Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre
A ma famille Pour tous les efforts qu’ils n’ont cessé de consentir pour mon éducation et le soutien moral qu’ils ont toujours apporté pour ma réussite et mon intégration sociale. Que ce travail soit une consécration de tous ses efforts et un témoignage d’affection...
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i CHOKOUADEU YOUMSSI David Vernon
Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre
REMERCIEMENTS Ce travail a été réalisé au laboratoire de Physico-Chimie du Bois de la Faculté des Sciences, du Département de Chimie Inorganique de l’Université de Yaoundé I, sous la direction du Docteur NDIKONTAR Maurice KOR. Je profite de cette occasion pour rendre un hommage singulier au Docteur NDIKONTAR Maurice KOR qui a dirigé ce travail avec rigueur. Je tiens ici à lui exprimer toute ma profonde gratitude. Je remercie : • le Professeur Noah NGAMVENG responsable du laboratoire de Chimie Macromoléculaire pour sa constante disponibilité et l’encadrement tout au long de l’année académique. • le Professeur ELIMBI Antoine pour sa franche collaboration dans mon travail. • Le Professeur Paul MINGO GHOGOMU et Docteur KETCHA Joseph MBADCAM pour l’honneur qu’ils me font en acceptant de juger ce travail. Mes remerciements vont également à l’endroit de : • tous les enseignants du Département de chimie Inorganique de la Faculté de Sciences de l’Université de Yaoundé I. • toute la famille KAMGA, SIMO et NCHIMI. • SAHA TCHINDA Jean-Bosco, MPON Richard et NJUNGAB Emmanuel pour l’assistance lors de mes travaux. • MODTEGUE BAMPEL Yves, avec qui nous avons effectué certains de nos travaux. Au Dieu tout puissant qui a su guider mes pas jusqu’à ce jour.
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Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre
RESUME Ce travail a pour objectif d’évaluer la compatibilité de quelques espèces de bois de plantation avec le plâtre. Pour y parvenir, nous avons effectué une analyse quantitative de la composition chimique des espèces utilisées (Eucalyptus saligna, Cyprès et Eucalyptus paniculata), suivie de la compatibilité chimique. L’analyse quantitative se déroule conformément aux méthodes TAPPI en utilisant une poudre de bois de taille inférieure à 0.27 mm pour chaque espèce. Les résultats obtenus de ces méthodes, suivant l’ordre des espèces (Eucalyptus saligna, Cyprès et Eucalyptus paniculata) sont 2.4%, 3.4% et 1.6% respectivement pour les extraits à l’ethanol-benzène (EAB), 48.6%, 48.4% et 40.4% pour la teneur en cellulose (C), 34.8%, 34.3% et 36.3 % pour la lignine (L), 2.6% , 3.2% et 2.4% pour l’extrait à l’eau chaude (EE), 12.4%, 21.6% et 12.1% l’extrait à la soude à 1% (ES) et 0.1% , 0.6% et 0.3% pour la teneur en cendre (CE). Bien que ces résultats soient variables d’une espèce à une autre, ils sont en accord avec des compositions des bois tropicaux de la littérature : un taux de cellulose entre 30 à 50% et de lignine entre 20 à 40%. L’Eucalyptus paniculata présente un taux d’extractible inférieur à celui du cyprès, ce qui laisse présager une forte compatibilité par rapport au Cyprès. Quant à la compatibilité chimique, elle est mesurée, à partir des courbes d’hydratation du plâtre selon la méthode des surfaces sous la courbe, CA. D’une manière générale, les résultats obtenus de ces courbes d’hydratation montrent que le facteur de compatibilité CA décroît de 100% à 68% quand la teneur en bois du composite augmente de 0 jusqu’à 15% quelque soit l’espèce et l’aspect particulaire considérée. Cette compatibilité minimale (68%) reste une compatibilité fortement appréciable. Bien que ces compatibilités soient fort appréciables, ils décroissent dans l’ordre l’Eucalyptus paniculata, l’Eucalyptus saligna et enfin le Cyprès.
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ABSTRACT The aim of this work is to evaluate the compatibility of some plantation wood species with plaster. Therefore, we carried out a quantitative analysis of the chemical composition on each of the used species (Eucalyptus saligna, Cyprus and Eucalyptus paniculata), followed by chemical compatibility. The quantitative analysis was carried out in accordance with the TAPPI methods using wood powder of size to less than 0. 27 mm for every species. The results obtained in the order (Eucalyptus saligna, Cypress and Eucalyptus paniculata) are: 2.4%, 3.4% and 1.6% respectively for the ethanol-benzene (EAB). 48.6%, 48.4% and 40.4% for the cellulose content (C), 34.8%, 34.3% and 36.3% for lignin (L). 2.6%, 3.2% and 2.4% for the hot water extract (EE), 12.4% .21.6% and 12.1% the 1% sodium hydroxide extract (ES) and 0.1%, 0.6%, 0.3% for the ash content (CE). Although these results are variable from specie to another, they are in good agreement with those of the composition of tropical wood species cited in literature: a cellulose content between 30 to 50% and lignin between 20 to 40%. Eucalyptus paniculata has less extractives than Cypress, which could mean that Eucalyptus paniculata is more compatible than Cypress. As for chemical compatibility, was measured from hydration curves as a function of time using the area method CA. In general, the results obtained show that the compatibility factor CA decreases from 100% to 68% as the wood content in the composite increases up to 15% for all the species and types of particles used. At this minimum value (68%), the species is still considered as highly compatible in accordance with literature. Although these results are good, they decrease in the order Eucalyptus paniculata followed by Eucalyptus saligna and then Cypress, the least compatible due to the inhibiting action of the extractives and particularly sugars that it contains.
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Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre
SOMMAIRE Dédicaces………………………………………………………………..........…….................i Remerciements…………………………………………………………..........…..................ii Résumé….....……………………………………………….........………..............................iii Abstract….....……………………………………………….........……….............................iv Sommaire…………………………………………….……………….........…........…...........v Liste des figures.....................................................................................................................vii Liste des tableaux.................................................................................................................viii Liste des abréviations ............................................................................................................ix INTRODUCTION GENERALE........................................................................................................1 CHAPITRE I : REVUE DE LA LITTERATURE ..........................................................................2 I- Présentation des liants........................................................................................................................2 I-1 Ciment...........................................................................................................................................2 I-1-1 Quelques types de ciments ...............................................................................................2 I-1-2 Composition du ciment.....................................................................................................3 I-1-3 Réaction d’hydratation du ciment : Prise et durcissement des pâtes...........................4 I-2 Plâtre.............................................................................................................................................6 I-2-1 Définition ...........................................................................................................................7 I-2-2 Les différentes formes de plâtre ......................................................................................7 I-2-3 Quelques caractéristiques du plâtre ................................................................................8 I-2-4 L’hydratation du semihydrate - la prise .........................................................................9 I-3-Réactivité des liants minéraux (ciments et plâtres)......................................................................9 I-3-1 Le taux de gâchage : Rapport Eau / (Liant)..................................................................10 I-4- Présentation du bois..................................................................................................................11 I-4-1 Echelle macroscopique....................................................................................................11 I-4-2 Echelle microscopique.....................................................................................................12 I-4-2-1 Le plan ligneux ..................................................................................................12 I-4-2-2 La paroi cellulaire .............................................................................................13 I-4-3 Echelle moléculaire..........................................................................................................13 I-4-3-1 La cellulose.........................................................................................................13 I-4-3-2 Les hémicelluloses...............................................................................................14
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Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre I-4-3-3 La lignine..............................................................................................................14 I-4-3-4 Matières minérales.............................................................................................15 I-4-3-4 Substances extractibles......................................................................................15 I-5 Propriété hygroscopique.............................................................................................................15 I-6 Présentation du matériau composite à base de bois...................................................................15 CHAPITRE II : MATERIELS ET METHODES EXPERIMENTALES....................................17 II-1- Préparation des échantillons : aspect particulaire.....................................................................17 II-1-1 Méthode de préparation des classes morphologiques sélectionnées..........................17 II-1-1-1 La mousse....................................................................................................................17 II-1-1-2 La poudre....................................................................................................................18 II-1-1-3 Les fibres......................................................................................................................18 II-2- Composition chimique des espèces des bois................................................................................19 II-2-1 Extraction à l’alcool-benzène (EAB)..............................................................................19 II-2-2 Dosage de la cellulose (C)..............................................................................................20 II-2-3 Dosage de la lignine (L)..................................................................................................20 II-2-4 Extraction à l’eau (EE)...................................................................................................21 II-2-5 Extraction à la soude (ES)..............................................................................................21 II-2-6 Détermination du taux de cendre (CE).........................................................................22 II-3 Etude de la compatibilité du point de vu chimique.......................................................................22 II-3-1 Préparation des échantillons.........................................................................................22 II-3-2 Suivi d’hydratation par calorimétrie isotherme..........................................................23 II-4 Etude de la compatibilité du point de vu mécanique....................................................................23 II-4-1 Préparation des composites........................................................................................23 II-4-2 Mesures des propriétés mécaniques..........................................................................23 CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSIONS......................................................................24 III.1 Evaluation de la caractérisation chimique..................................................................................24 III.2 Evaluation de la compatibilité chimique ....................................................................................25 III-2-2 Influence des extractibles.............................................................................................31 III-2-3 Détermination de l’espèce la plus compatible............................................................34 III-2-4-La particule la plus compatible........................................................................37 CONCLUSION..................................................................................................................................38 PERSPECTIVES...............................................................................................................................39 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES........................................................................................40 ANNEXE.............................................................................................................................................42 Mémoire de D.E.A en Chimie Inorganique
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Liste des figures Figure I : Représentation schématique de l’hydratation du ciment......................................................6 Figure II : Cristaux de gypse ................................................................................................................9 Figure III : Hydratation des liants (plâtre et ciment)..........................................................................11 Figure IV : Coupe transversale d'un tronc d'arbre.............................................................................12 Figure V : Microstructure du bois.......................................................................................................12 Figure VI : Structure chimique de la cellulose ...................................................................................14 Figure VII : Les monomères de la lignine ..........................................................................................14 Figure VIII : Aspect particulaire : mousse .........................................................................................17 Figure IX : Aspect particulaire : poudre.............................................................................................18 Figure X : Dispositif permettant d’obtenir les fibres...........................................................................19 Figure XI : Aspect particulaire : fibre ................................................................................................19 Figure XII : Dispositif utilisé pour mesurer les températures d’hydratation dans les vases de Dewar.................................................................................................................................23 Figure XIII : Courbe d’hydratation plâtre-Eucalyptus saligna (poudre)...........................................26 Figure XIV : Courbe d’hydratation plâtre-Cyprès (poudre)...............................................................26 Figure XV : Courbe d’hydratation plâtre-Eucalyptus paniculata (poudre)........................................27 Figure XVI : Courbe d’hydratation plâtre-Eucalyptus saligna (mousse)...........................................27 Figure XVII : Courbe d’hydratation plâtre-Cyprès (mousse).............................................................28 Figure XVIII : Courbe d’hydratation plâtre-Eucalyptus paniculata (mousse)...................................28 Figure XIX : Courbe d’hydratation plâtre-Eucalyptus saligna (fibre)...............................................29 Figure XX : Courbe d’hydratation plâtre-Cyprès (fibre) ..................................................................29 Figure XXI : Courbe d’hydratation plâtre –Eucalyptus saligna (fibre)..............................................30 Figure XXII : Courbe de compatibilité Eucalyptus saligna................................................................31 Figure XXIII : Courbe de compatibilité Cyprès..................................................................................32 Figure XXIV : Courbe de compatibilité Eucalyptus paniculata..........................................................33 Figure XXV : Compatibilité des poudres............................................................................................34 Figure XXVI : Compatibilité des mousses...........................................................................................35 Figure XXVII : Compatibilité des fibres .............................................................................................35 Figure XXVIII : Compatibilité des aspects particulaire......................................................................37
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Liste des tableaux Tableau I : La composition chimique du ciment Portland ...................................................................4 Tableau II : La composition minéralogique du ciment Portland .........................................................4 Tableau III : La composition chimique d’une pouzzolane de Djoungo ................................................4 Tableau IV : La composition minéralogique d’une pouzzolane de Djoungo .......................................4 Tableau V : Composition chimique du plâtre .......................................................................................8 Tableau VI : Composition minéralogique du plâtre .............................................................................8 Tableau VII : Composition chimique des essences étudiées................................................................24 Tableau VIII : Température maximale temps d’hydratation et facteur de compatibilité....................31 Tableau IX : Température maximale temps d’hydratation et facteur de compatibilité.......................32 Tableau X : Température maximale temps d’hydratation et facteur de compatibilité........................32
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Liste des abréviations EAB : extraits à l’éthanol-benzène. EE : extrait à l’eau. ES : extraits à la soude. CE : cendre. L : lignine. C : cellulose. ET : Extrait à l’éthanol-benzène + extrait à l’eau chaude.
CA : facteur de compatibilité. Abc est la surface sous la courbe d’hydratation du mélange ciment-bois. AC : est la surface sous la courbe d’hydratation de la pâte pure (ciment-eau). AO : est la surface sous la courbe d’évolution de la température ambiante en fonction du temps. E/C : rapport eau - ciment. (t max) : temps maximal mis pour atteindre la température maximale. (T max ): temperature maximal. (wt %): weight percentage.
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INTRODUCTION GENERALE La forêt tropicale au Cameroun a près de 17.5 millions d’hectare de superficie [1]. Le bois, une matière première qui représente 7% d’exportation du pays, reste sous-exploité dans la mesure où parmi les 300 espèces recensées, seules 80 sont exploitées commercialement ceci pour des raisons d’inaccessibilité, de coût de production élevé et de la faible demande [2]. En outre, 40% de l’arbre seulement est utilisée pour l’exportation ou l’approvisionnement des industries locales, le reste constituant le déchet. Pour faire face à la forte compétition dans le domaine de la construction, l’industrie du bois tente par divers moyens d’augmenter le ratio performance/coût de ses produits, d’économiser de la matière en évitant la perte tout en augmentant les propriétés mécaniques du nouveau matériau synthétisé. Dans le but de valoriser cette matière, nous mettrons l’accent sur la synthèse des matériaux composites à base de bois en utilisant les différents sortes de particules de rejets (sciures et mousses) et un aspect industriel (fibres). Nous utiliserons les bois de plantation tels que : l’Eucalyptus saligna, le Cyprès et l’Eucalyptus paniculata. En prélude à la synthèse des matériaux composites, nous caractériserons chimiquement les essences choisies à fin de faire la corrélation entre la composition chimique et la compatibilité avec le plâtre. D’autre part, l’aspect particulaire de l’essence sera utilisé pour étudier la compactibilité. Le mémoire est constitué de trois chapitres : •
le premier chapitre est consacré à l’étude bibliographie sur le ciment, le plâtre, le bois et les matériaux composites.
•
dans le second chapitre, nous évoquerons les matériaux et méthodes expérimentales, la caractérisation chimique et la compatibilité des bois cités plus haut.
•
le troisième chapitre présente les différents résultats obtenus et la discussion.
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CHAPITRE 1 REVUE DE LA LITTERATURE Parmi les liants utilisés dans la synthèse des matériaux composites à base de bois, nous pouvons citer les polymériques telles que les colles phénol formaldéhyde et les liants inorganiques tels que le ciment, le plâtre, ... Dans le cadre de ce travail, nous utilisons le plâtre.
I Présentation des liants I-1 Ciment Le mot ciment vient du latin «coementum» qui signifie mortier utilisé par les Romains pour décrire les liants des maçonneries à caractère hydraulique ou non hydraulique. Le ciment hydraulique est un matériau constitué de matière inorganique finement broyée qui, gâchée avec de l’eau, forme une pâte capable par suite d’interaction chimique et processus d’hydratation, de faire prise et de durcir progressivement au bout d’un temps plus ou moins long [3]. Les propriétés caractéristiques d’un ciment sont : le temps au bout duquel il fait prise et durcit, la chaleur d’hydratation dégagée et sa résistance aux agents chimiques capables de ralentir ou inhiber le processus. Il est à noter que toutes ces propriétés sont directement dépendantes de la composition chimique du ciment. Sur le plan chimique, le ciment est constitué de silicates et aluminates de calcium dont les deux principaux oxydes sont la chaux (CaO) et la silice (SiO2). Ces oxydes n’ont aucune propriété hydraulique, mais ils jouent un rôle très important dans la bonne adhésion du liant et du bois. Les études antérieurement menées par Wei Yi Min et al. [4] dans cet optique, montre l'influence et l'importance du rapport Ca/Si à l'interface liant-bois et la formation des liaisons de nature physiques ou chimiques ou la combinaison des deux dans les trachéides de lumen. Le traitement thermique de ces principaux oxydes forme de nouveaux composants qui eux, seront hydrauliques (silicates).
I-1-1 Quelques types de ciments Les ciments le plus souvent utilisés sont de plusieurs types selon leur composition [5] : •
le ciment Portland artificiel CPA (CEM I) : celui-ci est obtenu à partir de clinker > 95% et de gypse utiliser pour régulariser la prise.
•
le ciment Portland composé CPJ (CEM IIA ou B) : celui-ci contient au moins 65% de clinker et au plus 35% d’autres constituants (laitier de haut fourneau, fumée de silice, pouzzolane naturelle et cendres volantes). Parmi les ciments Portland composé, on a par
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Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre exemple le ciment CIMENCAM est un ciment Portland composé (CPJ35) selon l’ancienne désignation française NF. P 15-301 de 1981. Ce dernier résulte d’un mélange de calcaire 70% et de pouzzolane naturelle 30%. •
le ciment de haut fourneau CHF (CEM IIIA, B ou C) : ce type de ciment contient 40 à 75% de laitier et 25 à 60% de clinker.
•
le ciment pouzzolanique CPZ (CEM IVA ou B) : ce ciment est composé de 45 à 90% de clinker et 10 à 55% de pouzzolane naturelle ou artificielles.
•
le ciment au laitier et aux cendres CLC (CEM VA ou B) : il est composé de 20 à 64% de clinker de 18 à 50% de cendres volantes et de 18 à 50% de laitier.
Le ciment Portland est le plus utilisé comme liant inorganique, pour la synthèse des matériaux composites à base de bois. Il présente des performances satisfaisantes (un temps de prise et de durcissement appréciable, une bonne résistance mécanique et agressivité contre les agents inhibiteurs et de faible coût) [2]. Dans le cadre de ce travail, le plâtre a été utilisé comme de liant comparativement au ciment CIMENCAM utilisé dans des travaux antérieur. I-1-2 Composition du ciment Le ciment est constitué des oxydes métalliques et des oxydes non métalliques, dont la notation cimentaire est la suivante : C = CaO (chaux); S = SiO2 (silice); A = Al2O3 (Alumine); F = Fe2O3 (l’oxyde de fer); H = H2O. Le clinker s’obtient en dosant judicieusement et en combinant à très haute température les quatre éléments minéraux majeurs : [6] •
chaux ou oxyde de calcium (CaO)
•
silice (SiO2)
•
alumine ou oxyde d’aluminium (Al2O3)
•
oxyde de fer (Fe2O3)
Ces oxydes donnent, a la fin, les quatre principales constituants minéraux du clinker : 3CaO.SiO2 (C3S), 2CaO.SiO2 (C2S), 3CaO.Al2O3 (C3A), 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF). Il est à noter qu’il existe aussi en faible quantité d’autres composés tels la magnésie MgO, la chaux libre CaO, l’oxyde de sodium Na2O et l’oxyde de potassium K2O [1].
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Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre Tableau I : La composition chimique du ciment Portland [2]
Noms chimiques
Noms usuels
Calcium oxyde Silicium dioxyde Aluminium oxyde Fer oxydes Magnésium oxyde Soufre trioxyde Oxydes alcalins
chaux silice aluminate ferrite magnésite anhydre sulfurique alcalins
Notation chimiques
Abréviations
CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3+ FeO MgO SO3 K2O + Na2O
C S A F M S K+N
(wt %) 58-66 18-26 4-12 1-6 1-3 0.5-2.5 95%.
I-2-3-Quelques caractéristiques du plâtre [8]
•
non-toxique, facile à mettre en œuvre
•
écologique , excellent façonnage par son expansion limitée, pas de rétrécissement
•
possède une grande dureté , permet une excellente reproduction de détails
•
possède une surface lisse, est économique
Caractéristique
CaSO4 . 2H2O
CaSO4 . ½ H2O CaSO4 . ½ H2O
Nom commun
Gypse, pierre à plâtre
Plâtre
Plâtre
Désignation
Dihydrate
Hémihydrate
Hémihydrate
Variétés
-
Alpha
Beta
% H2O
20,93
6,21
6,21
Poids moléculaire
172,17
145,15
145,15
Masse volumique
2,32
2,76
2,62 à 2,64
Chaleur d'hydratation kJ/kg
-
100
112
Tableau V : Composition chimique du plâtre [12] Noms Calcium sulfate Fer Calcium Magnésium Aluminium chimiques dihydrate/ semi-hydrate oxydes carbonate carbonate oxyde Notation CaSO42H2O+CaSO41/2H2O Fe2O3 CaCO3 MgCO3 Al2O3 chimique Noms Gypsum ferrite calcite alumine usuels (wt %) 91.24 0.50 3.83 2.34 0.38
Silicium dioxyde SiO2 + insoluble silice 1.45
Tableau VI : Composition minéralogique du plâtre [13] Quartz 1080 cm-1
Silicates 790 cm-1
Gypsum
Calcite -1
3547, 3406, 1685, 1621,1145, 1122, 672 cm
1425, 875,713 cm-1
Le gâchage du plâtre consiste donc à rendre au semihydrate les 1,5 moles d’eau que la stoechiométrie impose pour l’obtention du gypse. Cette étape est également appelée prise, et donne lieu au durcissement d’une pâte blanche, au fur et à mesure de l’hydratation du plâtre. Mémoire de D.E.A en Chimie Inorganique
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Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre I-2-4 L’hydratation du semihydrate - la prise Principe de la réaction L’action de l’eau sur le plâtre se déroule suivant les étapes ci-après :
•
adsorption d’eau sur le semihydrate,
•
eclatement des grains de semihydrate,
•
dissolution d’une partie du semihydrate,
•
phase athermique durant laquelle le système semble stable ; on suppose que la germination du gypse s’effectue durant cette phase, et
•
précipitation
de
gypse,
avec
dissolution
simultanée
de
semihydrate
jusqu’à
consommation complète de celui-ci. L’étude de la prise du plâtre a été faite par plusieurs scientifiques à l’instar de Le Châtelier qui propose en 1887 un mécanisme fondé sur un phénomène de dissolution - précipitation. Le semihydrate se dissout, puis s’hydrate. Le gypse étant moins soluble dans l’eau que le plâtre, lorsque la solution sursaturée de gypse précipite, l’appauvrissement de la solution est compensé par la dissolution de nouvelles quantités de semihydrate. Pour Le Châtelier, les deux phénomènes, dissolution et précipitation, sont simultanés. La théorie de Michaelis, dite "colloïdale", propose un mécanisme selon lequel la période de latence correspond à la formation d'un hydrate supérieur, précurseur du dihydrate, autour des particules de semihydrate en cours de dissolution. [14].
Figure II : Cristaux de gypse [14]
I-3 Réactivité des liants minéraux (ciments et plâtres) La maniabilité d’une pâte de ciment ou de plâtre, le délai dont dispose l’utilisateur pour sa mise en place sur un chantier, le temps de prise, le délai de décoffrage, la résistance mécanique du matériau Mémoire de D.E.A en Chimie Inorganique
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Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre fabriqué, sa tenue au vieillissement, dépendent en premier lieu de la réaction chimique qui se produit lorsque la poudre minérale est mélangée à l’eau (gâchage) [15].
I-3-1 Le taux de gâchage : rapport eau/(liant) La quantité d’eau utilisée est l’un des facteurs limitant la synthèse d’un bon matériau composite. Pour une quantité de ciment bien déterminée correspond aussi un volume optimal bien précis d’eau. Une quantité insuffisante d’eau entraîne une pâte raide contenant encore de la matière sous forme anhydre et par conséquent un temps réduit de prise. Alors que l’eau en excès dilue les constituants du ciment et prolonge par conséquent le temps de prise. Les études antérieurement menée [6] fait usage de l’indice de mélange uniforme (UM):
UM =
(T2 − Tr ) * t 2 2
(7)
où T2 est température maximale d’hydratation, Tr la température ambiante, t2 le temps mis pour atteindre la température maximale. Le meilleur rapport E/C de 0.35 a été obtenu par le maximum de la courbe UM (°C h) en fonction du rapport E/C (g/g) avec le ciment Portland CIMENCAM (CPJ35). Les réactions d’hydratation des composés anhydres du ciment sont exothermiques et bien qu’une grande partie de chaleur soit dégagée en trois jours, il convient tout de noter que le dégagement exothermique se poursuit pendant au moins six mois. La température de conservation de la pâte joue un rôle thermodynamique en changeant la nature et la stabilité des hydrates et cinétique soit en retardant ou accélérant les réactions chimiques entre l’eau et les minéraux constitutifs [1]. Pour le plâtre, la stoechiométrie de la réaction impose un E/P de 0,186. Dans la pratique, cette valeur conduit à une pâte très épaisse, difficile à mettre en oeuvre. Afin d’obtenir une consistance correcte, on a en général 0,4 < E/P < 1,2, le semihydrate β se gâche en général à un taux E/P de 0,8, donnant un compromis entre résistance mécanique et fluidité de la pâte [14] De plus, pour des raisons de comparaison au ciment, le rapport eau/plâtre = 0.35 pour l'échantillon plâtre-Eucalyptus saligna (poudre) utilisé comme dans la littérature. [16] et 0.4 pour le reste des échantillons. Ce rapport E/P peut ne pas représenter une valeur optimale pour les propriétés finales du composite, et mérite sans doute une étude complémentaire. Mais afin de faire une étude comparative au ciment on s’en tient à cela.
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Temperature (°C)
70.00
60.00
50.00
40.00
30.00
20.00
plâtre 10.00 ciment Portland composé (CPJ35) 0.00 0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
45.00 50.00 temps(h)
Température en fonction du temps
Figure III : Hydratation des liants (plâtre et ciment) Cette figure met en évidence la différence existante entre vitesse et la température maximale d'hydratation des liants utilisés. Le ciment présent effectivement une phase dormante d'environ 3.5 h tandis que le plâtre n'a pas de phase dormante. Il est évident que l’hydratation du plâtre est beaucoup plus rapide que celle du ciment (température maximale en 8 à 25 minutes) [17]. I-4 Présentation du bois On distingue deux grandes catégories de bois de structure identique : les résineux (gymnospermes pour bois mou) et les feuillus (angiospermes pour bois dur).
I-4-1 Echelle macroscopique
Définit suivant trois directions principales, on distingue les cellules ou trachéides orientées suivant l’axe longitudinal (verticalement) et la direction tangentielle et radiale se définissent par rapport aux cernes. L’analyse d’une coupe transversale permet de distinguer les éléments ci-dessus : -
l’écorce externe, ou rhytidome, constituée de cellules mortes.
-
l’écorce interne, ou liber, qui conduit la sève.
-
le cambium, organe de croissance qui forme le liber vers l’extérieur et les cellules du bois vers l’intérieur.
-
l’aubier, partie vivante du bois.
-
le cœur, ou duramen, constitué de cellules mortes.
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Figure IV : Coupe transversale d'un tronc d'arbre [18] I-4-2 Echelle microscopique I-4-2-1 Le plan ligneux
L’analyse microscopique est réalisée par microscopie électronique à balayage. Pour un bois de feuillu (peuplier, hêtre, chêne, châtaignier...) on a deux classes de cellules : •
des cellules de grand diamètre : notées « V » sur le cliché, il s’agit de vaisseaux, dont le rôle est de véhiculer la sève.
•
des cellules de petit diamètre : il s’agit de cellules de structure.
•
des cellules perpendiculaires à ces dernières (orientées selon le rayon du tronc) : notées « r » sur le cliché, il s’agit des parenchymes, qui contiennent les nutriments nécessaires à la vie de l’arbre.
•
Ces cellules communiquent par l’intermédiaire de ponctuations (voir Figure 5b).
(a) structure cellulaire
(b) ponctuations Figure V : Microstructure du bois [14]
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Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre NB : Un bois de résineux (pin maritime, pin sylvestre, épicéa, sapin...) on ne note pas de différenciation de taille entre les cellules de structure et les vaisseaux d’irrigation.
I-4-2-2 La paroi cellulaire
L’ultra structure interne de la cellule interne du bois présente les caractères généraux à toutes les espèces. On distingue : •
la lamelle moyenne adjacente aux parois des cellules, qui a pour rôle de lier les cellules
ensemble (ne fait pas partie de la cellule). •
la paroi primaire formée lors de la division cellulaire et capable de croître en direction
longitudinale et transverse. •
la couche secondaire se dépose à l’intérieur de la paroi primaire après que la cellule est
atteinte ses dimensions finales. Cette dernière est constituée de trois couches distinctes : -
la sous couche S1 adjacente à la paroi primaire.
-
la sous couche S2 au milieu compris entre S1 et S3.
-
la sous couche S3 voisine au lumen. [14]
Le bois est formé de matière organique, de substances minérales et d’humidité. Les pourcentages relatifs varient en fonction de l’environnement de croissance (la qualité du sol, la saison, le climat, etc.). Il contient des micro fibrilles de cellulose, longues chaînes moléculaires partiellement cristallisées, une matrice constituée de lignine, et d’hémicelluloses, composés amorphes et les substances extractibles. Un bois sec contient 49-50% carbone ; 43-44% oxygène ; 6% hydrogène ; ~0.5% azote et 1% > substances minérales [2] qui forme 30-50% de cellulose ; 20-40% de lignine : 0.2-20% d’extractibles. Cependant, cette composition diffère grandement dans les bois tempérés avec une grande proportion de lignine et d’extractibles dans les bois mous que dans les bois durs. I-4-3 Echelle moléculaire I-4-3-1 La cellulose
Principale responsable des propriétés mécaniques du bois, c’est un polymère régulier du glucose, de formule (C6H10O5)n. Le véritable maillon de base de cellulose (cellubiose) résulte de l’association de deux motifs monomères inversés de 180° par rapport au plan formé par l’enchaînement cyclique des atomes de carbone. Des liaisons hydrogène intra et intermoléculaires, dues aux nombreux groupements hydroxyles de la chaîne, favorisent l’arrangement de celle-ci en domaines cristallins avec des zones amorphes à intervalle d’environ 30 nm. La cellulose est insoluble dans l’eau mais en
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13 CHOKOUADEU YOUMSSI David Vernon
Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre milieu fortement acide (acide sulfurique concentré), elle est hydrolysée et donne, après hydrolyse complète, du glucose. OH
H2COH O OH
O
O
O
OH O
H2COH
OH
glucose cellobiose
Figure VI : Structure chimique de la cellulose [19]
I-4-3-2 Les hémicelluloses
C’est des polysaccharides (pentosanes, xylanes …) à chaînes plus courtes (degré de polymérisation allant de 50 à 200) hydrophile et susceptibles de gonfler au contact de l’eau, ce qui les rend responsables de l’instabilité dimensionnelle du bois. Soluble dans les solutions alcalines (soude) elles sont facilement hydrolysées par les acides que les celluloses. I-4-3-3 La lignine
C’est un polymère tridimensionnel de composés phénoliques totalement amorphes. La structure chimique de la lignine n’est pas complètement connue, mais diffère selon la famille de bois et les éléments morphologiques (fibres, rayons, vaisseaux) on sait qu’elle est essentiellement constituée à partir des monomères suivants : des alcools phénylpropénoïques : p-coumarylique, coniférilique et sinapylique
Figure VII : Les monomères de la lignine [14]
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14 CHOKOUADEU YOUMSSI David Vernon
Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre I-4-3-4 Les matières minérales
Les composés minéraux, qui constituent les cendres, excèdent rarement 1% du bois anhydre. Cependant les bois tropicaux peuvent en contenir jusqu'à 7%. Les cendres proviennent principalement d’une variété de sels métalliques tels que les carbonates, les silicates, les oxalates et les phosphates. L’élément métallique le plus abondant est le calcium ensuite le potassium et le magnésium. I-4-3-5 Les substances extractibles
Ce sont des composés de faibles poids moléculaire solubles pour la plupart solubles dans l’eau ou dans les solvants organiques neutre tels que l’éther, le dichloroéthane, le mélange éthanol- benzène, le mélange éthanol - toluène. Ces substances qui influent sur la couleur, l’odeur et même la valeur d’un bois sont : les terpènes, tannins, gommes, cires, glycérides, acides gras, stéroïdes, flavonoïdes. Les hémicelluloses, pectines, sucres et tannins sont des composés plus susceptibles d’être mis en solution dans une eau de gâchage.
I-5-Propriété hygroscopique On considère ici tout simplement la stabilité dimensionnelle du bois. On caractérise les variations dimensionnelles du bois par sa rétractabilité (B). B=
Vh − Vo *100 Vo
(8)
où VH est le volume de l’échantillon au taux d’humidité H et Vo le volume de l’échantillon anhydre (103°C en étuve pendant 48 h). [14] I-6 Présentation du matériau composite à base de bois Le terme « composite » vient du latin « compositus » qui signifie formé d’éléments divers. Les matériaux composites sont mis en œuvre par combinaison de deux ou plusieurs composantes en vue d’obtenir des propriétés plus satisfaisantes, ce qui serait impossible avec les composantes séparées. Le principal intérêt de l'utilisation des composites provient de ses excellentes caractéristiques spécifiques (module divisé par la masse volumique) et dont la fabrication et la mise en œuvre requiert un niveau de technicité important. C’est, en règle générale, un matériau aux performances mécaniques élevées avec des avantages tels que : -
le caractère renouvelable et écologiquement propre de sa production,
-
isolant thermique, et
-
le très bon pouvoir d’absorption acoustique.
Mémoire de D.E.A en Chimie Inorganique
15 CHOKOUADEU YOUMSSI David Vernon
Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre Nous pouvons citer comme composites de bois le ‘veneer-based material’, le contre-plaqué, ‘Laminated veneer lumber’ (LVL), ‘Parallel-laminated veneer’ (PLV), ‘Laminates’, ‘Laminated beams’, ‘Overlayed materials’, ‘Wood-nonwood composites’, ‘Cellulosic fiberboard’, ‘Hardboard’, panneaux, ‘Waferboard’, ‘Flakeboard’, ‘Oriented strandboard’ (OSB). [20] D’une manière générale, les liants ci-cités, entrant dans la synthèse des matériaux composites à base de bois, présentent des propriétés physico-chimiques plus ou moins différentes et des réactions d’hydratations très complexes et encore jusqu’au aujourd’hui totalement élucidées. Toutefois on constate que la réactivité de ces liants est grandement influencée par plus d’un facteur. Certains agents chimiques peuvent soit agir en « accélérateur : CaCl2, MgCl2, SnCl2, AlCl3... » ou « retardateur » et par conséquent entraîner l’effondrement des propriétés mécaniques du matériau durci. Ces éléments, de forte influence sont d’une importance capitale, comme nous allons le voir dans la partie suivante, car le bois lui-même peut libérer dans l’eau des molécules variées, appelées extractibles, susceptibles d’interférer avec la prise des liants.
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16 CHOKOUADEU YOUMSSI David Vernon
Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre
Chapitre II MATERIELS ET METHODES EXPERIMENTALES Les bois étudiés proviennent tous du Cameroun, L’Eucalyptus saligna et cyprès (famille Cupressacées) particulièrement dans le Nord-Ouest à Bamenda. Cette région a une température moyenne de 20°C et est située entre les latitudes 9°-11°E et les longitudes 5°-7° E. L’Eucalyptus paniculata a été récolté à Yaoundé (dans le campus de l’université de Yaoundé I) situé entre les latitudes 3°-4° N. Le choix porté sur ces bois de plantation en particulier les Eucalyptus a été guidé tout simplement le fait que celui-ci pousse très rapidement dans certaines régions du Cameroun et il est utilisée comme poteaux électrique par la société d’électricité AES-SONEL, mais aussi utilisé pour absorbé l’eau dans les zones marécageuses.
II-1-Préparation des échantillons : aspect particulaire Ici on joue sur la morphologie de nos particules. Ces particules sont obtenues par diverses transformations à partir d’un échantillon massif (planche, grume).
II-1-1 Méthodes de préparation des classes morphologiques sélectionnées II-1-1-1 La mousse
Elle se présente sous la forme de longs filaments enchevêtrés de largeur égale à environ 1 mm et d’épaisseur inférieure (ces paramètres dépendent de la qualité du produit). Le bois est débarrassé de l’écorce et la rondelle de bois est ensuite râpée à la main à l’aide d’une lame de menuisier dans le sens de sa longueur afin d’obtenir les mousses.
Figure VIII : Aspect particulaire : mousse
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Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre II-1-1-2 La poudre
Certaines rondelles sont transformées en copeaux à l’aide une raboteuse électrique. Les copeaux obtenus sont réduits en sciure par une broyeuse à lame (type Retsch SM 100). La sciure est ensuite fractionnée à l’aide deux tamis normalisés (NFX 11-801) d’ouverture de maille 0.30 mm et 0.27 mm empilés dans l’ordre décroissant. Les particules de taille comprise entre 0.30 mm et 0.27 mm sont retenues et conservés dans des sachets plastiques étiquetés. Ils sont utilisés comme particules « poudre ». Les particules de tailles inférieures 0.27 mm sont utilisées pour la détermination de la composition chimique de l’essence.
Figure IX : Aspect particulaire : poudre
II-1-1-3 Les fibres
Une partie des copeaux obtenu est utilisée dans le processus de cuisson [21] afin d’obtenir des fibres. On met, dans un ballon de 1 L, une certaine quantité de sciure de bois pouvant faire atteindre
1/3 ou 1/2 de la capacité du ballon. On a jouté jusqu'à immersion de la sciure de bois une certaine quantité d’acide nitrique à 7.5% de façon à immerger complètement la sciure. Le ballon est ensuite chauffé à reflux pendant 4 h dans un bain d’huile de moteur à 85°C. A la fin de la cuisson, on laisse le ballon reposer à température ambiante pour 1 h à peu près ; ensuite cette sciure devenue fibre est abondamment lavée à l’eau de robinet et filtré. Puis, une certaine quantité de soude à 1% est ajoutée jusqu'à immersion totale des fibres et le ballon est remis cette fois ci pour 1 h un le bain d’huile à 100°C pour un chauffage à reflux il y’a une dégradation assez importante des carbohydrates. A la fin de cette extraction alcaline, on laisse le ballon reposer à température ambiante, ensuite les fibres sont une fois de plus abondamment lavée à l’eau de robinet, filtré et conservé dans des récipients fermés et contenant de l’eau. Il est important de souligner ici que les travaux précédemment
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18 CHOKOUADEU YOUMSSI David Vernon
Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre effectués font usage d’un rapport de 1 : 4 (solide (g)-liquide (mL)). L’essentiel est tout simplement d’avoir la sciure de bois immergé pendant la cuisson. Ces différentes morphologies particulaires sélectionnées sont utilisées pour les différents tests tout au long de notre manipulation.
Figure X : Dispositif permettant d’obtenir
Figure XI : Aspect particulaire : fibre
les fibres Le plâtre utilisé est communément appelé « plâtre français ». Ce liant inorganique est conservé, à l’abri de l’air, dans des sachets plastiques scellés contenant 1 kg chacun.
II-2 Composition chimique des espèces des bois La composition chimique des espèces précédemment citées est déterminée à partir méthodes de test standard TAPPI [22] et toutes les pesées sont réalisées sur les balances électroniques : SARTORIUS au 1/10000 et CITIZEN au 1/100. Les tests standard effectués sont les suivants. II-2-1 Extraction à l’alcool-benzène (EAB)
Le benzène est un solvant organique volatil et toxique ; il est donc important de respecter toutes les règles de sécurité en laboratoire. Un mélange éthanol-benzène (1 : 2), préparé à partir de l’éthanol 96°C et du benzène (d = 0.878), est utilisé pour éliminer du bois ; les tanins, le résines, les gommes, les huiles essentielles et certains colorants. L’extraction est réalisée par lixiviation dans un soxhlet où est placée une cartouche en papier filtre contenant 15 g de poudre de bois sec, sous lequel est connecté un ballon d’un litre contenant 220 mL de mélange éthanol-benzène. Un réfrigérant lui est adapté et le solvant d’extraction est porté à ébullition à l’aide d’une chauffe-ballon, monté au dispositif. La température du ballon est réglée pour six siphonages par heure et cela pendant sept heures. On l’arrête au moment où le soxhlet est plein, de telle sorte que le liquide ne retombe plus dans le ballon. Mémoire de D.E.A en Chimie Inorganique
19 CHOKOUADEU YOUMSSI David Vernon
Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre Le minimum de liquide restant dans le ballon est versé dans une capsule préalablement tarée et évaporée dans un bain-marie, puis séché à l’étuve à 105°C pendant une heure. Le pourcentage d’extrait à l’alcool-benzène (EAB) est donné par la relation : m AB × 100 m où mAB est la masse de l’extrait à l’alcool-benzène (g) et m est la masse de bois sec. E AB =
(9)
Le résidu solide est essoré, lavé à l’éthanol, rincé à l’éther, séché à l’air libre et conservé dans un sachet en plastique pour la suite des tests caractéristiques.
m E (100 − Si ) (10) 100 où me est la masse de la prise d’essaie, Si la siccité du bois chauffé à 105°C dans l’étuve jusqu'à m=
poids constant (taux d’humidité).
II-2-2 Dosage de la cellulose (C)
La cellulose est isolée par la méthode de Kürschner basée sur les attaques successives de la poudre de bois par un mélange nitro-alcoolique. On introduit 2 g de poudre obtenu après extraction à l’alcool-benzène dans un Erlenmeyer à col rodé contenant 50 mL de solution nitro-alcoolique, préparée à partir de 40 mL d’éthanol 96°C et 10 mL d’acide nitrique fumant (16 N). L’Erlenmeyer est surmonté d’un réfrigérant et le mélange est chauffé au bain-marie pendant une heure. La phase liquide est décantée sur un creuset filtrant (numéro 4) préalablement taré. On effectue deux autres attaques similaires avant de vider le contenu de l’Erlenmeyer sur le creuset. Les fibres sont lavées à l’éthanol, à l’eau distillée et à l’éther. Le creuset est porté à l’étuve pendant toute une nuit à 105°C, puis refroidi et pesé. Le pourcentage de cellulose (C) par rapport au bois sec non extrait est donné par la relation : C=
mc × (100 − E AB) m
(11)
où mc est la masse de cellulose (g), m est la masse de bois sec donné par la relation (10) et EAB est le pourcentage d’extrait à l’alcool-benzène donné par la relation (9).
II-2-3 Dosage de la lignine (L)
La lignine est séparée du bois par la méthode Klason (T222 om-88) basée sur l’hydrolyse et la solubilisation en milieu sulfurique, H2SO4 à 72%, des autres constituants du bois (cellulose, hémicelluloses), tout en laissant celle-ci sous forme de résidu solide.
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20 CHOKOUADEU YOUMSSI David Vernon
Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre Dans un Erlenmeyer de 50 mL, on introduit 1.5 g de poudre de bois et on ajoute progressivement 30 mL d’acide sulfurique (H2SO4, 72%). Afin d’éviter la calcination, il faut refroidir le milieu et l’homogénéiser. Les poudres sont écrasées avec un agitateur pendant une heure et la pâte obtenue est laissée au repos à la température ambiante pendant une nuit. Après le repos, la pâte est introduite dans un ballon d’un litre, complété à l’eau distillée et chauffée à reflux pendant cinq heures. Après chauffage, on laisse décanter pendant quelques minutes et on filtre sur un creuset (numéro 4) préalablement taré. Le résidu solide obtenu est lavé à l’eau distillée, séché à l’étuve à 105°C pendant une nuit et pesé. Le pourcentage de lignine (L) est déterminé par la relation : L=
mL × (100 − E AB m
)
(12)
où mL est la masse de la lignine (g), m est la masse de bois sec donné par la relation (10) et EAB est le pourcentage d’extrait à l’alcool-benzène donné par la relation (9).
II-2-4 Extraction à l’eau (EE)
C’est un test généralement appliqué aux bois qui n’ont pas été suomis à l’extraction d’un solvant organique. L’eau chaude est susceptible de dissoudre les composés tels que : les tanins, les gommes, les sucres et les colorants. Dans un Erlenmeyer à col rodé de 250 mL, sont introduit 15 g de poudre de bois et 100 mL d’eau distillée. Le mélange est porté à ébullition à reflux sous agitation magnétique pendant sept heures ; ensuite il est filtré sur un creuset (numéro 4) préalablement taré. Le résidu solide est lavé, puis porté à l’étuve à 105°C pendant une nuit et enfin pesé. Le pourcentage d’extrait à l’eau (EE) est donné par la relation : EE =
m − me × (100 − E AB ) m
(13)
où me est la masse du produit après extraction (g), m est la masse de bois sec donné par la relation (10) et EAB est le pourcentage d’extrait à l’alcool-benzène donné par la relation (9). II-2-5-Extraction à la soude (ES)
La soude à chaud extrait les carbohydrates de faibles poids moléculaires constitués principalement des hémicelluloses, de la cellulose dégradée et d’une partie de la lignine. Dans un Erlenmeyer à col rodé de 250 mL, sont introduits 15 g de poudre de bois et 100 mL de la solution de soude à 1% (NaOH). Le mélange est porté à ébullition à reflux sous agitation magnétique pendant sept heures ; ensuite, il est filtré sur un creuset filtrant (numéro 4) préalablement taré. Le
Mémoire de D.E.A en Chimie Inorganique
21 CHOKOUADEU YOUMSSI David Vernon
Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre résidu solide est lavé à l’eau distillée chaude jusqu’à neutralité, puis porté à l’étuve à 105°C pendant une nuit et afin pesé. Le pourcentage d’extrait à la soude (Es) par rapport au bois sec non extrait est donné par la relation : ES =
(m − m s ) * (100 − E AB ) − EE m
(14)
où ms est la masse de poudre après extraction (g), m est la masse de bois sec donné par la relation (10), EAB est le pourcentage d’extrait à l’alcool-benzène donné par la relation (9) et EE est le pourcentage d’extrait à l’eau donné par la relation (13)
II-2-6 Détermination du taux des cendres (CE)
Elle consiste à obtenir, par incinération, à 425°C un résidu exempt de matières organiques et renfermant la plus grande part d’éléments minéraux contenus dans l’échantillon. On pèse, dans un creuset préalablement taré, 10 g de masse de bois sec. Ce creuset est mis dans un four tubulaire de précision (modèle RT 11) et la température est élevée progressivement jusqu’à 425 ± 25°C, puis on laisse une nuit à cette température. Dans le cadre de notre travail, nous avons utilisé un four de type Nabertherm (30 à 3000°C) [23] la vitesse de chauffé est réglé de 5°C par minute. Le creuset est refroidit et pesé et le taux de cendre (Ce) en pourcentage de matière séchée est déterminé par la relation : Ce =
mce *100 m
(15)
où mce est la masse de cendres anhydres et m est la masse de bois sec donné par la relation (10). II-3 Etude de la compatibilité du point de vu chimique II-3-1 Préparation des composites
Un liant et un bois sont compatibles si la matière liante est capable, en présence de ce bois, de faire prise et de durcir par suite des réactions et processus d’hydratation au bout d’un temps proche du temps de prise du liant pur. Pour évaluer la compatibilité chimique, 200 g du liant et une proportion de bois suivant chaque aspect particulaire est intimement mélangé dans un cristallisoir. Puis, on ajoute un volume d’eau préalablement définie suivant la formule ci après pour le ciment [24]: (me = 0.35 mc + mbe )
Mémoire de D.E.A en Chimie Inorganique
(16)
22 CHOKOUADEU YOUMSSI David Vernon
Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre où me est la masse d’eau ; mc et mp respectivement la masse de ciment et du plâtre ; mbe la masse de sciure de le prise d’essai. Le rapport eau-liant est égal à 0.35 plus 1 gramme d’eau par gramme de particule de bois ajouté. Pour le plâtre,
(me = 0.4 mp + mbe )
(17)
Le rapport eau-liant est égal à 0.4 plus 1gramme d’eau par gramme de particule de bois ajouté.
II-3-2- Suivi d’hydratation par calorimétrie isotherme
Après l’ajout correspondant en eau le tout est, une fois de plus, intimement mélangé afin d’obtenir dans la mesure du possible une pâte uniforme. Pour des faibles quantités (0%, 5% de bois) il est conseillé de faire le mélange un dans le sachet plastique. Car le principe de cette compatibilité reposant sur la mesure des chaleurs d’hydratation, il faut être extrêmement rapide lorsque le mélange est fait dans le cristallisoir avant de mettre dans le sachet plastique, afin d’éviter au maximum toute perte de chaleur. Ceci est encor plus extrême avec le plâtre car il a un temps de prise d’environ 20 à 25 min après introduction d’eau de gâchage. Il est aussi astucieux de commencer par l’échantillon ayant de forte proportion en bois et progresser de façon décroissante, car l’hydratation est plus lente pour des proportions en bois élevé. Les sachets sont ensuite recouverts de papier aluminium et placés dans des vases de Dewar de 1 L. Le thermocouple (type K) est introduit dans la pâte à travers un tube en cuivre précédemment enfoncé dans la pâte. Ce thermocouple est relié à un collecteur de données AM-7002 qui enregistre automatiquement les températures à des intervalles réglées de 15 min, ceci pendant au moins 24 heures pour le plâtre et 30 pour le ciment. Les données obtenues sont représentées sous forme des courbes d’évolution de la température de la pâte en fonction du temps.
Figure XII : Dispositif utilisé pour mesurer les températures d’hydratation dans les vases de Dewar. Mémoire de D.E.A en Chimie Inorganique
23 CHOKOUADEU YOUMSSI David Vernon
Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre
CHAPITRE III RESULTATS ET DISCUSSION Les résultats obtenus dans cette partie, sont la moyenne d’un minimum des deux essais réalisés suivant les procédures précédemment décrites au chapitre précèdent. Ces résultats sont présentés dans l’ordre des matériels et méthodes donné plus haut.
III-1 Caractérisation chimique Les tests réalisés en vue de la caractérisation chimique des essences étudiées ont donné les résultats présentés dans le tableau ci-après : Tableaux VII : Composition chimique des essences étudiées
Constituants (%)
Eucalyptus saligna
Cyprès
Eucalyptus paniculata
EAB
2.4
3.4
1.6
EE
2.6
3.2
2.4
ES
12.4
21.6
12.1
CE
0,1
0,6
0,3
L
38.4
34.3
36.3
C
48.6
48.4
40.4
ET
5.0
6.8
4.0
Les résultats obtenus du tableau précédent donne, d’une manière générale, la fourchette de variation suivante : 2 à 3 % pour les extractibles à l’alcool-benzène, 4 et 6 % l’extraction à l’eau bouillante, 11 et 22 % l’extrait à la soude 1% concentré, 33 et 39 % le taux de lignine, 0,1 à 0,3 % le taux de cendre et 40 et 50 % le taux de cellulose. Les teneurs en cellulose et en lignine obtenues sont normales pour les bois tropicaux qui varie de 30 à 50 % pour la cellulose et de 20 à 40 % pour la lignine d’après la littérature [3]. Bien que ces résultats soient en accord avec la littérature, il convient tout de même d’expliquer les faibles taux d’extraits d’eau obtenus par le fait que l’extraction à l’eau effectué est précédé par celle des extractibles (EAB) dont certaines substances sont solubles dans l’eau. Ce tableau montre une teneur
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24 CHOKOUADEU YOUMSSI David Vernon
Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre en extractible minimale de 1.6% dans l’Eucalyptus paniculata et maximale de 3.4% pour le cyprès. Une teneur (ET) minimale de 4% dans l’Eucalyptus paniculata et maximale de 6.8 % pour le Cyprès. La fourchette de variation précédemment présentée est propre à la méthode expérimentale utilisé et surtout très dépendante de la zone de croissance. Plus d’un facteur influence grandement cette composition chimique, des bois. [25],[26]. C’est dans cette optique que nous éviterons de faire une comparaison absolue à la fourchette de variation des bois tempérés. Nous utiliserons plutôt ces résultats et plus particulièrement (EAB) et (ET) pour expliquer la compatibilité chimique de nos essences de bois vis -à-vis du plâtre.
III-2 Evaluation de la compatibilité chimique des bois non traité III-2-1-influence du pourcentage en bois
La calorimétrie nous a permis de faire l’étude thermique de l’hydratation des ces différentes espèces avec le plâtre. En utilisant les paramètres tels que le temps d’hydratation et la température d’hydratation Hachmi [27] propose un indice de classification « facteur de compatibilité CA » qui permet d’estimer au mieux le pouvoir inhibiteur qu’a un bois sur la prise avec le liant. CA =
Abp − Ao Ap − Ao
× 100 .
(18)
où Abp est la surface sous la courbe d’hydratation du mélange plâtre-bois, AC est la surface sous la courbe d’hydratation de la plâtre pure et Ao est la surface sous la courbe d’évolution de la température ambiante en fonction du temps [2]. Les résultats expérimentales de cette étude présentée à l’annexe de notre document, nous a donné les tableaux et les figures de température en fonction du temps ci-dessous.
Mémoire de D.E.A en Chimie Inorganique
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Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre
Température(°C)
60.00
50.00
40.00
30.00
20.00
Plâtre 5% bois 7.5 %bois 10% bois 15% bois T.ambiante
10.00
0.00 0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
Plâtre-Eucalyptus saligna (poudre)
16.00 temps(h)
Temperature(°c)
Figure XIII : courbe d’hydratation plâtre-Eucalyptus saligna (poudre) 70.0
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
platre 5% bois 7.5% bois 10% bois 15% bois T ambiante
10.0
0.0 0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00 16.00 temps(h)
Plâtre-cyprès(poudre)
Figure XIV : Courbe d’hydratation plâtre-Cyprès (poudre)
Mémoire de D.E.A en Chimie Inorganique
26 CHOKOUADEU YOUMSSI David Vernon
Température (°C)
Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre
70.00
60.00
50.00
40.00
30.00
20.00
Plâtre 5% bois 7.5% bois 10% bois 15% bois T.ambiante
10.00
0.00 0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
Plâtre-Eucalyptus paniculata(poudre)
14.00
16.00 temps(h)
Figure XV : courbe d’hydratation plâtre-Eucalyptus paniculata (poudre)
temperature (°c)
70.0
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0 plâtre 5% bois 7.5% bois 10% bois 15% bois T ambiante
10.0
0.0 0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
Plâtre-Eucalyptus saligna (mousse)
12.00
14.00 16.00 temps (h)
Figure XVI : Courbe d’hydratation plâtre-Eucalyptus saligna (mousse)
Mémoire de D.E.A en Chimie Inorganique
27 CHOKOUADEU YOUMSSI David Vernon
Temperature(°c)
Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre
70.00
60.00
50.00
40.00
30.00
20.00
plâtre 5% bois 7.5% bois 10% bois 15% bois T ambiante
10.00
0.00 0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
16.00 temps(h)
Plâtre-cyprès(mousse)
Figure XVII : courbe d’hydratation plâtre-Cyprès (mousse)
Température (°C)
60
50
40
30
20 Plâtre 5% bois 7.5% bois 10% bois 15% bois T ambiante
10
0 0
2
4
6
8
10
12
14
temps (h)
16
Plâtre- Eucalyptus paniculata (mousse)
Figure XVIII : Courbe d’hydratation plâtre-Eucalyptus paniculata (mousse)
Mémoire de D.E.A en Chimie Inorganique
28 CHOKOUADEU YOUMSSI David Vernon
Température (°C )
Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0 Plâtre 5% bois 7.5% bois 10% bois 15% bois T ambiante
10.0
0.0 0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
16.0 temps(h)
Plâtre-Eucalyptus saligna (fibre)
temperature (°C)
Figure XIX : courbe d’hydratation plâtre-Eucalyptus saligna (fibre) 70.0
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
platre 5.0% bois 7.5% bois 10.0% bois 15.0% bois T ambiante
10.0
0.0 0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
16.00 temps (h)
Plâtre-Cyprès (fibre)
Figure XX : Courbe d’hydratation plâtre-Cyprès (fibre)
Mémoire de D.E.A en Chimie Inorganique
29 CHOKOUADEU YOUMSSI David Vernon
Température (°c)
Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre
70.00
60.00
50.00
40.00
30.00
20.00
plâtre 5% bois 7.5% bois 10% bois 15% bois T ambiante
10.00
0.00 0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
16.00 temps (h)
Platre_Eucalyptus paniculata (fibre)
Figure XXI : Courbe d’hydratation plâtre –Eucalyptus saligna (fibre) Ces expériences sont menées avec une masse constante de liant de 200mg et les résultats nous montrent l’influence du pourcentage de bois sur le temps hydratation du liant. Qu’il s’agit des particules sous forme poudre, mousse ou fibre et quelques soit l’essence considérée, il apparaît que les paramètres tels que le temps de prise et le maximum de température d’hydratation sont relativement variables par rapport à ceux du plâtre pur pris comme référence. Le paramètre temps d’hydratation croit pendant que la température d’hydratation décroît avec une augmentation du pourcentage en bois. Ce constat est d’autant plus vrai qu’il est vérifié par Liu et al. [28]. Ce constat expérimental s’explique tout simplement par la solubilité dans l’eau de la quantité croissante des extractibles dans le pourcentage de bois mélangé au plâtre pur. L’influence de ces extractibles d’une façon générale, n’est rien d’autre que la résultante des actions inhibitrices des substances bien spécifiques qui la constitue.
Mémoire de D.E.A en Chimie Inorganique
30 CHOKOUADEU YOUMSSI David Vernon
Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre III-2-2 Influence des extractibles
S’il est vrai, d’une façon générale, que les extractibles présentent des propriétés inhibitrice, il n’en demeure pas moins qu’elle ne présente que la résultante des actions inhibitrices des substances bien spécifiques qui la compose.
Tableau VIII : Température maximale temps d’hydratation et facteur de compatibilité Paramètre
Eucalyptus saligna
d’hydratation
Poudre
t (h) T (C) CA (%) t (h) T (C) CA (%) t (h) T (C) CA (%)
Mousse Fibre
Teneur en bois (%) 0 0,50 56,80 100,00 01,25 57,20 100,00 1,50 56,20 100,00
5,0 1,25 53,10 98,59 00,75 54,90 95,70 1,00 48,80 83,74
7,5 1,75 49,60 92,71 01,00 51,30 91,76 1,00 45,70 71,94
10,0 2,00 50,30 93,78 01,00 51,70 92,34 0,75 44,30 70,66
15,0 2,25 44,70 73,18 01,00 48,00 73,88 0,75 40,70 59,18
CA(%)
120.00
100.00
80.00
60.00
40.00
20.00 poudre mousse fibre 0.00 0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
compatibilité en fonction de la teneur en bois(Eucalyptus saligna)
16.00 teneur(%)
Figure XXII : Courbe de compatibilité Eucalyptus saligna
Mémoire de D.E.A en Chimie Inorganique
31 CHOKOUADEU YOUMSSI David Vernon
Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre Tableau IX : Température maximale temps d’hydratation et facteur de compatibilité Paramètre
Cyprès
Poudre
Teneur en bois (%)
d’hydratation
0 1,00 58,50 100,00 01,25 57,40 100,00 0,75 59,70 100,00
t (h) T (C) CA (%) t (h) T (C) CA (%) t (h) T (C) CA (%)
Mousse Fibre
5,0 0,75 54,40 89,15 00,75 54,00 92,72 0,75 48,00 73,53
7,5 0,75 53,70 90,25 00,50 53,20 88,81 0,75 45,10 69,54
10,0 0,50 52,90 92,86 00,25 51,70 89,03 0,75 41,50 61,23
15,0 0,75 48,50 76,49 00,25 48,00 76,44 0,50 40,30 53,02
CA(%)
120.00
100.00
80.00
60.00
40.00
20.00 poudre mousse fibre 0.00 0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
16.0 teneur(%)
compatibilité en fonction de la teneur en bois(cyprès)
Figure XXIII : Courbe de compatibilité Cyprès
Tableau X : Température maximale temps d’hydratation et facteur de compatibilité Eucalyptus paniculata
Poudre Mousse Fibre
Paramètre d’hydratation
t (h) T (C) CA (%) t (h) T (C) CA (%) t (h) T (C) CA (%)
Mémoire de D.E.A en Chimie Inorganique
Teneur en bois (%) 0 1,25 59,40 100,00 01,25 55,70 100,00 1,25 58,50 100,00
5,0 1,00 53,90 86,57 01,00 52,10 96,27 1,00 49,90 84,86
7,5 1,00 53,80 89,61 01,25 50,90 98,48 0,75 47,30 74,62
10,0 1,00 52,60 88,74 01,00 50,10 94,96 0,75 45,20 72,20
15,0 1,00 50,80 80,30 01,00 46,60 81,08 0,50 42,40 60,84
32 CHOKOUADEU YOUMSSI David Vernon
Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre
CA(%)
120.00
100.00
80.00
60.00
40.00
20.00 poudre mousse fibre 0.00 0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
16.00 teneur (%)
compatibilité en fonction de la teneur en bois Eucalyptus paniculata
Figure XXIV : Courbe de compatibilité Eucalyptus paniculata Contrairement au ciment, le plâtre n’a pas de phase dormante. C’est pour cette raison qu’il faut être extrêmement rapide et toujours commencer par mettre en enceinte l’échantillon de 0% en bois suivie de 5%, 7.5% 10%et 15%. De cette façon, on est plus sûr de perdre moins de temps possible et d’obtenir approximativement les meilleurs temps au bout duquel on observe la température maximale d’hydratation des échantillons. L’analyse faite sous cet angle, permet aisément de comprendre les maxima de températures d’hydratations de certains échantillons obtenus, après un temps relativement plus long par rapport au plâtre pris comme référence plus particulièrement dans le cas d’Eucalyptus saligna (poudre). Le but de cette expérience étant de montrer l’aspect inhibitrice des extractibles, il convient de souligner que, malgré les observations faites sur le tmax par quelques échantillons relativement supérieur à celui du plâtre « figure type II » [29], cela ne gêne et n’écarte en rien l’objectif visé par cette étude à savoir : l’influence de ces extractibles sur le facteur de compatibilité. Effectivement, les travaux effectués dans le sens inversé de mise en enceinte à savoir 15 % suivi de 10% ,7.5 %, 5 % et 0 % n’affectent nullement la compatibilité de ces échantillons. Ce dernier paramètre reste toujours vérifier « une diminution de CA en fonction de la teneur en bois » même si dans cet ordre le t
max
n’est plus
absolument respecté dû à la rapide hydratation du plâtre et l’ordre de mise en enceinte.
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33 CHOKOUADEU YOUMSSI David Vernon
Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre Les observations précédemment énoncées qui semblaient être des anomalies restent une initiative propre du laboratoire. Ceci nous permet de vérifier effectivement l’influence de ces extractibles sur la compatibilité sans tenir compte du paramètre t max. L’influence des extractives dans son action inhibitrice reste vérifié et cela est principalement dû aux sucres libres contenu dans le bois [7]. Les paramètres tmax, Tmax et CA sont vérifiés dans le cas d’Eucalyptus saligna (poudre) où l’ordre de mise en enceinte adiabatique a été 0%, 5% ,7.5% 10% et 15%. Malgré l’action inhibitrice prouvé des extractibles, il ressort que toute les espèces étudiés dans ce manuscrit sont moins inhibitrice, car T
max
> 50°C et t
max
< 10 h [30] à 10% en teneur de
bois pour la poudre et mousse qui n’ont subi aucun traitement. Les fibres ont subit l’action chimique de quelques produits de part le processus utilisé pour leur obtention. D’une manière générale on parle des espèces inhibitrices intermédiaires jusqu'à 15 % en teneur de bois pour toutes les particules car T max > 40°C et t max < 15 h.
III-2-3 Détermination de l’espèce la plus compatible
CA(%)
120.00
100.00
80.00
60.00
40.00
20.00 E.saligna Cyprès E.Paniculata 0.00 0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00 16.00 teneur(%)
compatibilité en fonction de la teneur(poudre)
Figure XXV : Compatibilité des poudres
Mémoire de D.E.A en Chimie Inorganique
34 CHOKOUADEU YOUMSSI David Vernon
Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre
CA(%)
120.00
100.00
80.00
60.00
40.00
20.00
0.00 0.00
E.saligna cyprès E.paniculata 2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00 16.00 teneur(%)
compatibilité en fonction de la teneur(mousse)
Figure XXVI : Compatibilité des mousses
CA(%)
120.00
100.00
80.00
60.00
40.00
20.00 E.saligna cyprès E.paniculata 0.00 0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
16.00
teneur(%)
compatibilité en fonction de la teneur en bois(fibres)
Figure XXVII : Compatibilité des fibres
Mémoire de D.E.A en Chimie Inorganique
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Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre Les figures 25, 26 et 27 montrent, d'une manière générale, une compatibilité minimale au delà de 50 % pour une teneur maximale de 15% en bois dans le cas des fibres susceptible d’avoir été modifié comme on l’a souligné plus haut. Bien que cette compatibilité soit appréciable [30], il faut souligner la compatibilité supérieure de Eucalyptus paniculata par rapport aux autres essences observées dans les figures 26 et 27. L'observation faite à la figure 25, s'écarte de l'analyse précédemment effectuée mais s'explique par son taux d'humidité relativement grand, car la poudre de ce bois n'a pas été utilisée sans être suffisamment séché après son abattage. Ceci entraîne l’existence d’une forte présence des sucres libres, tanins, hémicelluloses non dégradés au moment de son utilisation. Les alcalins issus de la dissolution du liant vont attaquer les hémicelluloses et les transformés en oligosaccharides qui inhibent le durcissement de la pâte cimentaire [25]. On voit bien que l'essence ayant le plus d’extractibles, le cyprès est le moins compatible et que l’Eucalyptus paniculata est le plus compatible. Toute fois, l’incompatibilité d’une espèce avec le liant ne dépend pas toujours de la quantité d’extractible qu’elle renferme, mais de la composition chimique de celle-ci [31]. Pour cette raison, des études complémentaire dans le sens de la détermination de la composition chimique qui diffère d’une espèce de bois à l’autre sont à mené pour expliquer clairement l’incompatibilité en termes de la composition chimique et non au taux élevé d’extractible dans l’ensemble. L’analyse faite sous cet angle nous permet de comprendre l’allure de la compatibilité de courbe des espèces étudiées ainsi que les teneurs en extractibles obtenues. Pour ne pas négliger les conditions de stockage, il convient de souligner que le taux élevé de d'humidité qui est un facteur néfaste influençant la compatibilité.
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Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre III-2-4-La particule la plus compatible
CA(%)
120.00
100.00
80.00
60.00 E.saligna (poudre) cyprès (poudre) E.paniculata(poudre) E.saligna(mousse) Cyprès(mousse) E.paniculata (mousse) E.saligna(fibre) Cyprès (fibre) E.paniculata(fibre)
40.00
20.00
0.00 0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
compatibilité en fonction de la teneur
14.00 16.00 teneur(%)
Figure XXVIII : Compatibilité des différentes particules La figure 28 montre une compatibilité minimale au delà de 50 % pour une teneur maximale de 15% en bois cyprès fibres. Pour des raison précédemment évoquée, nous apprécions uniquement la compatibilité des poudre et mousses considérés comme très compatibles d’âpres l’expérience antérieurement menée sur les composites ciment-bois [30] car (CA > 68%) jusqu’à 15% de teneur en bois. La faible compatibilité des fibres observé s’explique par le fait qu’en réalité la méthode d’obtention des fibres à partir de la sciure, n’est pas un traitement chimique en vu d’améliorer la compatibilité de l’essence, mais tout simplement un procédé permettant d’obtenir la fibre. Ce procédé rend les agglomérats cellulosiques individuels en dégradant la lignine qui les rassemble. Par ce fait, les sucres libres du bois sont dénudés, leur action inhibitrice s’exprime au maximum et par conséquent inhibent au mieux l’hydratation du liant. La poudre utilisée quant à elle est de taille plus petite que les mousses et une homogénéité régulière par rapport au mousse ce qui favorise sa compatibilité. La taille des particules joue un rôle important, car plus la particule est de petite taille, il est plus favorise aussi la compatibilité. Pour mieux apprécier l’influence de la taille des particules seule la mesure des propriétés mécaniques telle la force de cisaillement.
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CONCLUSION L’analyse quantitative effectuée de la composition chimique des différents bois à partir de la poudre de bois de taille inférieure à 0.27 mm, donne les résultats suivant dans l’ordre Eucalyptus saligna, Cyprès et Eucalyptus paniculata Les teneurs respectives : cellulose, 48.6%, 48.4% et 40.4%. ; extrait à l’éthanol-benzène, 2.4%, 3.4% et 1.6% ; lignine, 38.4%, 34.3% et 36.3% ; extrait à l’eau chaude, 2.6%, 3.2% et 2.4% ; solubilité dans la soude à 1%, 12.4%, 21.6% et 12.1% et le taux des cendres, 0.1%, 0.6% et 0.3%. Les tests d’hydratation réalisés avec le plâtre, sont effectués en tenant compte d’une part des différentes espèces de bois et d’autre part des différentes particules de ces derniers. Ces tests d’hydratation ont montré que toutes les différentes espèces utilisées sont compatibles conformément à la littérature [30] car CA > 68 jusqu’à 15% en teneur de bois. Bien que toutes ces espèces soient compatibles jusqu'à 15% en teneur de bois, il existe un ordre de compatibilité : Eucalyptus paniculata est le plus compatible suivi de l’Eucalyptus saligna et enfin le Cyprès le moins compatible de tous. Cet ordre de compatibilité est justifié par les teneurs en extractibles totales (ET). Ce paramètre (ET) sera pour un facteur de control et de classification. Quant aux différentes particules, l’étude a révélé que les poudres et les mousses sont plus compatibles que les fibres obtenues dans le cadre de ce travail. Par ailleurs, il convient de souligner que malgré le fait que le facteur de compatibilité CA décroît de façon suivante : poudres, mousses, fibres, ces particules restent compatible lorsque la teneur de bois augmente jusqu'à 15%. De manière générale les bois de plantation utilisé dans ce travail sont très compatibles avec le plâtre surtout les poudres et par conséquent, bon pour la fabrication des matériaux composites.
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Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre
PERSPECTIVES Nous envisageons d’étendre ce travail en faisant une étude plus approfondie sur certains points essentiels à savoir : •
la stabilité dimensionnelle du composite dans sa conservation ; comment lutter contre le phénomène de gonflement et rétrécissement dû à l’absorption d’humidité.
•
l’étude des propriétés mécaniques en vu de mieux comprendre et apprécier l’influence des différents particules dans la compatibilité avec le plâtre. Il est important de trouver la limite en pourcentage de bois qu’il faut mélanger au plâtre pour observer la force de compressibilité maximale et limite.
•
l’influence de la taille régulière des particules pour l’obtention d’un matériau composite ayant de bonnes propriétés.
•
l’étude sur le plan économique est en cours. Il en ressort que le ciment, utilisé dans la fabrication des panneaux, couvre plus de surface que le même nombre de sac de ciment pour l’obtention des parpaings.
•
des études de rectifications en vue d’augmenter la compatibilité d’un bois récalcitrant.
•
la modification de la structure du bois, en agissant sur les groupements hydroxyles dans le but d’empêcher l’absorption d’humidité.
•
d’envisager l’étude du pH comme facteur influent de la compatibilité.
•
de modifier chimiquement les fibres de bois en utilisant certains anhydrides organiques dans le but d’augmenter d’une manière considérable les propriétés mécaniques du matériau composite à fabriquer.
•
de montrer l’influence des additifs dans l’hydratation du mélange plâtre-eau-bois.
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Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre
ANNEXE :
Temps (h) 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.00 3.25 3.50 3.75 4.00 4.25 4.50 4.75 5.00 5.25 5.50 5.75 6.00 6.25 6.50 6.75 7.00 7.25 7.50 7.75 8.00 5.00 5.25 5.50 5.75 6.00 6.25 6.50 6.75 7.00 7.25 7.50 7.75 8.00 8.25 8.50 8.75 9.00 9.25
Exemple de calcul de surfaces sous les courbes d’hydratation : cas du plâtreEucalyptus saligna(poudre)
Température d’hydratation (°C)
T.
0%
5%
7.5%
10%
15%
ambiante
bois
bois
bois
bois
bois
(°C)
43.2 55.1 56.8 55.8 54.9 54.0 53.1 52.3 51.5 50.9 50.3 49.7 49.1 48.6 48.0 47.6 47.1 46.7 46.2 45.8 45.4 45.0 44.6 44.3 43.8 43.4 43.1 42.7 42.4 42.0 41.6 41.3 41.0 45.4 45.0 44.6 44.3 43.8 43.4 43.1 42.7 42.4 42.0 41.6 41.3 41.0 40.6 40.3 40.1 39.7 39.5
28.8 31.9 38.5 51.7 53.0 53.1 52.7 52.1 51.5 50.9 50.4 49.9 49.4 49.0 48.5 48.1 47.6 47.2 46.9 46.5 46.1 45.7 45.3 45.0 44.7 44.3 44.0 43.6 43.3 42.9 42.6 42.3 42.0 46.1 45.7 45.3 45.0 44.7 44.3 44.0 43.6 43.3 42.9 42.6 42.3 42.0 41.6 41.3 41.1 40.8 40.5
28.3 29.5 31.7 40.6 45.4 48.1 49.2 49.6 49.5 49.3 49.0 48.6 48.2 47.9 47.5 47.2 46.8 46.5 46.2 45.8 45.4 45.2 44.8 44.5 44.2 43.9 43.6 43.3 43.0 42.7 42.4 42.1 41.8 45.4 45.2 44.8 44.5 44.2 43.9 43.6 43.3 43.0 42.7 42.4 42.1 41.8 41.5 41.2 41.0 40.7 40.5
27.5 28.7 31.0 40.5 45.8 48.7 49.9 50.3 50.3 50.0 49.8 49.4 49.0 48.7 48.2 47.9 47.5 47.1 46.7 46.4 46.0 45.7 45.3 44.9 44.6 44.2 43.9 43.5 43.2 42.9 42.6 42.3 42.0 46.0 45.7 45.3 44.9 44.6 44.2 43.9 43.5 43.2 42.9 42.6 42.3 42.0 41.6 41.3 41.1 40.8 40.5
28.2 28.8 29.8 32.9 35.3 38.1 40.7 42.8 44.0 44.7 45.0 45.1 44.9 44.8 44.5 44.2 43.9 43.7 43.4 43.1 42.7 42.4 42.1 41.9 41.6 41.2 41.0 40.7 40.4 40.1 39.8 39.6 39.2 42.7 42.4 42.1 41.9 41.6 41.2 41.0 40.7 40.4 40.1 39.8 39.6 39.2 39.0 38.8 38.6 38.3 38.1
Mémoire de D.E.A en Chimie Inorganique
27.2 27.1 27.1 27.1 27.3 27.2 27.3 27.7 28.0 28.1 28.2 28.4 28.3 27.7 28.1 28.4 28.5 28.9 28.7 28.5 28.1 27.9 27.7 27.8 27.7 27.7 27.6 27.5 27.5 27.1 27.0 27.1 26.5 28.1 27.9 27.7 27.8 27.7 27.7 27.6 27.5 27.5 27.1 27.0 27.1 26.5 27.1 27.2 27.3 27.5 27.5
Surfaces cumulatives sous la courbe
12.3 26.3 40.4 54.2 67.8 81.2 94.3 107.3 120.1 132.7 145.2 157.6 169.8 181.9 193.8 205.7 217.4 229.0 240.5 251.9 263.2 274.4 285.5 296.5 307.4 318.2 329.0 339.6 350.2 360.6 371.0 381.3 251.9 263.2 274.4 285.5 296.5 307.4 318.2 329.0 339.6 350.2 360.6 371.0 381.3 391.5 401.6 411.6 421.6 431.5
7.6 16.4 27.7 40.8 54.0 67.2 80.3 93.2 106.0 118.7 131.2 143.7 156.0 168.1 180.2 192.2 204.0 215.8 227.5 239.0 250.5 261.9 273.2 284.4 295.5 306.6 317.5 328.4 339.1 349.8 360.4 371.0 239.0 250.5 261.9 273.2 284.4 295.5 306.6 317.5 328.4 339.1 349.8 360.4 371.0 381.4 391.8 402.1 412.3 422.5
7.3 14.9 23.9 34.7 46.4 58.5 70.8 83.2 95.6 107.8 120.0 132.1 144.2 156.1 167.9 179.7 191.3 202.9 214.4 225.8 237.1 248.4 259.6 270.6 281.7 292.6 303.5 314.2 325.0 335.6 346.2 356.6 225.8 237.1 248.4 259.6 270.6 281.7 292.6 303.5 314.2 325.0 335.6 346.2 356.6 367.1 377.4 387.7 397.9 408.0
7.1 14.5 23.5 34.2 46.0 58.3 70.8 83.4 95.9 108.4 120.8 133.1 145.3 157.4 169.5 181.4 193.2 204.9 216.6 228.1 239.6 251.0 262.2 273.4 284.5 295.5 306.5 317.3 328.1 338.7 349.4 359.9 228.1 239.6 251.0 262.2 273.4 284.5 295.5 306.5 317.3 328.1 338.7 349.4 359.9 370.3 380.7 391.0 401.2 411.4
7.2 14.5 22.3 30.8 39.9 49.8 60.2 71.1 82.2 93.4 104.6 115.9 127.1 138.3 149.4 160.4 171.3 182.2 193.0 203.7 214.4 224.9 235.4 245.9 256.2 266.5 276.7 286.9 296.9 306.9 316.8 326.7 203.7 214.4 224.9 235.4 245.9 256.2 266.5 276.7 286.9 296.9 306.9 316.8 326.7 336.5 346.2 355.9 365.5 375.0
42 CHOKOUADEU YOUMSSI David Vernon
6.8 13.6 20.4 27.1 33.9 40.7 47.6 54.6 61.6 68.6 75.7 82.8 89.8 96.7 103.8 110.9 118.1 125.3 132.4 139.5 146.5 153.5 160.4 167.3 174.3 181.2 188.1 194.9 201.8 208.5 215.3 222.0 139.5 146.5 153.5 160.4 167.3 174.3 181.2 188.1 194.9 201.8 208.5 215.3 222.0 228.7 235.5 242.3 249.1 256.0
Compatibilité de quelques espèces de bois de plantations avec le plâtre 9.50 9.75 10.00 10.25 10.50 10.75 11.00 11.25 11.50 11.75 12.00 12.25 12.50 12.75 13.00 13.25 13.50 13.75 14.00 14.25 14.50 14.75 12.25 12.50 12.75 13.00 13.25 13.50 13.75 14.00 14.25 14.50 14.75
39.2 38.9 38.6 38.3 38.1 37.9 37.7 37.4 37.2 36.9 36.8 36.5 36.3 36.0 35.9 35.6 35.5 35.3 35.0 34.9 34.7 34.6 36.5 36.3 36.0 35.9 35.6 35.5 35.3 35.0 34.9 34.7 34.6
40.2 40.0 39.7 39.4 39.2 38.9 38.7 38.4 38.3 38.0 37.8 37.6 37.3 37.1 36.9 36.7 36.5 36.3 36.1 35.9 35.8 35.5 37.6 37.3 37.1 36.9 36.7 36.5 36.3 36.1 35.9 35.8 35.5
40.2 40.0 39.7 39.5 39.3 39.0 38.9 38.6 38.4 38.2 38.0 37.8 37.6 37.3 37.2 36.9 36.7 36.6 36.4 36.2 36.0 35.8 37.8 37.6 37.3 37.2 36.9 36.7 36.6 36.4 36.2 36.0 35.8
40.2 40.0 39.7 39.4 39.2 38.9 38.7 38.5 38.3 38.0 37.8 37.6 37.4 37.1 36.9 36.7 36.5 36.3 36.1 35.9 35.8 35.5 37.6 37.4 37.1 36.9 36.7 36.5 36.3 36.1 35.9 35.8 35.5
37.8 37.7 37.4 37.2 37.0 36.8 36.6 36.4 36.2 36.0 35.8 35.6 35.5 35.2 35.1 34.9 34.7 34.6 34.5 34.3 34.1 33.9 35.6 35.5 35.2 35.1 34.9 34.7 34.6 34.5 34.3 34.1 33.9
Mémoire de D.E.A en Chimie Inorganique
27.4 27.4 27.3 27.3 27.2 27.1 27.1 27.1 27.0 27.0 27.0 26.9 26.9 26.9 26.9 26.8 26.7 26.7 26.7 26.6 26.5 26.5 26.9 26.9 26.9 26.9 26.8 26.7 26.7 26.7 26.6 26.5 26.5
441.3 451.1 460.8 470.4 479.9 489.4 498.9 508.3 517.6 526.9 536.1 545.2 554.3 563.4 572.4 581.3 590.2 599.0 607.8 616.6 625.3 633.9 545.2 554.3 563.4 572.4 581.3 590.2 599.0 607.8 616.6 625.3 633.9
432.6 442.6 452.6 462.5 472.3 482.0 491.7 501.4 511.0 520.5 530.0 539.4 548.8 558.1 567.3 576.5 585.7 594.8 603.8 612.8 621.8 630.7 539.4 548.8 558.1 567.3 576.5 585.7 594.8 603.8 612.8 621.8 630.7
418.1 428.1 438.1 448.0 457.9 467.6 477.4 487.1 496.7 506.3 515.8 525.3 534.7 544.1 553.4 562.6 571.8 581.0 590.1 599.2 608.2 617.2 525.3 534.7 544.1 553.4 562.6 571.8 581.0 590.1 599.2 608.2 617.2
421.5 431.5 441.5 451.4 461.2 471.0 480.7 490.3 499.9 509.4 518.9 528.3 537.7 547.0 556.3 565.5 574.6 583.7 592.8 601.8 610.7 619.7 528.3 537.7 547.0 556.3 565.5 574.6 583.7 592.8 601.8 610.7 619.7
384.5 393.9 403.3 412.7 421.9 431.2 440.3 449.5 458.5 467.6 476.5 485.5 494.3 503.2 512.0 520.7 529.4 538.1 546.7 555.3 563.9 572.4 485.5 494.3 503.2 512.0 520.7 529.4 538.1 546.7 555.3 563.9 572.4
43 CHOKOUADEU YOUMSSI David Vernon
262.9 269.7 276.6 283.4 290.2 297.0 303.8 310.5 317.3 324.1 330.8 337.5 344.3 351.0 357.7 364.4 371.1 377.8 384.5 391.1 397.8 404.4 337.5 344.3 351.0 357.7 364.4 371.1 377.8 384.5 391.1 397.8 404.4
