet ouvrage. Je me permets d’exprimer mes reconnaissances et mes respects à

l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo (ESPA) et plus particulièrement à l’endroit

du :

Professeur Titulaire ANDRIANARY Philippe, Directeur de l’Ecole Supérieure

Polytechnique d’Antananarivo ; pour tous les efforts qu’il a déployés pour bien mener

nos études au sein de l’Ecole ;

Professeur Titulaire RANAIVONIARIVO Velomanantsoa Gabriely, Responsable de

la formation doctorale au sein du Département Science des Matériaux et Métallurgie à

l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo; pour l’effort qu’il a consacré pour

bien mener ses encadrements et ces précieux conseils.

Les honorables membres de Jury de ce mémoire :

- Docteur RANDRIANARIVELO Fréderic, Maître de conférences, Chef du

département SMM ;

- Docteur RANAIVOSON Andriambala, Maître de conférences, enseignant chercheur

au sein du Département SMM de l’ESPA ;

- Docteur RAKOTOMALALA Zolimboahangy, Maître de conférences, enseignante

chercheur au sein du Département SMM de l’ESPA ;

Tous mes remerciements et ma reconnaissance s’adressent à mes deux co-

encadreurs :

- Docteur RATSIMBAZAFY Hery Mikaela, Maître de conférences, enseignant

chercheur au sein du Département SMM de l’ESPA ;

- Docteur RANDRIAMALALA Tiana Richard, Maître de conférences, Responsable

Recherche et Matériaux au sein du LNTPB pour m’avoir suivi durant la réalisation de ce livre.

Je tiens à souligner leurs disponibilités, leurs idées, leurs expériences et la confiance qu’ils

m’ont accordée.

II

Je tiens aussi à adresser mes sincères remerciements à l’ensemble du personnel du

Laboratoire National des Travaux Publics et des Bâtiments pour leurs accueils et pour la

disponibilité dont ils ont fait preuve à mon égard.

Egalement, j’exprime toute ma gratitude à l’équipe enseignante de l’Ecole Supérieure

Polytechnique d’Antananarivo pour la qualité de l’enseignement qui nous a été dispensé.

Et je tiens à dire particulièrement un grand merci à tous mes amis sur qui je pourrai

toujours compter, notamment pour leurs bonnes humeurs et leurs encouragements dans les bons

et les mauvais moments.

Mes remerciements s’adressent également à tous ceux qui, de près ou de loin, ont

contribué à la réalisation de ce livre.

Enfin, j’exprime ma profonde reconnaissance à mes parents, mes sœurs et mon frère,

qui sont toujours à mes côtés tout au long de ces études. C’est grâce à leurs amours, leurs

soutiens et leurs courages que j’en suis là aujourd’hui. Je leurs dédie ce manuscrit en gage de

ma reconnaissance.

Sincères remerciements

III

SOMMAIRE REMERCIEMENTS

LISTE DES TABLEAUX

LISTE DES FIGURES

LISTE DES PHOTOS

LISTE DES ABREVIATIONS ET SYMBOLES

LISTE DES ANNEXES

INTRODUCTION GENERALE

chapitre I. GENERALITES SUR LE BETON

I. 1. Définition

I. 2. Historique

I. 3. Constituants du béton

I. 4. Différentes caractéristiques du béton

chapitre II. FIBRES VEGETALES

II-1 Historique et perspective de l’utilisation des fibres

II-2 Type des fibres utilisées dans le domaine de construction

II-3 Les fibres végétales

II-4 Domaines d’application des fibres :

chapitre III. BAGASSE DE CANNE A SUCRE

III-1 Définition

III-2 Composition de la bagasse

III-3 Distribution de la taille des particules

III-4 Densité

III-5 Applications courantes des fibres de bagasse

chapitre IV. BETON RENFORCE DE FIBRES VEGETALES

IV-1 Définition de béton de fibres

IV-2 Rôles des fibres dans les bétons

IV-3 Compatibilité des fibres végétales avec le ciment

IV-4 Notion d’ouvrabilité du béton de fibre

IV-5 Comportement des bétons de fibres

IV-6 Durabilité des bétons de fibres végétales

IV-7 Amélioration de la durabilité

IV-8 Influence des fibres sur le temps de prise

IV-9 Applications des bétons de fibres

chapitre V. CARACTERISATION DES MATERIAUX D’EXPERIMENTATION

V-1 Méthodes expérimentales

IV

V-2 Caractéristiques des matières premières

chapitre VI. ESSAI DE FABRICATION DU BETON DE FIBRE DE BAGASSE

VI-1 Prétraitement des fibres

VI-2 Traitements des fibres

VI-3 Etude de la composition du béton

VI-4 Gâchage et fabrication des éprouvettes

VI-5 Caractérisation des bétons

chapitre VII. APPROCHE ENVIRONNEMENTALE : ANALYSE DU CYCLE DE VIE DES

FIBRES DE BAGASSE

VII-1 Généralités sur l’analyse de cycle de vie

VII-2 Objectifs et champs d’étude

VII-3 L’ACV de filé de fibres de bagasse écrus : Inventaire des données

VII-4 Evaluation des impacts

VII-5 Enjeux de la filière canne

VII-6 Affectation des catégorie d'impacts à l'inventaire des données

CONCLUSION GENERALE

BIBLIOGRAPHIE

ANNEXES

V

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : Constituants du clinker…………………………………………………………… 5

Tableau 2 : Cinq types de ciment de la norme européenne……………………………………...8

Tableau 3 : Différentes classes de résistance…………………………………………………..9

Tableau 4 : Impuretés admissibles dans l’eau de gâchage…………………………………….13

Tableau 5 : Valeur de k3 en fonction de la nature du ciment et de l’âge du béton……...........18

Tableau 6 : Répartition des éléments constitutifs de la bagasse………………………………32

Tableau 7 : Répartition des tissus contenus dans la bagasse………………………… ………32

Tableau 8 : Composition physique moyenne de la bagasse……………………………………33

Tableau 9 : Principaux éléments constitutifs des fibres et moelle……………………………34

Tableau 10: Densité des différentes fractions de bagasse……………………………………...34

Tableau 11 : Temps de vibration pour la mise en place du béton………………………………56

Tableau 12: Caractéristiques physiques et mécaniques……………………………………….58

Tableau 13 : Compositions chimiques du ciment CEM II/A-V 42.5…………………………58

Tableau 14: Composition chimique du ciment CEM II / A-V 42.5 N…………………………58

Tableau 15: Valeurs requises…………………………………………………………………59

Tableau 16: Composition minéralogique……………………………………………………...59

Tableau 17 : Caractéristiques physiques………………………………………………………60

Tableau 18: Analyse granulométrie du sable de la rivière d’Ikopa……………………………60

Tableau 19: Caractéristiques physiques………………………………………………………61

Tableau 20 : Analyse granulométrique du gravier (5/10)…………………………………….61

Tableau 21 : Analyse granulométrique du gravier (10/20)……………………………………62

Tableau 22 : Pourcentages des principaux constituants de ces fibres…………………………62

Tableau 23 : Résultats de l’analyse minérale des cendres……………………………………63

VI

Tableau 24 : Propriétés mécaniques principales des fibres……………………………………63

Tableau 25 : Composition chimique de l’eau en mg/l…………………………………………63

Tableau 26 : Fiches techniques de l’adjuvant Pozzolith 390N………………………………64

Tableau 27 : Résultats des tamisâts cumulés de trois échantillons de bagasse…………………65

Tableau 28 : Perte en poids de l’hydrolysat de la bagasse de canne à sucre en fonction du

temps………………………………………………………………………………………….67

Tableau 29: Perte en poids de la bagasse de canne à sucre en fonction du temps

Tableau 30: composition calculée en fonction du rapport s/g…………………………………73

Tableau 31 : mesures de l’affaissement au cône en fonction du rapport s/g………………….74

Tableau 32 : Composition massique des différents échantillons de béton de fibres (fin, gros et

mélange de bagasse)…………………………………………………………………………..75

Tableau 33: masses volumiques des bétons à base des fibres fines de bagasse pendant 28 jours

de séchage…………………………………………………………………………………… .76

Tableau 34: masses volumiques des bétons à base des fibres grosses de bagasse pendant 28

jours de séchage……………………………………………………………………………….77

Tableau 35: masses volumiques des bétons à base des fibres mixtes de bagasse pendant 28

jours de séchage……………………………………………………………………………….78

Tableau 36 : Propriétés thermo physiques pour les échantillons à base des fibres fines de

bagasse………………………………………………………………………………………..81

Tableau 37 : Propriétés thermophysiques pour les échantillons à base des fibres grosses de

bagasse………………………………………………………………………………………..81

Tableau 38 : Propriétés Thermophysiques des bétons à base des fibres mixtes de la bagasse…82

Tableau 39 : Résultats d’essais de compression………………………………………………84

Tableau 40 : Résultats d’essais de flexion…………………………………………………….86

Tableau 41 : Emission des GES en sucrerie sur l’année 2010…………………………………92

Tableau 42 : Affectation des données d’inventaire aux catégories d’impacts…………………96

VII

LISTES DES FIGURES

Figure 1 : Essai de traction par flexion………………………………………………………..19

Figure 2 : Essai de traction par fendage………………………………………………………19

Figure 3 : Différentes formes de fibres………………………………………………………..22

Figure 4 : Procédés de séparation des fibres…………………………………………………...24

Figure 5 : Schématisation des fibres végétales………………………………………………..26

Figure 6 : Structure moléculaire du cellobiose……………………………………………….27

Figure 7 : Structure moléculaire de la cellulose………………………………………………27

Figure 8 : Structure de la pectine………………………………………………………………28

Figure 9 : Motifs élémentaires de la lignine…………………………………………………...29

Figure 10 : Représentation de la mesure d’équivalent de sable…………………………….....50

Figure 11: Courbe granulométrique du sable 0/5……………………………………………..60

Figure 12: Courbe granulométrique du gravier 5/10………………………………………….61

Figure 13: Courbe granulométrique du gravier 10/20…………………………………………61

Figure 14 : Courbe de variation de la masse du résidu obtenu en fonction du pourcentage de

soude et du temps……………………………………………………………………………...67

Figure 15 : Courbe de variation de la masse du résidu obtenu en fonction du pourcentage de

l’acide et du temps…………………………………………………………………………….69

Figure 16 : Courbe granulométrique de référence…………………………………………….71

Figure 17: Courbe de la variation de la maniabilité…………………………………………...74

Figure 18 : Evolution de la masse volumique du béton en fonction de temps pour différentes

concentrations des fibres fines………………………………………………………………77

Figure 19: Evolution de la masse volumique du béton en fonction de temps pour différentes

concentrations des fibres fines………………………………………………………………78

Figure 20: Evolution de la masse volumique du béton en fonction de temps pour différentes

concentrations des fibres mixtes……………………………………………………………..79

Figure 21: Présentation générale du cycle de vie pour les fibres de bagasse…………………...88

VIII

LISTE DES PHOTOS

Photo 1 : Production de sucre de canne………………………………………………………..31

Photo 2 : Etuve………………………………………………………………………………...49

Photo 3 : Perméabilimètre de Blaine…………………………………………………………51

Photo 4 : Malaxeur…………………………………………………………………………….52

Photo 5 : Colorations des bains selon la concentration en soude…............................................66

Photo 6 : Appareils de mesure des propriétés thermophysique du béton……………………80

IX


a: diffusivité thermique

ACV : Analyse de Cycle de Vie

Cp : chaleur spécifique

� : conductivité thermique

∆T : différence de température

�� : Masse volumique du ciment

γ d : masse volumique apparente

γ s : masse spécifique

E/C : rapport Eau sur Sable

EDTA : Ethylène Diamine Tétra Acétate

fc28 : Résistance moyenne en compression désirée (à 28 j)

f t : Résistance en fendage à 28j

h : Heure

m3 : Mètre cube

mm : Millimètre

MPa : Méga Pascal

RC : Résistance à la compression

R t : Résistance à la traction

RI : résidus insoluble

Es ou E.S : Equivalent de sable

ESV : Equivalent de sable visuel

PF : Perte au feu

D : Diamètre maximum ;

X

G/S : rapport Gravillon sur Sable

GES : Gaz à Effet de Serre

MVR : Masse Volumique Réelle

MA : Module d’Alumine

MC : Module de Chaux

MS : Module de Silice

C2S: Bélite

C3S: Alite

C3A: Célite

C4F: Alumino Ferrite

MF: module de finesse

UE : union européenne

LNTPB : Laboratoire National des Travaux Publics et des Bâtiments

MVR : Masse Volumique Réelle

NM : norme Malagasy

NF : Norme Française

REPA : Resource and Environment Profile Analysis

% : Pourcent

COV : Composés Organiques Volatils

Pr : la charge de rupture

S : section de l’éprouvette

XI

LISTE DES ANNEXES

ANNEXE A. Méthode de Dreux – Gorisse…………………………………………………….i

ANNEXE B. Détermination des valeurs requises et de la composition minéralogique

potentielle du ciment…………………………………………………………………………..iii

ANNEXE C. Caractéristiques physiques et mécaniques de quelque fibre végétale………..v


MAHITAVELO Zafindro Andréas Delphin

1


La principale préoccupation des concepteurs et bâtisseurs concerne la pérennité de

leurs constructions. Cette dernière était rendue possible par l’emploi de matériaux performants

en termes de résistance mécanique et de durabilité. Les aspects de confort n'étaient traités qu’à

posteriori. Le principe de construction reposait sur la juxtaposition de différents matériaux,

chacun ayant une tâche dévolue. Cependant, cette accumulation de différents matériaux séduit

de moins en moins, car ils deviennent coûteux et finissent par occuper un volume non

négligeable. La tendance actuelle dans la construction individuelle, est donc de favoriser des

produits composites capables de remplir plusieurs usages. Le bâtisseur ne cherche plus

seulement la performance mécanique mais il tente également d’améliorer les qualités

thermiques et acoustiques des matériaux. Plusieurs types d’isolants commerciaux existent

dans le marché mais les plus couramment utilisés sont la laine de roche et la laine de

verre pour leurs caractéristiques remarquables. Cependant, en plus des inquiétudes

concernant leur caractère cancérigène, ces deux matériaux provoquent avec certitude des

irritations cutanées et respiratoires lors de leur pose. Et pour les fibres métalliques et

synthétiques présentent l’inconvénient d’être issues de ressources naturelles non

renouvelables. Les enjeux économiques liés aux coûts croissants des ressources fossiles

et à leur raréfaction amènent donc à explorer d’autres sources de matières premières et à

envisager d’autres filières de production.

De ce point de vue, les fibres naturelles pourraient constituer une solution d’avenir. En

effet, la réduction de l’impact environnemental des matériaux de construction constitue

un réel enjeu de développement durable y compris pour la filière béton.

Parmi les fibres végétales, celles des fibres de bagasse de canne à sucre réputés pour

leurs performances élevées, sont utilisées. La valorisation de ce déchet abondante dans la

construction constitue une motivation non négligeable à mener cette étude.

Ce travail s’inscrit dans le cadre de la valorisation des produits locaux tel que les déchets

issues de la fabrication des sucres et d’alcools, en les utilisant dans la confection des matériaux

à base de ciment destinés en premier lieu à l’isolation thermique, et assurer des

caractéristiques physiques et mécaniques convenables.



2

Mais le plus grand problème qui limite l’utilisation de ces fibres dans les matrices

cimentaires est leur faible durabilité aux alcalis cimentaires.

Le présent travail s’intéresse à l’étude des caractéristiques mécaniques, et thermo-

physiques des bétons renforcés par de fibre de bagasse de canne à sucre. Par ailleurs, l’étude

de l’influence de la concentration de fibres de végétales sur la matrice cimentaire et la

dégradation des fibres de bagasse a été effectuée.

Le mémoire s’articule sur deux grandes parties :

- La première partie bibliographique dominante, se décompose en quatre chapitres :

Le premier chapitre traite sur les généralités du béton;

Le deuxième chapitre englobe une recherche bibliographique sur les fibres

végétales ;

Le troisième chapitre présent la bagasse de canne à sucre ;

Le dernier chapitre de cette partie parle du béton de fibre.

- La deuxième partie de ce travail est consacrée à l’étude expérimentale, elle est

structurée comme suit :

Le cinquième chapitre décrit la caractérisation des matériaux utilisés, dont nous

présentons les caractéristiques chimiques, physiques, mécaniques et thermiques ;

Le sixième chapitre rassemble les méthodes et résultats expérimentaux réalisés au

niveau des laboratoires ;

Le dernier chapitre essaie de montrer les analyses de cycles de vie de la bagasse

de canne à sucre.

Le mémoire se termine par une conclusion générale rassemblant une synthèse des

résultats et une présentation des perspectives à envisager lors d’étude complémentaires.

PREMIERE PARTIE :

ETUDES

BIBLIOGRAPHIQUES

PREMIERE PARTIE : ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES


3

chapitre I. GENERALITES SUR LE BETON

I. 1. Définition [1]

Le béton est un matériau composite fabriqué à partir de granulats naturels (sable, gravillons)

ou artificiels (granulats légers) agglomérés par un liant. Le liant peut être qualifié d'«

hydrique », lorsque sa prise se fait par hydratation. Ce liant est appelé couramment « ciment

» ; on obtient dans ce cas un « béton de ciment » un des plus souvent utilisés. On peut

aussi utiliser un liant hydrocarboné (bitume), ce qui conduit à la fabrication du « béton

bitumineux ». Lorsque les granulats utilisés avec le liant hydraulique se réduisent à des sables,

on parle alors de « mortier ». On peut largement optimiser la courbe granulaire du sable,

auquel cas on parlera du « béton de sable ».

Il peut être utilisé tel quel ou renforcé par des armatures. On parle alors de béton armé,

précontraint, fibré,… Des constituants complémentaires comme les adjuvants sont incorporés

à faible dose dans le mélange. Ils ont pour action de provoquer les modifications recherchées

de ses propriétés à l’état frais ou durci.

Il se présente sous deux états physiques successifs : tout d’abord sous la forme d’un mélange

plus ou moins liquide, le béton frais, puis progressivement sous la forme d’un matériau solide,

sorte de pierre artificielle, le béton durci.

Le premier état permet la mise en place du béton dans son contenant (coffrage, moule). Cette

faculté d’ouvrabilité est caractérisée par la consistance.

Le deuxième constitue le produit fini. Proposé sous la forme et l’aspect souhaités, il doit

notamment fournir les résistances mécaniques exigées tout en assurant la durabilité.

I. 2. Historique

Le béton avait pris ses pas après le mortier. Il est à noter que le mortier serait très ancien,

citant les colonnes d'Egypte, en pierre artificielle qui date de 3600 ans avant notre ère. Les plus

anciens mortiers reconnus sont ceux des maçonneries de remplissage, des pyramides et ceux

des citernes et de tombeaux étrusques. [4]

Ce sont les Romains qui développèrent l'art des mortiers de chaux grasses, en y associant la

pouzzolane (cendre du Vésuve à Pouzzoles) pour la prise hydraulique et qui en fixèrent



4

la technique. Dans cette période, du règne de la chaux grasse, à durcissement trop lent

pour permettre la tenue du béton en élévation, il ne fut employé que pour les aires (routes,

dallages, planchers...) et les fondations.

Vicat obtint systématiquement les chaux hydrauliques en 1818 en partant de calcaires

argileux. Le ciment ne fut utilisé qu'à partir du milieu du XIXème siècle pour les

bétons en élévation.

Coignet exécuta, en l847, le premier immeuble en béton coffré, puis des pièces moulées et

en 1852 un plancher avec poutrelles en fer et en béton coulé (terrasse à Saint- Denis).

Le béton armé de fers ronds apparut en 1848, avec le bateau Lambot, le béton armé s'est

étendu ensuite à toutes les constructions portantes chargées. Entre 1930 et 1950, on construit

les premières réalisations en béton précontraint. Ce nouvel essor est apporté par Eugène

FREYSSINET.

Les premières études systématiques sur les bétons eurent lieu en France et sont dues aux

Ingénieurs des Ponts et Chaussées :

- Les travaux de R.Féret sont considérables. En 55ans, il donne près de 200 publications sur

les liants, les mortiers, les bétons, mais son étude de 1892. Complétée par celle de 1896 et

qui n'a pas de correspondance nulle part, était déjà déterminante pour la découverte

des lois du béton.

- En 1925 Bolomey propose une loi continue qui reprend celle de Ful1er sur la

granulométrie et composition.

- Le Clerc du Sablon en 1927 a fait une étude de résistance liée à la compacité du béton.

- En 1937, A.Caquot met en évidence l'effet de paroi des moules.

- En 1940, R.Valette a fait une étude de la résistance des bétons en fonction du rapport gravier

/ sable.

- En 1942, Faury donna une étude générale du béton et proposa une nouvelle granulation

type, variante assouplie des granulations continues antérieures

Actuellement, les recherches et les études sur les bétons ne cessent d'évoluer, dans le

but d'améliorer leurs performances et aussi pour les rendre plus économique.



5

I. 3. Les constituants du béton [24]

Le ciment, les granulats, l’eau et éventuellement les adjuvants sont les principaux

composants du béton. Il est donc normal de donner quelques précisions sur ces matériaux.

I.3.1. Le ciment

I.3.1.1. Définition

Le ciment est un liant hydraulique, c'est-à-dire un matériau minéral finement broyé qui,

gâché avec de l’eau, forme une pâte qui fait prise et durcit par suite de réactions et de processus

d’hydratation et qui, après durcissement, conserve sa résistance et sa stabilité même sous

l’eau.[2]

I.3.1.2. Les constituants du ciment [1]

Les constituants du ciment sont le clinker, les produits d’addition, les régulateurs de

prise.

Le clinker

C’est un produit obtenu par clinkérisation (cuisson jusqu’à fusion partielle) du mélange

de calcaire, d’argile et d’autres constituants contenant de SiO2 , Al2O3 , Fe2O3 , comme la

bauxite. Il entre dans la composition de tous les ciments. Cette cuisson donne principalement

des silicates et des aluminates de calcium.

Les principaux constituants du clinker sont résumés dans le tableau 1 :

Tableau 1 : Constituants du clinker

Noms Notation du cimentier Notation chimique

Alite

C3S

3CaO, SiO2



6

Bélite C2S 2CaO, SiO2

Célite , C3A 3CaO, Al2O3

Aluminoferrite C4AF 4CaO, Al2O3, Fe2O3

Ferrobicalcique C2F 2CaO, Fe2O3

Chaux libre non combinée Clibre CaOlibre

Le clinker après broyage, en présence d’un peu de sulfate de chaux, donne le ciment Portland

pur.

Laitier de haut fourneau

C’est un résidu minéral de la préparation de la fonte dans les hauts-fourneaux à partir du

minerai et du coke métallurgique. Il sort du trou de coulée à 1 750°C ; figé par refroidissement

brusque, il donne un produit granulé qui est ajouté au clinker en proportion variable pour être

broyé finement avec lui. Il contient de la chaux (45 à 50%) de la silice (25 à 30%) de l’alumine

(15% à 20%) et 10% environ de magnésie, d’autres oxydes.

Les pouzzolanes (Z)

Les pouzzolanes naturelles (P) et pouzzolanes calcinées (Q) sont des produits

essentiellement composés de silice, d’alumine et d’oxyde de fer, présentant soit naturellement,



7

soit après calcination, des propriétés « pouzzolaniques ». En général, ceux sont des produits

volcaniques.

Les cendres volantes siliceuses (V) et calciques (W)

Les cendres volantes sont des particules pulvérulentes récupérées dans les gaz émis par les

chaudières des centrales thermiques fonctionnant avec du charbon pulvérisé. Ils peuvent être

de nature silico-alumineuse ou calcique. Dans le premier cas, ils présentent des propriétés

pouzzolaniques ; dans le second, des propriétés hydrauliques.

Les schistes calcinés(T)

Les schistes calcinés sont des produits obtenus par la calcination d’un type d’argile bien

défini (schiste). Ces produits sont fabriqués pour être utilisés dans la fabrication de

ciment. Ils contiennent déjà certaines phases du clinker, principalement du silicate bi

calcique et de l’aluminate mono calcique et même de la chaux libre et du sulfate de

calcium. Finement broyés, ils montrent de fortes propriétés hydrauliques et des propriétés

pouzzolaniques.

Les calcaires(L)

Ce sont des produits obtenus par broyage très fin de roches naturelles présentant une forte

proportion en carbonate de calcium (CaCO3) supérieure à 75%. Ils sont ajoutés en tant que fines

au ciment c'est-à-dire qu’ils permettent d’améliorer la maniabilité de la pâte de ciment mais ne

présentent aucune propriétés ni hydrauliques ni pouzzolaniques.

Les fumées de silice (D)

Ce sont des particules très fines (environ 1µm) présentant une très forte teneur en

silice amorphe (non cristallisée). Ce sont des sous-produits de l’industrie de fabrication de

silicium et d’alliage Ferro silicium.

Autres produits artificiels

D’autres produits artificiellement fabriqués peuvent être ajoutés au clinker. Ces produits sont

généralement obtenus par calcination de produits naturels. La calcination leur confère (pour le

schiste calciné) des propriétés pouzzolaniques très marquées. On peut citer par exemple les

latérites calcinées, le métal kaolin (Kaolin calciné), les cendres de balle de riz, la bauxite

calcinée…



8

I.3.1.3. Normalisation et classification

a) Les ciments et la normalisation [1]

L’objectif de la normalisation est de répondre à un souci de qualité et de régularité

des ciments, grâce à des spécifications rigoureuses de leurs compositions et de leurs

caractéristiques.

Plusieurs normes sont utilisées, pour la normalisation des ciments. Ces normes peuvent être

propres à un pays ou adaptées par un ensemble de pays. Les pays membres de l’Union

Européenne (UE), par exemple, utilisent la même norme (EN 197-1) dans le domaine

des ciments.

Madagascar dans le cadre de la normalisation a fait sortir ces normes en juillet 2005. Révisés

en 2009 les normes avec les amendements sont sorties en janvier 2010. Utilisation facultative

pendant toutes ces années jusqu’à aujourd’hui.

Le décret d’application des normes de matériaux de construction est adopté lors du conseil

de gouvernement du 9 octobre 2012 et sont applicable sur le territoire de Madagascar. Y

compris les Normes Malagasy sur les ciments.

Elaborées sous la direction du Bureau des Normes de Madagascar édition Janvier 2010:

NM 031 – 1 : ciment à usage courant

NM 031 – 2 : évaluation de la conformité

NM 032 – 1 : liants à maçonner

NM 032 - 2 : ciments pour travaux près bord de mer

NM 032 – 3 : ciments à usage tropical

b) La norme Malagasy NM 031-1

La norme de référence des ciments courants est la norme Malagasy NM 031-1 inspirée de la

norme européenne EN 197-1 : « Ciment-Partie1: composition, spécifications et critères de

conformité des ciments courants ».

La NM 031-1 définit et présente les spécifications de 27 ciments courants différents

et de leurs constituants. La définition de chaque ciment inclut les proportions dans lesquelles

les constituants doivent être associés pour produire des produits différents dans une plage de

six classes de résistance.



9

La définition comporte également des exigences que les constituants doivent satisfaire ainsi

que les exigences mécaniques, physiques et chimiques applicables à ces produits et aux

classes de résistance.

La NM 031-1 établit également les critères de conformités et les règles correspondantes. En

outre, il est fait référence aux exigences portant sur la durabilité.

Les ciments courants doivent répondre aux exigences de la norme NM 031-1 par conséquent

tout ciment importé doit afficher sur le sac soit un marquage NM ou un marquage CE ou un

double marquage NM et CE qui atteste:

- pour le marquage NM, les produits sont conformes aux réglementations malgaches

- pour le marquage CE, les produits sont conformes aux réglementations européennes

Dans la norme NM 031-1, les ciments courants sont subdivisés en cinq types selon la nature

et la proportion des constituants

Tableau 2 : Les cinq types de ciment de la norme européenne

Types Désignation

Ciment portland CEM I

Ciment Portland composés CEM II/A ou B

Ciment de haut fourneau CEM III /A, B ou C

Ciment pouzzolaniques CEM IV / A ou B

Ciments composés CEM V / A ou B

c) Les classes de résistance

Un mode de classification des ciments le plus utilisé est la classification suivant les

résistances mécaniques, et plus exactement la résistance à la compression.

La résistance normale d’un ciment est la résistance à la compression déterminée

conformément à la norme NF EN 196-1, mesurée à 28 jours sur mortier normal et exprimée en

MPa.

Selon la norme NM 031-1, les ciments sont reparties en trois classes de résistance:

classe 32.5, classe 42.5, classe 52.5 (voir tableau 03)



10

A chaque classe de résistance, des ciments courants identifiés dans la norme NM

031-1 correspondent deux classes de résistance au jeune âge définies par :

- Une classe de résistance appelée sous classe normale, notée N

- Une classe de résistance correspond à une résistance au jeune âge élevée, notée R

Tableau 3 : Différentes classes de résistance

I.3.1.4. Choix du ciment pour les Bétons

Le choix du type de ciment ainsi que son dosage dépend à la fois des performances

recherchées et de la nature des autres constituants.

Pour un béton courant, on peut utiliser presque tous les types de ciment : les CEM

I, CEM II/A et B, les CEM III/A.

Pour les bétons armés, la classe 32,5 N est au minimum retenue, généralement, on utilise la

classe 42,5 N.

Le dosage en ciment pour le béton est un choix très délicat qui dépend de plusieurs

critères :

- le type de béton ;

- la destination de l’ouvrage ;

- les granulats utilisés.

Le dosage en ciment s’exprime couramment en kg/m3 de béton mis en place.



11

I.3.1.5. Hydratation du ciment Portland

Lors de l’hydratation du ciment (contact du ciment avec de l’eau), des processus chimiques

complexes interviennent. Les réactions d’hydratation rapides conduisent à un phénomène de

prise (dissolution du gypse, formation d’hydrates de calcium et réaction du C3A pour former

de l’ettringite). Puis des réactions plus lentes d’hydratation se développent. Elles conduisent

à la formation de composés insolubles qui contribuent au durcissement de la matrice minérale

avec le temps [14]

En simplifiant les processus, par les réactions des principaux composés du ciment

(C3S et C2S) on produit le C-S-H, minéral peu soluble et de la portlandite. Ces réactions sont

présentées par l’équation sommaire ci-dessous :

L’hydratation du ciment est caractérisée par une prise rapide et un durcissement lent se

développant sur plus d’un mois. L’eau nécessaire à une hydratation théorique du ciment

portland représente environ 23 % de la masse de ciment.

A terme, selon l’environnement, la carbonatation de la portlandite résiduelle du ciment peut

être amorcée.

Le couplage d’une chaux avec un ciment est possible (liant bâtard). Les modifications

de proportion des minéraux présents au départ de l’hydratation peuvent conduire une

altération des réactions d’hydratation.

I.3.1.6. Prise du ciment

Le début de prise correspond au moment où l’on constate une augmentation

relativement brusque de la viscosité de la pâte avec échauffement ; on le détermine à l’aide de

« l’aiguille de Vicat ».

La fin de prise correspond au moment où la pâte est devenue un bloc rigide ; elle ne peut se

définir avec précision.

Le temps de début de prise varie avec le type du ciment, mais pour la plupart des ciments

courants, le début de prise à 20°C se situe entre 2 et 5 heures. [14]



12

I.3.1.7. Durcissement

Après la prise, le phénomène d’hydratation se poursuit ; c’est la période de durcissement.

Elle est beaucoup plus longue ; pour les ciments à durcissements rapide on obtient après

quelques jours la presque totalité de la résistance, mais pour d’autres ciments le durcissement

se poursuit pendant des mois.

I-3-2 Granulats

I.3.2.1. Définition

Les granulats sont un ensemble de grains minéraux de tailles comprises entre 0 et 125mm et

classés par « dimensions » croissantes, en plusieurs familles : fillers, sables, graves, gravillons

et ballasts.

Les granulats utilisés dans le béton ont plusieurs origines : ils peuvent être naturels, artificiels

(sous-produits industriels ou élaborés spécifiquement pour des usages particuliers) ou

recyclés (à partir de bétons de démolition concassés).

I.3.2.2. Classification [23]

On distingue plusieurs types de granulats, selon la norme XP P 18 – 540 :

En fonction de leur origine :

Granulats naturels, issus de roches meubles ou massives et qui ne subissent

aucun traitement autre que mécanique.

Granulats artificiels, provenant de la transformation thermique et mécanique de

roches ou de minérales.

Granulats recyclés, granulats qui proviennent de la démolition d'ouvrages ou

qui sont réutilisés.

En fonction de leur masse volumique réelle (MVR) :

Granulats courants, granulats dont la MVR est comprise entre 2 et 3 t/m 3 ;

Granulats légers, granulats dont la MVR est inférieure à 2 t/m 3 ;

Granulats lourds, granulats dont la MVR est supérieure à 3 t/m 3.

En fonction de leur coupure granulométrique :

Filler, 0 / D avec D < 1 mm et au moins 70% passant à 0,063 mm;

Sablon, 0 / D avec D < 2mm et au moins 70% passant à 0,063 mm;



13

Sable, 0 / D avec l < D < 6,3 mm;

Gravillon, d / D avec d >1 mm et D < 125mm.

I.3.2.3. Propriétés

Les granulats employés pour la confection des bétons doivent satisfaire à un certain

nombre de conditions visant particulièrement :

Les caractéristiques physiques et chimiques de leur roche d'origine : ils doivent provenir des

roches inertes, c'est à dire sans action sur le ciment et inaltérable à l'air et à l'eau. Ils ne doivent

pas contenir d'impuretés nuisibles aux propriétés essentielles du béton ou susceptibles d'altérer

les armatures et les autres matériaux.

Ce sont notamment :

le charbon et ses résidus ;

les matières organiques, même en très petite quantité, peuvent nuire au

durcissement du béton, car les acides formés par la décomposition des déchets

végétaux se combinent aux sels alcalins du ciment ;

Les matières solubles ainsi que le limon, la vase, l'argile et de façon générale, les

matières extra-fines qui, par brassage de l'agrégat sous l'eau, troublent le liquide, ne

sont tolérées qu'en faible proportion ;

Les sulfures et les sulfates notamment le gypse et l'anhydrite.

La forme des éléments des granulats joue aussi un rôle essentiel sur les propriétés du béton.

Les sables et graviers les meilleurs, à ce point de vue, sont ceux dont la forme des grains

diffère le moins de la sphère s'ils sont arrondis, ou du cube s'ils sont anguleux.

Les matériaux contenant des plaquettes ou des aiguilles sont défectueux; les granulats qui

contiennent une forte proportion de ces grains de mauvaise forme doivent être rebutés.

Les granulats comprennent les sables et les gravillons.

a) Sables [23]

Le sable est constitué par des grains provenant de la désagrégation des roches; la grosseur

de ces grains est généralement inférieure à 6 mm Le poids du mètre cube de sable est d'environ

1600kg. Le sable utilisé doit être propre; en particulier, il ne doit comporter ni terre, ni matières

organiques, ni argile (fines).



14

On classe les sables en trois catégories :

• les fins, dont la grosseur des éléments est comprise entre 0 et 0,5 mm;

• les moyens, dont les éléments sont compris entre 0,5 mm et 2mm;

• les gros, dont les éléments sont compris entre 2 mm et 5 mm.

La composition du sable au point de vue de la grosseur des grains a une importance

considérable sur la qualité du béton obtenu.

b) Gravillons

Les gravillons sont constituées par des fragments de roches dont la grosseur est

généralement comprise entre 5 et 25 mm. Elles peuvent être extraites du lit des rivières

(matériaux roulés) ou obtenues par concassage de roches dures (matériaux concassés). Les

roches constituant les gravillons doivent être dures, propres. Le poids de un mètre cube de

gravillons est d'environ 1400 kg.

I-3-3 Eau de gâchage

La quantité d'eau employée pour le gâchage du béton est toujours supérieure à

celle nécessaire pour l'hydratation du ciment. La quantité d'eau de gâchage introduite

dans la composition du béton influe, d'une part sur la qualité du béton, et d'autre part sur la

facilité de mise en œuvre. L'eau entrant dans la composition du béton doit être pure, sans acide,

ni alcali. L'eau de mer doit être à éviter dans toute la mesure du possible.

La normalisation officielle prescrit que les eaux employées pour le gâchage des bétons,

ne doivent pas contenir des matières en suspension, ni être chargées de sels dissous au-

delà de certaines proportions :

Tableau 4 : Impuretés admissibles dans l’eau de gâchage

Qualité du béton

Impuretés

En suspension Dissoute

Pour les bétons de qualités

2 g / L 15g/L

Autres bétons 5 g / L 30g/L



15

I-3-4 Adjuvants

Par définition, les adjuvants sont des produits dosés en faible quantité dans les bétons: moins

de 5 % de la masse de ciment. Ce sont souvent des composés organiques, spécialement formulés

pour les applications béton, et disponibles commercialement sous forme de solutions

aqueuses. Ils ont pour but d’améliorer certaines propriétés du matériau. C’est surtout la

rhéologie du béton frais et la cinétique de prise et de durcissement que l’on peut espérer

modifier directement.

Parfois, les adjuvants commerciaux sont des mélanges de molécules de base, ce qui leur

confère une certaine poly fonctionnalité.

I.3.4.1. Plastifiants/superplastifiants

Ce sont les plus importants des adjuvants, au sens où ils donnent l’accès à des catégories

particulières de bétons, comme les bétons à hautes performances, les bétons fluides et les bétons

autoplaçants. Les plastifiants et superplastifiants sont des molécules appartenant généralement

à l’une des quatre familles suivantes:

les lignosulfonates, première génération de plastifiants, issus de l’industrie du bois et

de la pâte à papier;

les naphtalènes-sulfonates, superplastifiants inventés au Japon à la fin des années 70;

les mélamines sulfonées, autre catégorie de superplastifiants inventés à la même

époque en Allemagne;

et, enfin, les superplastifiants dits « de nouvelle génération » (apparus dans le courant

des années 90): polyphosphonates, polycarboxylates et polyvinyles.

Par rapport aux précédents produits, ces adjuvants s’utilisent à des doses plus faibles, et

s’appliquent à une plus grande variété de ciments.

En solution dans l’eau, les plastifiants/superplastifiants s’adsorbent partiellement sur les

surfaces solides (grains de ciment ou grains de particules inertes). Par un effet de répulsion

électrostatique, les amas de particules sont brisés: c’est l’effet de défloculation. Par ailleurs,

lorsque le mélange est cisaillé, les glissements entre grains solides sont facilités par la présence

de cette couche limite adsorbée (effet lubrifiant). On peut donc utiliser ces produits soit pour

fluidifier un mélange, soit pour conserver une certaine maniabilité, tout en diminuant la quantité

d’eau. Un gain de 30 % peut être obtenu en cas de bonne compatibilité entre un ciment et un



16

superplastifiant. L’écran constitué par le produit entre l’eau et les grains de ciment conduit à un

effet secondaire retardateur de prise pour tous ces produits. [15]

I.3.4.2. Accélérateurs/retardateurs de prise ou de durcissement

La cinétique de prise et de durcissement peut être contrôlée par des adjuvants spécifiques.

Les retardateurs sont souvent des produits à base de sucre (gluconates par exemple). L’excès

de dosage peut conduire à une inhibition pure et simple de l’hydratation. Par contre, ils sont

utiles pour des transports de béton frais sur de longues distances. Ils sont parfois combinés

à l’utilisation de superplastifiant, même si, comme indiqué plus haut, ces derniers produits

assurent déjà une fonction de type retardateur.

Les accélérateurs ont l’effet inverse des retardateurs. Le produit le plus connu et le plus

efficace est le chlorure de calcium (CaCl2). Cependant, les ions chlore qu’il contient favorisent

la corrosion des aciers. L’usage du chlorure de calcium est ainsi sévèrement limité en béton

armé, et interdit en béton précontraint. Il existe heureusement une panoplie d’accélérateurs sans

chlore qui, sans avoir l’efficacité du chlorure de calcium, n’en ont pas non plus les effets

secondaires.

I.3.4.3. Entraîneurs d’air

Après malaxage et mise en place, tout béton contient un certain volume d’air résiduel

appelé air occlus (en général, 1 à 2 % en volume). Présent sous forme de cavités relativement

grossières, l’air occlus n’a pas d’utilité particulière. Par contre, lorsqu’on désire rendre le béton

durci résistant au gel, on cherche à constituer un réseau de fines bulles d’air. On emploie pour

ce faire un adjuvant spécifique appelé entraîneur d’air. Le dosage, très faible, est ajusté de façon

à obtenir une distance moyenne entre bulles suffisamment faible (de l’ordre de 0,2 mm). Cette

proximité des bulles donne le temps à l’eau libre du béton soumis à un refroidissement intense

d’y migrer. La glace peut alors se former dans un espace suffisamment grand pour qu’elle

n’exerce pas de pression excessive sur le squelette minéral.

I.3.4.4. Autres adjuvants

Il existe une grande variété d’adjuvants pour bétons, en dehors des catégories déjà citées.

On pense par exemple:



17

– aux ignifuges de masse, employés pour améliorer l’étanchéité à l’eau du béton durci;

– aux agents de viscosité (produits destinés à améliorer la rétention de l’eau, en particulier

pour certains bétons fluides comme les bétons autoplaçants);

– aux inhibiteurs de corrosion (à base de nitrites);

– ou, encore, aux pigments employés pour colorer la surface des bétons.

I. 4. Différentes caractéristiques du béton

Le béton est très souvent utilisé pour la réalisation de bâtiments ou de structures de génie

civil. Les dimensionnements et leurs justifications prennent en compte ses caractéristiques

mécaniques.

I-4-1 Caractéristiques physiques [3]

I.4.1.1. Masse volumique

La masse volumique des bétons est comprise entre 2000 et 2400 kg/m 3 . Cette masse

volumique peut augmenter suivant les modalités de mise en œuvre et, avec une forte vibration,

elle peut atteindre jusqu'à 2500 - 2800kg/m 3.

I.4.1.2. Coefficient de dilatation

Ce coefficient varie avec le dosage en ciment, il est d'autant plus grand que le dosage est

plus élevé; sa valeur moyenne qui vaut environ 10 -5 est voisine de celle relative à

l'acier. Le coefficient de dilatation thermique du béton dépend de sa composition et de la

température. Il est compris, pour des températures normales, entre 9 et 12 .10 -6.

I.4.1.3. Les retraits

a) Retrait hygrométrique

Le retrait est la diminution de longueur ou de volume du béton au cours du temps. Mais

lorsqu'il est conservé dans l'eau, le retrait devient presque nul, et on a même constaté parfois

des augmentations de volume. Il est de l'ordre de 0,20 à 0,40%.

Ce retrait dépend :

De la composition du béton (dosage du ciment, quantité d'eau de gâchage);



18

État hygrométrique du milieu ambiant (humidité, température ambiante);

De la géométrie de la pièce.

Le retrait hygrométrique peut engendrer des fissurations au niveau de la pièce en béton.

Pour cela, considérons les types de retrait suivant :

Le retrait d'autodissociation ou retrait endogène;

Le retrait plastique;

Le retrait thermique.

b) Fluage (retrait sous charge)

On a constaté que le retrait était plus important lorsque le béton était conservé en étant

soumis à une compression. Il existe donc un retrait sous charge, ou fluage, qui vient s'ajouter

au retrait hygrométrique.

L'intensité du fluage dépend de nombreux facteurs :

Composition du béton;

Géométrie de la pièce;

Humidité et température ambiante;

Age du béton lors de l'application de la charge,

Mode et niveau de sollicitation.

I-4-2 Caractéristiques mécanique [13]

Les caractéristiques mécaniques du béton sont déterminées surtout par leurs

résistances mécaniques. Le béton est défini par ses résistances à la compression et à la traction

à 28 jours d'âges. Comme les roches naturelles, il possède une grande résistance à la

compression et une faible résistance à la traction.

I.4.2.1. Résistance à la compression

Un béton est défini par la valeur de sa résistance caractéristique à la compression à 28

jours, f c28. Par convention, la résistance à la compression du béton est mesurée par la charge

conduisant à l’écrasement par compression axiale d’une éprouvette cylindrique de 16 cm de

diamètre et de 32 cm de hauteur.

Les bétons courants ont une résistance de 20 à 30 MPa, ceux de qualité supérieure de

40 à 50 MPa, et les bétons à haute performance peuvent dépasser 100 MPa. Par ailleurs, les

valeurs de la résistance à la compression s'obtiennent aussi en écrasant, entre les plateaux d'une



19

presse hydraulique, des éprouvettes (cubique, cylindrique ou prismatique selon la norme

adoptée par chaque pays) de béton d'âge donné et conservées dans des conditions fixées.

Connaissant la résistance à la compression à 28 jours d'âge, on peut déterminer celle à j

jours d'âge :

��=�

�.��.�� ; �� ≤ 40MPa

��=�

�.��.�� ; �� > 40MPa

Il y a une relation entre la composition du béton et la résistance à la compression. D'où

la relation fondamentale qui lie la résistance à la compression R c d'un béton aux volumes

absolus de ciment c, d'eau e et des vides v contenus dans un mètre cube de béton durci.

a) Formule de FERET

�(�

��

��

)�= k��

k, coefficient dépendant de la nature du ciment et du mode de serrage. Pour un serrage moyen

et du ciment type CEM I k≃500.

K = �

�� où c, e et v sont les volumes de ciment, eau et d’air occlus.

Si v est négligeable :

η=�

��

Où �� , E, C sont respectivement la masse volumique du ciment, les masses d'eau

et de ciment par unité de volume.

b) Formule de BOLOMEY

D’après BOLOMEY, on a :

Rc = k3 (CE - 0.5) pour béton plein

Rc = k3 (C(E+V) - 0.5) pour béton présentant des vides.

Où k3 dépend de la nature du ciment et de l’âge du béton.



20

Tableau 5 : Valeur de k3 en fonction de la nature du ciment et de l’âge du béton

Nature du ciment Ages du béton jours

7 14 28

CEM I 125 190 230

Ciment au laitier 90 150 200

I.4.2.2. Résistance à la traction

La résistance à traction est environ égale au dixième de la résistance à la compression.

Le comportement en traction du béton peut être identifié par l’essai de flexion ou bien par l’essai

par fendage.

a) Résistance en traction par flexion

Les essais les plus courants sont des essais de traction par flexion. Ils s’effectuent en général

sur des éprouvettes prismatiques d’élancement 4, reposant sur deux appuis :

Soit sous charge concentrée unique appliquée au milieu de l’éprouvette (moment

maximal au centre) ;

Soit sous deux charges concentrées, symétriques, égales, appliquées au tiers de

la portée (moment maximal constant entre les deux charges).

Figure 1 : Essai de traction par flexion



21

b) Résistance en traction par fendage :

L’essai consiste à écraser un cylindre de béton suivant deux génératrices opposées entre

les plateaux d’une presse. Cet essai est souvent appelé « Essai Brésilien ».

Figure 2 : Essai de traction par fendage

Si Q est la charge de compression maximale produisant l’éclatement du cylindre

par mise en traction du diamètre vertical, la résistance en traction sera :

��= ��

��

L : longueur de l’éprouvette ;

D : diamètre de l’éprouvette ;

Q : charge de rupture



22

chapitre II. FIBRES VEGETALES

II-1 Historique et perspective de l’utilisation des fibres :

L’idée de l’utilisation des fibres est très ancienne. Les fibres ont été utilisées dans la

fabrication des cordes et textiles. Comme élément de renforcement des matériaux de

construction traditionnels, la première utilisation des fibres a été observée dans la fabrication

des briques argileuses ou dans les mises en œuvre des plâtres, et spécialement par des fibres

végétales.

La naissance de la fibre industrielle, suite aux développements technologiques, a

augmenté les champs d’applications des fibres dans plusieurs domaines. Utilisé dans le domaine

des textiles depuis le XIXe siècle sous forme de fibre de coton, et à partir de l'année 1935 la

fibre de Nylon (plastique), et récemment la fibre de polypropylène prédomine depuis l’année

1950 la production des cordes et câbles utilise les fibres de verre et d’acier. Cependant, dans le

domaine de la construction, la première fibre utilisée dans le renforcement des ciments fut la

fibre d’amiante vers les années 1900. Si la fibre d’amiante est considérée comme étant la

première fille dans la famille des fibres minérales utilisées dans le renforcement des ciments, la

fibre de verre est la première sœur. En effet, le renforcement des ciments par les fibres de verre

a commencé à partir des années 50, pour répondre aux exigences et aux nécessités de production

des matériaux résistants, durables et légers, mais aussi et surtout pour se substituer à l'amiante,

originaire de plusieurs maladies sanitaires

Depuis 1966, les efforts ont été concentrés pour l’amélioration de la qualité de la fibre

de verre notamment sa résistance aux alcalis. Parallèlement, la technologie d’utilisation des

fibres d’acier fût développée. Des recherches se poursuivent pour adapter ces matériaux aux

bétons à hautes performances.

Dernièrement, des recherches sont axées vers l’incorporation des fibres végétales ou

naturelles tels que le sisal, le jute et la hampe dans le renforcement des matériaux de

construction et particulièrement dans les ciments.

L’avenir du développement dans le domaine du béton de fibre sera fort probablement

attribué aux fibres végétales, notamment pour les pays en voie de développement.



23

II-2 Type des fibres utilisées dans le domaine de construction :

Plusieurs types des fibres sont utilisés dans la construction, parmi eux nous citons :

• Les fibres métalliques (acier, fonte) ;

• Les fibres organiques (polypropylènes, polyesters, polyamides et

polystyrènes);

• Les fibres minérales (amiante, verre, carbone) ;

• Les fibres végétales (Jute, sisal, bois, bambou, palmier) ;

• Les fibres animales (poil, laine, soie).

II-3 Fibres végétales

L’utilisation des fibres naturelles d’origine végétales dans la construction remonte aux

années où l’on fabriquait des briques renforcées par la paille ou des roseaux. Dans le temps

moderne (depuis l’année 1970), le premier composite liant avec les fibres végétales était le

plâtre. De ce fait, plusieurs ouvrages sont réalisés avec le plâtre renforcé de fibres végétales.

Actuellement le monde connaît de récents développements dans le domaine de

renforcement du ciment et béton avec des fibres végétales. Suite aux problèmes de santé posés

par les fibres d’amiante, plusieurs axes de recherches sont orientés vers la substitution de celles-

ci par les fibres végétales.

II-3-1 Définition

Une fibre végétale est une expansion cellulaire morte qui est principalement composée

de cellulose, d’hémicelluloses, de lignine et de pectines. Elle est soit isolée soit regroupée avec

d’autres en un faisceau. [11]

Il est primordial de ne pas confondre fibre unitaire et faisceau de fibres. Une fibre

unitaire correspond à une cellule élémentaire fibreuse, qui, regroupée avec d’autres, forme un

faisceau de fibres ; le lien interstitiel entre les fibres unitaires étant composé principalement de

pectines et d’hémicelluloses. Ce sont généralement ces faisceaux de fibres qui sont

communément appelés « fibres végétales ».



24

Figure 3 : Différentes formes de fibres

Elle est caractérisée par sa finesse et sa forme allongée par rapport à son diamètre. La

plupart des fibres végétales mesure entre 10 et 15 mm de long pour un diamètre de 10 à 50 µm,

soit un rapport longueur sur diamètre compris entre 10 et 100.

II-3-2 Origines des fibres végétales [11]

Les fibres végétales peuvent être issues de différentes parties de la plante: des feuilles,

de la tige ou tronc, de bois et de surface.

II-3-2-1 Les Fibres de Feuilles :

Ces fibres sont obtenues grâce au rejet des plantes monocotylédones. Les fibres sont

fabriquées par chevauchement de paquet qui entoure le long des feuilles pour les renforcer ces

fibres sont dures et rigides.

Les types de fibres de feuilles les plus cultivées sont la fibre de sisal, de Henequen et

d’abaca. De ces fait, plusieurs chercheurs tel que: NILSSON, AYYAR et al ont montré

l’efficacité du renforcement du ciment par les fibres de feuilles.

II-3-2-2 Les Fibres de Tiges :

Les fibres de tige sont obtenues dans les tiges des plantes dicotylédones. Elles ont pour

rôle de donner une bonne rigidité aux tiges de plantes.

Les fibres de tige sont commercialisées sous forme de paquet de cor et en toute longueur.

Elles sont par la suite séparées individuellement par un processus de défilage. Les fibres, une

fois séparées, sont utilisées dans la fabrication des cordes ou de textile ou bien dans le

renforcement du ciment et béton.



25

II-3-2-3 Les fibres de bois :

Les fibres de bois proviennent du broyage des arbres tels que les bambous ou les

roseaux. Elles sont généralement courtes. Plusieurs chercheurs ont montré l’efficacité de ces

fibres dans le renforcement des ciments.

II-3-2-4 Les fibres de surface :

Les fibres de surface entourent en général la surface de la tige de fruits ou de grains. Les

fibres de surface des grains constituent le groupe le plus important dans cette famille de fibres.

Nous citons entre autre le coton et la noix de coco. Par ailleurs, les fibres de palmier, qui

entourent son tronc, appartiennent à cette famille de fibres.

II-3-3 Techniques d’extraction des fibres végétales [13]

Les fibres végétales sont extraites des plantes par différentes méthodes mécaniques,

chimiques et biologiques (utilisation des bactéries et enzymes) en fonction du type de fibre

considéré. Ces procédés de séparation des fibres généralement utilisés de nos jours sont

schématisés dans le diagramme de la figure ci-dessous :

Figure 4 : Procédés de séparation des fibres



26

II-3-3-1 Décortication

Pour obtenir des fibres élémentaires à partir de la tige de la plante, la première étape

consiste à séparer les faisceaux de fibres libériennes du cœur, généralement ligneux, de la tige.

Le cœur ligneux est fragile et casse lorsqu’on plie la tige, tandis que les faisceaux de fibres

libériennes eux, sont très flexibles et ne se rompent pas. Les machines utilisées pour la

décortication mécanique des fibres libériennes se basent soit sur le principe des moulins

broyeurs, soit sur le principe des rouleaux concasseurs rotatifs, profilés. Les machines acceptent

les tiges de plantes même emmêlées, ce qui simplifie la technique de récolte par rapport au

procédé traditionnel de production des fibres. Cette machine se compose de quatre paires de

rouleaux rotatifs, à profil axial, placés les uns derrière les autres et entraînés par un moteur

électrique. Elle permet de reproduire en laboratoire un processus de décortication industriel,

correspondant au niveau actuel de la technique. Dans le cadre de la décortication en laboratoire,

les tiges ne sont pas complètement décortiquées après un seul passage. Le liber partiellement

décortiqué a donc été reconduit plusieurs fois dans la machine jusqu’à ce qu’il soit absolument

exempt de chènevottes, ce qui a requis cinq passages dans la machine.

II-3-3-2 Dégommage

Avec la décortication mécanique et le cardage successif, les faisceaux de fibres ne

peuvent pas être séparés jusqu’aux cellules des fibres élémentaires. Pour parvenir à ce stade, il

est indispensable d’éliminer les substances gommeuses qui entourent les fibres (dégommage).

Différents procédés biologiques et physico-chimique ont été étudiés pour obtenir un

dégommage contrôlé. Le procédé par explosion de vapeur (vapocraquage) et le procédé de

séparation biologique sont les plus développés.

En ce qui concerne le vapocraquage, le liber est placé dans un autoclave avec vapeur

alcaline de 8-12 bars durant 30 minutes. Lorsque la pression est réduite, les fibres sont

accélérées et séparées. Ce procédé permet d’affiner les fibres. Il est suffisamment développé

pour permettre une application industrielle.

Dans le cadre de la séparation biologique, les microorganismes présents naturellement

sur le liber sont placés dans un fermenteur dans des conditions précisément définies. Les

substances gommeuses du liber se dissolvent sous l’action des enzymes libérés par ces

microorganismes, ce qui permet la séparation ultérieure des fibres élémentaires.



27

II-3-3-3 Rouissage

Le rouissage est un procédé à la fois mécanique, chimique et enzymatique pour la

séparation des fibres. Ces fibres sont prétraitées à l’aide de petits rouleaux rainurés afin de briser

la tige mécaniquement et de permettre aux enzymes d’être absorbées plus rapidement par les

fibres. Ensuite, avant de pulvériser une enzyme commerciale sur les tiges, on les immerge dans

l’eau pendant deux minutes. On utilise des chélateurs pour réduire la quantité d’enzymes

employée. Les chélateurs éliminent le calcium qui relie et stabilise les pectines, ce qui favorise

l’accès de l’enzyme à l’intérieur de la tige. Le processus de rouissage aux enzymes réduit le

temps de rouissage de plusieurs semaines à 24 heures seulement.

II-3-4 Structure de la fibre végétale [8]

La fibre végétale est un composite en elle-même. Le renfort est constitué par les couches de

micro fibrille cellulosiques en partie cristalline. Ce dernier est enrobé d’une matrice

polysaccharidique amorphe (hémicellulose et pectine) qui est associée par liaison hydrogène et

covalentes à la lignine.

La fibre végétale est composée de plusieurs parois parallèles à l’axe de la fibre et disposée

en couche superposée dans le sens radiale. Ces différentes couches qui forment la lamelle

mitoyenne, la paroi primaire et la paroi secondaire. Ces dernières bordent un lumen de

diamètre variable suivant l’espèce. La paroi secondaire est composée de trois couches de

micro fibrilles.

Les micro fibrilles décrivent par rapport à l’axe de la fibre, un angle micro-fibrillaire

(MAF) dont la valeur varie d’une espèce à l’autre. L’orientation des micro fibrilles par

rapport à l’axe de la cellule joue un grand rôle dans les propriétés mécaniques des parois des

fibres, plus que l’angle des micro fibrilles augmente, le module de Young (une mesure

de la rigidité) décroît, tandis que l’extensibilité des parois augment[LAU 06].

Figure 5 : Schématisation des fibres végétales



28

II-3-5 Composition chimique des fibres végétales

Chimiquement, la matière première végétale est constituée de plusieurs macromolécules

étroitement liées entre elles au sein de la paroi végétale.

Comme nous l’avons vu précédemment les composées les plus majoritaire sont la

cellulose, l’hémicellulose , les pectines et les lignines. Ces différents constituants sont

agencés de manière très complexe.

II-3-5-1 Cellulose [17]

C’est en 1838 qu’Anselme Payen a suggéré que les parois de nombreuses cellules végétales

étaient constituées de la même substance à laquelle il donna le nom de cellulose. C’est un

composant indispensable pour toutes les fibres végétales. La cellulose est la matière la plus

répandue dans la nature. Elle est présente dans les plantes, les algues, les bactéries et chez

certains animaux.

La cellulose est présente à raison de 50% à 85% dans les fibres végétales couramment

utilisées comme renforts dans les composites. C’est un polymère naturel en longues chaînes

linéaires, c’est-à-dire un corps dont les molécules, vraiment très longues (1000 Angstrom contre

9 en largeur et 4,7 en épaisseur), sont formées par la répétition d’un même motif chimique

appelé : cellobiose (molécule formée par deux unités de glucoses reliées par des liaisons 1- 4).

Ces grosses molécules sont groupées à peu près parallèlement à raison de 200 ou 250 en

de sortes de faisceaux (les filaments micellaires) qui, rassemblés en grand nombre,

donnent naissance à des constituants plus volumineux, les fibrilles. Ce sont ces fibrilles qui,

associées à de multiples exemplaires, forment les fibres cellulosiques proprement dites.

Figure 6 : Structure moléculaire du cellobiose

Elle a une grande inertie chimique et elle est insoluble dans l’eau et dans des solvants

organiques. Les alcalis et acides dilués n’ont aucune action sur la cellulose même à chaud.



29

Elle est aussi douée d’une grande résistance mécanique : ces liaisons 1- 4 ne peuvent

pas être brisées par les sucs digestifs de la plupart des animaux.

La formule brute de la cellulose est (C 6 H10 O5) n où n compris entre 200 et 14000.

Figure 7 : Structure moléculaire de la cellulose.

II-3-5-2 Hémicellulose

Les hémicelluloses sont par définition les polysaccharides solubles dans l’eau et pouvant

être extrait de la paroi des cellules végétales par des solutions alcalines. Ce sont des

polysaccharides à chaines plus courtes que celles de la cellulose et à structure amorphe. Elles

sont composées de sucres neutres : xylose, arabinose, galactose, glucose, mannose, et d’acides

uroniques. Ce sont le constituant responsable de l’élasticité des fibres et qui permet aux parois

de s’allonger pendant la croissance. [13]

II-3-5-3 Pectine

Les pectines jouent un rôle capital dans l’architecture de la paroi végétale. Ces substances

pectiques sont présentes avec des proportions variées dans la plupart des végétaux (environ 1%

dans le bois). Elles jouent le rôle de ciment intercellulaire et contribuent à la cohésion des tissus

végétaux.

Sur le plan structural, les pectines sont une famille de polysaccharides complexes qui

contiennent un enchaînement d’unités d'acide α-D-galacturonique liées entre elles par des

liaisons α (1-4), interrompu par la présence d'unités L-rhamnopyranose.

Les pectines portent aussi des subsistances non sucrées, essentiellement le méthanol,

l’acide acétique, l’acide phénolique et parfois des groupes d’amide.



30

L’estérification des résidus d’acide galacturonique avec le méthanol ou l’acide acétique

est une caractéristique qui joue un rôle très important sur les propriétés physicochimiques

des pectines particulièrement sur la formation de gel.

Figure 8 : structure de la pectine

II-3-5-4 Lignine

La lignine est une macromolécule extrêmement hétérogène composée de polymères

aromatiques et varie en fonction des différentes espèces végétales. C’est pour cette raison

qu’il est extrêmement difficile de préciser totalement une structure donnée et qu’on propose

donc plutôt des structures schématiques.

Elle représente, après les polysaccharides, le polymère naturel le plus abondant sur terre.

Elle participe à la rigidité structurale des parois cellulaires et protège les plantes contre

l’attaque des organismes pathogènes. La lignine est une molécule à trois dimensions composée

d’unités de phényle propane. Les unités primaires (monolignols) constituant la lignine

sont l'alcool coniférylique, l'alcool sinapylique et l’alcool p-coumarylique. Au cours du

processus de lignification, des phénoloxydases végétales telles que les laccases

interviennent et permettent la polymérisation des différentes unités élémentaires. Une fois

synthétisée, la lignine s’associe avec les différents polysaccharides pour former une matrice

constitutive de la paroi végétale. [13]

Figure 9 : Motifs élémentaires de la lignine



31

II-3-6 Propriétés des fibres végétales [21]

Généralement une fibre végétale est caractérisée physiquement par son diamètre, sa

densité, sa teneur en eau et son pourcentage d'absorption d'eau. Elle est caractérisée

mécaniquement par sa résistance à la traction, à la rupture et par le module d’élasticité.

La structure, les dimensions des cellules, les défauts, et la composition chimique

des fibres sont les principales variables qui conditionnent l'ensemble des propriétés des

fibres. En règle générale, la résistance à la traction et le module d’Young des fibres croît avec

l'augmentation de la teneur en cellulose. Les fibres naturelles hydrophiles et le caractère

hydrophobe de la plupart des polymères conduit à des difficultés de dispersion des fibres dans

la matrice, ce qui perturbe les propriétés du composite résultant. Il s'agit d'un inconvénient

majeur des composites renforcés par des fibres naturelles.

Un autre problème est que la température de traitement des composites est limitée

à 200°C car les fibres végétales risquent de subir des dégradations à des températures plus

élevées, ce qui limite le choix de la matrice.

Une autre restriction à l'exploitation des fibres naturelles pour des applications

composites est la faible résistance microbienne et la sensibilité à la pourriture. Ces

propriétés posent de graves problèmes durant le transport, le stockage, le traitement et la

mise en œuvre des composites. L’hétérogénéité et les variations de dimensions et de propriétés

mécaniques (même entre les plantes de la même culture) posent également un autre problème.

Mais il est clair que les avantages l'emportent sur les inconvénients. Pour améliorer

la stabilité thermique, la compatibilité entre le polymère et les fibres naturelles, et ainsi

améliorer les propriétés des composites, réduire la perméabilité à l'eau …, la surface des

fibres peut être modifiée par des méthodes physiques ou chimiques .

II-4 Domaines d’application des fibres : [11]

Les fibres de toute nature sont très employées dans différents ouvrages dans le but

d’améliorer leurs performances mécaniques et physiques. Actuellement, les fibres végétales

sont de plus utilisées dans le but d’arriver à substituer les fibres d’amiante.



32

Par ailleurs, l’utilisation des fibres de polymère, de carbone et d’acier est de plus en plus

pratiquée dans plusieurs domaines et spécialement dans la fabrication des panneaux et dans la

restauration et la réparation des ouvrages anciens endommagés.

Du fait de leurs propriétés, les fibres trouvent un vaste domaine d’applications là où on

veut réduire les risques de fissuration, espacer les joints de retrait, augmenter la résistance aux

chocs et tirer parti de l’amélioration de la résistance en traction pour diminuer le

dimensionnement des pièces :

• Dallages, parkings, pistes ;

• Bétons projetés en galeries, tunnels, talus ;

• Eléments préfabriqués divers : tuyaux, caniveaux ;

• Pieux de fondation ;

• Voiles.



33

chapitre III. BAGASSE DE CANNE A SUCRE

III-1 Définition [25]

La bagasse est le résidu fibreux de la canne à sucre qu’on a passée par le moulin pour en

tirer le suc. Elle est composée principalement de la cellulose de la plante.

L’industrie sucrière produit en grande quantité de bagasse. On estime que la production

mondiale de la bagasse est d’environ 250 millions de tonnes par an.

Photo 1 : Production de sucre de canne

III-2 Composition de la bagasse [16]

III-2-1 Propriétés morphologiques

Lors du broyage de la canne par les broyeurs, après extraction du jus, les trois principales

composantes de la canne se retrouvent dans la bagasse :

la moelle : composée de fibres courtes contenant une majorité de sucroses ;

les fibres ;

l’écorce : contenant les fibres les plus longues et les plus fines.

La bagasse présente une grande hétérogénéité morphologique constituée de paquets de

fibres et d’autres éléments de structure comme des vaisseaux, le sclérenchyme (cellules

à parois épaisses souvent lignifiée : fibres), du parenchyme et des cellules épithéliales (Sanjuan

et al., 2009), dans des proportions reportées tableau 6 :



34

Tableau 6 : Répartition des éléments constitutifs de la bagasse

Epiderme Sclérenchyme Parenchyme

5-7% 25-27% 65-69 %

D’autres auteurs, lors de travaux de coopération menés par l’ICIDCA 16 (ICIDCA,

1990), donnent une autre répartition des éléments constitutifs de la bagasse (Tableau 8). La

fraction appelé fibre dans la production de sucre est constituée d’un point de vue

morphologique, fondamentalement de la vrai fraction de fibre et du cœur (moelle ou

parenchyme).

Tableau 7 : Répartition des tissus contenus dans la bagasse

Fibres Moelle ou

parenchyme Vaisseaux Epiderme

50% 30% 15% 5%

Les fibres de bagasse sont rigides, de contours irréguliers mais bien définis. Elles présentent

des fibres partielles résultant de l’action mécanique durant le procédé industriel. La proportion

de fibre d’écorce dans la bagasse est largement supérieure à celles des vaisseaux fibro-

vasculaires.

En s’attachant aux tissus constituant la bagasse de canne, pour mieux comprendre de quoi

elle se compose, on retiendra que les éléments les plus intéressants de par leur structure, sont

les fibres de l’écorces qui sont les plus longues et les plus fines. En effet, la partie externe de la

canne est une large paroi cellulaire longue, rigide, composée de fibres très lignifiées. Cette

paroi permet de protéger les tiges de canne des effets mécaniques et agressions extérieures de

la plante. Les fibres lui servent donc de soutien élémentaire. Par ailleurs, d’un point de vue

cellulaire, on est en présence de cellules du sclérenchyme, cellules les plus fibreuses et les plus

longues constituées de parois épaisses.

La zone interne de la tige ou moelle, se compos e d’un tissu qui a pour fonction

d’accumuler le jus de canne. On retrouve immergé dans ce tissu, des faisceaux constitués

de fibres et de vaisseaux, qui conjuguent leurs fonctions de soutien et d’approvisionnement

en nutriments (xylème) et en produits élaborés (phloème) tout au long de la tige.



35

Les cellules qui s’y trouvent sont des cellules du parenchyme de forme irrégulière (Dinu,

2006), présentant des parois fines avec pour caractéristique première leurs faibles

dimensions. Ces cellules-ci contiennent la majorité du sucrose accumulé par la plante.

Ainsi, après broyage de la canne dans les différents moulins, la structure anatomique se

réduit à un mélange physique de tous les éléments décrits précédemment.

III-2-2 Composition physique de la bagasse [19]

La composition physique moyenne de la bagasse établie par ICIDCA (ICIDCA, 1990),

est donnée dans le tableau 8:

Tableau 8 : Composition physique moyenne de la bagasse

Fraction fibreuse Solides non solubles Solides solubles eau

45% 2-3% 2-3% 50%

La partie désignée comme fibre correspond à toute la matière fibreuse solide

organique insoluble dans l’eau. Toute la fibre qui était dans la canne se retrouve dans la bagasse

après passage dans les moulins, constituant la fraction fondamentale pour la production

industrielle.

La fraction de solides solubles se compose de molécules de saccharose résiduel, non

extraites lors du procédé ainsi que d’une petite portion de cires.

Les solides non solubles sont principalement inorganiques. Ils sont composés de pierres

et autres matériaux étrangers. Cette portion, bien que faible, participe à la composition

de la bagasse et est grandement influencée par les moyens mécaniques de coupe et de récolte.

L’eau présente dans la bagasse est retenue par les phénomènes d’absorption et de

capillarité. La capacité des composants chimiques de la bagasse d’absorber les molécules d’eau

dépend de l’humidité relative du milieu de la bagasse; aussi l’ eau est maintenue par les

forces de capillarité et tension superficielle, du au caractère poreux de la bagasse

(ICIDCA, 1990).

Cette teneur en eau est inévitable puisque le jus est extrait, nécessitant un grand apport en

eau dans la sucrerie.



36

III-4-1 Composition chimique de la bagasse [19]

La bagasse et la canne à sucre sont constituées d’une intime association de

polymères : cellulose, hémicellulose et lignine, dont la distribution dans la plante est hétérogène

entre la paroi cellulaire et la moelle interne. Le Tableau 9 regroupe la répartition des fractions

polymériques dans la bagasse :

Tableau 9 : Principaux éléments constitutifs des fibres et moelle

Composants % Moelle Fibres Ecorce

Cellulose 26-36 38-43 45

Pentonases 28-33 27-32 30

Lignine 18-22 20-23 18

Ces résultats permettent de constater la plus grande part de cellulose dans les

fibres et l’écorce, et non dans la moelle.

III-3 Distribution de la taille des particules

Du fait des différents passages dans les broyeurs de la sucrerie, la bagasse se présente

comme un matériau très hétérogène dont la taille des éléments varie de 1.2 mm et 35 cm. Les

tailles des éléments constituant la bagasse dépendent de trois critères déterminants, à savoir :

La variété de la canne ;

L’équipement pour couper la canne ;

Les machines dans la centrale sucrière.

III-4 Densité [19]

La détermination de la densité de particules est importante pour les applications requérant

un allègement en poids, comme pour les matériaux composites par exemple. Les fibres

naturelles ont une densité deux fois inférieure à celle des fibres de verre.

La densité de différentes fractions constituantes de la bagasse a été identifiée selon Berndt

et Hodzic (Berndt et Hodzic, 2007) et répertoriée dans le tableau10.



37

Tableau 10: Densité des différentes fractions de la bagasse

Composés Fraction Densité

Moelle 5% 220 kg/m3

Fibres 73% 520 kg/m3

Ecorce 22% 550 kg/m3

La densité des fibres est assez proche de celle de l’écorce puisque celle -ci est

essentiellement constituée de fibres très liées (et non de moelle).

III-5 Applications courantes des fibres de bagasse [16]

De façon générale, les fibres de bagasse connaissent une large gamme d’application

qui sont liées à leurs propriétés thermiques, mécaniques et physico-chimiques :

Alimentation du bétail :

La bagasse peut être également utilisée pour l'alimentation du bétail. Cette utilisation ne

semble pas intéressante dans le cas de jeunes bovins mais s'avère rentable pour les animaux de

plus de deux ans.

Construction et ameublement :

La bagasse permet de fabriquer un matériau de construction appelé bagapan.

Emballage alimentaire :

La bagasse est utilisée depuis quelques années pour les emballages alimentaires, assiettes,

bols, gobelets, etc. En effet, cette utilisation de la bagasse est une bonne alternative au plastique

et au polystyrène, car la bagasse n'est pas dangereuse pour la santé, et elle est biodégradable.

L'avantage également de la bagasse est sa résistance à des températures extrêmes, et elle peut

donc être congelée ou servir de contenant pour bouillir les aliments. Ne contenant pas de

métaux, un produit en bagasse est utilisable au four à micro-ondes. Les emballages alimentaires

en bagasse sont compostables. L'utilisation d'un tel produit a un impact positif sur la santé et

sur l'environnement.

Pulpe et papier :

La bagasse est utilisée pour la production de pulpe chimique. Une des applications

notables de la pulpe de bagasse est la cellophane.



38

Production d'énergie :

La bagasse est une bioénergie utilisée dans les usines de production de rhum ou de sucre.

La performance des installations permet à certaines usines de fonctionner en autonomie

énergétique.



39

chapitre IV. BETON RENFORCE DE FIBRES

VEGETALES

Dans ce chapitre, nous nous intéressons à l’étude bibliographique des bétons renforcés

de fibres, matériau utilisé depuis de nombreuses années avec succès et principalement pour des

applications spécifiques telles que les éléments de préfabrication ou les dallages.

L’utilisation des fibres dans la construction remonte à plusieurs siècles. L’intérêt pour

leur utilisation ne cesse de croître pour la fabrication du béton prêt à l’emploi, du béton

préfabriqué, béton autoplaçant. Fabriquées à partir d’acier, de plastique, de verre et de

matériaux naturels ou autres, les fibres sont disponibles en diverses formes (rondes, lattes,

gaufrées et déformées). Les fibres apportent au béton de nombreux avantages, notamment sur

le comportement mécanique sous sollicitation de traction. Elles sont ajoutées au béton durant

le malaxage.

IV-1 Définition de béton de fibres [9]

Ce sont des bétons dans lesquels ont été incorporées des fibres de nature, dimension et

géométrie diverses, dans le but de leur conférer certaines propriétés. De façon générale, ces

bétons présentent :

• Une meilleure résistance à la traction

• Une amélioration des résistances mécaniques (jeune âge, chocs, cisaillement,

usure, abrasion...)

• Une bonne maîtrise de la fissuration

• Une amélioration en matière de plasticité, de moulage et d'aspect de surface

IV-2 Rôles des fibres dans les bétons [9]

Les fibres noyées dans le béton permettent d'arrêter le développement de la fissuration

comme les barres d'armature en acier. Les fibres courtes et discontinues ont cependant,

l'avantage de se mélanger et de se disperser dans le béton de façon uniforme.

Selon les fibres utilisées (forme et nature) et les ouvrages auxquels elles sont

incorporées, ce rôle se traduit par des améliorations relatives à :



40

- la cohésion du béton frais;

- la déformabilité avant rupture;

- la résistance à la traction par flexion;

- la ductilité et la résistance post fissuration;

- la résistance aux chocs;

- la résistance à la fatigue;

- la résistance à l’usure;

- la résistance mécanique du béton aux jeunes âges;

- la réduction des conséquences du retrait par effet de couture des

microfissures;

- la tenue au feu;

- la résistance à l’abrasion.

IV-3 Compatibilité des fibres végétales avec le ciment [6]

L’étude microstructurale des Bétons Fibres nous permet d’élucider sa structure

chimique, et de comprendre son comportement mécanique et son mode de rupture .Ainsi, les

observations au microscopes électroniques à balayage des surfaces de rupture des bétons de

fibre de cellulose effectuées par KHENFER ont montré que la liaison chimique entre les

fibres et la matrice du ciment se justifie par la morphologie et la nature des constituants

du composite, sachant que le ciment est un matériau fortement alcalin et contient des groupes

d’hydroxyde de métal. Alors que les fibres végétales contiennent des groupes d’hydroxyde.

KHENFER conclut, qu’à l’état sec ou ambiant du matériau composite (matrice-fibre),

les fibres sont liées à la matrice par plusieurs liaisons hydrogènes et hydroxydes. Le transfert

de chargement aux fibres (après rupture de la matrice) passe par ces liaisons jusqu’à la fracture

de la fibre. Cependant, dans le cas où le matériau est humide ou saturé, les liaisons

hydrogènes entre fibres ou entre fibre-matrice seront détruites par l’insertion des molécules

d’eau entre les groupes d’hydroxydes de la matrice, d’où une chute dans l’adhérence. A ce

moment si les fibres se gonflent, des forces de friction seront développées, ce qui peut

provoquer des fissurations.



41

IV-4 Notion d’ouvrabilité du béton de fibre [13]

IV-4-1 Longueur des fibres

Pour avoir un renforcement efficace de la matrice, les fibres doivent suffisamment

longues pour s’opposer à l’ouverture des fissures inter-granulaires, cette longueur doit

représenter trois fois la dimension du plus gros granulat. Aussi, pour coudre efficacement les

deux lèvres des fissures, il faut que les fibres soient munies d’un système d’accrochage qui leur

assure un ancrage solide dans la matrice. Cependant, il faut noter que l’augmentation de la

longueur des fibres et la présence de système d’ancrage spécifiques diminuent l’ouvrabilité du

béton. Les difficultés liées à l’élancement peuvent, néanmoins être surmontées par l’utilisation

de fibres accolées.

IV-4-2 Dimensions du plus gros granulats et pourcentage maximum en fibres [8]

La dimension des granulats est très importante pour avoir un bon béton résistant et

maniable car avec une présence d’une certaine quantité de gros grains, le béton peut avoir une

mauvaise ouvrabilité.

Les bétons renforcés par des fibres sont composés, en plus des gros granulats, d’une

quantité de fibres, qui en entrant en contact avec ceux-ci tend à figer leur mouvement, fait qui

se répercute principalement sur la maniabilité.

La mise en œuvre des bétons de fibres est souvent difficile et a toujours posé de

problème. Ainsi, pour faciliter cette mise en œuvre, la composition du béton ne doit en aucun

cas contenir des éléments dont la taille est supérieure au quart de la longueur de la fibre.

IV-5 Comportement des bétons de fibres : [8]

Le comportement du béton de fibres est très compliqué du moment que c’est le résultat

du comportement de deux matériaux non homogène. Dans ce qui suit nous allons examiner le

comportement de ces matériaux sous différentes sollicitation.

IV-5-1 Comportement en compression [26]

La plupart des auteurs affirment que la résistance à la compression des bétons de fibres

est en générale légèrement inférieure à celle du béton classique et spécialement pour les fibres

végétales. Certains chercheurs révèlent qu’une orientation adéquate des fibres métalliques a



42

permis d’améliorer la résistance à la compression des bétons de fibres par rapport au béton

classique d’environ 15%.

Le comportement et le mécanisme de rupture des bétons de fibres en compression ont

été interprétés par MONGAT et AZARI, qui rapportent qu’en compression, la présence des

fibres favorise l’apparition des micros fissures. Celle-ci se propagent rapidement et entraînent

la rupture du matériau.

IV-5-2 Comportement en traction [26]

Les fibres ont un rôle très important dans l’amélioration de la résistance à la traction et

la limitation de la propagation des fissures sur le béton, surtout après l’apparition de la première

fissure.

En fait, avant l’apparition de la première fissure le comportement du béton de fibres en

traction uni axial est presque similaire au béton classique. En revanche, le comportement post-

fissuration est fortement lié à la nature des fibres, à leur longueur, à leur quantité et leur

orientation.

IV-5-3 Comportement en flexion [26]

Les fibres sont très efficaces dans l’amélioration de la résistance à la flexion. Le

comportement en flexion des bétons de fibres est largement influencé par la nature, le

pourcentage et l’orientation de fibres dans la matrice.

IV-1 Durabilité des bétons de fibres végétales [26]

Dans les matériaux composites à matrice cimentaire, le renfort fibreux doit non

seulement améliorer la résistance après fissuration, mais aussi présenter de bonne durabilité

dans diverses ambiances.

Les fibres végétales résistaient mal aux alcalis. La faible tenue, de ces fibres dans les

milieux alcalins, en particulier dans la chaux libérée par les ciments lors de l’opération

d’hydratation, constitue une contrainte qui limite le champ d’utilisation de ce type de

fibres dans le ciment. La dégradation des fibres végétales dans les composés cimentaires se

produit parce que l'eau interstitielle alcaline dissout la lignine et l'hémicellulose existant dans

les lamelles moyennes des fibres, affaiblissant ainsi le lien entre les différentes cellules de fibre.

Un mécanisme additionnel est l'hydrolyse alcaline des molécules de cellulose, qui cause la



43

dégradation de la chaîne moléculaire, donc menant à une réduction du degré de polymérisation

et abaisse la résistance à la traction. Ce phénomène se manifeste au niveau de la fibre soit par

détérioration soit par diminution de sa résistance à la traction.

IV-7 Amélioration de la durabilité [26]

La fibre végétale étant un matériau naturel peu durable, il est très judicieux de le traiter

pour une utilisation : augmenter la résistance contre le pourrissement

Si la fonction des fibres dans une matrice cimentaire est de maintenir la résistance et la

ductilité du composite. Pour les fibres végétales, il est nécessaire de protéger ces fibres par

plusieurs procédés afin d’améliorer leur durabilité dans un milieu cimentaire très alcalin, on

peut citer :

Soit par traitement de la fibre ;

Soit la modification de la matrice ;

Soit la combinaison de deux procédés.

IV. 7. 1. Traitement de la Fibre [26]

Afin d’assurer une bonne compatibilité des fibres végétales avec la matrice

cimentaire, Il existe de nombreuses techniques. Ces dernières permettant la mise en place de

liaisons chimiques au niveau de l’interface. Ces diverses techniques peuvent être divisées en

deux catégories :

les méthodes de modification physiques ;

les méthodes chimiques.

Le but de ces modifications est l’amélioration de l’adhésion par la création de liaisons qui

n’existaient pas auparavant. La surface est donc au cœur de l’action et subit des modifications.

IV-7-1-1 Méthodes physiques de modification de la surface

Les méthodes physiques induisent un changement des propriétés structurelles et

surfaciques de la fibre cellulosique. Parmi ces méthodes on cite le calandrage, l’étirement,

les traitements thermiques. Ces techniques ne causent pas de modifications chimiques.

Dans ce qui suit on cite quelques techniques très répandus pour le traitement physique des fibres

végétales :



44

Traitements par décharges électriques (corona, plasmas froids) :

La modification des fibres cellulosiques par ce type de traitement a connu plusieurs

succès dans le cadre d’études sur les composites. Le traitement Corona, ou effet couronne,

est une technique d’activation de surface par oxydation. Cela se traduit par une augmentation

de la concentration des groupements aldéhyde lors de l’activation de la surface des fibres.

On obtient sensiblement le même type d’action avec les plasmas à basse

température. Ce traitement modifie la surface des fibres sans affecter les propriétés intrinsèques

du matériau. De plus cette technique ne nécessite pas l’usage de solvant et les temps de

traitement sont courts.

La variété de modifications possibles avec les plasmas provient du choix du gaz impliqué

dans le traitement. L’oxygène entraîne la formation de groupes plutôt acides (accepteurs

d’électrons), alors que l’azote ou l’ammoniaque entraîne la formation de groupes plutôt

basiques (donneurs d’électrons). Ce type de solution par décharge électrique nécessite

toutefois une technologie assez complexe.

Mercerisation :

Bien que ce ne soit pas vraiment une technique ‘physique’, c’est une ancienne

technique de modification chimique couramment pratiquée par l’industrie textile du coton. Il

s’agit d’un traitement alcalin en température qui tend à être adapté aux fibres naturelles.

Certaines caractéristiques mécaniques et d’absorption sont améliorées par la mercerisation.

L’estérification de la cellulose par substitution des groupes hydroxyles a été citée par de

nombreux chercheurs.

Traitement thermique

Ils ont pour but de modifier la structure chimique de la fibre par l’action de la chaleur et

vont spécialement dégrader ou extraire les hémicelluloses responsables du gonflement de la

fibre

IV-7-1-2 Méthodes chimiques de modification de la surface

Plusieurs approches ont été rendues compte de l'utilisation du traitement chimique

des fibres de cellulose pour réduire leur caractère hydrophile et améliorer leur adhérence avec

la matrice.



45

La modification de la surface par les méthodes chimiques a pour objectif de rendre

compatibles deux matériaux par l’introduction d’un troisième ayant des propriétés

intermédiaires.

Traitement Alcalin

C'est l ’un des traitements chimiques les plus employés aux fibres naturelles

destinées pour le renforcement des plastiques. Les modifications les plus importantes causées

par ce traitement sont :

− La rupture des liaisons hydrogène dans la structure du réseau des fibres;

− L'augmentation de la rugosité extérieure;

− L'élimination d'une certaine quantité de lignine, de cire et des huiles couvrants

la paroi cellulaire de la fibre;

− Dépolymérisation de la cellulose;

L'addition de l'hydroxyde de sodium (NaOH) à la fibre naturelle favorise l'ionisation du

groupe d'hydroxyle selon la formule suivante :

Traitement de Silane

L'utilisation des agents d'accouplement de silane est une pratique très bien connue dans

les composites à base de fibres de verre et de matrices polymériques. Ces agents sont aussi

utilisés dans le cas des composites fibres de bois/ciment

Le silane SiH4 est employé comme agent d'accouplement. Il peut réduire le nombre

des groupes hydroxyles de la cellulose dans l'interface fibre/matrice. En présence de

l'humidité, le groupe alkyl hydrolysable mène à la formation du silanol. Ce dernier réagit avec

le groupe hydroxyle de la fibre, en formant des liens covalents stables à la paroi cellulaire.

Par conséquent, les chaînes d'hydrocarbure dues à l'application de silane retiennent le

gonflement de la fibre en créant un réseau réticulé dû à la liaison covalente entre la matrice et

la fibre.



46

IV. 7. 2. Traitement de la matrice [26]

La modification de la matrice a été tentée par les méthodes suivantes:

- Obturation des pores de la matrice avec différents produits ;

- Réduction de son alcalinité par différents procédés.

IV-1-1-1 Obturation des pores de la matrice

D’après GRAM, la limitation des pores peut se faire par l’augmentation de la proportion

des fines ou la quantité de ciment, ou par diminution du rapport E/C pour limiter ainsi le

transport de l’eau et donc l’alcalinité.

IV-7-2-2 Réduction de l’alcalinité

Les méthodes les plus utilisées pour la réduction de l’alcalinité de la matrice sont :

- La carbonatation à jeune âge de la matrice par le gaz carbonique. L’objectif de cette

technique est de réduire le taux de la chaux libérée lors des premiers jours

d’hydratation ;

- L’utilisation d’un ciment ayant une faible teneur en alcalis spécialement la chaux

libérée lors de la réaction d’hydratation. Ainsi plusieurs chercheurs préconisent le

remplacement d’une partie de ciment par l’ajout de laitier, de cendres volantes ou bien

des produits pouzzolaniques.

IV-8 Influence des fibres sur le temps de prise [7]

L’augmentation du temps de prise du ciment est attribuée à une solubilisation

partielle des hémicelluloses au cours de l’interaction entre la pâte et le bois. D’après

Reading, les alcalins, issus de la dissolution du ciment, peuvent attaquer les hémicelluloses et

les convertir en oligosaccharides solubles qui inhiberaient le durcissement du ciment. Cette

hypothèse a été émise par Fischer et al. qui affirment que les substances nuisibles à la

prise du ciment sont les carbohydrates solubles obtenus par diffusion des sucres du bois vers

le milieu cimentaire et leur dégradation en acides sacchariniques.

IV-9 Applications des bétons de fibres [5]

Les bétons fibrés peuvent être utilisés pour une grande variété d’applications en

bâtiment et en génie civil:

– béton coulé en place (dalles, planchers, fondations, voiles, pieux, etc.);



47

– béton préfabriqué (poutres, voussoirs, tuyaux d’assainissement, etc.);

– béton projeté (voie mouillée/voie sèche, construction et réparation de tunnels,

confortement de parois, etc.);

– mortiers (prêts à l’emploi) de réparation et de scellement.

Le choix du type de fibres est fonction du domaine d’application et des performances

souhaitées.

DEUXIEME PARTIE :

ETUDES

EXPERIMENTALES

DEUXIEME PARTIE : ETUDES EXPERIMENTALES


44

chapitre V. CARACTERISATION DES MATERIAUX

D’EXPERIMENTATION

Dans ce présent chapitre seront énoncés brièvement toutes les techniques

expérimentales ainsi que les modes opératoires à adopter lors des travaux au laboratoire,

ainsi que les caractéristiques des matières premières utilisées.

V-1 Méthodes expérimentales

V. 1. 1. Caractéristiques chimiques

L’analyse chimique d’un matériau est essentielle afin de connaître les différents

constituants chimiques à déterminer : les éléments majeurs (SiO2, Al2O 3, Fe2O3, CaO), la teneur

en SO3.

V-1-1-1 Détermination de la teneur en silice

L’essai consiste à déterminer la teneur en résidus insoluble (RI) et silice (SiO2) dans le

matériau.

Le mode opératoire se fait comme suit :

- Peser 1g d’échantillon à analyser ;

- Introduire dans un bêcher de 600ml ;

- Attaquer par 35 ml de HCL concentré et 05 gouttes de HNO3 concentré ;

- Bien écraser les grains à l’aide d’un agitateur en verre ;

- Faire bouillir pendant 6 à 7 minutes sur bain de sable ;

- Abaisser la densité du mélange par 15 à 20 ml d’eau distillée chaude ;

- Ajouter 10 ml de la solution de gélatine à 2.5 % en agitant ;

- Laisser reposer pendant 5 mn ;

- Filtrer sur papier filtre rapidement ;

- Laver le papier filtre et le bêcher à l’eau distillée chaude.

On a le fer, l’aluminium, le magnésium, le calcium dans le filtrat et la silice dans le résidu.

Ce dernier est calciné à 1000°C dans un four pendant 45mn, puis pesé.

Soit M la masse obtenue.

D’où % SiO2 = M x 100



45

V-1-1-2 Détermination de la teneur en Al2O3 et Fe2O3

Détermination en oxyde de fer :

Pour déterminer la teneur en Al2O3 et Fe2O3, il faut :

- 100ml du filtrat avec 200ml d’eau distillée, puis on agite avec un agitateur magnétique ;

- On verse 6 gouttes de bleu de bromophénol, et quelques gouttes de NH4OH 50%

jusqu’au virage bleu foncé :

- On verse 20ml de HCl 0,1 N + 15ml de solution tampon, et on ajoute 15 à 20 gouttes

d’acide salicylique ;

- Puis on chauffe à 45-50°C pendant 1min 30s. On titre avec EDTA jusqu’au virage

jaune-paille.

Notons A cette solution pour la détermination de la teneur en Al2O3

Expression des résultats :

Avec f : facteur de l’EDTA pour Fe2O3

V : volume d’EDTA versé pour le dosage de Fe2O3

Détermination de la teneur en alumine :

A la solution A:

- on ajoute quelques gouttes de CH3CO 2 NH 4 et 5ml de CH3CO2H ;

- puis on verse 3gouttes de complexonate de cuivre ;

- et on additionne 10 gouttes de PAN (rose violacé) ;

- on met à ébullition la solution, tout en agitant ;

- on titre avec de l’EDTA jusqu’à la coloration jaune paille


% Al2O3 =V *f EDTA/Al2O3

V : volume d’EDTA versé pour le dosage d’Al2O3

f : facteur de l’EDTA pour Al2O3



46

V-1-1-3 Détermination de la Teneur en CaO

Pour déterminer la teneur en CaO :

- On pipete 50ml de filtrat en ajoutant 200ml d’eau distillée ;

- On agite avec un agitateur magnétique puis on ajoute 2 gouttes d’hélianthine (coloration

rose) ;

- On additionne quelques gouttes de NH4OH jusqu'à l’obtention de coloration jaune ;

- on verse rapidement 20ml de triéthanolamine (TEA) 33% puis 40ml de NaOH 2N, on

ajoute du réactif de PATON et REEDER (rouge violet) ;

- On titre avec l’EDTA jusqu’à l’obtention de couleur bleue,


% CaO=V *f EDTA/CaO

V : volume d’EDTA verse pour le dosage de CaO

f: facteur de l’EDTA pour CaO

V-1-1-4 Détermination de la Teneur en MgO

Pour déterminer la teneur en MgO :

o On pipete 50ml de filtrat en ajoutant 200ml d’eau distillée ;

o On agite avec un agitateur magnétique puis on ajoute une goutte hélianthine

(rose claire) puis quelques gouttes de NH 4 OH 50% jusqu’à coloration jaune ;

o on verse rapidement 30ml de TEA 33% puis le volume de l’EDTA pour le

dosage de CaO ;

o on ajoute 10ml de NH 4 OH concentré et 6 gouttes d’indicateur de MgO

(coloration rose) ;

o On titre avec l’EDTA jusqu’au virage incolore, notons V 1 le volume versé.


% MgO = (V 1 -V) *f EDTA/MgO

V : volume d’EDTA pour le dosage de MgO

f : facteur de l’EDTA pour MgO



47

V-1-1-5 Détermination de la teneur en CaO libre

Pour déterminer la teneur en chaux libre :

- on introduit 1g d’échantillon dans un erlenmeyer, que l’on remplit ensuite par 55ml

d’éthylène glycol ;

- On met à 70°C pendant 15mn en remuant constamment(le glycol doit être exempt

d’eau pour éviter l’hydrolyse de CaO) ;

- on filtre rapidement sous pression, puis on lave le résidu avec 15ml d’alcool éthylique ;

- et on ajoute 6 gouttes d’indicateur de vert de bromocrésol au filtrat ;

- On agite et on titre le mélange avec de HCl 0,1 N jusqu’au virage jaune.

Expression de résultat :

V-1-1-6 Détermination de la perte au feu

La perte au feu des échantillons est déterminée à 975°C+/-25 avec un temps de calcination

de 45min à 1 h.


En mettant de l’échantillon dans un creuset soit m2 la masse totale, puis le mettre dans

le four. A la sortie sorti du four le refroidir dans un dessiccateur jusqu’à l’obtention

d’une masse constante soit m3 .

La perte au feu (PF) a été évaluée par la relation :

PF=(� ��

(� �� ) � 100

�ù �� : Masse du creuset à vide

V-1-1-7 Essai de détermination de la teneur en matière en suspension

Toutes les eaux ne peuvent être utilisées pour gâcher les bétons et les mortiers, l'eau

potable est toujours utilisable, mais dans certains cas l'eau contient des impuretés, ce qui

nécessite une analyse chimique pour déterminer les impuretés qui s’y trouvent. Ces impuretés



48

sont soit des composés chimiques qui peuvent être actifs vis-à-vis du ciment, des granulats ou

des armatures, soit des particules en suspension qui sont indésirables.

L'excès d'impuretés détériore les propriétés du béton : les propriétés physiques et

mécaniques (prise et résistance), les propriétés esthétiques (tâches, efflorescences), la durabilité

(corrosion des armatures).

L’essai consiste à filtrer une certaine quantité d’eau et de déterminer la masse des matières

restante sur le filtre.


- Peser un papier filtre parfaitement sec, noter sa masse M 1 [g] ;

- Prendre un volume V d’eau et filtrer avec ce papier ;

- Sécher le filtre à 110°C ;

- Peser de nouveau le filtre et noter sa masse M 2 [g].

La masse de matière en suspension dans 1l d’eau est : m = � ��

�

- Si m est inférieure à 2g/l, on peut utiliser l’eau

- Dans le cas contraire (m supérieur à 2 g/l), l’usage de cette eau à la fabrication

de béton est interdit.

V-1-1-8 Essai de détermination de la teneur en sels dissout

L’essai consiste à évaluer la quantité de matière restante après évaporation totale d’une

certaine quantité d’eau dépourvue de matière en suspension.

Pour déterminer cette teneur en sels dissout, on procède comme suit :

- Prendre un volume V [l] d’eau et le filtrer pour éliminer les matières en

suspension ;

- Faire évaporer cette eau jusqu’à séchage complet ;

- Peser le résidu et noter sa masse M1 [g].

La masse de sels dissous contenue dans 1 litre d’eau est de :

m = � �

�

- Si m est inférieurs à 15g/l, on peut utiliser l’eau

- Dans le cas contraire (cas où m supérieure à 15g/l), l’usage de cette eau est interdite.



49

V. 1. 2. Caractéristiques physiques

V-1-2-1 Teneur en eau

Pour déterminer la teneur en eau, le matériau est placé dans une étuve à 105°C

jusqu’à obtention de poids constant.

Photo 2 : Etuve

L’expression de la teneur en eau est :

Avec Po le poids initial du matériau et P son poids exempt de toute eau d’absorption

V-1-2-2 Densités

a. Masse volumique apparente

L’essai a pour but de déterminer la masse d’une unité de volume apparente (c'est-à-dire

tenant compte du vide dans les matériaux) afin de pouvoir transformer la composition massique

des granulats constituant un béton, en une composition volumique. Sa détermination consiste :

à remplir un moule dont on connaît le volume;

à raser ensuite la surface en évitant de tasser ;

peser le tout.

Et on obtient l’expression de la masse volumique apparente :

�� =�

�



50

b. Masse volumique absolue

C’est la masse d’une unité de volume absolue d’un matériau (c’est à dire, on ne

tient pas compte du volume de vide) afin de pouvoir traduire les pourcentages de chaque

granulat par rapport à la totalité d’élément sec composant le béton, en une composition

massique. L’essai consiste à déterminer le volume absolu occupé par une certaine masse

d’un matériau étudié.

L’expression de la masse volumique absolue est la suivante :

��= � �

��

Avec �� la masse du grain solide

Et Vs le volume occupé par le grain solide

V-1-2-3 Granulométrie

Les analyses granulométriques de nos échantillons ont été faites par la méthode

classique du tamisage pour la fraction supérieure à 80µm , et par sédimentométrie pour la

fraction inférieure à 80µm .

La méthode du tamisage consiste à faire passer une masse bien déterminée de

matériau à travers une série normalisée de tamis de différents modules. Les refus sont pesés, on

en déduit les tamisât. On trace la courbe représentant les tamisât cumulés.

La sédimentométrie est une méthode qui consiste à mesurer la densité d’une

suspension de l’échantillon après un temps t de sédimentation, et à calculer le diamètre et le

pourcentage des grains à la profondeur de mesure.

L’ensemble de ces deux méthodes nous renseigne sur la distribution dimensionnelle des

grains de nos échantillons en poudre et permet de tracer leur courbe granulométrique.

V-1-2-4 Equivalent de sable

L’essai d’équivalence de sable est utilisé pour évaluer la propreté des sables entrant

dans la composition du béton et de la qualité des éléments fins contenus dans cette

fraction. La mesure est effectuée sur la fraction de granulat passant au tamis de 5 mm.



51

Figure 10 : Représentation de la mesure d’équivalent de sable

Elle est obtenue par la formule :

ES=��

�� x 100

Avec h1 : hauteur sable propre + éléments fins,

Et h2 : hauteur sable propre seulement

V-1-2-5 Surface spécifique

La détermination de la surface spécifique de nos poudres a été faite par la méthode de

Blaine. Cette méthode nécessite l’utilisation de l’appareil de Blaine ou «Perméabilimètre

de Blaine ».

Photo 3 : Perméabilimètre de Blaine

Elle est basée sur le temps que met un volume d’air constant, sous une pression et

température bien déterminée, pour traverser une couche de matériau tassée dans des

conditions bien définies. Ce temps est proportionnel à la surface développée par tous

les grains de solides de l’échantillon.



52

La surface spécifique de BLAINE est donnée par la formule suivante :

S : surface spécifique (cm2/g)

K : constante de l’appareil déterminé par l’étalonnage

t : temps mesuré en secondes

e : porosité du matériau, dans la cellule ; valeur constante égale à 0.5

γ : masse volumique (g/cm3)

η : viscosité de l’air à la température d’essai (en poises)

V-1-2-6 Essai de prise

L’essai consiste à déterminer le temps au bout duquel la pénétration de l’aiguille de

l’appareil de Vicat dans une éprouvette de mortier normal posée dans l’eau de 20°C est de

2,5mm du fond de l’éprouvette.

Confection du mortier normal

Les matériaux utilisés pour fabriquer le mortier normal sont :

- 450g de ciment ;

- 1350g de sable normalisé ;

- 225g de l’eau

Le processus de fabrication de ce mortier se fait comme suit :

- Introduire le ciment et l’eau dans le récipient du malaxeur ;

- Mettre le malaxeur en marche avec une vitesse lente ;

- Au bout de 30s, verser le sable dans le récipient, le malaxeur reste toujours en

marche (vitesse lente) ;

- Après une minute de vitesse lente, changer la vitesse de marche du malaxeur en

une vitesse rapide durant deux minutes ;

- Arrêter le mouvement du malaxeur, démonter le batteur, nettoyer les parois du

récipient et le batteur. Remonter le récipient et le batteur ;

- Remettre le malaxeur en marche avec une vitesse rapide durant deux minutes ;

- Remplir le moule tronconique de ce mortier, araser ;



53

Photo 4 : Malaxeur

En attendant que la prise soit sur le point de commencer, placer l’éprouvette ainsi

constituée dans de l’eau à 20°C ; on ne l’en sortira que pendant les courts instants nécessaires

aux essais.

Préparation de l’appareil de Vicat :

- mettre l’aiguille de Vicat en place ;

- mettre le zéro de la graduation en place ;

- la masse mobile est égale à 1000g (la masse supplémentaire étant 700g)

Mesure du temps de prise :

Quand le moment supposer pour le début de prise approche, porter l’éprouvette sur le

plateau de l’appareil de Vicat.

Le début de prise est caractérisé par le temps écoulés entre le gâchage(le contact eau-

ciment) et l’instant où la distance entre l’aiguille et la plaque de base est de 4+/-1mm.

On procède comme suit :

- Immobiliser l’aiguille au contact du mortier ;

- Lâcher l’aiguille sans vitesse initiale ;

- Si l’arrêt se produit à 2,5 mm, ou plus du fond, la prise est commencée, l’essai

est terminé ;

- Si par contre, l’arrêt se produit entre 0 et 2mm, la prise n’est pas encore

commencé, on reportera aussitôt l’éprouvette dans l’eau et on recommencera les essais

toutes les 10 minutes jusqu’au début de prise.

V-1-2-7 Retrait

La mesure du retrait est effectuée sur des éprouvettes prismatiques 4 x 4 x 16 cm sur

mortier normal (norme NF P 15 433). Le retrait est limité à 0,8 mm/m ou 1mm/m selon le type

de ciment.



54

V. 1. 3. Caractérisation thermo physique

L’étude de la caractérisation thermique a pour objet la détermination des propriétés

thermo physiques des matériaux. Plusieurs, paramètres thermiques sont définis pour chaque

type de matériau. Dans notre cas présent, nous avons confectionné des bétons de référence et

des bétons m mélangés avec des fibres de bagasse pour la détermination des paramètres

thermiques suivants :

- La conductivité thermique

- La diffusivité thermique ;

- La chaleur spécifique.

V-1-3-1 Conductivité thermique

Une conductivité thermique de 1 watt par mètre-kelvin indique la quantité de chaleur

qui se propage à travers un matériau par conduction thermique en une seconde à travers une

surface de 1 m2, sur une épaisseur d'un 1 m, lorsque la différence de température entre les deux

faces est de 1 Kelvin.

La conductivité thermique est le flux de chaleur, traversant un matériau d’un mètre

d’épaisseur pour une différence de température de 1 degré Kelvin entre les deux faces.

Elle s’exprime en W/m.K ou W/m.°C. Cette valeur permet de quantifier le pouvoir

isolant de chaque matériau. Plus elle est faible, plus le matériau sera isolant. Elle peut être

obtenue, en régime stationnaire, par la détermination de gradient de température (le gradient

de température est la variation de température par unité de longueur ��

��, lorsqu’on se déplace

dans la direction de propagation de la chaleur).

La densité de flux thermique traversant le matériau, d’après la loi de FOURIER, est

proportionnel au gradient de température. Elle est définie par :

��

�� =�

λ est le coefficient de la proportionnalité appelé : la conductivité thermique du milieu

En considérant notre béton d’épaisseur (e), de conductivité λ traversé par un flux

de chaleur chauffant les deux faces extrêmes dont les températures sont T1 pour la face chaude



55

de l’échantillon et T2 pour la face froide de l’échantillon, l’équation de la propagation

de chaleur dans un milieu isotrope dont les caractéristiques thermo-physiques sont

constantes est : �∆T + q = �C��

�� (I-a)

En régime stationnaire : ��

��= 0

Pas de génération ou de consommation de la chaleur à l’intérieur du système (q=0)

L’équation (I) devient

En supposant que le transfert est unidirectionnel, nous avons :

en intégrant deux fois nous obtenons : T(x)= Ax+B avec A et B sont des constantes

déterminées par les conditions aux limites, on déduit alors : T(x)= - (�� )

�x +T1

La densité de flux de chaleur traversant la surface S du panneau produit par une source de

générateur puissance P s’en déduit par :

Si la chaleur se propage dans le béton par l’intermédiaire d’une plaque chauffante de

résistance R la conductivité du béton est :

�= � ��

� � � � (�� )

V-1.3.2 Diffusivité thermique

La diffusivité thermique (a) exprime la capacité d'un matériau à transmettre rapidement

une variation de température. C’est la vitesse à laquelle la chaleur se propage par conduction

dans un corps. Elle s'exprime en m2 /s. Plus la valeur de la diffusivité thermique n’est faible,

plus le front de chaleur mettra du temps à traverser l'épaisseur du matériau, et donc, plus le

temps entre le moment ou la chaleur parvient sur une face d'un panneau et le moment

où elle atteindra l'autre face est important.

En considérant que la température est fonction de temps, les paramètres thermiques

sont indépendants de la température et il n’y a aucune source interne de chaleur, l’équation



56

(I-a) s’écrit :

V. 1. 4. Caractéristiques mécaniques

Tous les matériaux de constructions sont caractérisés par leurs résistances mécaniques,

plus particulièrement leur résistance à la compression .

Pour évaluer la résistance du ciment, on confectionne un mortier normal. Pour cette

confection, la seule variable est la nature du ciment car les caractéristiques, les quantités des

autres composants (eaux et sables), et les conditions de fabrication du mortier sont bien

normalisées et fixées.

La classe de résistance d’un ciment est définie par la valeur minimale garantie de

la résistance à la compression simple de ce mortier à l’âge de 28 jours valeur en MPa.

V-1.4.1 Essai et contrôle sur le béton

a) Essai sur le béton frais :

Malaxage :

Le malaxage consiste à mélanger les constituants du béton afin d’obtenir une gâchée bien

homogène. Il se fait de la manière suivante: on introduit tout d’abord les constituants solides

avec un ordre bien déterminé suivi d’un malaxage à sec de l’ordre de 1 minute, on ajoute ensuite

l’eau de gâchage et poursuivre le malaxage pendant 2 minutes.

Le slump test ou l’essai au cône d’Abrams :

Cet essai consiste à estimer l’ouvrabilité du béton en mesurant son affaissement au cône

d’Abrams. On introduit le béton dans le cône fixé sur une plaque en trois couches de même

hauteur et on pique de 25 coups bien repartis à chaque couche.

Après démoulage, on procède dans la minute à la lecture de l’affaissement en

descendant la barre horizontale de la potence coulissante jusqu’au point le plus haut du

béton affaissé.



57

Confection et conservation des éprouvettes (Réf: NF P 18-405)

La confection des éprouvettes consiste à mouler le béton frais et à procéder à sa mise en

place. Le remplissage de la moule se fait en deux couches.

Dans le cas d’affaissement ≤ 9cm, on utilise une aiguille vibrante pour la mise en place.

Le moule ayant été rempli de béton en une ou plusieurs couches, on descend l’aiguille

verticalement dans l’axe de l’éprouvette et la retirer lentement pendant les 5 dernières

secondes. La durée de vibration à respecter est donnée par le tableau qui suit:

Tableau 11 : Temps de vibration pour la mise en place du béton

Affaissement mesuré [cm]

Temps de vibration

[second] pour la première

couche

Temps de vibration

[second] pour la deuxième

couche

1 24 29

2 22 26

3 20 24

4 18 22

5 16 21

6 15 19

7 13 18

8 13 16

9 11 15

Dans le cas d’un affaissement 10cm, la mise en place se fait par piquage. Chaque couche

donne lieu à un piquage dans tout son épaisseur et en faisant légèrement pénétrer la pique dans

la couche précédente. Le nombre de coup par couche étant de dix par centimètre carré de

surface.

On conserve les éprouvettes sans les déplacer pendant 24 heures ± une heure, on

effectue ensuite le démoulage. On les met après à l’eau (immersion complète) à 20°C.



58

b) Essai sur le béton durci :

Surfaçage des éprouvettes (Réf: NF P 18-416) :

Le surfaçage des éprouvettes s’effectue en déposant à leurs extrémités (faces de

chargement) une surface constituée de mélange de soufre et de matériau granuleux. Il

s’applique aux éprouvettes retirées de l’eau une demi- heure avant. L’épaisseur de la couche de

surfaçage devant être comprise entre 2 et 4 mm

Essai de compression (Réf: NF P 18-406) :

On procède à l’exécution de l’écrasement des éprouvettes 30 minutes après le

surfaçage. On place l’éprouvette à écraser, sur la machine de compression, bien centrée et la

face d’arasement vers le haut. On met la machine à la mise en charge continue à la vitesse

moyenne de 0,5 Mpa par seconde et on exécute l’écrasement.

V-2 Caractéristiques des matières premières

Les éprouvettes sont préparées à partir des ingrédients suivants: ciment, granulats, eau,

adjuvant, bagasse de canne à sucre.

V. 2. 1. Le ciment

Lors de nos essais, le ciment utilisé pour la confection du béton est le CEM II/A –V 42.5N.

La composition chimique, les caractéristiques physiques, les résistances mécaniques et la

composition minéralogique de ces ciments sont portées sur les tableaux suivants :

V-2-1-1 Caractérisation mécanique

Pour la composition d’un béton il faut connaître cette classe vraie du ciment. D’après

l’expérience que nous avons effectuée, les caractéristiques physiques et mécaniques sont

résumées dans le tableau ci-dessous :

Tableau 12: Caractéristiques physiques et mécaniques

Types CEM II/ A 42.5 N

FCE (Mpa) 48.5

Masse volumique apparente [kg/m3] 1020

Masse spécifique [kg/m3] 3034

Demande en eau 26.81%

Surface spécifique de Blaine [cm2/g] 3450

Début de prise [min] 175

Fin de prise [min] 306



59

V-2-1-2 Caractéristiques chimiques et minéralogiques

a) Caractéristiques chimiques :

Le ciment CEM II/A-V 42.5N est composé de :

- Clinker : 86 % ;

- Cendre volante : 10 % ;

- Gypse : 4%.

Les compositions chimiques de ces matières premières sont les suivantes en % massique :

Tableau 13 : Compositions chimiques des matières premières du ciment CEM II/A-V 42.5

Elément SIO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 PF RI

Gypse 12,00 3,20 0,00 30,00 8,10 42,80 4,10 0,00

Clinker 19,40 6,01 3,54 62,00 2,37 0,43 3,48 1,41

CV 55,80 23,70 3,20 7,50 4,10 0,70 4,20 0,00

La composition chimique du ciment, pour un élément X est donnée par la formule suivante :

X (ciments) = 0.86X (clinker) + 0.10 X(CV) + 0.04 X (gypse).

Ce qui donne la composition chimique du ciment en % massique:

Tableau 14: Composition chimique du ciment CEM II / A-V 42.5 N

SIO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 PF RI CaOL

22,74 7,67 3,37 55,27 2,77 2,15 3,57 1,21 1,46

On remarque que ce ciment contient des pourcentages appréciables de chaux et de silice.

VALEURS REQUISES DU CIMENT – MA ; MC ; MS :

Tout ciment est caractérisé par 3 grandeurs qui sont : le module de chaux MC ; le

module de silice MS ; le module d’alumine MA

A partir de ce tableau ci-dessus, on peut déduire les valeurs requises du ciment : MC ;

MS ; MA Ces valeurs sont liées directement à la composition minéralogique du ciment, ainsi

que ses caractéristiques mécanique et sa classe de résistance.

Les valeurs requises de notre ciment sont résumées dans le tableau ci-dessous :



60

Tableau 15: Valeurs requises

Valeurs requises Valeurs

MC 98

MS 1.88

MA 1.7

b) Composition minéralogiques :

Pour la détermination de la composition minéralogique de ce ciment, nous utilisons la

formule de Bogue qui nous permet d’obtenir la composition minéralogique potentielle.

A noter que les modes opératoires pour la détermination des compositions chimiques

du ciment et le mode de calcul des modules et les valeurs requises, les compositions

minéralogiques sont mis en annexe.

La composition minéralogique du CEM II/A-V 42,5 N est donnée par le tableau 16 :

Tableau 16: Composition minéralogique

C3S C2S C3A C4AF CaOL CaSO4,2H2O CV

54,23 3,73 8,55 9,27 1,46 3,60 10,00

V. 2. 2. Les granulats

Les granulats constituent l’ossature du béton et occupent 70 à 80% environ du volume d’un

béton. Ils sont nécessaires pour la fabrication des bétons ; du point de vue économique, ils

permettent de diminuer la quantité de liant qui est plus cher ; du point de vue technique, ils

augmentent la stabilité dimensionnelle et ils sont généralement plus résistants que la pâte de

ciment.

V-2-2-1 Sable

Le sable utilisé est un granulat fin de classe granulaire s’étendant entre 0 et 5 mm. C’est

un sable de rivière; extrait de la rivière d’Ikopa. Les caractéristiques de ce sable sont

mentionnées dans le tableau 17 :



61

Tableau 17 : Caractéristiques physiques

Nature siliceux

Masse volumique apparente 2.63

Masse volumique absolue 1.97

Equivalent de sable 82.76

Selon l’analyse faite au laboratoire, on a obtenu les résultats des passants cumulés et la

courbe granulométrique correspondante représentés dans le tableau 18 :

Tableau 18: Analyse granulométrie du sable de la rivière d’Ikopa

Module Maille [mm] Passant

cumulés [%]

Refus cumulés

[%] Mf

38 5 98.70 1.3

36 3.15 97.00 3

34 2 92.80 7.2

32 1.25 80.10 19.9

31 1 67.10 32.9 2.88

29 0.63 32.60 67.4

26 0.315 4.60 95.4

23 0.16 0.80 99.2

20 0.08 0.10 99.9

Figure 11: Courbe granulométrique du sable 0/5

Concernant la granularité de ce sable, on constate qu’elle est étalée et régulière.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

Tam

isat

s [%

]

Module AFNOR



62

V-2-2-2 Gravillons

Les gravillons utilisés sont des granulats concassés de fractions (5/10 et 10/20). Les essais

effectués au niveau du laboratoire ont donné les résultats suivants :

Tableau 19: Caractéristiques physiques

Gravillon 5/10 Gravillon 10/20

Nature granite granite

Masse volumique apparente [g/m3]

1.41 1.41

Masse volumique absolue [g/m3]

2.60 2.66

Teneur en eau 0.15 0.19

Les analyses granulométriques effectuées dans laboratoire ont donné les résultats suivants:

Gravillon 5/10 :

Tableau 20 : Analyse granulométrique du gravier (5/10)

Module Maille [mm] Passant cumulés

[%] Refus cumulés [%]

42 12.5 100 0 41 10 86.2 13.8 40 8 40.6 59.4 39 6.3 23.26 76.74 38 5 19.5 80.5

Figure 12: Courbe granulométrique du gravier 5/10

15

25

35

45

55

65

75

85

95

38 39 40 41 42 43

Tam

isat

s [%

]

Module AFNOR



63

Gravillon 10/20 :

Tableau 21 : Analyse granulométrique du gravier (10/20)

Module Maille [mm] Passant cumulés [%] Refus cumulés [%] 45 15 100 0 44 14 88 12 43 12.5 45 55 42 10 12 88

Figure 13: Courbe granulométrique du gravier 10/20

V. 2. 3. Fibres

Les fibres utilisées dans cette étude sont des fibres de bagasse de canne à sucre. Parmi les

fibres naturelles, ce type de fibre de bagasse attire de plus en plus l’attention. En effet, un des

choix de ces fibres est que c’est un déchet abondant dans l’usine de sucrerie. Elles sont aussi

employées dans cette étude afin de déterminer s’il est possible de revaloriser ce sous- produit

de l’industrie sucrière et rhumière dans le domaine du bâtiment et du Génie Civil.

V-2-3-1 Analyse des Matières Organiques

L’analyse des matières organiques des fibres de bagasse de canne à sucre a donné les

proportions de cellulose, d’hémicellulose et de lignine illustrées sur le tableau 22 :

Tableau 22 : Pourcentages des principaux constituants de ces fibres

Fibres Cellulose (%) Hémicellulose (%) Lignine (%) Pectine(%) Cendre (%

Bagasse 48 28 21 9.4 3.66

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

42 43 44 45 46

Tam

isat

s [%

]

Module AFNOR



64

Nous constatons que les fibres de bagasse de canne à sucre présentent des taux en cellulose

relativement élevé.

V-2-3-2 L’analyse minérale des cendres

L’analyse minérale des cendres de chaque fibre a donné les résultats illustrés dans le

tableau 23:

Tableau 23 : Résultats de l’analyse minérale des cendres

Eléments [%] SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO PF

Bagasse 35.45 5.64 2.51 1.48 6.57 49.5

Nous constatons que ces fibres contiennent un taux remarquable de SiO2.

V-2-3-3 Propriétés physiques de fibres [17]

Les propriétés mécaniques principales de ces fibres naturelles sont reprises au tableau 24 :

Tableau 24 : Propriétés mécaniques principales des fibres

Matériaux Module

d’Young (GPa) Résistance à la traction (MPa)

Longueur (mm) Densité (g/cm3)

Bagasse de canne à sucre

9.4-26.7 502 0.8 à 2.8 1.4

Source : NEYA Béli

V. 2. 4. Eau de gâchage

L’eau utilisée est celle du robinet de la ville d’Antananarivo. Elle sert d’une part à

l’hydratation du ciment et d’autre part elle permet la fluidification de la pâte. Dès que

l’eau entre en contact avec le ciment anhydre réagit pour se combiner et former les hydrates

de ciments.

L’analyse chimique de l’eau a été effectuée au laboratoire de traitement des eaux et

elle a donné la constitution suivante :

Tableau 25 : Composition chimique de l’eau en mg/l

Ca2+ Na+ Mg2+ K+ Cr2+ SO4 - NO3

- HCO3 - pH salinité

242 536 125 31 755 755 14.5 124 7.75 2799



65

On remarque que l’eau ne contient pas d’éléments nocifs en pourcentage important

et à une faible salinité.

V. 2. 5. Adjuvant

D’après les fiches techniques des adjuvants utilisés, les caractéristiques sont recueillies

dans le tableau ci-dessous :

Tableau 26 : Fiches techniques de l’adjuvant Pozzolith 390N

Dénomination Pozzolith 390 N

Certification NF

Action Plastifiant-reducteur d’eau

Nature liquide

Densité 1.210

pH 11.5

Teneur en chlorure < 1g/L

Point de congélation 2°C

Couleur Brun foncé

Dosage 1 % du poids du ciment



66

chapitre VII. ESSAI DE FABRICATION DU BETON

DE FIBRE DE BAGASSE

Après avoir caractérisé les matières premières, les études de composition de bétons de

fibres végétales sont nécessaires pour pouvoir faire des essais de fabrication. Dans ce

présent chapitre, nous exposons, la préparation et les traitements des fibres végétales utilisés.

Après, nous allons donner les modes opératoires des différents essais réalisés dans le

but d’une bonne interprétation des différents résultats expérimentaux sur ce type de

matériau.

VII-1 Prétraitement des fibres

Les fibres des bagasses de canne à sucre sont lavées avec de l'eau (2% solution détergente)

pour éliminer les contaminants et la saleté adhérente. Par la suite, elles sont séchées à l'air libre

pendant 72 heures et à température ambiante.

Ensuite, cette opération est suivie d’un broyage. Le principe de ce broyage consiste

à obtenir des différentes tailles de fibres. Les fibres obtenues sont ensuite tamisées pour

l’enlèvement des composés organiques volatils.

Les résultats du tamisage sont présentés dans le tableau 28 :

Tableau 27 : Résultats des tamisâts cumulés de trois échantillons de bagasse

Tamis (mm)

Tamisât cumulés (%)

échantillons

grosse fines mélange

20 100 100 100

16 99.21 100 99.46

12.5 97.05 100 97

10 94.15 100 94.72

8 92.20 100 89.75

6.3 88.30 100 84.06

5 82.07 100 77.14

4 71.75 100 72.89

3.15 64 99.21 64.12

2.15 55.05 97.66 60.22



67

VII-2 Traitements des fibres

VII. 2. 1. Traitements des fibres avec des solutions de NaOH

Le traitement à soude diluée a pour but de solubiliser la totalité de la lignine. A l’issue

de ce traitement, le résidu solide ne renferme que la fibre cellulosique .Ce traitement a pour

but de couper les liaisons éthers C - O - C entre les phénols constitutifs de la lignine et les

liaisons hydrogènes entre la lignine et les carbohydrates (cellulose et hémicellulose).

Les fibres sont traitées avec des solutions de NaOH à différentes concentrations (1,5% ;

2% ; 4% et 8%) et durant des périodes d’immersion de 0, 24 et 48h. Après traitement, les fibres

sont rincées à l'eau distillée. Par la suite, les fibres sont séchées à 60°C pendant 6 heures.

Lors de la préhydrolyse à l’eau distillée, on constate que le traitement en soude donne

un bain de couleur marron foncé.

Photo 5 : Colorations des bains selon la concentration en soude

Ici, l’intensité de la couleur du bain est essentiellement liée aux quantités de lignine

extraites, selon la concentration en soude. Plus la couleur du bain est intense, plus on a extrait

de la lignine.

On n’observe que l’extraction de la lignine conduit à une perte de poids au niveau de

l’hydrolysat. La masse perdue représente la masse de la lignine solubilisée.

Les résultats ci - dessous déterminent les conditions optimales de l’hydrolyse à soude

diluée de notre matière première.



68

Tableau 28 : Perte en poids de l’hydrolysat de la bagasse de canne à sucre en fonction du temps

Temps

d’hydrolyse

(mn)

Perte en poids

obtenue par 1.5

% de soude (g)

Perte en poids

obtenue par

2% de soude

(g)

Perte en poids

obtenue par 4

% de soude (g)

Perte en poids

obtenue par 8

% de soude (g)

30 1.28 1.54 1.54 1.54

60 1.40 1.54 1.54 1.54

90 1.54 1.54 1.54 1.54

120 1.54 1.54 1.54 1.54

150 1.54 1.54 1.54 1.54

180 1.54 1.54 1.54 1.54

Figure 14 : Courbe de variation de la masse du résidu obtenu en fonction du

pourcentage de soude et du temps.

Ces résultats nous montrent que la perte en poids due à la solubilisation de la

lignine croit avec le temps et la concentration en soude utilisée, elle est maximale (c’est-

à-dire, la totalité de la lignine est solubilisée) lorsqu’elle commence à garder une valeur

presque constante.

La perte de masse maximale 1,54g est atteinte à partir de :

- 90 minutes de cuisson dans une solution de soude à 1.5% ;

0

0,5

1

1,5

2

30 60 90 120 150 180

PER

TE E

N P

OID

S

TEMPS EN MINUTE

perte en poids obtenue par 1.5 %

perte en poids obtenue par 2 % de soude

poids obtenue par 4 % de soude

poids obtenue par 8 % de soude



69

- 30 minutes de cuisson dans une solution de soude à 2%.

VII. 2. 2. L’hydrolyse à l’acide dilué et à chaud

Les traces de NaOH sont neutralisées par une solution d’eau distillée à 2% d'acide

sulfurique durant 10 min. Ce type de traitement vise à solubiliser les hémicelluloses.

Les fibres sont traitées avec de la solution d’acide nitrique à différentes concentrations

2,5 % ; 5% ; 7.5% ; 10% durant 30 minutes à 300minutes. A l’issue de ce traitement l’effluent

liquide renferme des sucres provenant de l’hydrolyse des hémicelluloses.

L’extraction de l’hémicellulose conduit à une perte de poids au niveau de la matière

première. La masse perdue représente la masse de l’hémicellulose solubilisée.

Les résultats regroupés dans les tableaux ci-dessous représentent les pertes en poids de

la matière première fibreuse et permettent de déterminer les conditions optimales de

l’hydrolyse acide de l’hémicellulose.

Tableau 29: Perte en poids de la bagasse de canne à sucre en fonction du temps

Temps

d’hydrolyse

(mn)

Perte en poids

obtenue par

2.5% de HNO3

Perte en poids

obtenue par

5% de HNO3

Perte en poids

obtenue par

7.5% de HNO3

Perte en poids

obtenue par

10% de HNO3

30 0.02 1.35 1.30 1.52

60 0.05 1.62 1.71 1.84

90 0.4 1.94 1.99 2.20

120 0.80 2.11 2.22 2.65

150 0.94 2.45 2.70 3.00

180 1.12 2.74 2.90 3.19

210 1.38 2.90 3.05 3.25

240 1.6 3.03 3.14 3.25

270 1.81 3.18 3.25 3.25

300 2.00 3.25 3.25 3.25



70

Figure 15 : Courbe de variation de la masse du résidu obtenu en fonction du pourcentage

de l’acide et du temps.

Ces résultats nous montrent que la perte en poids due à la solubilisation des

hémicelluloses croit avec le temps et la concentration en acide utilisée, elle est maximale

(c’est - à - dire, la totalité de l’hémicellulose est solubilisée) lorsqu’elle commence à garder

une valeur presque constante.

La perte de poids maximale 3,25g est observée à partir de :

- 5 heures de cuisson dans une solution d’acide nitrique à 5% ;

- 4 heures 30 minutes de cuisson dans une solution d’acide nitrique à 7,5% ;

- 3 heures 30 minutes de cuisson dans une solution d’acide nitrique à 10%.

VII. 2. 3. Le lavage

Une fois la cuisson est terminée, nous obtenons des fibres (sous forme de pâte), on rince

abondamment ces fibres dans l’eau distillée jusqu’à pH neutre. Le but de ce lavage est de

séparer les fibres des eaux résiduaires contenant les matières à rejeter. Ces fibres obtenues

sont séchées, analysées (pour déterminer la teneur en cendres) et conservées dans un endroit

sec avant l’utilisation.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

perte en poids obtenue par 2.5 %

perte en poids obtenue par 5 % d'acide

poids obtenue par 10 % d'acide

perte en poids obtenue par 7.5%



71

VII-3 Etude de la composition du béton

VII. 3. 1. Formulation du DREUX-GORISSE

La résistance en compression visée à 28 jours est de :

��= 1.15 x ��

��= 1.15 x 30 = 34.5 Mpa

Dosage en ciment :

��= G x ��x (C/E – 0.5)

C/E=1.94

L’abaque donne pour C/E = 1.94 et A= 5 cm, un dosage en ciment de 374 kg/m3, on prend

C = 400 kg/m3

Dosage en eau :

C/E= 1.94 => E= 195 litres

Calcul de la quantité de gravillon G et de sable S

Tracé de la courbe granulométrique de référence :

Comme nous avons choisi un granulat de dimension maximal D égal à 20 mm alors le point

de brisure a pour coordonnées :

X = �

� ;

Y = 50 + √1.25� + K’

Où K’= K +Ks +Kp

Ks = 6 Mf – 15 = 6 x 2,88 – 15 = 2,28

Kp = 0 (on suppose que notre béton n’est pas pompable)

K = -3 pour un dosage à 400 + fluidifiant, sable roulé/gravillon concassé à vibration normale.

X= 20/2= 10

Y = 50 + √1.25 ∗ 20 + (-3+ 2.28) = 54.28



72

Figure 16 : Courbe granulométrique de référence

VII. 3. 2. Formulation du béton selon BARON-LESAGE :

Pour la composition du béton de fibre, nous avons utilisé la méthode de Baron-Lesage. La

procédure consiste à fixer le rapport eau/ciment (E/C) et faire varier le rapport sable/gravier

(s/g) à partir de la composition du béton témoin, puis mesurer le temps d’écoulement et en

déduire un optimum. Nous avons donc réalisé pour chaque teneur en fibre (0.2% ; 0.4% ; 0.6%

; 0.8%), quatre gâchées de bétons avec un rapport s/g différent (s/g=0.5 ; s/g= 0.6 ; s/g=0.7 ;

s/g=0.8) et un rapport E/C constant fixé à 0.51.

Cette méthode semble la mieux adaptée à la formulation des bétons à fibres puisqu’elle se

base sur la maniabilité, propriété essentiellement, influencée par la présence des fibres.

Pour l’appliquer, il faut connaître le dosage en granulats de sorte que le squelette minéral

soit optimal. Par conséquent d’après BARON-LESAGE deux hypothèses doivent être

respectées :

- Pour un dosage en eau et en ciment fixé au départ, le béton le plus maniable est le

plus compact et son squelette est optimal ;

- Le dosage optimal en granulats ne dépend pas des teneurs en eau et en ciment.

Pour la composition optimal d’un béton, plusieurs paramètres peuvent être étudiés : le

dosage en eau ou le dosage en granulats (s/g= sable/gravier).

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50

pas

san

t e

n %

module

sable 0/5 Gravillon 5/10 Gravillon 10/20 Droite de référence



73

Afin de simplifier l’étude et satisfaire les principes de la méthode, seul le rapport s/g est

variable. Le dosage en ciment ainsi que le rapport eau/ciment (e/c) sont fixés au départ.

Etapes de calcul

Les étapes à suivre pour la composition optimale d’après la méthode de BARON-LESAGE

sont :

Choix du dosage en ciment :

Le dosage en ciment, généralement adopté dans la composition des bétons pour

bâtiments et ouvrages d’art se situe entre 300 et 450 kg/m3. Dans notre étude, on a opté pour un

dosage de 400 kg/m3. Celui-ci donne un mélange plus maniable avec un bon enrobage des

granulats par le ciment.

En effet le dosage en ciment dépend essentiellement des dimensions maximales des

granulats (Dmax), ainsi que la nature de l’ouvrage. L’influence de Dmax sur le dosage en ciment

C conduit à l’équation suivante :

Copt = (730 +/-50) / Dmax 1/5

Copt : dosage optimal en ciment exprimé en kg/m3 ;

Dmax : dimension du plus gros granulat (en mm)

La dimension du plus gros granulat utilisé dans cette recherche est 20 mm, ce qui donne

un dosage en ciment dans la gamme suivante :

395 kg/m3 ≤ Copt ≤ 454 kg/m3

Nous avons optes pour un dosage en ciment de 400 kg/m3 qui semble à priori justifié.

Choix du rapport eau/ciment (e/c) :

Il est apparu depuis les travaux de FERET, que les résistances mécaniques d’un béton

compact sont des fonctions décroissantes du rapport e/c. Pour obtenir des résistances

suffisantes, on se fixe en général une limite supérieure de ce rapport, soit e/c ≤ 0.5 en volume.

La teneur en eau sera fixée à priori de telle sorte que : e/c = 0.5.



74

Détermination des compositions granulaires optimales

D’après GORISSE le rapport s/g optimal est compris entre 0.5 et 0.83. Quatre valeurs

du rapport s/g ont été alors choisies et expérimentées dans cette études, soit s/g = 0.5 ; 0.6 ; 0.7 ;

0.8.

Connaissant le rapport s/g, il est alors possible de calculer les proportions de chaque

composant.

En respectant les étapes de calcul définies par BARON-LESAGE, le calcul se résume

en ce qui suit :

Exemple de calcul pour s/g = 0.5

Le dosage en ciment est fixé à 400 kg/m3. La proportion en ciment « c » est donnée par la

formule : c= C/��

C = 400kg/m3 : dosage en ciment

�� = 3034 ��/�� : Masse volumique absolue du ciment

Proportion en ciment : c = 400/ 3034 = 0.13

Le rapport eau/ciment est pris égal à 1.5 en volume

Proportion en eau : e = c x1.5 = 0.195

Ainsi le dosage en eau est égale à : E = e x 1000 =195 kg

Vu que la compacité du béton est supposée égale à l’unité avec un minimum d’eau, on

doit avoir :

e + c +s + g = 1

s+g = 1 – (e+c)

s+g = 1 – (0.195 + 0.13) = 0.675

Connaissant ainsi le rapport s/g et la somme s+g, on peut déterminer chaque proportion.

Ces quatre rapports s/g (0.5 ; 0.6 ; 0.7 ; 0.8) correspondent à quatre compositions différentes.

Pour chaque composition, on mesure l’affaissement au cône d’ABRAMS. La composition

donnant le plus grand affaissement au cône correspond à la composition optimale.

Le tableau ci-après récapitule les différentes compositions obtenues pour les différents

rapports s/g pour 1 m3 :



75

Tableau 30: Composition calculée en fonction du rapport s/g

s/g Eau (kg) Ciment (kg/m3) Gravier (kg) Sable (kg)

0.5 195 400 1196.55 594.22

0.6 195 400 1122.09 668.17

0.7 195 400 1055.62 734.19

0.8 195 400 997.12 792

Mesure de l’ouvrabilité

L’ouvrabilité est évaluée à l’aide d’un cône d’ABRAMS, selon la norme NF P 18.451.

Les différentes mesures de l’affaissement au cône pour chaque composition correspondante

à un rapport s/g sont regroupées dans le tableau 31 :

Tableau 31 : mesures de l’affaissement au cône en fonction du rapport s/g

s/g Affaissement (cm) Moyenne (cm)

0.5 3.0- 3.3- 3.1- 3.4 3.2

0.6 4.2- 3.8- 3.6- 4.0 3.9

0.7 4.6- 4.8- 5- 4.7 4.77

0.8 3.5- 3.7- 3.9- 4 3.77



76

La variation de la maniabilité exprimée en affaissement au cône d’ABRAMS en cm en

fonction du rapport s/g est illustrée par la figure 16 :

Figure 17: Courbe de la variation de la maniabilité

D’après cette courbe, la maniabilité maximale est atteinte pour un rapport s/g qui est

égal à 0,7.

Poids des fibres à incorporées

Pour la composition de mortier de fibre, nous avons utilisé la même démarche que celle

du mortier classique. De ce fait la quantité de ciment et l’eau sont celles d’un mortier classique.

Pour la quantité de sable, nous avons substitué le volume de fibre du volume de sable de

sorte que le volume de fibre plus le volume du sable reste constant et égale à celui d’un mortier

classique.

Pour pouvoir travailler avec une ouvrabilité constante, nous avons ajouté un super-

plastifiant dans la composition de ces bétons.

3

3,2

3,4

3,6

3,8

4

4,2

4,4

4,6

4,8

5

0,5 0,6 0,7 0,8

Aff

aiss

em

en

t e

n c

m

s/g



77

Tableau 32 : Composition massique des différents échantillons de béton de fibres (fin, gros et

mélange de bagasse)

Pourcentage

en volume des

fibres

0.5% 1% 1.5% 2% 3%

Fibre (g) 7.5 15 22.5 30 45

Eau (kg) 195 195 195 195 195

Ciment (kg) 400 400 400 400 400

Sable (kg) 734.125 734.11 734.09 734.08 734.05

Gravier (kg) 1055.62 1055.62 1055.62 1055.62 1055.62

VII-4 GACHAGE ET FABRICATION DES EPROUVETTES

La préparation des éprouvettes est effectuée selon une méthodologie inspirée de la norme

de béton traditionnelle. Ces étapes sont effectuées de la façon suivante :

Contrôler que tous les composants nécessaires sont préparés.

Vérifier que les granulats sont bien secs.

Préparer les moules en indiquant la référence du groupe et la date.

Mouiller l'intérieur du malaxeur.

Mouiller les appareils de mesure de la consistance.

Introduire les granulats, le ciment et les fibres dans le malaxeur.

Mélanger 15 secondes à sec puis introduire au fur et à mesure l'eau de gâchage.

Malaxer en tout 2 minutes.

Mesurer la consistance au moyen du cône d'Abrams et de la table à secousses à la

fin du malaxage.

Mesurer la masse volumique apparente du béton.

Remplir les cylindres et le(s) prisme(s) et les compacter à l'aide du pervibrateur.

Et, nous avons obtenu trois types de composite à savoir :

le béton de gravillon à base des fibres fines de bagasse (0.5 % ,1 % 1,5%, 2,0 et

3,0 %) ;

le béton de gravillon à base des fibres grosses de bagasse (0.5 % ,1 % 1,5%, 2,0 et

3,0 %) ;

le béton de gravillon à base des fibres mixtes de bagasse (0.5 % ,1 % 1,5%, 2,0 et

3,0 %).



78

VII-5 CARACTERISATION DES BETONS

Après la mise en œuvre dans leur moule, les éprouvettes cylindriques et prismatiques

sont conservées dans une chambre humide.

VII. 5. 1. Masse volumique

Avant chaque essai, les éprouvettes sont pesées pour déterminer la masse volumique

apparente afin de vérifier l’homogénéité du béton.

Tableau 33: masses volumiques des bétons à base des fibres fines de bagasse pendant 28 jours

de séchage.

Temps

(jours)

Pourcentage des fibres fines(%)

Masse volumique (kg/m3)

0 0.5 1 1.5 2 3

0 2022.6 1907.52 1873.41 1402.14 1368.92 1200

7 1992.8 1786.32 1592.72 1286.46 1150.14 1002.13

14 1985 1569.35 1459.85 1098.09 968.56 909.86

28 1920 1458.18 1394.02 986.89 870.25 783.20



79

Figure 18 : Evolution de la masse volumique du béton en fonction de temps pour

différentes concentrations des fibres fines

Tableau 34: masses volumiques des bétons à base des fibres grosses de bagasse pendant 28

jours de séchage.

Temps

(jours)

Pourcentage des fibres grosses(%)


0 0.5 1 1.5 2 3

0 2022.6 1702.52 1673.53 1402 1268.52 1089.27

7 1992.8 1556.35 1492.77 1214.16 1059.74 992.17

14 1985 1519.30 1354.95 1004.04 868.56 799.86

28 1920 1410.35 1244.82 866.89 698.25 693.22

0

500

1000

1500

2000

2500

0 5 10 15 20 25 30

Mas

se v

olu

miq

ues

Temps en jours

0% de fibre

0.5% de fibre

1% de fibre

1.5% de fibre

2%de fibres

3% de fibres



80

Figure 19: Evolution de la masse volumique du béton en fonction de temps pour

différentes concentrations des fibres fines

Tableau 35: masses volumiques des bétons à base des fibres mixtes de bagasse pendant 28

jours de séchage.

Temps

(jours)

Pourcentage des fibres mixtes(%)


0 0.5 1 1.5 2 3

0 2022.6 1720.63 1686.48 1422.44 1272.71 1120

7 1992.8 1568.64 1497.67 1286.16 1180.56 998.34

14 1985 1538.53 1373.74 1018.12 888.56 804.78

28 1920 1498.76 1264.51 886.77 700.43 699.87

0

500

1000

1500

2000

2500

0 5 10 15 20 25 30

Mas

se v

olu

miq

ues

Temps en jours

0% de fibre

0.5% de fibre

1% de fibre

1.5% de fibre

2%de fibres

3% de fibres



81

Figure 20: Evolution de la masse volumique du béton en fonction de temps pour

différentes concentrations des fibres mixtes

Interprétations :

D’après les figures 17, 18, 19, on remarque que la masse volumique diminue en fonction

de la concentration des fibres de bagasse que ce soit fines, grosses et mixtes.

On constate qu’après le séchage naturel pendant 28 jours, la densité des bétons de fibres

de bagasse diminue, lorsque la concentration de fibres augmente pour les trois tailles des

fibres de bagasse. Cela est en relation directe avec le pouvoir hydrophobique des fibres qui

vaporisent une grande quantité d’eau, ce qui induit une densité faible des bétons à fibres de

bagasse. Les résultats obtenus dans notre travail expérimental indiquent que l'incorporation de

faible ou de grande quantité de fibre de bagasse dans le béton influe directement sur les

masses volumiques des bétons de fibres de bagasse. Même remarque est faite pour les

échantillons chargés par des fibres fines, des fibres grosses et des fibres mixtes, la taille des

fibres n’influe pas sur la stabilité de la masse volumique des bétons de fibres de bagasse. Ce

qui montre que l'effet de la concentration des fibres de bagasse est plus significative que

l'effet de la taille des fibres (fines, grosses et mixtes) dans ces composites.

0

500

1000

1500

2000

2500

0 5 10 15 20 25 30

Mas

se v

olu

miq

ues

Temps en jours

0% de fibre

0.5% de fibre

1% de fibre

1.5% de fibre

2%de fibres

3% de fibres



82

VII. 5. 2. Mesure des propriétés thermo physiques du béton de fibre

Les propriétés thermo physiques : chaleur spécifique sont mesurées à l’aide d’un

appareil de type ISOMET 2114.

La cellule de mesure est constituée d’une sonde munie directement par un afficheur

électronique qui permet d’afficher les propriétés thermo physiques.

La cellule de mesure est constituée d’une sonde munie directement par un afficheur

électronique qui permet d’afficher les propriétés thermo physiques.

Cet appareil est utilisable uniquement pour les échantillons d’une surface supérieure ou

égale de 100 cm2.

Photo 6 : Appareils de mesure des propriétés thermophysique du béton

Le principe de mesure est basé sur l'exposé d’échantillon à la température d’un chauffage

électrique de la sonde de l’appareil, le processus de transfert de la chaleur par contact direct

entre les particules d’un échantillon. La chaleur passe de surface supérieur de l’échantillon

vers l’inferieur par contact.

Les mesures sont effectuées à l’état humide et à l’état sec, avant la réalisation de ces deux

mesures, les échantillons sont placés dans une étuve à une température de 80°C pendant

24 heures pour extraire l’humidité existé dans l’échantillon.

Les valeurs de la conductivité thermique, de la diffusivité thermique, de la chaleur

spécifique, de la température moyenne et de l’amplitude de la température sont présentées

dans les tableaux :



83

Tableau 36 : Propriétés thermophysiques pour les échantillons à base des fibres fines de bagasse

Tableau 37 : Propriétés thermophysiques pour les échantillons à base des fibres grosses de

bagasse

Fibre

(%)

Caractéristiques thermophysiques

� (w.m-1.k-

1)

� (kg/m3) a(m2.s-1).10-6 cp (J.kg-1.K-1) Tm (°C) ∆T (K)

0

0.5

1.0

1.5

2

3

0.8040

0.3935

0.2385

0.1401

0.1307

0.1055

1920

1458.18

1394.02

986.89

870.25

783.20

0.4975

0.2457

0.1551

0.0958

0.0911

0.0734

898.34

1093.25

1120.71

1480.50

1663.42

1771.80

21.87

21.98

22.26

21.13

20.76

19.78

9.89

9.86

9.83

9.90

9.87

9.86

Fibre

(%)


� (w.m-1.k-

1)

� (kg/m3) a (m2.s-1).10-6 cp (J.kg-1.K-1) Tm (°C) ∆T (K)

0

0.5

1.0

1.5

2

3

0.8040

0.6277

0.4304

0.2225

0.1555

0.0604

1920

1458.18

1394.02

986.89

870.25

783.20

0.4975

0.3824

0.2803

0.1604

0.1094

0.0429

898.34

1153.25

1133.71

1206.50

1336.98

1781.01

21.87

19.97

20.09

20.11

19.12

19.03

9.89

9.99

9.83

9.91

9.83

9.86



84

Tableau 38 : Propriétés Thermophysiques des bétons à base des fibres mixtes de la bagasse

Interprétations :

Conductivité thermique

Les tableaux 36.37.38 représentent l’évolution de la conductivité thermique des

composites des fibres de bagasse de différentes charges (fines, grosses et mixtes) et

différentes concentrations pendant 28 jours de séchage naturel. On constate que la conductivité

thermique diminue quand on augmente la concentration des fibres de bagasse.

La conductivité thermique � du béton renforcé avec 0.5% de fibres mixtes ou de fibres

fines diminue de 0.8040 W.m-1k-1 à 0.3935 W.m-1k-1. Par contre, le béton renforcé avec 0.5%

de la fibre grosse diminue à 0.6277 W.m-1.k-1.Mais pour ajouter de 3% de fibres mixtes ou des

fibres fines, � diminue à 0.1055 W.m-1.k-1. Cependant, le cas des fibres grosses, � diminue

à 0.0604W.m-1.k-1. Cette différence entre les valeurs de types de charge est liée principalement

au caractère isolant des fibres de bagasse.

Les mesures effectuées sur ces bétons montrent que les composites à base de

ciment renforcés par des fibres de bagasse (fibres fines ou mixtes) possèdent une conductivité

thermique supérieure à celle des composites renforcés par des fibres grosses de bagasse.

Fibre

(%)


� (w.m-1.k-1) � (kg/m3) a (m2.s-1).10-6 cp (J.kg-1.K-1) Tm (°C) ∆T (K)

0

0.5

1.0

1.5

2

3

0.8040

0.3935

0.2385

0.1408

0.1307

0.1055

1920

1458.18

1394.02

986.89

870.25

783.20

0.4975

0.2527

0.1721

0.1438

0.0791

0.0654

896.34

1103.25

1133.71

1130.50

1736.02

1761.01

21.87

18.98

19.26

20.93

18.76

19.22

9.89

9.99

9.83

9.91

9.83

9.86



85

Ce comportement est peut-être dû à la procédure de mise en œuvre de ces composites,

où les petites fibres ont une bonne homogénéité dans le mortier. Par contre, les fibres grosses

présentent une hétérogénéité dans le mortier.

Diffusivité thermique

La diffusivité thermique des bétons diminue de 0,4975.10-6 m2.s-1 à 0,2527.10-6m2.s-1,

si on ajoute 0.5% des fibres mixtes ou des fibres fines.

Pour les fibres grosses, elle diminue à 0.3824.10-6 m2.s-1. Pour une concentration de 3%

des fibres mixtes ou des fibres fines, la diffusivité diminue, respectivement à 0,0654.10-6

m2.s-1 et 0.0734.10-6 m2.s-1. Pour les fibres grosses, elle diminue à diminue à 0.0429.10-6

m2.s-1.

Chaleur spécifique volumique

On remarque que l’ajout des fibres de bagasse au mortier diminue la chaleur

spécifique du béton.

Généralement la chaleur spécifique du matériau composite, dépend de celles des

concentrations des fibres qui le constituent. Les résultats obtenus montrent que l’effet de la

taille des fibres de bagasse sur la chaleur spécifique du béton est négligeable.

VII. 5. 3. Technique de surfaçage

Pour procéder à l’essai de détermination de la résistance du béton, on confectionne des

éprouvettes dans des moules. Le problème, c’est que la surface obtenue n’est jamais assez

plane. Le surfaçage a pour but de rendre plane la surface du béton. Pour remédier à ce

problème, on utilise la technique de surfaçage. Les matériaux utilisés pour cette opération

doivent être plus résistant que le béton de l’éprouvette et acquérir cette résistance très

rapidement. Pour cela, on utilise 60% de fleur de souffre et 40% de sable fin (0< 0,5mm) que

l’on chauffe dans un récipient approprié.

Processus :

Appliquer une mince couche d’huile sur le fond de l’appareil de surfaçage ;

Verser une couche de mélange fondu dans la coupelle (l’épaisseur de la couche, 2 à

4mm) ;

Descendre l’éprouvette sur le mélange, les guides de l’appareil de surfaçage assurent la

verticalité ;

Maintenir l’éprouvette quelques instant ;



86

Surfacer la deuxième face de la même manière

Après le surfaçage, une série de mesures mécaniques ont été faites pour chaque béton :

Essais de compression pour la résistance à la compression à 7ème, et à 28ème jours;

Essai de flexion pour la résistance à la traction par flexion à 7ème, et à 28ème jours;

La variation dimensionnelle et pondérale (retrait et perte en masse) jusqu’à 28ème jours.

VII. 5. 4. Mesure de la résistance à la compression

L’essai a été réalisé selon la norme NF P 18-406, sur des éprouvettes cylindriques

∅16x32. Après un centrage parfait, la mise en charge a été effectuée avec une vitesse de montée

de charge constante. Au moment de la rupture, on ouvre lentement la vanne de chargement et

on lit alors la charge de rupture. En divisant la charge de rupture sur la section d’une éprouvette,

on obtient la contrainte en compression « fc » de cette éprouvette :

�� (��) = �� (N)/ S (mm2)

Avec �� : la charge de rupture en Newton ;

S : la section de l’éprouvette où S = 201006 mm2

Le tableau 39 présente les résultats d’essai de compression sur les bétons :

Tableau 39 : Résultats d’essais de compression à 28 jours

%fibre

Résistances à la compression à 28 jours en (MPa)

Echantillon aux

fibres fines

Echantillon aux

fibres grosses

Echantillon aux

fibres mixtes

0 27 27 27

0.5 20.44 20.86 23.46

1 13.42 13.30 13.58

1.5 9.10 9.21 9.43

2 9.08 11.74 7.88

3 5.72 9.12 5.34



87

Interprétation :

On constate que la résistance à la compression diminue avec l’augmentation du

pourcentage de fibres dans les différents mortiers et que le témoin reste le plus résistant.

Cela est expliqué par le fait que l’incorporation des fibres dans la matrice du mortier augmente

le volume des vides et diminue la compacité du mortier, d’où une diminution de résistance

à la compression.

Un autre point très significatif, lors de l’écrasement, les éprouvettes ne cassaient pas du

tout de la même manière. Le béton témoin " explose " tandis que les bétons de fibres ont plutôt

une rupture interne, moins visible externe. On peut dire que la présence des fibres modifient

l’endommagement des matrices cimentaires en donnant une certaine cohésion et une

souplesse à la ruine.

VII. 5. 5. Mesure de la résistance à la traction par flexion :

La résistance à la traction par flexion a été déterminée à l’aide d’une machine de flexion

3 points de 150 KN, sur des éprouvettes prismatique 7x7x28 cm conformément à la norme NF

P18-407. (NA 428). Les éprouvettes ont été disposées dans la machine d’essai. Après un

centrage parfait, la mise en charge a été effectuée avec une vitesse de montée de charge

constante. Au moment de rupture, on ouvre lentement la vanne de chargement. L’aiguille du

manomètre intégrée dans la machine indique la charge de rupture.

La résistance à la traction par flexion est calculée ;

�� = 1.8 �� / ��

Avec �� : la charge de rupture et

a : le côté de la section carrée de l’éprouvette

Le tableau présente les résultats d’essai de flexion simple sur les bétons



88

Tableau 40 : Résultats d’essais de flexion

% fibre

Résistances à la traction à 28 jours en (MPa)

Echantillon aux

fibres fines

Echantillon aux

fibres grosses

Echantillon aux

fibres mixtes

0 2.23 2.57 2.46

0.5 2.34 2.81 2.75

1 2.46 2.98 2.86

1.5 2.18 2.59 2.41

2 1.95 2.20 2.09

3 1.67 1.75 1.43

Interprétation :

L'introduction de fibres dans la composition du béton permet une augmentation

considérable de sa résistance à la traction par flexion. La résistance à la traction par flexion

augmente avec le pourcentage de fibres. Ceci peut s’expliquer par le rôle de renfort que jouent

ces fibres. Le mode de traction des fibres est effectivement très élevé et les fibres permettent de

stopper l’évolution des fissures des éprouvettes. Mais cette augmentation de la résistance

avec le taux de fibres sera limitée pour une certaine quantité de fibre pour laquelle

l’excédent de fibres ne jouera plus le rôle de renfort.



89

chapitre VIII. APPROCHE ENVIRONNEMENTALE :

ANALYSE DU CYCLE DE VIE DES FIBRES DE

BAGASSE

En préambule de ce chapitre, une brève présentation de l’analyse du cycle de vie

et des normes correspondantes permettra d’organiser le plan. L ’ observation commence

par la délimitation du système d’étude suivie d’un inventaire des données nécessaires à

son élaboration. Cet inventaire est effectué depuis l’approvisionnement en matières

premières jusqu’à la production de fibres de bagasse . Grâce à ces données, une évaluation

d’impacts est établi e, suivie de l’interprétation des résultats pour estimer l’impact de la

production de fibres de bagasse sur l’environnement.

Le travail développé ici est une première approche environnementale qui permet de situer

les différentes émissions tout au long du processus de transformation.

VIII-1 Généralités sur l’analyse de cycle de vie

Selon ISO 14040 (1997), l’Analyse de Cycle de Vie (ACV) est « une technique

d’évaluation des aspects environnementaux et des impacts environnementaux potentiels

associés à un système de produits, par :

- compilation d’un inventaire des flux élémentaires entrants et sortants pertinents

d’un système de produits ;

- évaluation des impacts environnementaux potentiels associés à ces flux entrants et

sortants ;

- interprétation des résultats des phases d’analyse de l’inventaire et d’évaluation d’impact

par rapport aux objectifs de l’étude ».

VIII. I. 1. Historique

L’origine de l’ACV remonte à la fin des années 60, où des chercheurs américains, anglais,

suédois et suisses développent des modèles pour analyser l’utilisation de matériaux bruts et

d’énergie associée à des systèmes de production. Progressivement, ces modèles (comme le

modèle américain REPA : « Resource and Environment Profile Analysis ») considèrent une

gamme de plus en plus large d’aspects environnementaux.



90

Bientôt, la réflexion porte sur les moyens d’interpréter ces données d’inventaire

environnemental selon les points de vue de l’environnement et de la santé humaine,

impliquant l’agrégation des émissions en catégories physiques et l’usage d’indices de

pondération entre émissions ou ressources consommées. La définition de catégories

environnementales est également explorée.

C’est à la fin des années 80 que l’intérêt pour la méthodologie ACV renaît, poussé par la

problématique des déchets solides. Des méthodes diverses et variées se développent,

dépourvues généralement d’une évaluation d’impact explicite. Elles font en fait l’hypothèse

implicite que prendre en compte des rejets, des émissions gazeuses et liquides et des déchets

solides, des consommations d’énergie revient à évaluer des impacts sur l’environnement.

Face aux controverses et débats qui en résultent, la nécessité de créer une étape transparente

et explicite d’évaluation d’impact devient évidente.

VIII. I. 2. Norme ISO

Les normes qui régissent l’ACV sont celles de la série ISO 14000 relatives au «

Management environnemental ». Si les normes de la série ISO 9000 relatives à la «

Qualité » concernent essentiellement l’organisation, c’est-à-dire la maîtrise des processus,

celles de la série ISO 14000 reflètent les deux approches les plus courantes dans l’entreprise :

• l’organisation, c’est-à-dire la maîtrise des processus ;

• le produit, par la gestion de son cycle de vie.

VIII-2 Objectifs et champs d’étude

VIII. 2. 1. Objectif de l’étude

L ’ACV de fibres de bagasse extraites est une analyse qui permet d’évaluer les

impacts environnementaux du cycle de vie de fibres de bagasse obtenue par traitement alcalin.

Bien que la matière première soit d’origine végétale, l’analyse du cycle de vie de fibres

obtenues par procédé viscose ne sera pas abordée ici. Cette analyse tient compte de la

culture de la canne, de sa transformation en sucrerie et des différents traitements chimiques et

mécaniques employés.



91

VIII. 2. 2. Délimitation des frontières du système

L’analyse s’effectue depuis l’extraction des matières premières jusqu’à la fabrication d’un

filet de fibres de bagasse, en considérant les étapes l’une après l’autre (du berceau à la tombe).

On initie l’étude dès la culture de la canne, mais sans intégrer l’approvisionnement

en bouture. On considère les effets d’une transformation faite localement sur le site de la

sucrerie pour toutes les étapes du cycle, même si, dans le cadre de nos travaux,

l’extraction a été réalisée en métropole.

Les produits chimiques employés pour l’obtention de fibres sont intégrés dans

l’acheminement en matière première, et seront abordés à titre informatif.

Le système pour les fibres de bagasse de canne comprend :

la culture de la canne dans le champ ;

l’acheminement des cannes et matières premières jusqu’à la sucrerie;

la fabrication du sucre qui génère la bagasse : matière première de l’étude ;

l’extraction des fibres de bagasse en laboratoire pour les fibres.



92

Le cycle de vie des fibres extraites à partir de la bagasse est présenté en Figure

Figure 21: Présentation générale du cycle de vie pour les fibres de bagasse

VIII. 2. 3. Choix de la fonction et de l’unité fonctionnelle

On travaille sur filés de fibres 100% bagasse obtenue de la bagasse de sucrerie,

prétraitée puis extraite à 1N en soude.

L’unité fonctionnelle est la masse en kg ; elle est la référence par laquelle on normalise

les résultats.

Le flux de référence considéré dans cette étude est de 1 kg de fibres. Il

correspond à la quantité de produits analysés et consommables utilisés pour atteindre

l’unité fonctionnelle.



93

VIII-3 L’ACV de filé de fibres de bagasse écrus : Inventaire des données

VIII. 3. 1. La production de matières premières [18]

Les fibres proviennent de la bagasse issue de la culture de la canne à sucre. La canne à

sucre se cultive dans un climat tropical, sans apport d’eau supplémentaire. Six étapes sont

nécessaires pour la production de canne à sucre :

Préparation du sol ;

Sélection des boutures ;

Germination et levée ;

Tallage ;

Croissance ;

Maturation ;

Récolte en coupeuse automatique.

Une fois la récolte effectuée, les cannes coupées en tronçons sont acheminées dans la

cour à canne où l’aire de réception de la sucrerie. Les tronçons de canne sont réduits en

particules de bagasse, après extraction du jus nécessaire à l’élaboration du sucre.

Ci- après sont détaillées les étapes de culture afin d’inventorier les données utiles

à l ’affectation aux impacts.

VIII-3-1-1 Application d’engrais

Les engrais minéraux utilisés sont principalement composés d’azote (N), de phosphore

(P) et de potassium (K), dans les proportions respectives 20/10/20 de NKP. L’apport aux

sols est réalisé à l’aide de tracteurs épandeurs à raison de 400kg d’engrais pour 500 ha.

Lors de fortes pluies, ces engrais peuvent être lessivés. Certains agriculteurs procèdent

à l’épandage de vinasse dépolluée, riche en matières organiques utiles pour les sols. Lors

de la coupe, 60 à 70 t/ha d’amarres et de paille, riches en azote et potassium, sont laissées

au champ.

Certaines émissions gazeuses sont dues à différents mécanismes, à l’origine de la

transformation de l’engrais sous forme gazeuse ou oxydée ( selon l’état physique de

l’engrais : liquide, gazeux ou solide). Ces mécanismes peuvent se dérouler sous l’effet

de facteurs chimiques, biologiques, climatiques en lien avec la teneur en nutriment



94

des sols. Pour un kilogramme de fibres bagasse produit, il nécessite environ 0,013

kilogramme d’engrais.

La fabrication d’engrais chimiques, qui requiert de l’énergie et diverses matières

premières n’est pas prise en compte dans cette étude.

VIII-3-1-2 Application de pesticides et d’herbicides

La production cannière n’emploie pas de pesticides et que rarement des herbicides (dans

les deux-trois premiers mois suivants la repousse). La fabrication de ces produits n’est donc

pas prise en compte dans notre ACV.

La présence d’adventices , fortement problématique, est une forte contrainte en

culture cannière. Elle nécessite l’emploi d’herbicides, dans le cadre de la nouvelle

législation, plus respectueux de l’environnement. Un désherbant chimique de type Azulam

(nom commercial Azulox), est ainsi épandu à la dose de 5 l/ha en deux fois. Quand

la canne est plantée, le premier traitement est appliqué avant que l’herbe pousse et

que la canne lève. Il est indispensable de ne pas laisser l’herbe fleurir, pour éviter la

production puis la germination de nouvelles graines. Pour un kilogramme de fibres bagasse

produit, il nécessite environ 0,084 kilogramme d’herbicides.

VIII-3-1-3 L’irrigation

La culture de la canne ne nécessite pas un grand apport d’eau. L’irrigation des

sols est naturelle, elle se restreint aux apports en pluies sur l’année. Toutefois, selon les

conditions climatiques, en cas de sécheresse on peut procéder à une irrigation

d’appoint en cas de sécheresse, pour garantir au mieux la croissance de la canne et sa

richesse en saccharose.

VIII. 3. 2. La machinerie agricole

Pour le travail au champ et l’approvisionnement de la sucrerie, différentes machines

agricoles sont utilisées. On répertorie : tracteurs, récolteuses et camions, dont l’emploi est

décrit ci-après.



95

VIII-3-2-1 Les tracteurs

Ils sont utilisés :

Pour labourer le terrain puis préparer les sillons dans lesquels seront

plantées les boutures de canne ;

Pour réaliser le désherbage à l’aide d’une lance, d’une cloche ou d’une rampe

: à noter que le désherbage peut également être réalisé par un ouvrier équipé d’un

pulvérisateur à dos.

VIII-3-2-2 Les récolteuses

La récolte est soit manuelle, soit mécanisée, et s’étend sur une période de quatre à cinq

mois.

La récolte manuelle consiste à couper les cannes à la machette, à les épailler puis à les

charger dans la benne.

Les récolteuses employées sont de type automotrice CaMEco. Lors de la récolte semi-

mécanique, les cannes sont coupées manuellement (épaillées si besoin), puis ramassées par

un cane-loader (chargeur à griffes) qui dépose les cannes dans une remorque située dans le

champ, pour ensuite être transférées par un trans-loader dans le camion de transport.

Dans le cas de la récolte entièrement mécanisée, on utilise une récolteuse-tronçonneuse-

chargeuse (machine à couper la canne). La canne est coupée à la base, épaillée et tronçonnée

en morceaux de 20 à 30cm. Une remorque auto-basculante circulant à coté réceptionne les

tronçons de cannes alors que les restes de paille sont éjectés par soufflerie. Le transport vers les

camions de transport se fait via remorque.

Ainsi, quel que soit le type de récolte, on aura des émissions diverses dont les principales

sont le CO2 avec les engins à moteur diesel.

VIII-3-2-3 Les camions

Outres les différents engins agricoles, des camions de 20 à 25 tonnes, à moteur diesel,

sont utilisés pour transporter la canne récoltée vers la sucrerie. Les principales émissions pour

cette catégorie sont le CO2 , ainsi que d’ autres gaz tels que CO, NOx et N2O, quelques

particules en suspension et des hydrocarbones (gaz organique total, hydrocarbones non

méthane, gaz organique non méthane et COV).



96

A ce stade de l’approche environnementale, nous ne disposons pas de suffisamment

de données pour approfondir l’ étude et dresser un tableau chiffré des différentes

consommations et émissions relatives au transport.

VIII. 3. 3. Fabrication de sucre et récupération de bagasse

Avant de pouvoir récupérer les particules de bagasse, la canne en entrée de la sucrerie

doit être broyée. En considérant que la bagasse est un sous-produit à revaloriser, il est nécessaire

de tenir compte de l’impact environnemental de la transformation de la canne en industrie.

Lors de la production de sucre, l’impact environnemental d’une sucrerie est basé

sur les différentes émissions et rejets.

Consommation en eau

En ce qui concerne la transformation en usine (dans la sucrerie), une certaine quantité

d’eau est nécessaire pour l’extraction du jus.

Les rejets

Après passage dans l’unité de transformation des cannes, les eaux de procédé sont

refroidies dans des tours de refroidissement, puis traitées en lagunage avant d’être récupérées

par des agriculteurs.

Emission de l’industrie sucrière

En 2010, la sucrerie rejetait près de 19461 tonnes de GES, gaz à effet de serre,

pour la chaudière bagasse (biomasse) et 469 tonnes de GES pour la chaudière fuel (énergie

fossile).

Les différentes émissions de GES relative à 2010 sont reportées dans le Tableau 41.

Tableau 41 : Emission des GES en sucrerie sur l’année 2010

Les émissions de GES en un an, pour la production de bagasse en sucrerie est inférieure

à 1g (valeurs similaires pour les autres fibres). Les émissions restent relativement faibles pour

cette étape du processus de transformation.



97

VIII. 3. 4. Fabrication des fibres : extraction

Les fibres de bagasse peuvent être extraites à proximité de l’unité de

transformation principale. On ne tiendra donc pas compte du transport de cette matière. Les

particules de bagasse sont d’abord tamisées, puis pré- hydrolysées à l’eau et traitées à

la soude (sous autoclave).

Tamisage de la bagasse

Cette étape de séparation granulométrique à sec des particules de bagasse produit

beaucoup de poussières. Ces particules de poussières pénètrent rapidement le système

respiratoire pouvant provoquer (si manipulées sans masque ni protection) de graves problèmes

respiratoires chez l’Homme. Cette étape nécessite essentiellement de l’électricité.

Prétraitement et traitement chimique

Pour solubiliser les différentes substances solubles, les particules de bagasse sont

pré-hydrolysées au chlorure de sodium (NaCl) et à l’eau distillée.

Le traitement chimique emploie de l’eau pour les réactions chimiques, avec les

quantités les plus importantes lors des étapes de rinçage et de neutralisation. Quant aux solvants

chimiques, les seuls qui aient été employés pour l’extraction et la neutralisation sont

respectivement la soude ou hydroxyde de sodium (NaOH) et l’acide sulfurique (H2SO 4).

Ces deux étapes se réalisent dans un bain, monté en température, sous pression

dans des autoclaves ce qui nécessite un apport d’énergie et d’ eau. Il s’en suit le séchage en

étuve à 105°C des fibres extraites, étape qui nécessite de l’énergie. Pour produire un

kilogramme de fibre de bagasse, près de cinq litres d’eau distillée sont nécessaire (extraction

et neutralisation)

Ces étapes entrainent essentiellement une augmentation de la demande biologique en

oxygène.

VIII-4 Evaluation des impacts

Parmi les différents rejets effectués dans l’environnement, de la culture à

l’extraction de fibres, on retient principalement le CO2 , les SO2, les NOx et les composés

organiques volatils (COV) . Loin d’être les rejets les plus dangereux, ils n’en sont pas moins

les plus néfastes, car plus répandus, tout domaine d’activité confondu.

On tire de la culture de canne, du processus de fabrication du sucre, des transports

et de l’extraction des fibres, une empreinte de la diversité des rejets.



98

Les pollutions directes issues de ce cycle de fabrication peuvent avoir des conséquences

variées sur l’environnement, telles que :

o Dégradation de la couche d’ozone ;

o Formation de smog d’été et d’hiver ;

o Acidification des milieux ;

o Eutrophisation des milieux aquatiques ;

o Effet de serre ;

o Développement de cancers et mutation de l’ADN.

Pour chaque catégorie d’impact (ou effet) sont attribués un ou plusieurs impacts finaux

qui est l’effet subit par l’homme, par l’écosystème ou par les ressources. La définition

d’impact final par catégorie est : « un attribut ou aspect de l’environnement naturel

(écosystème) de la santé humaine ou des ressources, permettant d’identifier un point

environnemental à problème » (ISO 14042 :2000).

VIII-5 Enjeux de la filière canne :

En abordant les différentes dimensions d’un développement durable dans la fabrication

ou la conception d’un produit, il est important de tenir compte des différentes dimensions

intervenant dans la durabilité.

La revalorisation est une démarche locale et régionale qui touche tous les acteurs de la

filière canne. A l’échelle du planteur, compte tenu des variations climatiques et de leur impact

sur les cultures, la diversification des cultures au champ est vivement encouragée par la Région

et la Chambre d’Agriculture. A l’échelle industrielle, compte tenu de la saisonnalité de la

culture, la sucrerie entend développer une politique d’énergies renouvelables, en implantant

sur site une turbine à combustion (TAC) de 40MW fonctionnant au gazole. Il s’agit

d’une installation biomasse -charbon réunissant deux fonctions : chaufferie de sucrerie brulant

la bagasse d’une part, ainsi que centrale électrique de base avec des caractéristiques éprouvées

de fiabilité, disponibilité et de respect des normes anti-pollution. Un tel projet du pôle

énergétique apporte une réponse optimale aux problèmes posés par l’accroissement des

besoins d’électricité de l’ile tout en assurant la pérennisation de la filière canne.

La création de pôle de recherche sur la revalorisation de la biomasse permettrait

un retour des savoirs et un dynamisme commun de la population surtout chez les plus jeunes.

En effet, le constat fait et qui maintient depuis des décennies est celui de l’implantation



99

des jeunes diplômés à l’extérieur. L’ouverture scientifique qui permettrait de développer

la recherche, et de diversifier l’activité en rapport avec la biomasse (avec à plus faible échelle

l’artisanat…).

L’étude a permis d’avoir une idée générale sur les différents impacts environnementaux

du produit fibres de bagasse. Ayant travaillé avec des données partiellement qualitatives, mais

aussi quantitatives, il reste assez difficile d’estimer certains impacts, ainsi que les

consommations énergétiques à chaque étape du processus. Il est possible toutefois d’avancer

que le passage en sucrerie présente plus d’impacts sur l’environnement (ce, à toutes les

échelles) que l’extraction chimique, à prendre toutefois avec précautions. En effet, une telle

observation est menée à titre indicatif, sans données qualitatives pour conclure sur cette

hypothèse.

L’ACV permet de se rendre compte de l’étendue des ressources et données nécessaires

pour estimer l ’impact sur l’environnement de la production de fibres de bagasse. Chaque

interprétation et conclusion d’ACV doit tenir compte des limites, hypothèses et du champ

d’étude, car il s’agit essentiellement de résultats de modélisations.

VIII-6 Affectation des catégories d’impacts à l’inventaire des données

La canne à sucre fait partie des plantes de type C4 et constitue de ce fait un véritable

piège à carbone. En effet la canne absorbe 60 tonnes de CO2 et rejette 42 tonnes d’O2 par

hectare par an (Courteau, 2005).

Lors de la transformation de la canne, la bagasse produite est brulée, libérant du CO2.

Ces émissions sont alors réabsorbées lors du cycle de croissance suivant de la plante. Les

champs de canne sont de fait, de véritables puits de carbone. Par ailleurs, la culture au vert

favorise le stockage dans les sols de grande quantité de carbone. Près de 1,6 tonne de carbone

est stocké dans les vingt premiers centimètres du sol, au cours des quatre premières années de

culture (Cerri et al. 2004).

Les catégories d’impacts peuvent être globales, locales ou régionales, et sont associées

aux étapes et produits responsables des effets nocifs.



100

Tableau 42 : Affectation des catégories d’impacts à l’inventaire des données

Echelle d’impact Catégorie d’impact étapes Inventaire données

Global Effet de serre

- Fabrication du

sucre

-Application

d’engrais

-Machines agricoles

-Transport

CO2 et équivalent

CO2,CH4, NO2, N2O

Global Destruction de la

couche d’ozone

-Application

d’engrais;

- Fabrication du

sucre ;

-Transport

NOx

local Eutrophisation -Application

d’engrais

Phosphates et

nitrates

local Ecotoxicité terrestre Epandage des

engrais

SO 2, NO x, N 2 O et

NH 3

Local, régional,

global Utilisation de la terre -Culture Erosion

Local, régional,

global

Diminution des

ressources fossiles

-Machines agricoles

-Transport Gaz, pétrole, charbon

Local, régional,

global Santé humaine

- Fabrication du

sucre

-Tamisage

NMCOV, particules

de moins de

10microns

(aggravation des

maladies cardiaque

et

respiratoires)

Local, régional,

global

Utilisation des

ressources en eau

-Fabrication du sucre

-Prétraitement et

traitement chimique

-Lavage

DBO

CONCLUSION GENERALE


101

CONCLUSION GENERALE

Les bétons constituent les matériaux les plus utilisés dans le bâtiment. Actuellement, les

bétons contiennent de plus en plus d'additifs. Ces éléments additifs permettent de

modifier les caractéristiques de ces matériaux de telle manière qu’ils sont devenus des

nouveaux matériaux composites.

Le cas du béton renforcé à l’aide des fibres végétales, en particulier les fibres de bagasse

de canne à sucre peut être inclus dans cette perspective.

Les objectifs principaux de notre travail étaient, d’une part d’évaluer l’influence

d’un renfort par des fibres de bagasse de canne à sucre sur les comportements thermiques et

mécaniques du béton, et d’autre part de valoriser les déchets industriels.

La première partie du mémoire a été consacrée à l’étude bibliographique qui a porté à la

fois aux généralités sur les bétons ordinaires et sur les bétons de fibres. Nous nous sommes

intéressés en particulier à l’étude bibliographique des fibres végétales. Ensuite, nous nous

sommes penchés sur les fibres de bagasse de canne à sucre.

Dans la deuxième partie, nous avons tout d’abord caractérisé nos matériaux d’études.

L’étude a ensuite été consacrée aux essais et interprétations des résultats. Dans le dernier

chapitre, on a évalué les analyses de cycle de vie de la fibre de bagasse de canne à sucre.

Dans le cadre de la réduction de la consommation d’énergie et des émissions de gaz à effet

de serre dans le secteur du bâtiment, il s’avère nécessaire d’augmenter l’efficacité énergétique

de chaque bâtiment. Cela conduit à la maîtrise de deux paramètres essentiels: d’une part

l’isolation qui permet de réduire considérablement les déperditions thermiques et d’autre part,

l’inertie thermique qui amortit les variations extrêmes de température au cours d’une journée.

Cette dernière permet également de conserver la chaleur en hiver mais également de limiter les

surchauffes en été. Ainsi, le choix des matériaux pour l’inertie et l’isolation est essentiel à

l’amélioration énergétique des bâtiments.

A partir de ce travail, on peut d’ores et déjà retenir que :

• la résistance en compression du béton de fibres de bagasse, comme pour tous les bétons de

fibres végétales, diminue en fonction d’augmentation du dosage en fibres. L’incorporation des

fibres dans la matrice augmente le volume des vides et diminue la compacité du béton.

CONCLUSION GENERALE


102

• La présence de fibres dans le béton modifie son comportement interne. En effet, elles ont

l’avantage de se mélanger et de se disperser dans le béton de façon uniforme. Lorsqu’une

fissure apparaît, les fibres empêchent la fissure de se propager par un effet de couture. Ce

phénomène s’effectue dès l’amorçage de la fissure, augmentant ainsi la résistance à la

fissuration du béton :

• les fibres de bagasse améliorent, également, la résistance à la flexion des bétons ;

• notre matériau d’étude est aussi un bon isolant thermique.

Bref, la valorisation des bagasses de canne à sucre permet d’améliorer les aspects

environnementaux non seulement par la réduction des déchets en tas dans l’industrie sucrière

mais aussi en les transformant en des produits utiles pour l’amélioration de la vie de la société.

Donc, le béton de fibre de bagasse de canne est un matériau d’avenir. Son utilisation permet

le recyclage de déchets.

Cette étude constitue un essai et une étape préliminaire en vue d’orienter les recherches

vers des applications plus concrètes et plus diversifiées. Toutefois, il est souhaitable

d’approfondir ces recherches pour parvenir à des résultats plus probants.

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

REFERECENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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[25] http://www.wikipédia;

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mécanique du béton à base de fibres de palmier dattier », mémoire Master professionnel en

génie mécanique, Faculté des Sciences et Technologie et des Sciences de la Matière,

université Kasdi Merbah Ouargla, Juin 2013

ANNEXE

i

ANNEXE A. MÉTHODE DE DREUX GORISSE :

Le principe consiste à chercher la formulation des bétons en fonction de :

la nature de l’ouvrage ;

la résistance voulue définie par la résistance à la compression normale à 28 jours ;

la consistance définie par l’affaissement moyen au cône d’Abrams.

Le dosage en ciment est déterminé par la valeur de C/E selon la formule :

Rc : résistances à la compression à 28 jours (MPa)

FCE : classe vraies du ciment ;

G : coefficient granulaire ;

C : dosage en ciment ;

E : dosage en eau.

Ayant trouvé la valeur de C/E, le dosage en ciment C est déterminé par l’abaque reliant

C/E et l’affaissement au cône d’Abrams.

Après avoir trouvé la valeur de C, le dosage en eau E est déterminé par l’abaque reliant E

et l’affaissement au cône d’Abrams pour une valeur particulière de la dimension D = 25

mm des granulats. Pour les autres valeurs de D, on procède à des corrections sur le dosage

en eau.

ANNEXE

ii

Figure : Abaque reliant E et l’affaissement au cône d’Abrams

Le dosage en granulats est déterminé graphiquement à l’aide de la courbe de référence et les

courbes granulométriques :

on place sur une même graphique les courbes granulométriques des granulats et la courbe

de référence (deux segments de droites OA et AB où A est le point de brisure, et

B correspond à la dimension D du plus gros granulat) ;

on trace la ligne de partage entre deux granulats en joignant le point correspondant à 95 %

du tamisât du granulat 1 et à 5% de celui du granulat 2. On procède de la même façon pour

les autres granulats ;

les pourcentages des granulats sont obtenus par les points d’intersection de la ligne

de partage avec la courbe de référence.

ANNEXE

iii

ANNEXE B. DETERMNATION DES VALEURS REQUISES ET

DE LA COMPOSITION MINERALOGIQUE POTENTIELLE

DU CIMENT

Le ciment est composé de :

Clinker : 86 % ;

Cendre volante : 10 % ;

Gypse : 4%.

Les compositions chimiques de ces matières premières sont les suivantes en % massique :

Ce qui donne pour la composition chimique du ciment, pour un élément X :

X (ciments) = 0.84 X (clinker) + 0.10 X(CV) + 0.04 X (gypse)

Ce qui donne la composition chimique du ciment en % massique:

Modules et valeurs requises :

Module d’alumine MA :

Pour un mélange quelconque : MA = �� / Fe2O3

Pour un ciment composé : MA = ��∗/ Fe2O3∗

Avec: Al 2 O 3 * = Al 2 O 3 – 0, 04 Al 2 O 3 (gypse) – 0,1 0Al 2 O 3 (CV)

Fe 2 O 3 *= Fe 2 O 3 – 0,04 Fe 2 O 3 (gypse) – 0,10 Fe 2 O 3 (CV)

MA = 1.70

Module de silice MS :

Pour un mélange quelconque : MS = ��/ (Al2O3+ Fe2O3)

Pour un ciment composé : MS = ��∗/ (Al2O3∗+ Fe2O3∗)

ANNEXE

iv

Avec : SiO 2 * = SiO 2 – 0,04 SiO 2 (gypse) – 0,1SiO 2 (CV) - RI

MS = 1.88

Module de chaux MC :

Pour un mélange quelconque : MS = ��/ (2.8SiO2+1.65Al2O3+ 0.35Fe2O3)

Pour un ciment composé : MS = ��∗/ (2.8SiO 2∗+1.65Al2O3∗+ 0.35Fe2O3∗)

Avec CaO* = CaO – CaO l – 0,04 CaO(gypse) – 0,1CaO(CV)

MC = 98

Composition minéralogique potentielle du ciment :

MC = 98 et MA = 1,7 : On a un mélange normal pour lequel la formule de Bogue est :

C4AF = 3,04Fe2O3* = 9,27 %

C3A = 2,65Al2O3* – 1,69Fe2O3* = 8.55 %

C3S = 4,07CaO* - 7,61SiO2*- 6,72Al2O3*- 1,43Fe2O3* = 54,23 %

C2S = 2,87SiO2* - 0,75C3S = 3,73 %

Composition minéralogique potentielle en % massique :

ANNEXE

v

ANNEXE C. CARACTERISTIQUES PHYSIQUES ET MECANIQUES DE

QUELQUE FIBRES VEGETALES

TABLE DE MATIERE

i

Table des matières REMERCIEMENTS

LISTE DES TABLEAUX

LISTES DES FIGURES

LISTE DES PHOTOS


LISTE DES ANNEXES

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

chapitre I. GENERALITES SUR LE BETON ................................................................................. 3

I. 1. Définition ................................................................................................................................ 3

I. 2. Historique ............................................................................................................................... 3

I. 3. Les constituants du béton .................................................................................................... 5

I.3.1. Le ciment ......................................................................................................................... 5

I-3-2 Granulats ...................................................................................................................... 12

I-3-3 Eau de gâchage ............................................................................................................. 14

I-3-4 Adjuvants ...................................................................................................................... 15

I. 4. Différentes caractéristiques du béton ................................................................................ 17

I-4-1 Caractéristiques physiques .......................................................................................... 17

I-4-2 Caractéristiques mécanique ......................................................................................... 18

chapitre II. FIBRES VEGETALES ............................................................................................... 22

II-1 Historique et perspective de l’utilisation des fibres : ....................................................... 22

II-2 Type des fibres utilisées dans le domaine de construction : ............................................ 23

II-3 Fibres végétales .................................................................................................................... 23

II-3-1 Définition ...................................................................................................................... 23

II-3-2 Origines des fibres végétales ........................................................................................ 24

II-3-3 Techniques d’extraction des fibres végétales ............................................................... 25

II-3-4 Structure de la fibre végétale ........................................................................................ 27

II-3-5 Composition chimique des fibres végétales ................................................................. 28

II-3-6 Propriétés des fibres végétales ...................................................................................... 31

II-4 Domaines d’application des fibres : ................................................................................... 31

chapitre III. BAGASSE DE CANNE A SUCRE .............................................................................. 33

III-1 Définition .............................................................................................................................. 33

III-2 Composition de la bagasse .................................................................................................. 33

III-2-1 Propriétés morphologiques ........................................................................................... 33

III-2-2 Composition physique de la bagasse ........................................................................... 35

TABLE DE MATIERE

ii

III-4-1 Composition chimique de la bagasse ........................................................................... 36

III-3 Distribution de la taille des particules ............................................................................... 36

III-4 Densité .................................................................................................................................. 36

III-5 Applications courantes des fibres de bagasse ................................................................... 37

chapitre IV. BETON RENFORCE DE FIBRES VEGETALES ...................................................... 39

IV-1 Définition de béton de fibres ............................................................................................... 39

IV-2 Rôles des fibres dans les bétons ......................................................................................... 39

IV-3 Compatibilité des fibres végétales avec le ciment ............................................................. 40

IV-4 Notion d’ouvrabilité du béton de fibre .............................................................................. 41

IV-4-1 Longueur des fibres ...................................................................................................... 41

IV-4-2 Dimensions du plus gros granulats et pourcentage maximum en fibres ................... 41

IV-5 Comportement des bétons de fibres : ................................................................................ 41

IV-5-1 Comportement en compression .................................................................................... 41

IV-5-2 Comportement en traction ............................................................................................ 42

IV-5-3 Comportement en flexion ............................................................................................. 42

IV-1 Durabilité des bétons de fibres végétales ........................................................................... 42

IV-7 Amélioration de la durabilité ............................................................................................. 43

IV. 7. 1. Traitement de la Fibre .............................................................................................. 43

IV. 7. 2. Traitement de la matrice .......................................................................................... 46

IV-8 Influence des fibres sur le temps de prise .......................................................................... 46

IV-9 Applications des bétons de fibres ....................................................................................... 46

chapitre V. CARACTERISATION DES MATERIAUX D’EXPERIMENTATION ..................... 44

V-1 Méthodes expérimentales ................................................................................................... 44

V. 1. 1. Caractéristiques chimiques ...................................................................................... 44

V. 1. 2. Caractéristiques physiques ....................................................................................... 49

V. 1. 3. Caractérisation thermo physique ............................................................................. 54

V. 1. 4. Caractéristiques mécaniques .................................................................................... 56

V-2 Caractéristiques des matières premières ........................................................................... 58

V. 2. 1. Le ciment ................................................................................................................... 58

V. 2. 2. Les granulats ............................................................................................................ 60

V. 2. 3. Fibres ........................................................................................................................ 63

V. 2. 4. Eau de gâchage ......................................................................................................... 64

V. 2. 5. Adjuvant ..................................................................................................................... 65

chapitre VII. ESSAI DE FABRICATION DU BETON DE FIBRE DE BAGASSE ..................... 66

VII-1 Prétraitement des fibres ...................................................................................................... 66

VII-2 Traitements des fibres ......................................................................................................... 67

TABLE DE MATIERE

iii

VII. 2. 1. Traitements des fibres avec des solutions de NaOH ................................................ 67

VII. 2. 2. L’hydrolyse à l’acide dilué et à chaud ..................................................................... 69

VII. 2. 3. Le lavage ................................................................................................................... 70

VII-3 Etude de la composition du béton ...................................................................................... 71

VII. 3. 1. Formulation du DREUX-GORRISSE ..................................................................... 71

VII. 3. 2. Formulation du béton selon BARON-LESAGE : ................................................... 72

VII-4 GACHAGE ET FABRICATION DES EPROUVETTES ............................................... 77

VII-5 CARACTERISATION DES BETONS .............................................................................. 78

VII. 5. 1. Masse volumique ...................................................................................................... 78

VII. 5. 2. Mesure des propriétés thermo physiques du béton de fibre ............................ 82

VII. 5. 3. Technique de surfaçage ........................................................................................... 85

VII. 5. 4. Mesure de la résistance à la compression ............................................................... 86

VII. 5. 5. Mesure de la résistance à la traction par flexion : .................................................. 87

chapitre VIII. APPROCHE ENVIRONNEMENTALE : ................................................................. 89

ANALYSE DU CYCLE DE VIE DES FIBRES DE BAGASSE ......................................................... 89

VIII-1 Généralités sur l’analyse de cycle de vie ............................................................................ 89

VIII. I. 1. Historique.............................................................................................................. 89

VIII. I. 2. Norme ISO ............................................................................................................ 90

VIII-2 Objectifs et champs d’étude ............................................................................................... 90

VIII. 2. 1. Objectif de l’étude ................................................................................................ 90

VIII. 2. 2. Délimitation des frontières du système ................................................................ 91

VIII. 2. 3. Choix de la fonction et de l’unité fonctionnelle .................................................. 92

VIII-3 L’ACV de filé de fibres de bagasse écrus : Inventaire des données ............................... 93

VIII. 3. 1. La production de matières premières ................................................................... 93

VIII. 3. 2. La machinerie agricole ......................................................................................... 94

VIII. 3. 3. Fabrication de sucre et récupération de bagasse ................................................ 96

VIII. 3. 4. Fabrication des fibres : extraction ....................................................................... 97

VIII-4 Evaluation des impacts ....................................................................................................... 97

VIII-5 Enjeux de la filière canne : ................................................................................................. 98

VIII-6 Affectation des catégories d’impacts à l’inventaire des données..................................... 99

CONCLUSION GENERALE........................................................................................................... 101


ANNEXE A ................................................................................................................................................. i

ANNEXE B ................................................................................................................................................ iii

ANNEXE C ................................................................................................................................................. v

Auteur : MAHITAVELO Zafindro Andréas Delphin

Téléphone : 033 41 549 29 / 034 13 710 36

Titre : « CONTRIBUTION A LA VALORISATION DE LA BAGASSE – APPLICATION A LA FABRICATION DE BETON DE FIBRE »

Rapporteur: Professeur Titulaire RANAIVONIARIVO Velomanantsoa Gabriely

Nombre de pages : 102

Nombre de tableaux : 42

Nombre de figures : 21

Nombre de photo : 06

Annexes : 03

RESUME

Ce mémoire s’inscrit dans le cadre de la valorisation des déchets issus de la fabrication des

sucres et d’alcools, en les utilisant dans la confection des matériaux cimentaires de construction.

Le béton renforcé par des fibres est une technique de plus en plus utilisée, dans le but

d’améliorer les résistances à la flexion et à la fissuration. Les propriétés mécaniques du béton de

fibre de bagasse dépendent de plusieurs facteurs qui sont les conditions de mise en œuvre et le

dosage.

Une large campagne expérimentale a été menée. Nous avons montré que le

renforcement des bétons par des fibres de bagasse améliore la résistance à la flexion du béton .Mais

cette augmentation de la résistance à la flexion sera limitée pour une certaine quantité de fibre .

Ce type de composite est un bon isolant thermique.

Mots clés : Béton, fibres végétales, bagasse, résistance à la compression, résistance à la flexion.

ABSTRACT

This memory lies within the scope of the valorization of waste resulting from the

manufacture of sugars and alcohols, by using them in the clothes industry of cementing materials of

construction.

The concrete reinforced by fibres is a technique increasingly used, with an aim of improving

the flexural strengths and to cracking. The mechanical properties of the fibre concrete of bagasse

depend on several factors which are the conditions of implementation and proportioning.

A large experimental campaign has been implant. We have shown that we could

strengthen concrete by using bagasse fibers. We showed that the reinforcement of the concretes by

fibres of bagasse improves the flexural strength of the concrete. But this increase in the flexural

strength will be limited for a certain quantity of fibre. This type of composite is a heat insulator

good.

Key words: Concrete, vegetable, fibers, bagasse, compressive strength, flexural strength.

Documents

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES EN VUE D’OBTENTION …biblio.univ-antananarivo.mg/pdfs/... · universite d’antananarivo ecole superieure polytechnique d’antananarivo departement :