Mémoire fin d'étude master 2 sur plâtre

وزارة التعلیم العالي والبحث العلمي

-Université Badji Mokhtar-Annaba-عنابة-جامعة باجي مختار

Badji Mokhtar-Annaba-University

Faculté des Sciences de la Terre

Département des Mines

MEMOIREEn vue de l’obtention du diplôme de Master en Mines

Option : Valorisation des Ressources Minérales

Présenté par :

Mr. BOUNOUA FETHI

Devant le jury de soutenance :

Promotion : Juin 2015Réalise à l’unité de SPDG – Noumeirates, W. Ghardaia

Thème

Technologie De Fabrication Et Contrôle De La Qualité DuPlâtre

(Cas De SPDG – Noumeirates, W. Ghardaia)

Président : Pr. BOUNOULA. M Pr Université BADJI Mokhtar-Annaba.

Rapporteur : Dr. BOUTEFNOUCHET. H MCB Université BADJI Mokhtar-Annaba.

Examinateur : Dr. CHETTIBI.M MCA Université BADJI Mokhtar-Annaba.

Examinateur : Dr. IDRES.A MCA Université BADJI Mokhtar-Annaba.

Remerciements

Je remercie en premier lieu ALLAH qui m’a donné la santé, le courage et la volonté

de poursuivre mes études.

Je remercie mes parents, qui se sont sacrifiés pour mon bien être et ma famille qui m’a

encouragé à reprendre les études.

Je souhaite exprimer également ma reconnaissance à Monsieur H. Bounoua, et ses

collaborateurs, qui m’ont fourni toutes les données concernant la fabrication du plâtre

et son traitement. Aussi à toutes les personnes qui m’ont fait l’honneur de bien vouloir

m’orienter tout au long de ce travail ; pour leurs conseils et leurs encouragements.

Je tiens à exprimer mon profond respect et ma reconnaissance à Madame

H.Boutefnouchet, l’encadreur de ce mémoire, qui a encouragé, soutenu et orienté la

réalisation de ce travail. Mes remerciement vont aussi au président et aux membres du

jury d’avoir accepté d’examiner ce travail.

Enfin une pensée amicale à tous mes collègues et mes proches amis pour les moments

que nous avons partagés ensemble durant ces années de formation.

Dédicaces

Je dédie ce modeste travail :

A mes parents :

Grâce à leurs tendres encouragements et leurs grands sacrifices, ils ont pucréer le climat affectueux et propice à la poursuite de mes études.

Aucune dédicace ne pourrait exprimer mon respect, ma considération etmes profonds sentiments envers eux.

Je prie le bon Dieu de les bénir, de veiller sur eux, en espérant qu’ils seronttoujours fiers de moi.

A mes sœurs et à mes frères.

A la famille Bounoua et Boukhalfa.

Ils vont trouver ici l’expression de mes sentiments de respect et dereconnaissance pour le soutien qu’ils n’ont cessé de me porter.

A tous mes professeurs :

Leur générosité et leur soutien m’oblige à leur témoigner mon profondrespect et ma loyale considération.

A tous mes amis et mes collègues :

Ils vont trouver ici le témoignage d’une fidélité et d’une amitié infinie.

FethiBounoua

SommaireMémoire de fin d’étude

Introduction général …………………………………………………………………...1

Chapitre I : Présentation de la SPDG et du gisement de Noumeirates.

I. 1. Historique de plâtrière Ghardaïa…………………………………………………..3

I.2. Situation géologique de gisement………………………………………………….3

I.3. Lithostratigraphte……………………………………………………………….....4

I.4. Géochimie………………………………………………………………………... .8

1.4.1. La fluorescence X……………………………………………………...……......8

I.5. Situation géographique de plâtrière Ghardaïa………………………………….......8

I.6. Exploitation à ciel ouvert de gypse ………………………………………………..9

I.6.1. Différentes méthodes d’exploitation………………………………………….....9

I.6.2. Chargement et transport vers l’usine……………………………………………11

I.7. Impureté naturelles……………………………………………………………… 11

I.7.1. Valorisation par des méthodes physiques…………………………………….. 11

I.8.Méthode de fabrication du plâtre au niveau de l’usine………………………….. 11

I.8.1. Préparation du gypse………………………………………………………....... 12

I.8.2. La cuisson………………………………………………………………………13

I.8. 3. Broyage……………………………………………………………………...... 14

I.8.4. Stockage ……………………………………………………………………….14

I.8.5. Ensachage……………………………………………………………………... 14

Conclusion ………………………………………………………………………….. 15

Chapitre II : Etude Bibliographique

II.1. Historique………………………………………………………………………. 16

II.2. Le système (CaSO4- H2O)……………………………………………………… 18

II.2.1. Propriétés physico-chimiques des différentes phases……………………….... 19

II.2.3. Les semi-hydrates…………………………………………………………….. 20

II.2.4. L’anhydrite III ou anhydrite soluble …………………………………………. 23

II.2.5. L’anhydrite II, dite insoluble ………………………………………………..... 25

II.2.6. L’anhydrite I …………………………………………………………………..25

II.3. Diagramme d’existence des différentes phases………………………………….25

II.4. Diagramme des solubilités………………………………………………………26

II.5. Propriétés thermodynamiques des différentes phases……………………………28

II.6. Bases physico-chimiques de la déshydratation…………………………………..28


II.6.1. La décomposition de plâtre…………………………………………………….28

II.7. Bases physico-chimiques de l’hydratation……………………………………… 29

II.7.1. Les mécanismes possibles…………………………………………………… 30

II.7.2. Théorie colloïdal……………………………………………………………… 30

II.7.3. Théorie de la cristallisation…………………………………………………… 31

II.8. Hydratation des différentes phases………………………………………………31

II.8.1. Le semi-hydrate et l’anhydrite III…………………………………………….. 31

II.8.2. L’anhydrite II………………………………………………………………….33

II.9. Les modificateurs de prise……………………………………………………… 33

II.10. Conception des plâtres industriels…………………………………………….. 33

II.11. Utilisations du plâtre…………………………………………………………... 34

Conclusion……………………………………………………………………………34

Chapitre III : Partie spéciale

III.1. Technologie de fabrication du plâtre…………………………………………....35

III.1.1. Préparation du gypse avant cuisson…………………………………………...35

III.1.1.1. Concassage…………………………………………………………………36

III.1.1.2. Broyage primaire…………………………………………………………...36

III.1.2. Cuisson……………………………………………………………………… 37

III.1.2.1. Principe de fonctionnement du four rotatif…………………………………37

III.1.2.2. Four marmite horizontal ……………………………………………………38

III.1.3. Traitement du plâtre après la cuisson…………………………………………39

III.1.3. 1. Refroidissement……………………………………………………………39

III.1.3.2. Broyage final et mélange…………………………………………………...39

III.1.4. Stockage……………………………………………………………………..39

III.1.5. Conditionnement…………………………………………………………….. 41

III.2. Contrôle de la matière première et des produits…………………………………41

III.2.1. Analyse physico-chimique……………………………………………………41

III.2.2. Préparation des échantillons…………………………………………………. 42

III.2.3. Dosage de sulfate et son eau de cristallisation……………………………….. 43

III.2.4. Calcul de l’eau de cristallisation (Ec)…………………………………………44

III.2.5. Opérations auxiliaires………………………………………………………...45

III. 3. Analyse physico-mécanique du plâtre…………………………………………48


III.3.1. Tamisage……………………………………………………………………...48

III.3.1.1. Tamisage mécanique………………………………………………………..48

III.3.3. Calcule la masse volumique absolue…………………………………………49

III.3.4. Examen des caractéristiques mécaniques…………………………………….51

III.3.4.1. Fluidité……………………………………………………………………...51

III.3.4.2. Temps de prise……………………………………………………………...51

III.3.4.3. Le taux de gâchage à saturation……………………………………………..53

III.3.4.4. Classification……………………………………………………………….53

III.3.4.5. Fiches techniques…………………………………………………………..54

Conclusion……………………………………………………………………………58

Chapitre IV : Partie environnement et sécurité

IV.1. Impacts liés à la technologie de fabrication du plâtre………………………….59

IV.1. 1. Types de polluants rejetés…………………………………………………...59

IV.1.2. Influence de gaz et la poussière sur la santé humaine…………………………61

IV.2. Impacts liés à la gestion des déchets de plâtre…………………………………..62

IV.2.1. Les différents types…………………………………………………………..62

IV.2.2. impacts sur l’environnement et la santé……………………………………… 62

IV.3. Sécurité applicable dans l’usine………………………………………………...63

IV.3.1. Bruit ………………………………………………………………………….63

IV.3.2.Analyse des accidents de travail et des maladies professionnelles en général ..63

IV.3.3. Préventions des accidents de travail et des maladies professionnelles………..65

IV.3.4. Sécurité de la mise en œuvre des explosifs…………………………………....66

IV.3.5. Conséquence des accidents…………………………………………………...68

Conclusion……………………………………………………………………………69

Références Bibliographiques…………………………………………………………70

Liste des TableauxMémoire de fin d’étude

Tableau. II.1 : Les différentes phases du système CaSO4-H2O leurs caractéristiques

physico-chimiques (d’après Wirsching)……………………………………………...19

Tableau III.1 : Composition minéralogique de gypse…………………………………41

Tableau III.3 : Teneurs des produits finaux…………………………………………..46

Tableau III.2 : Résultats de l’analyse chimique du plâtre…………………………….47

Tableau III.4 : Temps de prise de 4 échantillons……………………………………..53

Tableau III. 5 : Taux de gâchage……………………………………………………..53

Tableau .III.6: classification selon la Tg……………………………………………...53

Tableau III.7 : Classification du gypse de Ghardaïa …………………………………54

Tableau III.8 : Analyse de qualité de plâtre, le mercredi 8/04/2015…………………55

Tableau III.9 : Analyse de qualité de plâtre, le lundi 13/04/2015……………………56

Tableau III.10 : Fiche technique d’analyse de plâtre…………………………………57

Liste des FiguresMémoire de fin d’étude

Fig.I.1 : Le synthétique représentatif des formations du Crétacé de la région………..5

Fig.I.2 : Coupe lithologique du secteur d’étude (d’après SPDG)……………………..5

Fig.I.3 : Carte géographique de gisement……………………………………………..9

Fig.I.4 : Carrière d’extraction du gypse à ciel ouvert, région Metlili………………...10

Fig.I.5 : Chariot foreurs……………………………………………………………....10

Fig.I.6 : Concasser à mâchoire……………………………………………………….12

Fig.I.7 : Broyeur à marteaux et leur principe de travail……………………………...13

Fig.I.8 : Four rotatif à contre-courant avec une inclusion de 10° ……………………13

Fig.I.9 : Broyeur à broches…………………………………………………………...14

Fing.I.10 : Ensacheuses………………………………………………………………15

Fig.II.1 : Sarcophage mérovingien…………………………………………………...17

Fig.II.2 : Différentes formes de cristaux de gypse…………………………………...20

Fig.II.3 : Schématisation, sur le diagramme « pression-température » des conditions

de traitement thermique. D’après BARRIC et Coll………………………………….22

Fig.II.4 : Les semi-hydrates α BP, examinés en microscopie………………………..22

Fig. II.5 : Analyse thermique différentielle (montée en température 300°/heure)…...24

Fig.II.6 : Diagramme d’équilibre des phases du sulfate de calcium…………………26

Fig.II.7 : Courbe de solubilité………………………………………………………..27

Fig.II.8 : Élévation de température pendant l’hydratation du plâtre…………………32

Fig.II.9 : Diverse utilisation de plâtre………………………………………………..34

Fig. III.1 : Le principe de travail de Concasseur a mâchoire………………………...36

Fig.III.2 : Principe de fonctionnement du broyeur à marteaux………………………37

Fig.III.3 : Four rotatif à contre-courant………………………………………………38

Fig.III.4 : Schéma technologique de fabrication du plâtre cas SPDG……………….40

Fig. III.5 : Composition chimique de gypse d’échantillon N°1……………………...42

Fig. III.6 : Composition chimique de gypse d’échantillon N°2……………………...42

Liste des FiguresMémoire de fin d’étude

Fig. III.7 : Ébullition des trois composants (plâtre + l’eau + HCl)…………………..43

Fig.III.8 : Changement de couleur de mélange………………………………………43

Fig.III.9 : Appareil de mesure du pourcentage de Ec………………………………...45

FigIII.10 : composition chimique du plâtre ………………………………………….46

Fig. III.11 : Teneurs des produits obtenus au cours du traitement…………………...47

Fig. III.12 : Tamiseur Alpine de laboratoire…………………………………………48

Fig.III.13 : Densimètre……………………………………………………………….49

Fig.III.14 : Table à secousse de mouvement verticale ………………………………50

Fig.III.15. Appareil de Vicat (automatique)………………………………………….52

1

Mémoire de fin d’étude Introduction générale

Introduction générale

Depuis sa découverte jusqu’à nos jours le plâtre n’a cessé de faire preuve de ses

nombreuses qualités. Il est considéré comme le plus ancien matériau de construction

fabriqué par l’homme et le plus couramment utilisé dans les différents domaines de

construction. La consommation de cette matière ne cesse d’augmenter de jour en jour.

Face à cette demande, l’Algérie a construit plusieurs unités de production du plâtre

dans différentes régions du pays (plâtrières de Tlemcen, Bejaia, Ghardaïa, Ain-

Temouchent, etc.). L’unité de plâtre Ghardaïa (SPDG) à titre d’exemple, est l’une des

plus productives dans ce domaine. Elle a toujours encouragé les recherches de

développement des propriétés du plâtre, de sa production et son utilisation. Ces

recherches ont fait l’objet de nombreuses publications sur le traitement et la

production du plâtre.

En effet, pour les scientifiques, ce matériau bien qu’il soit des plus simples à traiter,

des mécanismes peuvent s’avérer complexes depuis le traitement de la matière

première, le gypse, jusqu’à l’obtention du produit fini, le plâtre. L’objectif visé serait

de maitriser le processus de production tout en répondant à l’impératif économique et

environnemental. Par ailleurs, pour l’artisan, le plâtre est un matériau familier qu’il

rencontre quotidiennement. Cependant il ignore toujours les multiples aspects et les

multiples possibilités d’application.

C’est pourquoi il nous a apparu intéressement de développer dans le présent mémoire,

une étude de la technologie de fabrication d’un plâtre local (cas de SPDG), permettant

d’une part un ensemble de connaissances touchant à tous les aspects de sa fabrication

et de déterminer d’une autre part, l’efficacité du traitement adopté par cette unité

depuis le choix de l’argile jusqu’à l’obtention du plâtre.

Pour ce faire, une étude des caractéristiques physiques, chimiques et mécaniques a été

réalisée en guise de contrôle de qualité du plâtre de Ghardaïa.

Ce mémoire est présenté en quatre chapitres. Dans le premier, nous donnons un

aperçu général sur l’usine SPDG et sur le gisement de Numeirates- Ghardaïa. Le

deuxième chapitre décrit les concepts fondamentaux et principes de base concernant

les plâtres et le gypse. Le troisième chapitre, est consacré à la partie expérimentale qui

englobe l’élaboration et l’étude des caractéristiques et une évaluation de la qualité du

2

Mémoire de fin d’étude Introduction générale

plâtre de la SPGG. Le dernier chapitre est dédié à la protection de l’environnement et

la sécurité de travail. Nous terminerons par une conclusion générale qui résume tous

les résultats obtenus au cours de la présente étude et les perspectives envisagées.

Chapitre I : Présentation de la SPDG et du gisement de NoumeiratesMémoire de fin d’étude

3

La production proprement dite, du plâtre de Ghardaïa, a vu le jour durant les années

cinquante, suite à la demande de la D.E. (Direction Exploitation) au sujet de la situation

des travaux d’extraction et les perspectives en matière de gypse en vue d’une production

de plâtre, au niveau de secteur de «Noumeirates ». Celle-ci se faisait d’une manière

artisanale par le biais de fours construits à proximité des fouilles d’où était extraite la

matière première.

I.1. Historique de la plâtrière Ghardaïa

L’exploitation de gypse dans la région de Noumeirates remonte donc aux années

cinquante. En 1968, dans le cadre de la nationalisation, l’usine a été confiée à la SNMC

(Société Nationale des Matériaux de Construction) qui va la gérer jusqu’en 1982.

L’ERCC (Entreprise des Ciments et Dérivés du Centre) prend le relai de 1983 à 1997

puis passe la main à sa filiale la SPDC (Société des Produits Dérivés de GHARDAIA)

qui va à son tour, assurer l’exploitation jusqu’en juin 2006.

Dans le cadre politique de privatisation et suite à la décision de la SPG (matériaux de

construction), l’entreprise sera mise en adjudication et par la suite confiée au collectif

des travailleurs qui va créer une nouvelle entreprise ; c’est ainsi que naquit la

SPA/SPDG.

Du point de vue potentialités, il faut noter que l’assise principale de gypse que

renfermait ce gisement a été pratiquement réduite à sa plus simple expression au niveau

de tous les secteurs puisque comme seuls vestiges il ne reste que le « mur » de gypse

sous la couverture versicolore qui attire les regards.

Les niveaux les plus riches et accessibles ayant été extraits, si bien que le gisement ne

peut plus être que la continuité du mur « en plongée » sous au moins une dizaine de

mètre comprenant marnes, argiles, calcaires marneux et calcaires dolomitiques [1].

I.2. Situation géologique de gisement

A travers le gisement de Ras Fouinis, nous observons surtout des formations

carbonatées telles que les marnes, argiles et argiles marneuses, des marno-calcaires et

des calcaires dolomitiques.

Les deux bancs de gypse formant l’assise utile sont situés l’un à la base (puissance :

06m), l’autre à 2,5- 4m plus haut avec des argiles marneuses au niveau intercalaire.


4

A 30m au sud du (secteur III-est- ancienne carrière), le talus de découverture montre

de has en haut :

1ere banc de gypse saccharoïde, cristallin, gris, compact sur 6m :

Zone d’oxydation argilo-marneuse : 0, 70m ;

Marnes indurées beige-claire : 2 ,00m ;

Argiles et marnes gypseuses : 1,00m ;

Marnes verdâtres : 0,80m ;

2emebanc de gypse cristallin : 2,00m ;

Zone d’oxydation : 2,50m ;

Marnes et argiles indurée de couleur beige : 2,00m ;

Calcaire dolomitiques, parfois plaquettes marneuses : 3,00m et plus.

Les zones d’oxydation représentant des sédiments de gypse continental, suite aux

retraits de la mer (les deux discordances étant bien en évidence).

Le gisement est composé de sept terrains numérotes de 1 à 7. Ces terrains ont été mis

en évidence suite aux travaux de recherches effectués en 1974 -1975 par la SNMC. Ils

sont tous situés dans un rayon de 12 km autour de l’usine de plâtre. Vu l’importance de

point de vue superficie ainsi que taux élevé des réserves et même le bon emplacement

; le gisement N° 4, devient le plus intéressant. Pour cette raison on va étudier que ce

dernier.

I.3. Lithostratigraphte

Le district de NOUMEIRATES est constituée par des formations sédimentaires d’âge

turonien (Ct) d’après, SONAREM, 1975 et les rapports géologiques précédents sur le

gisement de NOUMEIRATES, le Turonien est présenté exclusivement par les roches

carbonatées, (calcaires, calcaires à silex et dolomiteux, dolomies). Le Cénomanien est

représenté par les formations marines et continentales argileuses, carbonatées à gypse

(Fig.I.1) [2].


5

La coupe géologique des formations qui affleurées dans la région d’étude, comprend

trois (03) niveaux distincts du bas en haut, (Fig.I.2).

Fig. I.1 : Le synthétique représentatif des formations du Crétacé de la région [2].

Fig.I.2 : Coupe lithologique du secteur d’étude (d’après SPDG) [2].


6

A. Niveau 1

Le niveau inférieur des roches sédimentaires a été étudié dans les affleurements et par

les sondages. La synthèse des données des sondages et des études de terrain permettrons

d’établir la succession litho-stratigraphique de la manière suivante : (du bas en haut).

Dolomies poreux à cavités irrégulières, jusqu’au 10m et plus.

Dolomies finement stratifiées ou calcaires dolomitiques avec une épaisseur de 0.1-

0.5m.

Brèches rouges à épaisseurs inconnues.

Brèches conglomératiques, rouges de trois (03) mètres d’épaisseur.

Dolomies et calcaires dolomitiques stratifiées, grises de deux (02) mètre.

Calcaires dolomitiques et conglomératique d’épaisseur inconnue.

B. Niveau 2

Le niveau gypso-argileux est composé d’argiles versicolores, de gypse et de gypse

argileux.

En quantité insignifiante, mais un peu partout sont présents, les calcaires marneux, qui

se trouvent au sein des couches gypsifères ou à côté de celle-là. Dans ce niveau on peut

constater deux couches de gypse massif, de couleur en général gris et parfois blanchâtre,

séparées par des argiles, la couche inférieure d’une épaisseur atteint 6 à 7m jusqu’à 12m

par endroit, et la couche supérieure de 1.5 à 5m d’épaisseur. La puissance de ce niveau

est de 15 à 39m. Ces affleurements bordent les versants des collines, ayant la forme de

bandes larges de 5 à 100m.

La partie supérieure de ce niveau est constituée d’argiles versicolores, dont la puissance

est de 6m environ, dans certains endroits ces argiles sont plastiques dans d’autres, elles

contiennent les restes des calcaires conglomératiques. Plus bas on observe l’alternance

de ces argiles et des gypses.

En effet, toutes les argiles sont plus au moins gypseuses et on y trouve de petits et de

gros cristaux du gypse. On observe aussi le gypse argileux, qui représente des cristaux

soudés de 2-7cm de forme lamellaire presque transparent parfois, dont les intervalles

sont remplis par des argiles.


7

C. Niveau 3

Le niveau supérieur représente l’alternance de dolomies, de calcaires dolomitiques, de

calcaires, de calcaire à coquilles et silex, ce niveau n’est pas altéré, dans les collines qui

dominent les plateaux.

Un élément important de ce niveau est constitué par deux (02) couches de dolomies

siliceuses, dont les dimensions dépassent parfois 2m. L’épaisseur et les stratifications

de ces deux couches sont plus régulières par rapport aux autres.

On les a nommés : couches siliceuses I (supérieure) et couche siliceuse II. La puissance

de la couche I est de 1à 4m, et de la couche II et de 1.6 à 6m. L’intervalle vertical entre

eux est de 5 à 9m.

Ces couches sont représentées sur tous les versants et sont bien visibles de loin.

L’épaisseur des couches II et le niveau du gypse argileux varie de 0 à 6m. Cela permet

d’apprécier approximativement la profondeur des stratifications du niveau gypsifère.

Une part considérable du niveau supérieur est constituée par des calcaires

conglomératiques, c’est-à-dire les débris de calcaires bien roulés 10 à 12cm dans les

calcaires mêmes. La couleur des débris et de ciment rouge est presque la même, du

blanc ou jaune. Parfois on y trouve les brachiopodes mal conservés.

La roche typique est la brèche rouge : les gros débris des dolomies siliceuses ou des

silex avec de ciment rouge. On y trouve souvent les moulages internes des mollusques.

Dans un niveau supérieur on rencontre les inter-lits de calcaires marneux, presque

totalement composés de petits brachiopodes. L’épaisseur de ces inter-lits ne dépasse

pas 0.5m.

Partout dans les fissures et les cavités, on observe les dépôts de gypse provenant de

l’assise inférieure.

D’après les données susmentionnées de la SONAREM, les niveaux inférieurs et les

niveaux d’argiles avec les couches gypsifères sont rapportées au Cénomanien. Le

niveau supérieur des couches carbonatées avec deux (02) couches siliceuses au

Turonien. Les dépôts quaternaires comprenant les alluvions des Oueds et les sables

éoliens. D’après KIZILOV et al. (1975).


8

I.4. Géochimie

1.4.1. La fluorescence X

L’analyse par fluorescence X de cinq échantillons de gypse de Ghardaïa, ont permis de

déterminer sa pureté à travers l’identification des principaux oxydes : SiO2, Al2O,

Fe2O3, CaO ainsi que d’autres éléments mineurs tels que : K2O, Na2O et MgO.

Les résultats du traitement , ont montré une certaine similitude de tendance dans les

variations de la silice, de l’alumine et du dioxyde de fer présents dans la composition

de gypse de gisement de NOUMEIRATES, la silice étant plus élevé, elle varie de 3,1 à

9,64% [2].

Ces résultats indiquent aussi que le pourcentage de sulfate est prépondérant par rapport

aux autres oxydes.

Les sulfates peuvent donc provenir de la décomposition biologique aérobie de

substance organique contenant du soufre.

On peut donc attribuer une classification de bonne qualité pour cette matière analysée,

mais on ne peut pas la considérer comme pure, car le gypse pur présente la composition

chimique suivante : 92 à 94 % de CaSO4. 2H2O, 2 à 4 % de CaCO3 et 2 à 4 % d’autres

éléments ; SiO2 et MgO, etc.

I.5. Situation géographique de plâtrière Ghardaïa

Le district de NOUMEIRATES situe à mi-chemin entre Ghardaïa et Metlili à environ

20 km de chacune à environ 20 km de chacune des localités (Fig.I.1), aux bordures

occidentales du bassin sédimentaire secondaire du Sahara, sur un grand plateau

subhorizontal de massifs calcaires d'âge Sénonien appelé couramment " la dorsale du

M'Zab". La tectonique plicative est représenté dans le gisement par des plis, La

déformation cassante est représentée par Contacts anormaux : Diaclases, et d’autre

failles syn. sédimentaires (N 15-75 NO).


9

I.6. Exploitation à ciel ouvert de gypse

I.6.1. Différentes méthodes d’exploitation

Les méthodes d’exploitation sont fonction :

De la géométrie des couches à exploiter (inclinaison de la couche, épaisseur),

Du choix des moyens d’abattage utilisés (choix dépendant essentiellement de la

dureté des terrains).

a) Exploitation en fonction des caractéristiques géométriques d’une couche

On distingue les couches horizontales et les couches inclinées. Dans le cas de couches

horizontales, on établit un front de gradins dont le nombre varie en fonction de la

hauteur (généralement 10 à 15m par gradin). Ce front de gradin se déplace de manière

à découvrir le gypse, exploité lui-même par gradins à une certaine distance du front.

Fig. I.3 : Carte géographique de gisement.


10

Les stériles servent généralement à remblayer le vide laissé dans la zone exploitée. Les

lois imposent actuellement de remettre le sol dans l’état où on l’a trouvé, terre arable.

Dans le cas des exploitations de couches peut inclinées ou grande épaisseur (carrière de

FOUNIS). On a exploité deux plans de gradins qui s’éloignent au fur et à mesure que

l’exploitation s’enfonce (Fig.I.4).

b) Exploitation en fonction des moyens d’abattage utilisés

Les moyens d’abattage utilisés sont fonction des caractéristiques mécaniques du gypse.

Dans le gypse plus dur, comme gypse de carrière de SPDG, l’abattage se fait à

l’explosif. La perforation des trous de mine de longueur légèrement supérieure à celle

des gradins est faite au moyen de chariots-foreurs pneumatiques ou hydrauliques

(Fig.I.5).

Fig.I.4 : Carrière d’extraction du gypse à ciel ouvert, région Metlili

Fig.I.5 : Chariot-foreurs


11

Au départ, il s’agit de dégager le niveau gypseux supérieur en procédant au ripage au

bull (parfois, cette opération est réalisée à l’aide d’explosifs) jusqu’à la mise à nu du

premier niveau ; ensuite on procède à l’abattage de celui-ci (après avoir effectué la

perforation de quelques 50-70 trous de mines).

I.6.2. Chargement et transport vers l’usine

Le chargement se fait à l’aide de deux chargeuses de type KAWASAKI dont la capacité

du godet est de 04m3, quant au transport, une flotte de camions (03 dont 02 de marque

GBH /16t et un SONACOME C260/10t utilisé à mi-temps pour le dégagement du

stérile).

Le gypse abattu est transporté vers l’usine située à 05km suivant 02 de piste.

I.7. Impureté naturelles

I.7.1. Valorisation par des méthodes physiques

La quantité et la pureté des gisements de Ghardaïa font qu’il n’y a pas de traitement

préalable du gypse avant fabrication du plâtre. Dans certaines exploitations à l’étranger,

on peut employer des méthodes de traitement pour éliminer les impuretés du gypse.

Nous citons à titre d’exemple, l’usine de Robert Bridge en Grande Bretagne , où on

utilise une méthode de traitement du gypse dans une liqueur dense destinée à éliminer

les impuretés (marnes indurée) contenues dans le gypse. La liqueur dense est constituée

d’un mélange d’eau, de magnétite et de ferro-silicium. Suivant la pureté de gypse

désirée, la densité de la liqueur vraie de 2,2 à 2,5.

A la carrière de Kingscourt en Irlande, le gypse abattu est concassé puis traité par

lixiviation en tas à l’eau pour l’élimination les sels contenus.

I.8.Méthode de fabrication du plâtre au niveau de l’usine.

Le gypse en provenance de la carrière doit être concassé et criblé pour être ramené aux

dimensions maximales permettant de le déshydrater dans les fours conçus pour cet effet.

Compte tenu des différentes caractéristiques de gypses extraits et systèmes de cuisson

du plâtre, L’entreprise dispose d’une grande diversité d’atelier de production de plâtre.

Elle comporte les étapes suivant :


12

I.8.1. Préparation du gypse

Cette étape consiste à fragmenter les gros blocs en morceaux de plus petites dimensions

et granularité définie.

On utilise à cet effet :

Un concasseur à mâchoires (Fig.I.6), dans lequel les blocs sont écrasés entre deux

mâchoires cannelées, l’une fixe, l’autre animée d’un mouvement alternatif commandé

par excentrique, cet appareil est sensible au colmatage. Le gypse est concassé à moins

de 100mm, cette dernière acheminé par la nappe vers le broyeur à marteaux oscillants.

Dans le cas où il est nécessaire de réduire la granularité des morceaux provenant du

concassage, on opère un broyage primaire en utilisant :

Le broyeur à marteaux oscillants (fig.I.7), dans lequel un arbre horizontal entraine un

jeu de marteaux articulés qui frappent le matériau et le projettent contre des plaques

cannelées. Le gypse est broyé à moins de 20mm, le produit stocke d’une grande place,

dans cette place excite une ouverture et diverse dans la vis qui transporté le produit vers

l’élévateur, et même que élévateur acheminer le produit vers le silo pour stockage et

même pour diverse le produit dans le four relatif pour la cuisson.

Fig.I.6 : Concasser à mâchoire [3].


13

I.8.2. La cuisson

C’est la partie le plus importante parce qu’elle permet d’obtenir, suite à une

déshydratation plus ou moins poussée de gypse, les divers éléments constitutifs du

plâtre.

On procède à la cuisson suivant : le chauffage direct, dans lequel les gaz à haute

température d’un foyer sont dirigés à l’intérieur d’un four chargé de gypse.

A l’heure actuelle, on utilise la cuisson par chauffage uniquement pour la production

du plâtre surcuit dans un four rotatif horizontal (Fig.I.8), qui fonctionne en continu à

contre-courant et dans lequel le gypse, broyé à état pulvérulent, est constamment brassé

et soumis aux gaz d’un bruleur central à fuel-oil. La rotation du four peut atteindre 211

tr/ h.

Fig.I.7 : Broyeur à marteaux [4].

Fig.I.8 : Four rotatif à contre-courant avec une inclusion de 10°.


14

I.8. 3. Broyage

Cette série d’opérations a pour objectif d’obtenir des produits conformes aux

caractéristiques fixées et aux normes prédéfinies, par dosage convenable des

constituants amenés à la granularité désirable et d’en permettre la distribution.

Dans cette étape le plâtre est facilement broyé, aussi les broyeurs utilisés dans l’usine

broyeurs à broches, (Fig.I.9).

I.8.4. Stockage

Après toutes ces opérations, le plâtre est stocké dans des silos avant d’être livré à la

clientèle.

Le but de ce silotage est essentiellement d’avoir une réserve suffisante pour satisfaire

la clientèle quelles que soient les conditions d’enlèvement.

Dans l’usine de SPDG il existe trois silos de stockage (silo I, II et III).

I.8.5. Ensachage

Le plâtre est, pour sa grande majorité, livré en sacs de 40 kg. Les sacs sont en papier

kraft avec une plusieurs plis dont l’un peut être étanche pour améliorer la conservation

du produit.

Ces sacs sont remplis par des ensacheuses (Fig.I.10), à becs, en ligne ou rotatives. On

utilise des ensacheuses dont le débit peut être allé jusqu’à 70-80 t /h.

Fig.I.9 : Broyeur à broches [5].


15

Après ensachage, le plâtre est livré à la clientèle directement sur camion où il peut être

dépose sur palettes, soit manuellement, soit automatique.

Conclusion

Le secteur « Noumeirates » a fait l’objet de plusieurs recherches et évaluation sur les

réserves de gypse.

Les conditions d’extraction de gypse sont plus onéreuses et complexes, de par la nature

et le volume de découverture caractérisant particulièrement la partie occidentale. Par

ailleurs, la partie orientale renferme des réserves qui restent sujettes à des travaux de

vérification. Ceux-ci seront programmés ultérieurement pour déterminer les volumes

réels de gypse ainsi que ceux de la découverture de façon à trancher dans la décision

d’exploitation en prenant en compte les différents paramètres y compris les paramètres

technico-économiques.

Fig.I.10 : Ensacheuses.

Chapitre II : Etude Bibliographique.Mémoire de fin d’étude

16

Le plâtre est connu depuis longtemps est classé parmi les matériaux de construction dont

l’obtention exige en partie une certaine transformation faisant appel à l’intervention de

l’homme, il est généralement considéré comme l’un des plus anciens matériaux avec la chaux

et la terre cuite.

Il est obtenu par un simple chauffage à une température qui n’est pas très élevée, puis réduit

en poudre, il sera prêt à être utilisé. C’est un minéral relativement répandu dans la nature : on

l’extrait de la pierre à plâtre ou gypse.

Il faut dire que la découverte du plâtre fut un hasard. L’homme a pu découvrir le plâtre, sa

réaction avec l’eau- le jour où, cherchant à constituer un foyer, il s’est trouvé creuser

l’excavation destinée à recevoir le combustible à même un sol sur lequel affleurait le gypse.

Une technique analogue que le plâtre qui reste toujours d’usage dans la fabrication artisanale

pour des utilisations locales dans certains pays du Moyen-Orient (Syrie, Irak, etc.).

II.1. Historique

De récentes découvertes archéologiques ont montré que l’emploi du plâtre remontait au 8e

millénaire avant J.C (fouilles en Syrie et en Turquie). Des enduits en plâtre et chaux servirent

de support à des fresques décoratives ; à réaliser des sols et même à fabriquer des récipients.

On a également retrouvé dans les fouilles de Jéricho (6e millénaire avant J.C) des traces

d’emploi de plâtre en moulage et en modelage.

Par la grande pyramide, élevée par Chéops roi d’Egypte de la 4e dynastie vers l’an 2800 avant

notre ère, on peut voir qu’elle continue à porter l’un des plus anciens témoignages de l’emploi

du plâtre en construction : pour l’exécution suivant une technique qui demeure mal expliquée,

au moyen de joints d’assemblages d’une étonnante précision entre les blocs d’environ 16

tonnes qui constituent le monument.

Toutefois, le philosophe Théophraste qui vécut aux IVe et IIIe siècles avant J.C et qui fût

disciple de Platon et d’Aristote semble bien par son « Traité de la pierre » être le plus platières

à Chypre, en Phénicie et en Syrie. Il indique que le pâtre est utilisé comme enduit, pour

l’ornementation, les fresques et les bas-reliefs et la statuaire. Il souligne les qualités et la

puissance des liants qu’il permet d’obtenir. Il note la possibilité de « récupérer » les enduits

ou les ouvrages anciens en plâtre pour les soumettre à une nouvelle cuisson et utiliser à

nouveau le plâtre obtenu.


17

Caton et Columelle pour leur part, ont mentionné différentes utilisations du plâtre. Pline

l’Ancien a consacré d’importants développements pour ce minerai.

Moins connues et peut être moins évaluées que celles qui nous ont été transmises par les

Gerces et les Romains, les applications du plâtre ont également existé depuis fort longtemps

dans les différentes autres contrées du globe. Ainsi, en Afrique, c’est avec un plâtre très

résistant que les Berbères ont construit les barrages et les canaux grâce auxquels ils assurent

depuis des siècles l’irrigation des palmeraies du Mzab, comme c’est grâce au plâtre qu’ils

assemblent les blocs de terre damée avec lesquels ils montent leurs habitations.

C’est avec l’invention romaine que nos ancêtres firent connaissance avec les procédés de

construction faisant appel à la maçonnerie et au plâtre. Par la suite, ces modes de

construction, et avec eux l’emploi du plâtre, régressent au profil de la construction en bois que

les Francs apportèrent avec eux et qui prévalut pendant les époques Carolingienne et

Mérovingienne (fig.II.1)

Cependant, à ces époques le plâtre fut couramment employé en région parisienne pour

fabriquer des sarcophages décorés dont de nombreux exemplaires ont été retrouvés presque

intacts de nos jours.

A partir du XIIe siècle et pendant toute la fin du Moyen Age, la construction en maçonnerie et

les enduits utilisant le plâtre connaissent un regain de faveur. Le plâtre à stuc est déjà connu

ainsi que le plâtre à plancher.

Au XVIIIe siècle, l’utilisation du plâtre dans la construction est généralisée au temps du Roi

soleil de France. A cette époque, les trois quart des hôtels et la totalité des bâtiments sont

réalisés en pans de bois hourdés et enduits au plâtre, ceci à touche également près des 95%

des constructions neuves et des reconstructions.

Fig.II.1 : Sarcophage mérovingien.


18

Au XXe siècle qui, à la faveur de l’évolution industrielle, a apporté les transformations les

plus profondes, celles qui ont conduit aux équipements actuels. Parallèlement, les applications

et les techniques d’utilisation du plâtre ont évolué à un rythme analogue.

II.2. Le système (CaSO4- H2O)

Le sulfate de calcium existe naturellement sous deux formes stables, l’une anhydre, appelée

anhydrite naturelle (CaSO4), l’autre à son niveau d’hydratation le plus haut, le dihydraté,

appelé « gypse » de formule « CaSO4 2H2O ». Chacune de ces formes se présente sous de

multiples aspects liés à leurs conditions de formation et à leur pureté.

Entre ces deux états stables, les sulfates de calcium industriels, résultant de la cuisson du

gypse, existent sous des fourmes hydratées variables. Celles-ci se distinguent par leur

structure cristalline et leur réactivité. Elles sont obtenues dans des conditions de cuisson

(température, pression de vapeur d’eau) bien spécifiques.

Il faut signaler l’existence présumée de pseudo hydrates ou hydrate primaires (CaSO4 xH2O

(x>2)), décrits comme étant une phase transitoire instable, apparaissant dans les premiers

instants de l’hydratation du plâtre [6].

II.2.1. Propriétés physico-chimiques des différentes phases

Le tableau II.1 rassemble un certain nombre de données générales, physique et physico-

chimiques, concernant les différentes phases du système (CaSO4- H2O), à l’exception de la

phase dite Anhydrite I, dont les caractéristiques sont assez mal connues et qui d’ailleurs ne

semble pas présenter beaucoup d’intérêt.


19

Tableau. II.1 : Les différentes phases du système CaSO4-H2O leurs caractéristiques physico-

chimiques (d’après Wirsching) [7].

Phase CaSO4, 2H2O CaSO4,1/2H2OFrome α

CaSO4, 1/2H2OForme β

CaSO4 III CaSO4 II

Désignation

Sulfate dechaux-dihydratégypse« pierre deplâtre »

Sulfate de chaux semi-hydratés Sulfate de chaux anhydressemi-hydratéplâtre α

semi-hydratéplâtre β

anhydritesolubleanhydrite III

anhydritenaturelanhydrite II

Teneuren eau

20,92 6,2 6,2 0 0

Massevolumiq

ue

2,31 2,76 2,62 à 2,64 2,58 2,93 à 2,97

Volumemolécul

aire

74,5 52.4 55,2 52,8 46,4 - 45,8

Systèmecristalli

n

Monoclinique Rhomboédrique hexagonal rhomboédrique

Stabilité Stable Métastable métastable Stable

II.2.2. Le gypse

Le gypse, appelé aussi dihydrate, désigne l’espace minérale naturelle de formule CaSO4,

2H2O. Cette même formule s’applique en outre à la phase artificielle que constitue le gypse

cuit et rehydraté, obtenu à partir des produits de cuisson mis en présence d’eau, ainsi qu’aux

gypses synthétiques. Ces derniers, appelés également gypse chimiques ou résiduaires, sont

des sous-produits résultant de la fabrication de l’acide phosphorique (phosphogypse), de

l’acide fluorhydrique (fluorogypse) de l’acide borique (borogypses) ou d’autre produits

(organogypses, titanogypses, sulfogypses, sodogypses, gypse salin, etc.).

Le gypse cristallise dans le système monoclinique. A l’échelle de la molécule, il présente une

structure feuilletée dans laquelle alternent une couche d’eau et deux couches de sulfate de

calcium. Le gypse naturel peut se présenter sous différentes formes, plus ou moins pures :

Forme macro-cristallisée : sélénite, Marienglass, gypse lenticulaire, en rosettes, etc.

Forme micro-cristallisée ou granulaire : albâtre, gypse saccharoïde, fibreux, pulvérulent,

etc.

Le gypse exploité dans l’industrie plâtrière se présente essentiellement sous l’aspect d’une

roche parfois assez compacte, ou à grains fins, bien souvent sans particularités cristallines


20

apparentes. Le gypse est rarement pur et se trouve mélangé à des impuretés en nombre et en

proportions variables d’une carrière à l’autre. Il s’agit essentiellement de calcaire, d’argile, de

silice, de dolomie, d’anhydrite naturelle, etc.

Le gypse issu de la réhydratation du plâtre se présente sous forme de cristaux, en général bien

définis, en aiguilles plus ou moins allongées et en macles (fig.II.2). Il est caractérisé par une

porosité importante due au séchage de l’eau excédentaire utilisée nécessairement lors du

gâchage.

II.2.3. Les semi-hydrates

Ils sont également appelés hemihydrates ou demi-hydrate. De formule CaSO4 0.5H2O, ils

cristallisent dans le système pseudo-hexagonal. Les semi-hydrates sont assimilables à des

solutions solides d’insertion de l’eau dans le sulfate de calcium anhydre, de teneur en eau

variant de 0.15 à 0.66. L’hydrate CaSO4 0.5 H2O ne serait qu’une forme particulière de

solution solide [8]. Ils constituent la première étape dans l’opération de déshydratation du

gypse.

Les différentes variétés des semi-hydrates se différencient par leur état de cristallisation, lié au

processus d’obtention et aux conditions de cuisson.

Fig.II.2 : Différentes formes de cristaux de gypse


21

Par exemple, si l’on considère le diagramme d’équilibre « Pression-Température » relatif à

l’eau et au gypse (fig.II.3), on constate à partir des données thermodynamiques de Kelley,

Southard et Anderson [9] et des expérimentations de Van t’Hoff et Coll [10]. Que la courbe

d’équilibre Gypse-semi-hydrate (courbe A) est très voisine de la courbe d’équilibre Eau

liquide- Eau vapeur (courbe B) et que ces deux courbes se recoupent au voisinage de 100°C.

Si l’on réalise la déshydratation du gypse en autoclave à des pressions supérieur à 1 bar, la

formation du semi-hydrate est régie par un mécanisme de « dissolution-recristallisation » en

milieu liquide et l’on obtient la variété α ou semi-hydrate cristallisé.

Si l’on opère par contre sous pression inférieure à 1 bar, l’eau du gypse s’élimine à l’état de

vapeur sèche et on obtient un solide microporeux, constitué d’un assemblage lâche de micro-

cristallites : c’est la variété β. Le semi-hydrate α résulte donc d’une déshydratation de gypse

en milieu liquide ou sous pression de vapeur d’eau. La variété β est obtenue à pression

ambiante.

Toutefois, les deux variétés α et β ne seraient que les termes extrêmes d’une série plus ou

moins continue dont les variétés intermédiaires présenteraient des états de cristallisation plus

ou moins marqués.

Cette hypothèse a été vérifiée en 1967 par Eyraud, Murai et Barriac [11] qui ont étudié par

analyse thermique différentielle (A.T.D.) en autoclave, les conditions de formation des deux

variétés habituellement reconnues (α et β) et d’une troisième qu’ils ont baptisée « α de basse

pression » dont les propriétés sont intermédiaires entre celles des deux autres et dont

l’existence avait été soupçonnée par ces mêmes auteurs à la suite d’essais par

dilatométrie[12].

Cette variété intermédiaire (α BP) se forme lorsque la réaction de déshydratation du gypse

débute en atmosphère sèche (point « a » dans la fig.II.3), puis se poursuit en vapeur humide

(points « b » et « c », de la fig., condensat partiel dans le solide), et se termine en vapeur

sèche. L’expérience montre que le cycle a, b, c, d, fournit la variété α BP alors que le cycle 1,

2, 3, 4, réalisé totalement en milieu liquide conduit, à la variété bien cristallisée α.


22

Selon le mode de réalisation du cycle a, b, c, d, on peut obtenir toute une série de semi-

hydrate α BP.

Les semi-hydrates α BP, examinés en microscopie (fig. II.4. a et b) présentent un état de

cristallisation effectivement intermédiaire entre ceux des formes extrêmes α et β.

Cependant, il est bon de signaler que du point de vue technologique les semi-hydrates β

industriels, préparés par calcination du gypse vers 140 °C, peuvent contenir une certaine

proportion de variété α BP, du moins lorsque la cuisson est réalisée dans des fours à la

pression atmosphérique en prenant en compte tenu des gradients de température et pression de

vapeur d’eau dans la masse soumise à la calcination.

Fig.II.3 : Schématisation, sur le diagramme « pression-température » des conditions de

traitement thermique. D’après BARRIC et Coll [11-12].

(a) (b)

Fig.II.4 : Les semi-hydrates α BP, examinés en microscopie.


23

Une autre observation intéressante concerne l’évolution de la variété cristallisée α vers la

variété microporeuse β lorsque le semi-hydrate α est soumis à un broyage prolongé. Ceci est

un argument complémentaire en faveur du fait que les semi-hydrates ne diffèrent que par leur

état de cristallisation [13].

Du point de vue pratique, le semi-hydrate α, de par sa texture cristallisée compacte, permet

des taux de gâchage bien plus faibles que ceux autorisés avec la variété β. Il s’ensuit que le

liant durci présente des caractéristiques mécaniques très élevées (400 à 600 bars en

compression, 100 à 160 bars en flexion).

Au laboratoire, les deux variétés peuvent être distinguées par microscopie et par analyse

thermique différentielle (A.T.D).

Cette technique d’analyse traduit les effets thermiques associés aux diverses transformations

cristallines du gypse en ces produits de décomposition. A titre d’exemple, la courbe A

(fig.II.5) illustre les transformations endothermiques du gypse en semi-hydrate β (pic n°1) et

du semi-hydrate en anhydrite III (pic n°2), puis la transformation exothermique de l’anhydrite

III en l’anhydrite II (pic n°3).

Si l’on analyse séparément par cette méthode les semi-hydrates β et α, on observe les

thermogrammes représentés par la courbe B. le pic de transformation exothermique de

l’anhydrite III en l’anhydrite II est situé vers 220° pour la variété α et vers 350° pour la

variété β.

II.2.4. L’anhydrite III ou anhydrite soluble

L’anhydrite III constitue l’étape intermédiaire entre les semi-hydrates et l’anhydrite II. Sa

formule, CaSO4, εH2O, indique qu’elle contient une proportion faible et variable d’eau liée

(0,06< ε < 0,11).

La déshydratation des différents semi-hydrates en anhydrite III n’est pas sensiblement

affectée par l’état de cristallisation, et l’existence des formes α et β de l’anhydrite III n’est pas

clairement démontrée, bien que les chaleurs d’hydratation de ces deux produits soient

différentes.

L’étude de cette phase est rendue complexe par la difficulté de l’obtenir sous sa forme pure.

La température élevée nécessaire à son obtention conduit à une déshydratation partielle en

anhydrite II, de sorte que l’on obtient presque toujours des mélanges.


24

Enfin, l’anhydrite III est instable et très avide d’eau ; sa transformation en semi-hydrate (ou

réversion) est donc rapide même en présence d’air peu humide.

Si l’anhydrite soluble peut être obtenue en laboratoire à température assez faible (100 °C)

sous vide, il faut atteindre industriellement des températures de matière de l’ordre de 180 °C

et plus, pour avoir dans le mélange des proportions importantes de cette phase (les conditions

industrielles sont variables selon la préparation granulométrique de la poudre et la tension de

vapeur ambiante).

Sur le plan pratique, l’hydratation d’un plâtre est catalysée par la présence d’anhydrite III, de

sorte que, selon la qualité souhaitée à ce plâtre, cette présence sera ou ne sera pas désirable.

Fig. II.5 : Analyse thermique différentielle (montée en température 300°/heure)

Courbe A

Courbe B

Endothermique

1

120° 350°

350°220°180°

S-H-α

S-H-β

2 3

Exothermique

θ

Δθ

θ

Δθ


25

II.2.5. L’anhydrite II, dite insoluble

L’anhydrite II (CaSO4) est une phase définie dans le système cristallin orthorhombique. Elle

s’obtient industriellement par cuisson du gypse à des températures allant de 300° C à 700°C,

et prend le nom de surcuit.

Selon la température de cuisson, le produit obtenu sera plus ou moins réactif vis-à-vis de

l’eau. La cinétique d’hydratation étant très lente pour un surcuit obtenu au-delà de 700°C (cuit

à mort).

Cette phase existe dans la nature sous la même forme cristalline (anhydrite naturelle) mais

sous l’aspect d’une roche très compacte et plus dure que le gypse.

Vis-à-vis de l’eau, l’anhydrite II obtenue par cuisson et l’anhydrite naturelle ont un

comportement identique ; ces deux substances ne diffèrent que par leur vitesse d’hydratation,

en raison de leur état de surface et de leur porosité différents.

II.2.6. L’anhydrite I

L’anhydrite I ou anhydrite haut température (ou encore anhydrite α) s’obtient par cuisson aux

environs de 1200 °C. Selon des recherches récentes [14], cette variété existerait réellement

comme phase définie mais non comme phase pure. Elle est toujours contaminée par de

l’oxyde de calcium conséquence d’un début de dissociation thermique de CaSO4. En effet

l’anhydrite se décompose à température élevée pour conduire à CaO+SO2/SO3. Cette réaction

est très sensible à la présence de substances étrangères (silice, alumine, oxydes de fer, argiles,

carbone, etc.), lesquelles abaissent la température de dissociation.

L’anhydrite I n’a jamais pu être observée à température ordinaire, car le refroidissement en-

dessous de 1200 °C conduit à la transformation en anhydrite II.

II.3. Diagramme d’existence des différentes phases

Les différentes phases du système CaSO4.H2O décrites précédemment existent à l’état stable

dans un domaine propre de température et de pression de vapeur d’eau.

Le diagramme de la fig II.6 représente de façon schématique les domaines d’existence des

produits de déshydratation du gypse en phase vapeur, caractérisés par le couple (température-

pression). Il n’a de valeur qu’à l’équilibre et ne considère pas la notion de cinétique de

réaction qui est un élément important pour l’industriel.


26

II.4. Diagramme des solubilités

Le diagramme de la fig.II.7 représente les courbes de solubilités des semi-hydrates, du gypse

et de l’anhydrite en fonction de la température. Elles ont été tracées à partir de nombreuse

valeurs fournies par la littérature [9, 15-17] et en représentent les moyennes. Les valeurs sont

exprimées en gramme de CaSO4 anhydre pour 100g d’eau.

L’intersection des courbes (gypse et anhydrite) se situe aux alentours de 42 °C. Dans la

controverse qui existe sur la nature des sulfates de calcium (gypse ou anhydrite) présents

originellement dans les dépôts évaporitiques, cette température apparaît comme le seuil au-

delà duquel l’anhydrite cristallise avant le gypse.

Un autre point particulier de ce diagramme se situe à 97 °C, où les courbes gypse-semi-

hydratés se rejoignent. Cette température représente la limite de possibilité d’hydratation du

semi-hydrate, en raison de deux phénomènes :

Diminution de l’écart des solubilités du semi-hydraté et du gypse, cet écart étant à

l’origine de la cristallisation du gypse, jusqu’à égalité de ces valeur à 97 °C.

Instabilité du gypse, aux alentours de 100 °C, sui tend à se transformer en semi-hydraté.

La cristallisation du gypse est due à sa sursaturation dans la phase liquide ayant dissous le

semi-hydraté. Selon le diagramme des solubilités, on pourrait penser que la prise du plâtre est

facilitée en milieu froid, proche de 0 °C. En effet, il faut tenir compte de la variation de la

vitesse de solubilisation des semi-hydrates en fonction de température qui porte l’optimum de

température du mélange eau + plâtre entre 30°et 40 °C.

Fig.II.6 : Diagramme d’équilibre des phases du sulfate de calcium

SOLUBLE

GYPSE

Température

Pression de vapeur d’eau

≈ 100°

S-H C

B

A

SURCUIT

D

1 bar


27

Fig.II.7 : Courbe de solubilité.


28

II.5. Propriétés thermodynamiques des différentes phases

Les caractéristiques thermodynamiques des phases du système CaSO4 H2O et des réactions

entre ces phases ont été établies pour la première fois par MM. Kelly, Southard et Anderson

[9] en 1941, à partir de la connaissance des chaleurs spécifiques, des valeurs d’entropies et de

chaleurs d’hydratation.

Ces auteurs ont déterminé par le calcule les enthalpies et enthalpies libres des réactions des

différents équilibres, réels ou éventuels, mettant en jeu diverses phases du système CaSO4 –

H2O, à savoir :

Gypse et semi-hydrate (α et β)

CaSO4, 2H2O CaSO4, 1/2 H2O α + 3/2 H2O

CaSO4, 2H2O CaSO4, 1/2 H2O β + 3/2 H2O

Gypse et anhydrite insoluble

CaSO4, 2H2O CaSO4 insoluble + 2H2O

Gypse et anhydrites solubles (α et β)

CaSO4, 2H2O CaSO4 sol. β + 1/2 H2O

CaSO4, 2H2O CaSO4 sol. α + 2H2O

Semi-hydrate et anhydrite solubles :

CaSO4, 1/2H2O β CaSO4 soluble β + 1/2 H2O

CaSO4, 1/2H2O α CaSO4 soluble α +1/2 H2O

Semi-hydrate α et anhydrite insoluble :

CaSO4, 1/2 H2O α CaSO4 insol. 1/2 H2O

Semi-hydrate α et semi- hydrate β

CaSO4, 1/2 H2O β CaSO4, 1/2 H2O α + 1/2 H2O

II.6. Bases physico-chimiques de la déshydratation

II.6.1. La décomposition de plâtre

La première étude scientifique des phénomènes qui accompagnent la cuisson du plâtre peut

être considérée comme un résultat remarquable s’il on pense que la chimie n’existait pas

encore à l’époque, Lavoisier, a signalé en outre que la déshydratation du gypse se fait en deux


29

temps : les trois premiers quarts de l’eau combinée sont beaucoup plus faciles à éliminer que

le dernier. Or, cette particularité important de la transformation du gypse sous l’effet de la

chaleur a échappé à bon nombre d’auteurs qui se sont occupé de la question après lui et les

résultats de Lavoisier ont représenté pendant une certaine d’années à peu près toutes les

connaissances que l’on avait sur le sujet. Signalons encore que c’est Lavoisier qui a introduit

le terme « demi-hydrate » qu’il considérait comme le véritable constituant du plâtre [9].

Si Payen cherche vers 1830 à déterminer la température exacte de la cuisson du plâtre, qu’il

trouva voisine de 115 °C, Le Châtelier s’était proposé de déterminer d’une façon aussi exacte

que possible les températures auxquelles s’opèrent les deux transformations reconnues

expérimentalement par Lavoisier. Il plaça pour ce faire du gypse pulvérisé dans un tube de

verre lui-même plongé dans un bain de paraffine dont la température était élevée

régulièrement et progressivement. Il nota, un premier palier la température de 128°C, qui

correspond à la déshydratation du gypse en semi-hydraté. Le thermomètre ne monte plus car

dans cet intervalle de temps toute la chaleur fournie au gypse par le bain de paraffine est

absorbée par la transformation chimique en cours. Le deuxième palier, vers 163 °C, traduit

ensuite la transformation du semi-hydrate formé en sulfate de chaux anhydre.

Le Châtelier montra que la quantité d’eau abandonnée dans la première étape est parfaitement

définie et qu’elle correspond exactement à une molécule et demie. Ainsi le « plâtre à mouler

ordinaire » correspondrait à un hydrate bien défini et non à un sulfate anhydre comme on

l’avait souvent admis avant lui.

Que la déshydratation soit lente ou rapide, selon la température, on obtient toujours dans ces

conditions, du plâtre anhydre. Au contraire, si l’opération est poursuivie en atmosphère de

vapeur d’eau provenant, par exemple, de la décomposition même du gypse, on constate que la

déshydratation s’arrête au moment où tout le gypse est pratiquement transformé en semi-

hydrate.

II.7. Bases physico-chimiques de l’hydratation

Les produits issus de la déshydratation du gypse (semi-hydraté, anhydre soluble et insoluble)

ont tendance, en présence d’eau, à retrouver leur degré d’hydratation initial par un processus

que l’on appelle « la prise du plâtre ». Plusieurs mécanismes ont été envisagés pour décrire ce

processus, que la chimie permet désormais de contrôler grâce à l’emploi de modificateurs de

prise.


30

II.7.1. Les mécanismes possibles

Le mécanisme de la prise du plâtre décrit par Lavoisier restait malgré tout une énigme que de

nombreux chercheurs ont tenté d’élucider au cours de ce dernier siècle, sans toutefois y

parvenir de manière absolue. Ils sont divisés en deux groupes, à savoir les défenseurs de la

théorie dite « colloïde » et ceux pour qui la prise du plâtre suit un processus dit « de

cristallisation ».

Le Châtelier distingue trois étapes successives :

Un phénomène chimique d’hydratation

Un phénomène physique de cristallisation

Un phénomène mécanique de durcissement

La réaction chimique s’effectue selon l’équation donnée par Lavoisier [18] :

CaSO4, 1/2 H2O + 3/2 H2O CaSO4, 2H2O

Le processus physique de cristallisation s’explique en considérant que le gypse étant moins

soluble que le semi-hydrate, mais la saturation de semi-hydrate est saturée par rapport au

dihydrate. Le gypse précipite donc, ce qui permet à la solution de dissoudre une nouvelle

quantité de semi-hydrate. Afin d’étayer sa théorie de dissolution-cristallisation, le Châtelier

suit l’hydratation au microscope et constate que de fines aiguilles de gypse se forment au sein

d’espaces remplis d’eau.

II.7.2. Théorie colloïdal

De nombreux auteurs ont prétendu, que la prise initiale du plâtre suit un processus colloïdal,

ceci est dû au fait que l’épaississement de la pâte à lieu avant la montée rapide en température

et que par conséquent la prise initiale n’était pas due à la cristallisation du gypse.

En 1926, Neville affirme que l’épaississement de la pâte n’est pas dû à une appréciable

cristallisation du dihydrate. La prise selon lui se fait en deux temps :

Mise en contact chimique des réactifs par absorption de l’eau, favorisée par la structure

cristalline poreuse du semi-hydrate, donc son énorme surface, est accompagnée d’une

contraction de volume de la suspension et d’une faible augmentation de température

Réaction chimique exothermique entre les deux réactifs, accompagnée d’une forte

élévation de température.


31

La cristallisation, pendant laquelle les gels se transforment en agrégat de gros cristaux,

c’est le période de durcissement.

II.7.3. Théorie de la cristallisation

Des investigations visant à démontrer la véracité des hypothèses avancées par le Châtelier se

sont poursuivies parallèlement à celles citées précédemment.

En 1926, Chassevent [15] démontre par des mesures de conductibilité électrique, que le gypse

résulte de la cristallisation de solutions sursaturées en gypse par rapport au semi hydrate et

que la période d’induction est due au manque de germes de cristallisation et non à l’existence

d’un gel transitoire.

Weiser et More land examinent le « gel » préparé par Baykoff de semi-hydrate dans 100cm3

d’eau et constatent qu’il perd de sa rigidité par une faible agitation. Un examen microscopique

montra que le gel présumé était constitué de cristaux en forme d’aiguilles et qu’il de vait être

considéré comme un feutre de cristaux. Le terme de gel devant s’appliquer aux systèmes

formés de particules microscopiques [19].

La première étude faite en microscopie optique et électronique ait été réalisé en 1952 par

Cunningham, Dunham et Antes il ressort de leurs travaux que :

La prise du plâtre s’effectue par un processus de dissolution-recristallisation,

Bien que leur taille puisse varier, le même type de cristaux est formé selon que l’on

opère sur une solution diluée ou sur pate normale.

L’addition d’accélérateurs ou de retardateur affect la vitesse de dissolution du semi-

hydrate.

Aucun indice ne laisse supposer la formation d’une phase colloïdale.

II.8. Hydratation des différentes phases

II.8.1. Le semi-hydrate et l’anhydrite III

L’anhydrite III est la phase la plus réactive puisqu’elle se transforme immédiatement en semi-

hydrate en présence d’eau, le semi-hydrate nouvellement formé étant lui-même très réactif.

L’hydratation est un phénomène exothermique. La courbe de la fig.II.8, présente la variation

de température en fonction du temps, qui caractérise la vitesse d’hydratation d’un plâtre,


32

T

Sur cette courbe apparaît une première montée en température (zone I) qui traduit la

juxtaposition de deux phénomènes qui sont la chaleur de mouillage et la réaction

d’hydratation de l’anhydrite soluble éventuellement présente dans le plâtre. Vient ensuite une

période d’induction plus ou moins longue (zone II) correspondant à la formation de germes de

cristallisation à partir de la solution sursaturée en gypse. Puis la croissance des cristaux de

dihydrate à partir des germes se développe avec dégagement de chaleur (zone III).

En l’absence de retardateurs de prise, tout le semi-hydrate se transforme en dihydrate en

moins de deux heures, sachant qu’une grosse proportion (environ 95%) est hydratée en 30

mn.

Le rôle de la température est primordial. L’abaissement de la température tend à réduire la

vitesse de dissolution du semi-hydrate ainsi que la diffusion des ions calcium et sulfate. Par

contre, pour de nombreux plâtres, la densité des sites favorables à la cristallisation augmente

lorsque la température sera variable selon que l’un ou l’autre de ces facteurs prédomine. La

température exerce en outre, une influence marquée sur la structure du plâtre durci.

La prise du plâtre, s’accompagne de variation de volume, qui est aussi bien des gonflements

que des retraits.

Fig.II.8 : Élévation de température pendant l’hydratation du plâtre.

III

III

Temps


33

II.8.2. L’anhydrite II

Dans l’industrie de plâtre, l’anhydrite II obtenue par cuisson est communément désignée par

le terme Surcuit.

Sur le plan pratique, il est souhaitable que le surcuit industriel entrant dans la composition des

plâtres s’hydrate assez rapidement avant séchage de l’enduit. Cette hydratation est catalysée

par la présence de semi-hydrate. Conventionnement, un surcuit actif est celui qui peut être

hydraté en sept jours dans l’eau liquide. Au-delà, il est considéré comme une charge inerte

n’intervenant plus dans le renforcement de la structure cristalline du plâtre.

II.9. Les modificateurs de prise

L’hydratation du plâtre passe par la mise en solution des phases anhydres : demi-hydrate,

anhydrite soluble, surcuit, suivie d’une cristallisation du dihydrate alors en solution

sursaturée. La cinétique de ce processus peut être modifiée par l’addition, dans l’eau de

gâchage ou dans le plâtre, de certains produits minéraux ou organique qui agissent sur la

solubilité des phases anhydres ou les vitesses de mise en solution.

II.10. Conception des plâtres industriels

Chaque qualité de plâtre a été conçue pour répondre à un besoin particulier ; cela a nécessité

dans un premier temps la définition précise des caractéristiques pour satisfaire les besoins,

puis la recherche des moyens à mettre en œuvre pour que le produit ait les caractéristiques

voulues.

Les moyen à mettre en œuvre sont à choisir dans un arsenal qu’on su constituer au fil du

temps l’exploitant et l’homme de laboratoire. C’est-à-dire qu’il faudra définir, d’une façon

générale :

Le gypse le mieux adapté ;

La composition du plâtre de base ;

Les procédés de cuisson et de broyage a été réalisé pour obtenir le plâtre de base ;

Le type de mélange, le conditionnement, etc.

La conception d’un plâtre industriel nécessite que l’on fasse, à tous les niveaux, le bon choix.

Les qualités du produit fini en dépendent, les caractéristiques qui infule sur la qualité de

plâtre.


34

II.11. Utilisations du plâtre

Il existe une grande variété de plâtres industriels (les produits et leur mise en œuvre) on peut

citer particulièrement :

Les plâtres pour le bâtiment (enduits, préfabrication, emplois spéciaux).

Les plâtres à moules pour les arts et industrie

Conclusion

D’après cette étude bibliographique nous pouvons dire que le plâtre est un matériau qui

depuis sa découverte, reste toujours d’usage vu ses bonnes caractéristiques. Les études sur le

plâtre ont mis en évidence les mécanismes importants (cristallisation, temps de prise, etc.) liés

à son élaboration.

Dans le chapitre suivant, une étude de la technologie de fabrication du plâtre au niveau de la

plâtrière SPDG Ghardaïa est présentée. Ce travail, rentre dans le cadre du stage pratique

effectué au niveau de cette unité. Afin d’évaluer l’efficacité du traitement depuis la matière

première, en l’occurrence le gypse de Noumeirates et la qualité du produit fini, le plâtre, une

étude des paramètres physico-chimiques et mécanique est réalisée.

Fig.II.9 : Utilisations du plâtre

Mémoire de fin d’étude Chapitre III : Partie expérimentale

35

Les plâtres courants sont constitués soit de demi-hydrate, soit d’un mélange de demi-

hydrate avec du sulfate de calcium anhydre (surcuit).

Selon un calcul à partir des masses molaires (calcul théorique), la composition du demi-

hydrate est :

- 93,79 % de sulfate de calcium (CaSO4)

- 6,21 % d’eau de cristallisation

Le gypse subi une succession de traitements constituant la préparation mécanique

jusqu’à l’obtention du produit marchand. Les étapes de la préparation mécanique

comprend le concassage, le broyage primaire, la cuisson, le broyage secondaire et au

final, le conditionnement appelé aussi l’ensachage.

La partie expérimentale constituant ce chapitre repose sur les points suivants :

Présentation de la technologie de fabrication du plâtre au niveau de SPDG

Une étude des compositions chimique du gypse et du plâtre afin de déterminer la

pureté des produits

Une étude des paramètres physique-chimiques du plâtre de Ghardaïa selon les

normes exigées.

III.1. Technologie de fabrication du plâtre

III.1.1. Préparation du gypse avant cuisson

Les opérations de fabrication des plâtres s’effectuent en marche continue dans les unités

de production. Les opérations d’extraction du gypse à ciel ouvert quant à elles ne se

font généralement qu’une seule fois par jour.

Cela revient donc à relier un processus discontinu et un processus continu de fabrication

ce qui définit le traitement dans le processus de production du gypse.

Les opérations de préparation du gypse n’obéissent pas à une succession fixe. En effet

plusieurs possibilités peuvent intervenir dans la suite des opérations comme nous le

décrirons ci-après.


36

III.1.1.1. Concassage

Le concassage a pour but de réduire le gypse extrait de la carrière en produit plus fin.

Généralement, après un concassage, il ne subsiste plus de blocs dont la dimension est

supérieure à 100 mm. Ce gypse devient donc transportable sur des bandes et peut être

envoyé pour le traitement ultérieur.

Le type de concasseur utilisé par l’unité SPDG, est un concasseur à mâchoire (fig. III.1),

dans lequel les blocs sont écrasés entre deux mâchoires cannelées, l’une fixe et l’autre

animée d’un mouvement alternatif à commande par excentrique.

La capacité de concasseur à mâchoire environ 30 t/h.

III.1.1.2. Broyage primaire

En général les fours ne peuvent être alimentés qu’avec un produit dont la granulométrie

est inférieure à 25 mm. Dans le cas où le concassage a généré une granulométrie

supérieure à cette limite, il sera nécessaire de prévoir un broyage primaire.

Le type de broyeur utilisé est le broyeur à marteaux (fig. III.2), dans lequel un arbre

horizontal entraine un jeu de marteaux articulés qui frappent le matériau et le projette

contre des plaques cannelées. La capacité de broyeur est d’environ 45 t/h.

Le produit broyé présente des dimensions inférieures à 20 mm. Il est stocké, et

achemine à l’aide d’un élévateur à godets vers l’opération suivante : la cuisson.

Fig. III.1 : Le principe de travail de Concasseur a mâchoire.


37

III.1.2. Cuisson

L’usine SPDG utilise en généralement la cuisson par voie sèche. Ce mode de cuisson

assure la production des divers variétés de plâtre d’utilisation courante dont les bases

sont l’hémi-hydrate β, le cuit et le surcuit.

La cuisson par voie sèche se fait dans un intervalle de température allant de moins de

180-200 °C jusqu’ à plus de 350 °C. Les produits obtenus selon le palier de température

de traitement sont le demi-hydrate β, de l’anhydrite II ou le surcuit.

Pour la cuisson on utilise un four rotatif à contre-courant et des dispositifs à circulation

de gaz chauds (fig. III.3).

III.1.2.1. Principe de fonctionnement du four rotatif

Le principe consiste à introduire, dans un cylindre allongé et faiblement incliné de 10°,

la matière première préparée, le gypse, à une extrémité et les gaz chauds pour le cuire

à l’autre extrémité. La matière sous forme de poudre circule à « contre-courant » du

flux gazeux, s’échauffe et se déshydrate au cours de sa progression vers la plus basse

section. Ce système de fabrication est utilisé pour des productions de plâtre allant

jusqu’à 25 t/h.

Le four tournant est constitué d’un tube cylindrique horizontal en tôle d’acier fort

résistant, équipé de bandage et de galets de roulement, la rotation est assurée par une

couronne dentée attaquée par un pignon d’entrainement.

Fig.III.2 : Principe de fonctionnement du broyeur à marteaux


38

Au niveau des extrémités, on retrouve un dispositif dans la partie haute du four qui

permet l’entrée du gypse et autre de sortie des gaz. La récupération du plâtre cuit se fait

en partie basse du four du coté du foyer fixe à l’autre extrémité.

Les gaz issus du foyer traversent le four puis sont rejetés dans l’atmosphère après un

passage dans un dispositif de dépoussiérage.

Le silo 1 est raccordé au four rotatif, par contre le deuxième, silo 2, est raccordé au four

marmite horizontal (fig. III.4).

Au cours de la fabrication du surcuit le gypse doit être porté à une température

supérieure à 143°C.

Le plâtre surcuit va être acheminé vers le silo de stockage à l’aide d’un élévateur. Le

produit sortant (cuit ou surcuit) sera mélangé avec le demi-hydrate produit dans le four

marmite horizontal.

III.1.2.2. Four marmite horizontal

Le four marmite à axe horizontal qui fait partie de l’installation donnée en fig. III.4

(section D1) se compose d’un tube cylindrique. Les bandages et la couronne dentée

servent à la rotation sont implantés pratiquement aux extrémités du tube, de façon à

laisser libre la partie centrale qui est entourée d’une maçonnerie en matériaux

réfractaires. Celle-ci faisant office de chambre de combustion des brûleurs à gaz qui

sont placés sur une des façades de la maçonnerie et fournissent les gaz chauds dans le

four tournant.

Fig.III.3 : Four rotatif à contre-courant


39

Le silo 2 relié au le four, le gypse est ainsi introduit dans le four par un orifice ménagé

à son extrémité. L’intérieur du four est aménagé de façon à favoriser les échanges

thermiques entre la paroi du four et le produit.

Le produit sortant sera mélangé avec le plâtre surcuit.

III.1.3. Traitement du plâtre après la cuisson

III.1.3. 1. Refroidissement

Le refroidissement a deux buts :

1- de stabiliser le plâtre, de façon à ce que celui-ci n’évolue plus au cours du

stockage dans les silos

2- de rendre le plâtre manipulable au cours des opérations de conditionnement

(ensachage, etc.). Une opération assez importante.

Pour le refroidissement plusieurs techniques peuvent être utilisées.

Refroidissement par ajout de gypse

On peut utiliser le gypse comme élément de refroidissement du surcuit. Pour cela, il

suffit de mélanger à la sortie du four le surcuit avec une certaine quantité de gypse et

ce, pour abaisser sa température aux limites de celle utilisée pour cuisson du semi-

hydrate.

III.1.3.2. Broyage final et mélange

Après l’opération de refroidissement, le plâtre subi un dernier broyage pour le mettre

en conformité avec les caractéristiques granulométriques. Les broyeurs utilisés à cette

fin sont de type à broches munis.

Le broyage peut être couplé avec un poste de criblage, permettant le broyage du refus,

permettant un contrôle de granulométrique et une économie de l’énergie électrique.

III.1.4. Stockage

Après cette dernière étape du processus, le plâtre est stocké dans des silos avant d’être

livré à la clientèle.

Le but de ce silotage est essentiellement pour avoir une réserve suffisante en vue de

satisfaire la clientèle.


40

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Fig.

III.

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41

III.1.5. Conditionnement

a) Ensachage

Le plâtre est livre dans des sacs de 40 kg. Ces sacs peuvent être remplis par une

ensacheuse avec un débit pouvant aller jusqu’à 70-80 t/h.

La technologie de fabrication ainsi décrit, toutes les opérations des traitements au

niveau de l’usine ont été reportées sur le schéma technologique donné en fig. III.4.

III.2. Contrôle de la matière première et des produits

III.2.1. Analyse physico-chimique

Composition chimique de gypse avant traitement

La détermination de la composition chimique de gypse a été réalisée grâce la

fluorescence X. Les résultats de cette analyse sont présentés dans le tableau ci-dessous :

Tableau III.1 : Composition minéralogique de gypse

N°

d’échantillons

CaO Al2O3 Fe2O3 SiO2 MgO SO3 K2O Total

1 32.81 0.60 0.2 8.8 1.49 38.37 0.23 82.50

2 30,68 1.97 0.58 6.12 1.54 38.00 0.66 79.55

3 33.56 1.7 0.74 4.89 1.98 39.35 0.23 82.45

4 27.71 2.76 0.92 9.64 2.98 34.44 0.87 79.32

5 26.89 0.73 0.06 3.85 0.99 36.37 0.23 69.12

Moyenne 30.33 1.55 0.5 6.66 1.79 37.31 0.44 78.58

Les résultats obtenus à partir de cette technique montrent à quelque différence près

(échantillon 4) une similitude de la composition des échantillons prélevés. La moyenne

de ces cinq prélèvements montre que la teneur de CaO.SO3 est prépondérante avec un

taux de 67,64 %. On note aussi la présence d’un pourcentage assez élevé de silice (~ 7

%) et d’alumine (~ 2%) et par conséquent une teneur en argile considérable. A titre

comparatif, un gypse pur, doit présenter une teneur de 72 à 75 % [2], ce qui suggère

que le gypse de Noumirates peut être considéré de bonne qualité.


42

CaOSO

3

Al2O

3

Fe2O

3

SiO2

MgOK

2O

CaOSO

3

Al2O

3

Fe2O

3

SiO2

MgOK

2O

Dans la présente étude, les essais ont été réalisé sue les deux premiers échantillons (N°1

et 2, fig.III.5 et 6)

III.2.2. Préparation des échantillons

L’analyse est précédée d’un échantillonnage de la matière, cet échantillon subira par la

suite une réduction par subdivisions successives en parties égales (quartage).

L’analyse chimique ne pourra être faite que sur des liqueurs obtenues après attaque de

l’échantillon par des acides dilués. Le pouvoir de dissolution de la poudre augmente

avec l’augmentation de sa surface spécifique. Le produit retenu est toute la poudre

passée à travers le tamis 0,1mm (norme NF B 12401).

Fig. III.5. Composition chimique de gypse d’échantillon N°1

Fig. III.6. Composition chimique de gypse d’échantillon N°2


43

III.2.3. Dosage de sulfate et son eau de cristallisation

Le but essentiel de cet essai, est de déterminer le dosage de SO3 par précipitation de

BaSO4, et pour déterminer la quantité de surcuit.

Le pâtre de demi-hydrate et d’anhydrite sont facilement dissous dans l’acide

chlorhydrique HCl dilué, à l’ébullition.

a) Mode d’opération

Prendre 1g de plâtre dans un bécher de 250 ml ;

Ajouter 100 ml l’eau chaude ;

Ajouter le l’acide chlorhydrique HCl concentré ;

Chauffer les trois composants jusqu’à ébullition pendant 5 min (fig. III.8) ;

Ajouter quelque goutes de bleu de bromo-thymol et puis titrage par l’ammoniaque

jusqu’au changement de couleur vers le bleu (fig. III.8).

Fig. III.7 : Ébullition des trois composants (plâtre + l’eau + HCl).

Fig.III.8 : Changement de couleur de mélange


44

Bouillir pendant 3 min

Laisser précipiter pendant 2 min

Filtration rapide

Laver à l’eau chaude

Calcination à 950 °C

La masse finale × 100.

On utilise cette analyse pour déterminer le pourcentage de silicate (SiO3).

Cependant le calcul de SO3 dosé se fait comme suit :

Prendre 0,5 g de plâtre

Ajouter 100 ml de l’eau distillée et 50 ml de HCl de 20 % de concertation.

Bouillir jusqu’à 5 min

Filtration jusqu’à disparition de Cl

Porter le filtre à ébullition

Ajouter la solution de BaCl2, faire bouillir pendant 10 min

Précipitation dans un bain de sable pendant 1heure

Filtrage, lavage, séchage

le poids obtenu × 0,343×2× 100

Après calcule, le pourcentage de SO3 dosé est égale à 51,43 %.

III.2.4. Calcul de l’eau de cristallisation (Ec)

Cette méthode est réalisée à l’aide d’un appareil appelé Moisture Analyzer (fig. III.9).

On procède comme suit :

On prend le gypse (incuit) est le met dans l’appareil pendant de 10 minutes. La valeur

cherchée est directement donnée :

Ec = 19,49 %

On fait la même opération avec le plâtre de construction, le pourcentage de l’eau de

cristallisation dans ce cas est :

Ec = 4.19 %.


45

III.2.5. Opérations auxiliaires

Détermination de la pureté du gypse

Celle-ci peut être calculée à partir de l’eau de cristallisation :

Teneur en gypse = (Masse moléculaire de gypse ̸ masse moléculaire de l’eau) × Ec

= (172 /36) × 19,49 = 93,11 %.

Calcul de la teneur en demi-hydrate du plâtre fin de construction

Teneur en demi-hydrate = (145/ 9) × 4, 19 = 67, 50 %

Détermination du plâtre surcuit

SO3 du demi-hydrate : (80/145) × 67, 50 = 37, 24 %

SO3 dosé – SO3 du demi-hydrate = 51, 43 – 37,24 = 14.19 %

Teneur en plâtre surcuit : (136/80) × 14.19 = 24, 12 %

Calcul de l’argile (SiO2, insoluble)

1g 100 %

0,0577g x %

x % = 0, 0577 × 100 = 5,77 % pourcentage de SiO2

Fig.III.9 : Appareil de mesure du pourcentage de Ec.


46

CaSO41/2H

2O

Surcuit SiO

2 insoluble

Autres impuretés

Calcul de la perte au feu 350 °C

Cette opération est basée sur l’élimination d’un maximum d’eau suivie du calcul de la

perte.

1, 9955 g 100 %

1,9090 g x %

x % = (190,90/1,99) = 95,66 % et 100- 95, 66 = 4,33 %

L’ensemble des résultats obtenus par analyse chimique du plâtre ont été regroupés dans

le tableau ci-dessous, et illustrés en fig. III.10.

Tableau III.2 : Résultats de l’analyse chimique du plâtre

Composition du plâtre fin de construction

CaSO4 1/2 H2O 67, 50

Surcuit 24, 12

SiO2, insoluble 5, 77

Autre impurtes 2, 61

Total 100

FigIII.10 : composition chimique du plâtre


47

Les résultats des analyses chimiques du produit final, nous ont permis de déterminer le

rendement du processus de fabrication au niveau de la S.P.D.G., donné tableau II.3 et

fig.III.11

Tableau III.3 : Teneurs des produits finaux.

Les composants Teneur en %

Demi-hydrate 67,50

SO3 du demi-hydrate 37, 25

SO3 du l’anhydrite 14,19

Surcuit 24, 12

SO3 dosé 51,43

- Hémi-hydrate- SO

3 Hémi-hydrate

- SO3 de l'anhydrite

- surcuit- SO

3 dosé

51.43 %

24.12 %

14.19 %

37.25 %

67.50 %

Fig. III.11 : Teneurs des produits obtenus au cours du traitement


48

III. 3. Analyse physico-mécanique du plâtre

III.3.1. Tamisage

Il existe deux types de tamisage : manuel et mécanique.

Selon les normes en vigueur (NF, B 12 401 et ISO 3049-1974), l’ouverture des mailles

de la série des tamis est : 80, 250, 400, et 800 µ.

III.3.1.1. Tamisage mécanique

Il s’effectue le plus souvent à l’aide du tamiseur mécanique de laboratoire ALPINE

(fig. III.12), les tamis utilisés dans ce cas sont de la série 80, 250, 400 µm.

Le tamis est place sur un bâti (1), de telle sorte que le fond du tamis soit sous dépression.

Une base rotative (2) tournant à la manière d’un rayon, permet sur son passage une

inversion du sens du courant au travers du tamis. La toile est ainsi nettoyée à chaque

passage de la buse, et le produit à tamiser est déplacé sur la toile, ceci en permanence,

pendant le temps affiché sur la minuterie de l’appareil (fig.III.12).

Fig. III.12 : Tamiseur Alpine de laboratoire


49

Mode opératoire

La mesure est réalisée sur 50 g de poudre. On commence ici par le tamis le plus fin

80µ, et chaque refus est recyclé sur le tamis de dimension immédiatement supérieur.

Le temps de tamisage est adapté aux mailles des tamis :

Ouverture en (µm) Temps en minutes Les refus de tamis en (g)

80

250

400

20

2

2

42, 92

16, 10

8,66

Cette opération a été réalisée deux fois par jour : à 8 h 00 et à 12 h 00.

III.3.2. Détermination de la masse volumique apparente

Les échantillons de plâtre du commerce ont une finesse suffisante pour que la masse

volumique apparente puisse être mesurée dans un récipient d’un litre.

Pour assurer une bonne reproductibilité des mesures, il est recommandé d’utiliser

l’appareil se composant d’un récipient conique, supporté par trois pieds, et muni d’un

tamis à mailles de 2 mm (fig. III.13). Le plâtre sera forcé de passer au travers de ce

tamis, pour être recueilli à la partie inférieure de l’appareil dans une mesure de 1 litre,

tarée, munie d’une hausse amovible.

Lorsque le récipient est rempli, la hausse est retirée, l’excédent est éliminé par

arasement à l’aide d’une règle. Après on calcule les hausses remplie par balance

électrique.

Fig.III.13 : Densimètre


50

La pesée du litre donne la densité apparente de la poudre.

Cette mesure est utile pour avoir une idée de la capacité en poids de certains volumes

(sacs ou silos, etc.).

Calcul de la masse volumique

966 – 98, 63 = 867,37 ≈ 867 g/l.

98, 63 représente la masse du récipient en g et 966 la masse totale

Tous les résultats obtenus sont résumés dans les tableaux récapitulatifs III.8 et 9.

III.3.3. Calcule la masse volumique absolue

La méthode utilisée consiste à mettre la poudre dans une éprouvette plastique graduée

et peser la masse de cette poudre (en gramme). Le matériau ensuite subit un compactage

à l’aide d’un appareil qui fait des mouvements de haut en bas (100 frappes) puis il suffit

de lire la valeur du volume de la poudre compactée (fig.III.14).

Le but essentiel de cet appareil est de déterminer le volume occupé par les particules.

Calcul la masse volumique absolue

181,74 g / 138 ml = 1317 g/l

Tous les résultats obtenus sont résumés dans les tableaux récapitulatifs III.8 et 9.

Fig.III.14 : Table à secousse de mouvement verticale


51

III.3.4. Examen des caractéristiques mécaniques

III.3.4.1. Fluidité

La fluidité est appréciée par une mesure d’écoulement par étalement de la pâte contenue

dans un anneau que l’on soulève après quelques instants (10 à 20 s). La pâte ainsi libérée

donne une galette dont on mesure le diamètre.

L’anneau utilisé est un moule cylindrique en laiton (anneau de Smidth) dont les

dimensions sont suivantes :

Diamètre intérieur : 60 mm

Hauteur : 50 mm

D’après la norme ISO/DIS 3050 le diamètre de galette est variée entre (200- 250 mm).

Conduit de l’essaiOn prend 350 g de plâtre et 256 g de l’eau, on mélange les deux composants

manuellement. La pâte obtenue est versée dans un moule cylindrique en laiton et le

reste dans un moule pour calculer le temps de prise.

Après 10 min on mesure la fluidité à l’aide d’une règle.

La valeur obtenue est 230 mm.

III.3.4.2. Temps de prise

Le plâtre de construction peut être utilisé immédiatement après son gâchage.

Les temps de prise est défini comme le temps qui s’écoule entre le début du gâchage et

le durcissement du plâtre, avec un dégagement de chaleur suite à une réaction

exothermique.

Le début de prise correspond au moment où le plâtre commence à cristalliser.

La fin de prise correspond au moment où la pâte de plâtre n’est plus utilisable. Le

plâtre achève ainsi son durcissement. En guise de vérification, un pouce est

fermement appliqué sur la surface. Il ne doit pas laisser de trace.

a) Début de prise à l’aiguille de Vicat

Pour déterminer les temps de prise avec l’aiguille de Vicat, il suffit d’enfoncer l’aiguille

en question dans un moule rempli de la pâte de plâtre (fig.III.13). Le début de prise est


52

l’instant où l’aiguille cesse de s’enfoncer et s’arrête à une distance du fond du moule.

Cette distance est comprise entre 1 et 5 mm (norme NF B 12 303).

L’aiguille, amenée au contact de la pâte doit pénétrer sans secousse.

Les dimensions du moule :

Diamètre intérieur à la base = 80 mm

Diamètre intérieur supérieur = 70 mm

Hauteur = 40 mm

Le plateau où l’'échantillon est placé tourne automatiquement. Ceci va permettre à

l'aiguille de pénétrer, dans une position différente, par rapport à une position

présélectionnée. Un dispositif de nettoyage automatique de l'aiguille peut être couplé à

l’appareil, de manière optionnelle et sur commande, pour éviter ainsi de modifier sa

section et pour une meilleure précision.

Les temps de début et fin de prise sont reportés sur un diagramme en fonction du

nombre et de la profondeur des pénétrations. L'appareil s'arrête automatiquement à la

fin du test. En cas de coupure de l'alimentation électrique, le test sera relancé.

b) Fin de prise

La fin de prise correspond à l’instant où l’aiguille ne pénètre plus à la surface de la pâte.

Les résultats de ce test sont regroupés dans le tableau III.4 :

Fig.III.15. Appareil de Vicat (automatique)


53

Tableau III.4 : Temps de prise de 4 échantillons

III.3.4.3. Le taux de gâchage à saturation

C’est la détermination de la masse de plâtre (en grammes) qui s’humecte bien

lorsqu’elle est saupoudrée dans 100 grammes d’eau.

Ce taux de gâchage est fortement variable en fonction de la qualité du plâtre (Il peut

varier de 1 à 5).

a) Calcule Le taux de gâchage :

C’est le rapport PLATRE/ EAU (P/E) du mélange.

Les résultats de cet essai sont regroupés dans le tableau III.5

Tableau III. 5 : Taux de gâchage

L’eau en g Plâtre en g P/E

100 138 1.38

100 143 1.43

100 145 1.45

100 139 1.39

III.3.4.4. Classification

a) Selon la teneur en sulfate de calcium et l’eau de cristallisation

D’après la norme internationale ISO 1587-1975, on distingue quatre classes de gypse

Les classes de gypse sont établies selon la teneur « Tg » en sulfate de calcium dihydraté

(tableau suivant) :

N° d’échantillons Heure de prélèvement Temps de prise (min)

Début de prise Fin de prise

1 08 h 00 4ʺ45 12ʺ15

2 12 h 00 4ʺ45 12ʺ15

3 08 h 00 6ʺ00 14ʺ45

4 12 h 00 4ʺ45 11ʺ00


54

Tableau .III.6: classification selon la Tg

Classe Intervalle de Tg en % Teneur en Tc en %

I Tg ˃ 90 TEc ˃ 18.83

II 80 ≤ Tg < 90 16,74< TEc< 18.83

III 70 ≤ Tg < 80 14.65< TEc< 16.74

IV 55 ≤ Tg < 70 11.51< TEc<14.65

La teneur en sulfate de calcium dihydraté

Tg = 4.7785 × teneur de eau de cristallisation.

La valeur de Tg donne une indication de la pureté du gypse.

On peut classer le gypse de Ghardaïa selon la norme ISO 1587 (Tableau III.7)

Tableau III.7 : Classification du gypse de Ghardaïa

N° d’échantillon TEc Tg Classe de gypse

1 19.49 93.12 I

2 18.80 89.82 II

3 18.31 87.48 II

4 87.48 90.35 I

b) Selon la granulométrie

D’après la norme définie, les dimensions des particules du gypse de la classe 1 peuvent

varier entre 0 et 20 mm.

Si la dimension varie entre 20 à 50 mm, le gypse est alors classé dans le groupe 2

III.3.4.5. Fiches techniques

Ces fiches regroupent tous les résultats des analyses journalières réalisées selon le mode

opératoire décrit au cours de ce travail. Ces fiches permettent aussi de prévoir la qualité

du produit et d’identifier les problèmes techniques survenus au cours du processus. Voir

tableau récapitulatif III.10.


55

REFUS AU TAMIS 10 mm %REFUS AU TAMIS 0.8 mm %PASSANT AU TAMIS 0.8 mm %

2,921,97

GRANULOMETRIE DE GYPSE

Elév.13LIEUHEURE

DIMENSION DU GRAIN 1er groupe d'après la norme ISO 1587 inferieure à 20 mm57,00

59,6741,0237,41

12h0008h00Elév.13

Elév.13 Elév.1308h00 12h00

>18.83 19,49 18,80>90 93,12 89,82

HEUREEAU DE CRISTALISATIONPURETE (%)

Classe 3Classe 2

14.65<Ec<16.7416.74<Ec<18.83

G Y P S ENORME ISO 1587

80<Tg<90 70<Tg<80

Classe 1LIEU

Tableau III.8 : Analyse de qualité de plâtre, le mercredi 8/04/2015

Plâtre Norme Construction Construction Observations

d'après la

norme

NF B 12-301

NF B 12-401

Lieu Ensa: silo III Ensa: silo II

Heure 08h00 12h00

P/E Saturation x 1,45 1,39

P/E 1,25 1,25 1,25

Début de prise

Min"Sec

3<dp<8 4"45 4"45 Le plâtre est

un

fin de

construction

Fin de prise

Min"Sec

10<fp<20 12"15 12"15

Refus au tamis 80 µ

(%)

x 45,58 46,10

Refus au tamis 250µ

(%)

x 20,75 20,14 le plâtre est

surcuit


(%)

< 15 12,32 12,30


(%)

< 2 2,72 3,49

Mas vol. non tassée

(g/l)

x 1338 1363

Mas vol. tassée

(g/l)

x 872 874

Eau de cristallisation

(%)

x 2,79 2,00


56

Tableau III.9 : Analyse de qualité de plâtre, le lundi 13/04/2015

REFUS AU TAMIS 10 mm %REFUS AU TAMIS 0.8 mm %PASSANT AU TAMIS 0.8 mm %

7,703,81

GRANULOMETRIE DE GYPSE

Elév.13LIEUHEURE

DIMENSION DU GRAIN 1er groupe d'après la norme ISO 1587 inferieure à 20 mm53,91

61,5842,2830,72

12h0008h00Elév.13

Plâtre Norme Construction Construction Observations

Lieu Ensa : silo III Ensa : silo II

Heure 08h00 12h00 D'après la

norme

NF B 12-301

NF B 12-401

Le plâtre est

un

fin de

construction

le plâtre est

surcuit

présence

d'argile

le plâtre est

refusé

P/E Saturation x 1,45 1,39

P/E 1,25 1,25 1,25

Début de prise

min"sec3<dp<8 6"00 4"45

Fin de prise

min"sec10<fp<20 14"45 11"00

Refus au tamis 80 µ

(%)x 45,58 46,10


(%)x 20,75 20,14


%< 15 12,32 12,30

refus au tamis 800µ

(%)< 2 2,72 3,49

masse volumique

non tassée

g/l

x 1338 1363

masse volumique

tassée

g/l

x 872 874

eau de cristallisation

(%)x 2,91 3,30

Elév.13 Elév.1308h00 12h00

>18.83 18,31 18,91>90 87,48 90,35

HEUREEAU DE CRISTALISATIONPURETE (%)

Classe 3Classe 2

14.65<Ec<16.7416.74<Ec<18.83

G Y P S ENORME ISO 1587

80<Tg<90 70<Tg<80

Classe 1LIEU


57

Selon le tableau III.8, deux types de produits sont obtenus en fin de traitement

Un plâtre fin de construction

Une proportion d’un plâtre surcuit

La pureté de gypse permet de le classer en 1er groupe.

Tous ces résultats obtenus le plâtre à de qualité acceptable.

De même pour le tableau III.9, deux types de produits sont obtenus en fin de traitement

Un plâtre fin de construction

Une proportion d’un plâtre surcuit avec une importante quantité d’argile ; cette

dernière infule sur la porosité et les caractéristiques du plâtre.

La pureté de gypse est classifiée en 2ème classe

Le plâtre obtenu est inacceptable.

Le tableau récapitulatif suivant exprime les compositions chimiques de plâtre de base,

et analyse de gypse.

Tableau III.10 : Fiche technique d’analyse de plâtre

Nature d’échantillon nº 1: plâtre Lieu de prélevement nº 1: ensacherie

Nature d'échantillon nº 2: gypse broyé Lieu de prélevement nº 2: élévateur 13

80 µ 46,92

250 µ 20,79

400 µ 12,69

800 µ 3,39

MASSE VOLUMIQUE 889

1353

1,41

1,25

1

6

13,5

230_250 Ref 10 mm 1,39

240 Ref 0.8 mm 46,59

80 Pas 0.8 mm 52,01

Pureté 93,11

24,13

5.76

0

ANALYSE DE GYPSE

Eau de crist

Perte feu 250 Cº 4,33

8PH

19,49

COMPOSITION CHIMIQUEEssais physico-mécaniques

Fluidité (mm)

Consistance (mm)

Dureté superficielle

teneurs %

4,19

67,5

Eléments

Eau de crist

Demihydrate

GRANULOMETRIE

GACHAGE P/E (saturation)

GACHAGE P/E

TEMPS DE MALAXAGE (min)

TEMPS DE PRISE (min)Début

Fin

insoluble,SiO2

Humidité

Surcuit

GRANULOMETRIE Refus %

Non tassée

TasséeG/L


58

- Le refus au tamis de 0.4 mm est inférieur de 15 % alors le plâtre est fin de

construction.

- La pureté de gypse est classée en 1ère classe et les dimensions des grains sont

classées dans le 1er groupe.

- La matière première est acceptable.

Conclusion

L’ensemble des résultats obtenus au cours de la présente étude permettent de conclure

ce qui suit :

Le produit fini répond parfaitement aux exigences des normes établies.

La chaine technologique adoptée permet un rendement en hémi-hydrate satisfaisant.

Tout problème technique survenant au cours du processus (broyage, marche du

four, etc.), peut être identifié grâce aux essais réalisés sur les produits.

Cependant et bien que le procédé utilisé a prouvé son efficacité quant à la production

d’un plâtre de bonne qualité, le problème de la présence de l’argile reste toujours

persistant. Une teneur élevée en cette impureté influe sur la qualité du produit fini et le

plâtre sera non conforme.

Chapitre IV : Partie d’environnement et sécuritéMémoire de fin d’étude

59

D'une manière générale, la pollution est une modification défavorable du milieu

naturel qui apparaît en totalité ou en partie comme un sous-produit de l'action

humaine par des effets directs ou indirects. La pollution est définie par l’organisation

mondiale de la santé (OMS) comme étant la présence dans l’atmosphère de

substances étrangères à la composition normale de cette atmosphère et à des

concentrations suffisamment élevées pour entraîner un impact sur l’homme, les

animaux, les végétaux, les matériaux ou l’environnement d’une manière générale.

D’autre part, la sécurité du travail se manifeste dans les branches des entreprises,

l’assurance du processus technologiques provoque une bonne organisation des

travaux, ce qui assure une productivité désirable et meilleure.

La protection du travail représente un vaste système des mesures techniques et

d’organisation destinée à sauvegarder la santé des travailleurs, elle a pour but de la

sensibilisation des ouvriers en matière de protection contre les accidents de travail et

maladies professionnelles, d’améliorer et de perfectionner les processus

technologiques et de créer les conditions du travail saines et sans danger.

IV.1. Impacts liés à la technologie de fabrication du plâtre

IV.1. 1. Types de polluants rejetés

Dans l’industrie du plâtre, les principaux rejets vers l’atmosphère sont constitués

essentiellement par les poussières pendant l’extraction et fabrication du plâtre, les gaz

de combustion au niveau des fours de cuisson mais surtout par les émissions de

poussières à tous les niveaux de dépoussiérage et production de plâtre.

a) Les poussières

Les poussières représentent la forme de pollution la plus importante au niveau des

plâtrières. Elles sont les plus ressenties par la population pour des raisons

physiologiques et psychologiques. Leur granulométrie est un facteur important, les

poussières fines restent en suspension dans l’atmosphère alors que les plus grosses se

déposent sur le sol à différentes distances de la source selon leur taille.


60

b) Pendant l’extraction

L’abattage

Cette opération utilise des explosifs qui après le tir leur effet dégage d’énormes

quantités de poussières et de bruit qui perturbent notre milieu environnemental.

Le transport

Les particules, suffisamment petites peuvent rester longtemps en suspension dans

l'air, et être transportées par les vents sur de grandes distances.

Le concassage et broyage

Cette opération dégage beaucoup de poussières ainsi que de bruit qui peuvent être

nocifs à la santé humaine.

c) Fabrication

Poussières

Elles proviennent des phases de broyage et de cuisson : il s'agit de plâtre pulvérulent.

Les fours sont équipés de filtres qui limitent les émissions à des valeurs très faibles,

inférieures aux seuils réglementaires de40 à 60 mg/Nm3. L'efficacité du dépoussiérage

est devenue courante aujourd'hui avec les électrofiltres ou les filtres à manche.

Gaz de combustion

Les gaz dont il est question pour la protection de l'environnement sont CO2, CO, NOx

et SO2. La première mesure adoptée par l'ensemble de l'industrie pour réduire les

émissions de gaz a été d’utiliser du gaz naturel plutôt que du fioul, chaque fois qu'il

était disponible et économique. Mais surtout, la remise en cause des fours de cuisson

qui ont été soit arrêtés, soit entièrement modernisés, a permis d'améliorer la qualité de

la combustion. Toutefois, des exigences sévères sont bien entendu applicables pour

les gaz de combustion. Des valeurs limites d'émission sont ainsi fixées pour les

poussières totales, les oxydes d'azote, le monoxyde de carbone, le dioxyde de soufre

et les composés organiques volatils [20].


61

IV.1.2. Influence de gaz et la poussière sur la santé humaine

Les effets des poussières sur la santé sont liés essentiellement aux facteurs suivants

le niveau de concentration auquel est exposé l’organisme (milieux

professionnels) ;

la durée d’exposition ou le temps durant lequel l'ouvrier ou l'habitant est exposé

à ce milieu ;

l’effort physique qui s’accompagne d’une augmentation de la ventilation

pulmonaire.

Le SO2 provoque une irritation des muqueuses de la gorge et une inflammation

des branches. Quand il est associé aux particules, il peut affecter tout l’appareil

respiratoire jusqu’aux alvéoles.

Le CO se fixe sur les globules rouges du sang et empêche le transport de

l’oxygène vers les cellules. A forte dose, il peut causer une asphyxie mortelle.

Le NO2 est un gaz irritant pour les bronches. Chez les asthmatiques, il augmente

la fréquence et la gravité des crises.

Les poussières fines (<1μm) atteignent les alvéoles et peuvent pénétrer dans le

sang. Elles peuvent transporter d’autres polluants qui y sont adsorbés et causent

des décès pour causes respiratoires et cardio-vasculaires.

a) Sur la végétation

Les poussières déposées sur les plantes les empêchent de respirer et peuvent causer

leur mort progressive. A la longue, cela provoque la disparition de toutes les espèces

végétales.

Les différentes études de recherche ont montré que certains rejets chimiques comme

le SO2, le fluor et le peroxylacétyl nitrate avaient des effets néfastes sur la végétation.

Les plantes affectées sont aussi rendues plus sensibles aux infections cryptogamiques,

ce qui entraîne avec le temps une réduction du rendement des cultures.

b) Sur notre quotidien

Impossibilité d’étendre des vêtements à l’extérieur,

Impossibilité de manger à l’extérieur,


62

Infiltration de poussière dans les maisons de la zone rouge et obligation de

fermer les fenêtres.

IV.2. Impacts liés à la gestion des déchets de plâtre

IV.2.1. Les différents types

Les produits de plâtre rencontrés sont :

les plâtres pour enduit et à bâtir,

les carreaux de plâtre utilisés en cloisons,

les plaques de plâtre et produits dérivés, utilisés en revêtement, doublage de

murs et cloisons,

gaines, conduits et plafonds,

les plâtres pour staff.

Les plaques de plâtre peuvent être associées à des isolants de type polystyrène

expansé, laine minérale.

Une fois mis en place dans le bâtiment, le plâtre est souvent revêtu (papiers peints,

peintures, etc.).

Une fois destiné au rejet, le plâtre ne constitue pas un déchet inerte. Il est classé dans

les déchets non dangereux du fait de sa réactivité en présence d’eau, à certains micro-

organismes et aux conditions pauvres en oxygène.

IV.2.2. impacts sur l’environnement et la santé

Les conséquences potentielles d’une mauvaise gestion des déchets de plâtre sont les

suivantes [21] :

impacts sur l’environnement : la migration des sulfates se fait lentement et de

manière continue vers les eaux de surfaces ou les eaux souterraines augmentant

ainsi les concentrations dans le milieu (des objectifs de qualité des eaux fixant

une teneur maximale en sulfates existent) ;

pour la santé : les sulfates ne sont pas toxiques mais donnent un mauvais goût à

l’eau et sont laxatifs ; si leur concentration est supérieure à 250 mg/l, l’eau

devient impropre à la consommation ;


63

pour l’environnement et la santé : les sulfates peuvent réagir avec des matières

organiques (contenues notamment dans les ordures ménagères ou les résidus de

leur dégradation) et produire un gaz toxique, le H2S (sulfure d’hydrogène) ; chez

l’Homme, ce gaz à l’odeur forte et nauséabonde (œuf pourri) peut provoquer

selon sa concentration des nausées jusqu’à de graves dommages oculaires et

respiratoires. C’est pourquoi, le plâtre doit être stocké dans une alvéole

spécifique.

IV.3. Sécurité applicable dans l’usine

Il existe de nombreuses causes des accidents de travail et des maladies

professionnelles, mais les causes principales d’accident de travail et les maladies

professionnelles à SPDG peuvent être la poussière et le bruit car les ouvriers sont

exposés à ces derniers sans aucune protection préventive.

IV.3.1. Bruit

Le bruit peut contribuer à l’apparition du traumatisme et la diminution de la capacité

de travail des ouvriers.

Le bruit dégrade l’ouïe et peut provoquer la fatigue et la surdité. Les principales

causes du bruit sont :

-la sondeuse ;

-la station de concassage.

IV.3.2.Analyse des accidents de travail et des maladies professionnelles en

général

Chaque accident doit être l’objet d’une enquête, qui consiste à déterminer les causes

des accidents de travail et d’élaborer les mesures préventives. Cette enquête doit

déceler avec certitude tous les éléments qui peuvent être des causes directes ou

indirectes de l’accident. Pour parvenir à ce but, les méthodes les plus connues sont

[22] :

la méthode statistique (la quantification du taux d’accident)

la méthode topographique


64

a) Méthode Statistique

La méthode statistique se base sur la fréquence et la gravité de l’accident afin de

mettre en évidence le niveau de risque. Pour cela deux coefficients sont utilisés, qui

sont :

- le taux de fréquence ;

- le taux de gravité.

b) Taux de fréquence

Le taux de fréquence nous montre, combien d’accident de travail peut survenir si tout

le personnel travaillait heures. Le taux de fréquence est déterminé par la formule

suivante :

610H

AT f

A : est le nombre d’accident pendant la durée H

H : c’est le nombre total d’heure travaillé pour toute l’entreprise

jhj nnNH

c) Taux de gravité

Le taux de gravité nous montre combien de jour ouvrable perdu à cause des accidents

de travail si le personnel travail heures.

310H

pTg

.P : le nombre de journée perdue pendant la même durée H

d) Taux de danger

Le taux de danger est déterminé par la formule suivante :

gfd TTT


65

e) Méthode topographique

f) Cette méthode est la méthode policière. Elle consiste à relever sur un plan (un

chantier ou un atelier) l’endroit où ont lieu les accidents de travail, pour

ensuite les localiser et prendre des mesures préventives adéquates.

IV.3.3. Préventions des accidents de travail et des maladies professionnelles

Etant donné que les accidents de travail et les maladies professionnelles en général

n’engendrent que des pertes humaines dans une société, alors il est donc essentiel

(nécessaire) d’évoquer la prévention de ces actes imprévus, afin d’éviter au maximum

les dégâts.

Pour cela, nombreuses précautions doivent être mise au point ; tels que :

lutte contre la poussière ;

lutte contre le bruit ;

lutte contre les vibrations.

a) Lutte contre la poussière

La lutte contre la poussière consiste à prévenir la formation de concentration

dangereuse de poussière, à supprimer la poussière dont la formation ne peut être

évitée et évacuer celle qui ne peut être supprimé. Pendant l’exploitation, la

précipitation humide et le captage à sec des poussières sont associés à tous les

processus générateur de poussière. Par exemple en été, une citerne d’eau est

nécessaire à la carrière afin de remédier à la propagation des poussières au niveau des

voies d’accès en arrosant ces dernières.

b) Lutte contre le bruit

La lutte contre le bruit se résume à porter les oreillettes de protection (stop bruit) et de

casque par les ouvriers travaillant au sein de la station de concassage et surtout par les

foreurs.

c) Lutte contre les vibrations

Le degré de vibration dépend de la fréquence et l’amplitude de ce dernier.

La lutte contre ces vibrations consiste à :

L’application des matériaux absorbant l’énergie de vibration ;


66

Utiliser des vêtements spéciaux (par exemple en caoutchouc).

En plus de ces précautions citées ci-dessus, il est nécessaire de :

-Signaler tous les matériaux dangereux ;

-D’être constamment en alerte contre toute situation dangereuse ;

-Inspecter quotidiennement les lieux de travail ;

-Doter les personnes de moyens de protection individuels ;

-Sensibilisé l’ensemble des personnels par réunions périodiques et par affichage des

consignes de sécurités ;

-Contrôler régulièrement les outils de travail et remettre en bon état ;

-Veiller à la propriété du lieu de travail ;

-Porté des casques.

IV.3.4. Sécurité de la mise en œuvre des explosifs

Les recommandations pratiques sont énoncées en vue de garantir la sécurité d’emploi

des explosifs, parmi lesquelles les mesures suivantes :

-Les matières explosives ne doivent pas être exposées au choc à la chaleur ou au

frottement ;

-Interdiction absolue de fumer dans les dépôts, lors du transport ou de la manipulation

des explosifs ;

-N’effectuer le branchement des détonateurs entre eux et à la ligne principale qu’au

dernier moment, lorsque la totalité des trous sont chargées et bourrées ;

-Avant les tirs électriques, contrôler la résistance du circuit à l’aide d’un ohmmètre et

comparer avec la valeur calculée ;

-Pendant le chargement des trous, contrôler la progression de la hauteur de l’explosif

dans le trou, afin d’éviter une accumulation dans une éventuelle faille qui

provoquerait des projections dangereuses ;

-Evacuation totale de la zone environnante jugée dangereuse et un ou plusieurs

signaux sonore en guise d’avertissement doivent précéder le tir ;


67

-Après le tir, le bout de feu doit inspecter le front d’abattage en vue de déceler

d’éventuels ratés.

Sécurité dans le transport et le chargement :

Lors du déplacement de la masse minière abattu, certaines règles doivent être

respectées à savoir :

-L’interdiction de doubler lors de la circulation des camions sur les routes de la

carrière ;

-La largeur de la route doit assurer une distance de 1.5m entre les camions lors du

croisement entre eux ;

-La vitesse et l’ordre de la circulation des camions dans la carrière doivent faire

l’objet d’un règlement approuver par l’ingénieur ou chef de la carrière ;

-Chaque camion attendant son tour de chargement, doit se trouver en dehors de la

zone d’attaque du moyen de chargement ;

-Le déplacement du godet au-dessus de la cabine du camion est interdit ;

-Pendant le chargement, le camion doit stationner dans les limites de la visibilité du

machiniste ;

-La distance entre le camion et le bord du gradin doit être au moins 3m ;

-Le sur chargement toléré du camion ne doit pas dépasser les 10% ;

Il est interdit de :

-Circuler la benne soulevée ;

-D’arrêter le camion sur une pente.

a) Lutte contre l’incendie

Les incendies sont généralement provoqués suite au non-respect des règles de

sécurités, la négligence des ouvriers. Pour cela, il est nécessaire de prévoir au près des

lieux de dépôt du carburant, des explosifs, des ateliers et sur chaque véhicule des

extincteurs appropriés. Ces extincteurs doivent suffisant, accessible et en bon état de

fonctionnement en cas d’incendie.


68

L’incendie peut être causé par :

Les défauts dans les installations électriques ;

Inflammation de liquides combustibles ;

L’utilisation maladroite des installations électriques et mécaniques.

IV.3.5. Conséquence des accidents

En premier lieu, il convient de penser aux conséquences humaines. La gravité trop

souvent extrême nous fait mesurer l’importance des mesures de prévention qu’il est

souhaitable de mettre en œuvre.

a) Responsabilité juridique

Les accidents graves ou mortels donnent fréquemment lieu à une enquête approfondie

pour rechercher les responsabilités.

Les peines prononcées au cours des jugements sont, quelquefois, lourdes et touchent

spécialement les employeurs.

Le personnel d’encadrement de l’entreprise fait très souvent l’objet également de

sanctions pénales.

Les fournisseurs de matériel peuvent éventuellement être mis en cause lorsque la

conformité des machines ou des équipements n’est pas absolue et que, de ce fait, les

risques se trouvent majorés.

b) Conséquences économiques

Les conséquences financières des accidents de travail sont à la charge totale de

l’entreprise qui paie une « cotisation » annuelle déterminée en fonction de son

importance et de la gravité des accidents.

Les cotisations devant permettre de couvrir :

les soins ;

les arrêts de travail ;

les rentes accidents.

Par ailleurs, les coûts indirects sont également à prendre en considération, car ils sont

parfois beaucoup plus élevés que le coût propre de l’accident :


69

bris de matériel ;

perturbation de production ;

personnel de remplacement ; etc.

Conclusion

Le plâtre est un matériau indispensable pour la construction et le développement de

tous les pays, mais les poussières et les gaz dégagés lors de sa fabrication polluent

l'atmosphère et mettent en danger la vie humaine et l'agriculture avoisinantes.

Toute ces préventions, ces conseils de la protection du travail et de la sécurité

permettent le bon déroulement des processus technologiques et assurent la production

Résumé

Le plâtre est un sulfate de chaux partiellement déshydraté, obtenu par calcination

légère du gypse aux environ 120 à 400°C. La qualité du plâtre est étroitement lié au

mode de son traitement depuis la matière première jusqu’au produit final commercial.

Le présent mémoire s’inscrit dans un cadre général de l’étude de la technologie de

fabrication du plâtre de Ghardaïa (plâtrière SPDG) qui utilise le gypse de

Noumeirates.

Les éléments clés dans le processus de traitement du plâtre sont le concassage, le

broyage etla cuisson. Une maitrise de ces processus (granulométrie de matière

première la température de cuisson, etc.) est nécessaire afin de produire un matériau

répondant aux normes internationales en vigueur.

Des analyses physiques, chimiques et mécaniques ont été effectuées en guise de

contrôle, afin de déterminer la qualité du plâtre SPDG Ghardaïa.

Abstract

Plaster is a partly dehydrated calcium sulphate, obtained by mild calcining gypsum to

about 120 to 400 ° C. The quality of the plaster is closely related to the mode of

processing from raw material to final product sales.

This submission is part of a general context of the study of plaster of Ghardaia

manufacturing technology (plasterer SPDG) which uses gypsum Noumeirates.

Key elements in the plaster of the treatment process are crushing, grinding and

baking. A mastery of these processes (raw material particle size cooking temperature,

etc.) is required to produce a material that meets international standards.

Physical, chemical and mechanical analyzes were performed as a control to determine

the quality of plaster SPDG Ghardaia.

ملخص

درجة 120-400حوالي إلىنتحصل علیھ بتكلس طفیف للجبس الجص ھو كبریتات الكلسیوم المجففة جزئیا،

لى المنتوجات النھائیة.إوصوالاألولیة،بنمط المعالجة للمادة نوعیة الجص تتعلق أساسا مئویة. إن

)SPDGالمجصصغردایة (في الجصصنعتقنیةالعام للدراسةاإلطارھدا العرض من المدكرة ھو جزء من

.النومیراتالمتواجد بمنطقةالجبسیستخدمالذي

ھذهإتقانمطلوب. والطھيطحنسحق،الفي متمثلةالجصالعالجعملیةلوالمفتاحیة المتداولةالرئیسیةالعناصر

یخضع الديالجصنتاجإاجلمنالخ)الطھي،حرارةدرجةالجسیماتحجماألساسیة،المواد(العملیات

.الدولیةلمعاییرل

.غردایةSPDGالجصنوعیةلتحدیدحكممتكعنصر,والكیمیائیةالفیزیائیةالمیكانیكیةالتحالیلأجریت

Mémoire de fin d’étude Conclusion générale

70

Le travail présenté dans ce mémoire a été réalisé à l’unité plâtrière SPDG de

NOUMEIRATES GHARDAIA. Le suivi et les différentes analyses effectuées depuis

le traitement de la matière première jusqu’à l’obtention du plâtre, ont permis un contrôle

de la qualité du produit fini.

La technologie de préparation de ce produit, adopté par l’unité consiste en l’extraction

du gypse, le concassage, la préparation de la matière première, la cuisson et le broyage

du plâtre mélangé, avant son conditionnement.

En parallèle, des essais au laboratoire sous forme d’analyses chimiques, physiques, et

mécaniques, sont réalisés afin de vérifier l’efficacité du traitement et déterminer la

qualité du plâtre produit, selon les normes en vigueur.

Au terme de la présente étude et à l’égard des résultats obtenus sur les échantillons

préparés selon des mélanges du demi-hydrate et du surcuit, nous pouvons conclure ce

qui suit :

La matière première contient une proportion assez importante d’argile. La

présence de cette impureté infule sur la qualité du plâtre. En effet, deux

prélèvements par jour sont nécessaires pour prévoir la qualité du produit fini.

le choix de type du plâtre est lié totalement au pourcentage de la composition

chimique du produit (demi-hydrate et surcuit). Le respect des mélanges selon

les indices de contrôle, va définir la qualité du plâtre.

Par conséquent

Comme résultat final, le plâtre de SPGD – Ghardaïa est classé selon les normes

internationales, de bonne qualité. Cependant il serait préférable de diminuer davantage

la teneur en argile au niveau de la carrière qui utilise actuellement un décapage de la

roche, une méthode qui s’avère peu suffisante car elle ne permet qu’une élimination

partielle de cette impureté.

En ce qui concerne l’environnement, le plâtre n’étant pas un déchet nocif et est

facilement recyclable, en conséquence il ne présente pas un impact négatif sur

l’environnement. Néanmoins, un problème de dégagement des gaz lors de la de cuisson

(H2S, NO, etc.) doit être pris en charge.

Mémoire de fin d’étude Conclusion générale

71

En guise de perspective et recommandations, nous proposons de prévoir une installation

de lixiviation en tas de la matière première, au niveau de la carrière, afin d’améliorer la

qualité du gypse et de là, la qualité du plâtre de Ghardaïa.

Références BibliographiquesMémoire de fin d’étude

72

[1] : Document de plâtrière SPDG, rapport géologique ,2011-2012.

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http://www.azprocede.fr/Cours_GC/fragmentation_broyeur_marteaux.html

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Références BibliographiquesMémoire de fin d’étude

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[21] : YOUCFI KHALED. Mémoire de master sur Etude environnemental sur l’usine

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[22] : DIALLO DJIBRILLA. Mémoire de master sur Contrôle d’amélioration du

résultat d’abattage des roches a l’exploitation dans la carrière de Hadjar Soud,

Département des mines, Université D’Annaba, juin 2013.

Documents

Mémoire fin d'étude master 2 sur plâtre