Fibres synthétiques
On a vu leur apparition au dernier siècle, elles regroupent plusieurs types de fibres comme (nylon, polypropylène, polyester, etc…). Elles proviennent de produits dérivés du pétrole et de polymères géants dont la structure ressemble à celle des matières plastiques, du pétrole et de la cellulose naturelle. La première fibre plastique commercialisée avec succès, est le nylon, daté de 1938. Depuis, de nombreuses fibres synthétiques, dont les fibres acryliques, l’aramide, l’oléfine et le polystyrène sont apparus. Ces fibres ont également été étudiées à des fins industrielles très précises, telles que la fabrication des matériaux d’isolation, tissus pareballes, les fuselages et ailes d’avion.
Fibres de polypropylènes : le polypropylène est un polymère cristallisable de la famille des polyoléfines. Il a connu une grande croissance dans le domaine de l’industrie textile à partir de 1950, bonne résistance à la traction, déformabilité élevée. Ces fibres sont obtenues suivant le processus d’extrusion, étirage qui confère une orientation prépondérante aux molécules et qui engendre des propriétés mécaniques élevées. L’introduction des fibres de polypropylène au mortier remonte à 1967 en grande Bretagne. Ces fibres sont utilisées dans les bâtiments de façades et aussi dans la réalisation des canalisations et des pieux.
Fibres de cellulose : les fibres de cellulose sont obtenues à partir du bois par différents processus chimiques et mécaniques. Elles étaient utilisées comme un additif au ciment et la fabrication des panneaux de revêtement, et principalement pour renforcer les matrices organiques et aussi des matrices cimentaires destinées à la fabrication des plaques minces, des pipes, et d’autres types d’éléments. Leurs propriétés physiques sont changeables selon les modes de fabrication de ce type de fibres, leur résistance à la traction est faible. Elles sont très efficaces dans l’amélioration de la résistance mécanique d’un composite. Cette amélioration est réalisée essentiellement par le freinage des fissures.
Matrices thermodurcissables
Les matrices thermodurcissables sont les plus utilisées dans l’industrie. En effet, les matrices polyester ont des propriétés mécaniques intéressantes pour un faible coût et représentent 90% du marché. Toutefois, leurs propriétés mécaniques se dégradent fortement à partir de 120°c et ces matrices sont sensibles à l’impact. Les matrices époxy ne représentent que 5% du marché global, mais sont les plus utilisées pour les applications aéronautiques hautes performances froides (<180°c) car elles présentent de bonnes propriétés mécaniques intrinsèques et ont une forte adhésion avec les fibres de carbone ou de verre. Toutefois, le temps de polymérisation de ces matrices et leur coût limitent leur usage aux applications structurales fortement sollicitées mécaniquement.
Généralités sur les composites renforcés par des fibres végétales
Un composite fibré est un matériau constitué d’un ensemble de fibres résistantes noyées dans une matrice dont les propriétés mécaniques sont nettement plus faibles. Les fibres jouent le rôle de renfort tandis que la matrice assure la cohésion du composite et le transfert des efforts aux fibres. Le renforcement des matériaux de construction par des fibres végétales fut très tôt utilisé dans l’histoire. Les blocs de terre crue renforcée par la paille ou l’incorporation de crin de cheval aux mortiers d’enduit sont des exemples remontant à plusieurs milliers d’années pourtant, le passage de ces utilisations traditionnelles à un développement technologique de composites renforcés par des fibres végétales pour des utilisations en bâtiments est relativement récent, il remonte au début des années 1970, lorsque sont réalisés les premiers travaux visant à remplacer les fibres d’amiante dans les éléments préfabriqués profilés en fibro-ciment (bardage, tuiles, plaques, etc). Dés lors, de très nombreuses études ont été menées sur tous les continents pour utiliser des fibres de renforcement d’origine végétale dans les matériaux de construction, en particulier dans les pays en voie de développement, en raison de leur disponibilité, de leur faible coût économique et énergétique ainsi que de la relativement faible technicité nécessaire à leur production [MAG10]. Ledhem et al [LED00] ont montré que le renforcement des composites cimentaires par des copeaux de bois traités thermiquement augmente les résistances mécaniques, la conductivité thermique, ainsi que les variations dimensionnelles extrêmes des composites. Savastano et al [SAV03] ont utilisé des résidus de sisal, de bananier et d’eucalyptus comme renfort dans des composites cimentaires. Les composites ainsi obtenus présentent des performances mécaniques acceptables. Aamr Daya [AMR04] a utilisé des poussières issues du teillage des fibres de lin comme agrégat dans un composite à matrice cimentaire. Ses travaux ont montré que le traitement à l’eau bouillie des poussières du lin améliore considérablement les résistances mécaniques des composites. L’étude menée par Kriker et al [KRI05] sur l’utilisation de quatre types de fibres de palmier dattier dans une matrice cimentaire, ont montré que l’augmentation des longueurs et des pourcentages des fibres améliorent la résistance à la flexion et la dureté du composite, mais diminue les résistances à la compression. Reis [REI05] a étudié la possibilité d’incorporer les fibres de noix de coco, de canne à sucre, et de bananier comme renfort en béton époxyde de polymère et il a montré que le renfort par la fibre de noix de coco permet d’obtenir une légère augmentation des propriétés à la flexion du composite contrairement aux deux autres types de fibres. Fertikh et al [FER11] ont mis en évidence des composites à base de fibres de diss bouillies et non bouillies, ils ont trouvé que les fibres de diss non bouillies donnent des performances mécaniques meilleures que celles des fibres de diss bouillies, puisque le traitement hydro-thermique modifie la morphologie des fibres, et provoquant ainsi une liaison à l’interface fibre/matrice beaucoup plus fragile. Donc, l’utilisation de fibres végétales à l’état naturel dans des matrices argileuses ne nécessite aucun traitement au préalable, alors que dans le cas de matrice cimentaire le traitement hydro-thermique est indispensable pour éliminer les constituants hydrosolubles responsables du retard de prise et de la perte de résistance. Fertikh et al [FER12] ont étudié l’incorporation des fibres de diss dans différentes matrices (ciment, chaux et l’argile), et ont montré que l’utilisation de fibres de diss dans la combinaison argile-chaux permet de pallier aux phénomènes d’inhibition qui s’opèrent dans le cas d’une matrice cimentaire, et les matrices (argile et chaux) donnent des meilleures performances que la matrice cimentaire, et ces matrices ne nécessitent pas un traitement hydro-thermique que la matrice cimentaire.
Méthode de dosage de « l’insoluble cellulosique »
La détermination quantitative de la cellulose dans un matériau végétal est toujours délicate. Elle consiste à éliminer par un procédé chimique approprié les substances qui accompagnent ou incrustent la cellulose. Les méthodes proposées tiennent compte de la résistance de la cellulose à l’action des agents oxydants modérés, des acides ou des bases diluées qui détruisent par contre plus ou moins complètement les autres constituants de la membrane. Parmi ceux-ci retenons les hémicelluloses, la lignine, les tanins, les matières pectines, les gommes et mucilages. Selon le comité d’étude « cellulose » de la commission française de normalisation internationale on entend conventionnellement par « indice d’insoluble dit cellulosique » (cellulose brute), la totalité de substances perdues lors de l’incinération du résidu séché restant après traitement acide et alcalin du produit. Il existe de nombreuses méthodes de détermination de la cellulose, toutefois, le choix du procédé à appliquer est conditionné par la nature du matériau étudié et par le but poursuivi, nous distinguerons les méthodes gravimétriques et volumétriques.
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Table des matières
Introduction Générale
Chapitre I : Etude Bibliographique
I.1 Généralités sur les composites
I.1.1 Renfort
I.1.1.1 Fibres minérales
Fibres d’amiante
Fibres métalliques
I.1.1.2 Fibres synthétiques
Fibres de polypropylènes
Fibres de cellulose
I.1.1.3 Fibres artificielles
Fibres de verre
Fibres de carbone
I.1.1.4 Fibres végétales
Fibres de chanvre
Fibres de lin
Fibres de jute
Fibres de sisal
Fibres de coton
I.1.2 Matrice
I.1.2.1 Matrices thermodurcissables
I.1.2.2 Matrices thermoplastiques
I.1.2.3 Matrices thermostables
I.1.2.4 Matrices métalliques et céramiques
I.1.3 Classification des matériaux composites
I.1.3.1 Classification suivant la forme des constituants
Composites à fibres
Composites à particules
I.1.3.2 Classification suivant la nature de la matrice
Composites à matrice organique
Composites à matrice métallique
Composites à matrice minérale
I.1.4 Influence du taux de renfort sur les propriétés des composites
I.1.5 Influence de la morphologie des fibres
I.1.6 Influence de l’orientation et de la dispersion du renfort
I.2 Généralités sur les composites renforcés par des fibres végétales
I.3 Propriétés des composites renforcés par des fibres végétales
I.3.1 Propriétés à l’état frais
I.3.2 Propriétés à l’état durci
I.4 Généralités sur les fibres végétales
I.4.1 Définition d’une fibre végétale
I.4.2 Organisation de la paroi végétale
I.4.3 Composition chimique des fibres végétales
I.4.3.1 Cellulose
I.4.3.2 Hémicellulose
I.4.3.3 Lignine
I.4.3.4 Lipides
I.4.3.5 Pectines
I.4.3.6 Protéines
I.4.3.7 Sucres
I.4.4 Traitements des fibres végétales
I.4.4.1 Traitement physique
I.4.4.2 Traitement chimique
I.4.4.3 Traitement thermique
I.4.5 Propriétés usuelles des fibres végétales
I.4.5.1 Propriétés physiques
I.4.5.2 Propriétés mécaniques
I.4.6 Principaux avantages et inconvénients des fibres végétales
I.4.7 Utilisation des fibres végétales dans la construction
I.4.8 Répartition de la production mondiale de fibres végétales
I.4.9 Répartition géographique de fibres végétales en l’Algérie
I.5 Généralités sur les briques
I.5.1 Généralités sur la terre et les briques de terre
I.5.2 Généralités sur les briques de terre renforcées par des fibres végétales
Conclusion
Chapitre II : Matériaux utilisées et Méthodes
Expérimentales
Introduction
II.1 Présentation et caractérisation des matériaux utilisés
II.1.1. Fibres de DISS
II.1.1.1 Présentation de la fibre de Diss
II.1.1.2 Traitement de fibres de Diss
II.1.1.2.1 Traitement par ébullition
II.1.1.2.2 Traitement par huile de lin
II.1.1.3 Autres solutions de traitement de fibres de diss
II.1.1.3.1 Traitement avec l’eau de mer
II.1.1.3.2 Traitement avec l’eau du robinet
II.1.1.4 Caractérisation chimique de fibres de Diss
II.1.1.4.1 Extraction de cellulose
II.1.1.4.2 Extraction des hémicelluloses
II.1.1.4.3 Dosage de la lignine
II.1.1.4.4 Extraction des lipides
II.1.1.4.5 Dosage des protéines
II.1.1.4.6 Dosage des sucres solubles
II.1.1.4.7 Extraction des pectines
II.1.1.5 Composition minéralogique de fibres de Diss
II.1.1.6 Propriétés physiques de fibres de Diss
II.1.1.6.1 Masse volumique apparente
II.1.1.6.2 Masse volumique absolue
II.1.1.6.3 La cinétique d’absorption d’eau des fibres de Diss
II.1.1.7 Taux d’humidité des fibres de diss
II.1.1.8 Propriétés mécaniques des fibres de diss (résistance de traction)
II .1.2. Ciment
II.1.2.1 Définition
II.1.2.2 Constituants
II.1.2.3 Hydratation du ciment portland
II.1.2.4 Fabrication du ciment portland
II.1.2.5 Propriétés physiques
II.1.2.5.1 Masse volumique apparente
II.1.2.5.2 Masse volumique absolue
II.1.2.5.3 Consistance normale
II.1.2.5.4 Finesse de mouture
II.1.2.5.5 Résistance réelle
II.1.2.5.6 Composition chimique du ciment
II .1.3. Eau de gâchage
II .1.4. Influence de fibres de diss brutes sur la prise du ciment
II.2 Méthode d’élaboration et de caractérisation des composites étudiés
II.2.1 Configuration des composites étudiés
II.2.2 Caractérisation du composite à l’état frais
II.2.2.1 Maniabilité du composite de Diss
II.2.2.2 Essai de prise du composite de Diss
II.2.3 Confection des éprouvettes et conservation
II.2.4 Caractérisation mécanique des composites obtenus
II.2.4.1 Résistances Mécaniques
II.2.4.2 Microstructure des composites
Conclusion
Chapitre III : Résultats Expérimentaux et Discussions
Introduction
III.1 Caractérisation des composites étudiés avec différents volumes de fibres et différents rapports E/C
III.1.1 Masse volumique
III.1.2 Résistances mécaniques
III.2 Comportement des composites en flexion
III.3 Comportement des composites en compression
III.4 Influence de volume de fibres sur les résistances mécaniques des composites
III.5 Influence de volume de fibres sur la masse volumique des composites
III.6 Comportement général des composites renforcés par les fibres
III.7 Etude des performances mécaniques des composites à base de fibres de diss pré-mouillés
III.8 Influence de la microstructure des fibres de diss sur le comportement mécanique et hydrique des composites
III.8.1 Microstructure des fibres de diss
III.8.2 Effet du traitement thermique et par huile de lin sur la morphologie des fibres de diss
III.8.3 Effet du traitement sur les résistances mécaniques
III.8.3.1 Effet de traitement par ébullition et huile de lin
III.8.3.2 Effet de traitement alcalin
III.9 Analyse microstructurale des composites obtenus
Conclusion
Chapitre IV : Etude Expérimentale et Numérique des prismes des briques a base de fibres végétales « Diss »
Introduction
IV.1 Etude expérimental
IV.1.1 Elaboration des briques à base de fibres de diss
IV.1.2 Caractérisation physique et mécanique des briques de diss
IV.1.2.1 Masse volumique
IV.1.2.2 Résistance à la flexion
IV.1.2.3 Résistance à la compression
IV.1.3 Confection de mur ou prisme
IV.1.4 Essai de compression sur un prisme
IV.1.5 Discussion des résultats
IV.2 Etude numérique
IV.2.1 Modèle de calcul
IV.2.2 Données de base de logiciel
IV.2.3 Hypothèse
IV.2.4 Résultats
IV.2.5 Modélisation numérique des assemblages de briques
Conclusion
Chapitre V : Durabilité des composites a base de fibres végétales (Diss)
Introduction
V.1 Vieillissement naturel des composites à base de fibres diss
V.1.1 Définition de vieillissement
V.1.2 Propriétés physiques des composites après vieillissement naturel
V.1.3 Propriétés mécaniques des composites après vieillissement naturel
V.2 Vieillissement alcalin des composites à base de diss (l’eau de mer)
V.2.1 Généralités sur la durabilité du béton en milieu marin
V.2.2 Les mécanismes d’attaque par l’eau de mer
V.2.2.1 Processus d’attaque par les chlorures
V.2.2.1.1 Action du chlorure de magnésium
V.2.2.1.2 Action du chlorure de calcium
V.2.2.2 Processus d’attaque par les sulfates
V.2.2.2.1 Action du sulfate de sodium
V.2.2.2.2 Action du sulfate de magnésium
V.2.2.2.3 Action du sulfate de calcium
V.2.2.2.4 Action du sulfate de potassium
V.2.3 Généralités sur la durabilité des bétons ou composites renforcés par des fibres végétales
V.2.4 Propriétés physiques des composites après vieillissement alcalin
V.2.5 Propriétés mécaniques des composites après vieillissement alcalin
Conclusion
Conclusion Générale
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