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Réticulation géopolymérique a basse température de quelques aluminosilicates

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par Patrick LEMOUGNA NINLA
Université de Yaoundé I - D.E.A 2008
  

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REPUBLIQUE DU CAMEROUN
Paix - Travail - Patrie
REPUBLIC OF CAMEROON
Peace - Work - Fatherland

UNIVERSITE DE YAOUNDE I

THE UNIVERSITY OF YAOUNDE I

FACULTE DES SCIENCES

DEPARTEMENT DE CHIMIE
INORGANIQUE

FACULTY OF SCIENCE

DEPARTMENT OF INORGANIC CHEMISTRY

LABORATOIRE DE PHYSICO-CHIMIE DES MATERIAUX MINERAUX
PHYSICO-CHEMISTRY OF MINERAL MATERIALS LABORATORY

RETICULATION GEOPOLYMERIQUE A BASSE

TEMPERATURE DE QUELQUES

ALUMINOSILICATES

MEMOIRE
Présenté et soutenu en vue de l'obtention du
Diplôme d'Etudes Approfondies (D.E.A) en Chimie Inorganique

Par
LEMOUGNA NINLA Patrick

Maître en Chimie
Mat : 01U481

Sous la Direction de :
Dr. UPHIE CHINJE MELO
Chargée de Cours

Année académique 2007-2008

TABLE DES MATIERES

DEDICACES IV

REMERCIEMENTS V

LISTE DES FIGURES VII

LISTE DES TABLEAUX IX

LISTE DES ABREVIATIONS X

RESUME XI

ABSTRACT XII

INTRODUCTION 1

CHAPITRE I : GENERALITES SUR QUELQUES SILICATES NATURELS ET LA GEOPOLYMERISATION 3

I-1 : LE SOL 4

I-1-1 : Les minéraux argileux, les latérites et les pouzzolanes 5

I-1-1-1 : Les minéraux argileux 5

I-1-1-2 : Les latérites 7

I-1-1-3 : Les pouzzolanes 7

I-2 : LA STABILISATION DES SOLS 7

I-2-1 : La stabilisation mécanique 8

I-2-2 : La stabilisation physique 9

I-2-3 : La stabilisation chimique 9

I-2-3-1 : La stabilisation à la chaux 9

I-2-3-2 : La stabilisation au ciment 10

I-3 : LA GEOPOLYMERISATION 10

I-3-1 : Les Zéolites 11

I-3-2 : Les terminologies et l'historique des géopolymères 12

I-3-3 : La réticulation géopolymérique à basse température (L.T.G.S) 13

I-3-3-1 : La L.T.G.S et les matériaux de construction 15

I-3-3-2 : Le temps et l'énergie dans les procédés L.T.G.S 15

I -3-4 : Les réactions de polycondensation 16

I-3-5 : l'influence de la nature des matières premières sur le processus de géopolymérisation 18

I -3-5-1: L'influence de la nature des ions alcalins dans le processus de géopolymérisation 19

I-3-5-2 : l'influence des ions calciums 20

I-3-5-3 : Les facteurs influençant la résistance à la compression 20

I-4 : LES CIMENTS GEOPOLYMERES 21

CHAPITRE II : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES 23

II-1 : LES MATERIAUX 24

II-1-1 : Les Matériaux Naturels 24

II-1-1-1 : L'argile sableuse de Nkolbisson 24

II-1-1-2 : La latérite d'Ekoumdoum 24

II-1-1-3 : La pouzzolane de Djoungo 24

II-1-2 : Les matériaux synthétiques 26

II-2 : LES METHODES DE CARACTERISATION DES MATIERES PREMIERES 27

II-2-1 : La caractérisation physique des matériaux argileux 27

II-2-1-1 : L'analyse granulométrique par tamisage humide 27

II-2-1-2 : L'analyse granulométrique par sédimentométrie 27

II-2-1-3 : La plasticité 29

II-2-2 : La composition chimique des matériaux naturels 30

II-2-3 : L'analyse minéralogique des matériaux 31

II-2-4 : La granulométrie laser et la surface spécifique des poudres d'aluminosilicates 31

II-3 : LA METHODE EXPERIMENTALE D'ELABORATION DES MATERIAUX GEOPOLYMERES 31

II-3-1 : La préparation des matières premières 31

II-3-2 : L'élaboration des formulations et le façonnage des éprouvettes 32

II-3-3 : Le traitement thermique des différentes formulations 32

II-4 : LA CARACTERISATION PHYSICO-CHIMIQUE DES PRODUITS OBTENUS 32

II-4-1 : Le pourcentage d'absorption d'eau et la masse volumique apparente 32

II-4-2 : La résistance à la compression 33

II-4-3 : La Microstructure 34

CHAPITRE III : RESULTATS ET INTERPRETATION 35

III-1 : LA CARACTERISATION PHYSIQUE DES MATERIAUX ARGILEUX 36

III-1-1 : L'analyse granulométrique 36

III-1-2 : La plasticité 36

III-2: LA COMPOSITION CHIMIQUE DES MATERIAUX 37

III-3: L'ANALYSE MINERALOGIQUE DES MATERIAUX 38

III-4 : LA CARACTERISATION GRANULOMETRIQUE DES POUDRES BROYEES 43

III-4-1 : Les surfaces spécifiques des poudres utilisées 43

III-4-2 : La granulométrie laser des poudres utilisées 43

III-5 : LES PROPRIETES PHYSIQUES DES PRODUITS OBTENUS 46

III-5-1 : Le pourcentage d'absorption d'eau et la masse volumique apparente 47

III-5-2 : La résistance à la compression 53

III-5-3 : La Microstructure (MEB) 57

III-6 : DISCUSSION GENERALE 58

CONCLUSION ET PERSPECTIVES 61

ANNEXES 68

DEDICACES

Jcents dcentsdicents ccents n2moim
fl mon IDO., Mr isemoueNiti Pascal,
Ma mO, mmo isemouelliti ncentscents mitieuebourie J.DOLIiSrl,
en tmoignag dcents toutcents mon of fcentsction, Jcents vous suis tr0
meonnaissant pour W saerifies n vous ava eonnntis
pour moi.

REMERCIEMENTS

Ce travail est le fruit d'une collaboration fructueuse entre les hommes. Je remercie le tout puissant, le très miséricordieux de sa grâce, sa protection sans lesquelles je n'aurais jamais pu réaliser ce travail. Nous remercions aussi tous ceux qui de près ou de loin y ont contribué. Il s'agit notamment de :

- Dr UPHIE CHINJE MELO, chargée de cours à l'Université de Yaoundé 1 et Directeur de la Mission de Promotion des Matériaux Locaux (MIPROMALO), pour le financement de ce travail par la MIPROMALO. Son dynamisme et sa rigueur ont été pour moi une source permanente d'encouragement. Ma profonde gratitude lui est également acquise pour avoir dirigé ce travail;

- Pr Daniel NJOPWOUO, Chef du Département de Chimie Inorganique et Chef du laboratoire de physico-chimie des matériaux minéraux, pour m'avoir accepté dans son laboratoire, pour ses conseils et ses encouragements;

- Pr BELOMBE, pour ses conseils, et ses multiples encouragements ;

- Dr Antoine ELIMBI pour ses conseils, sa disponibilité et ses encouragements ; - Dr DJOUFACK, pour ses conseils, et ses encouragements ;

- Tous les enseignants du Département de Chimie Inorganique, pour la formation qu'ils nous ont donnée.

Nos remerciements vont également à :

- Mr KAMSEU, pour l'aide à la réalisation des analyses, la facilitation de l'accès à la documentation et ses multiples encouragements.

- Mr BILLONG, pour la facilitation de l'accès à la documentation et ses multiples encouragements.

- Mr BALO, pour la facilitation de l'accès à la documentation et ses encouragements. - Dr NJOYA André, pour ses conseils et la facilitation de l'accès à la documentation.

Nos remerciements vont enfin à :

- Mr TCHAPTCHET, Mr NZEUKOU, Mr TENE, Mr TCHAMBA, Mr SUILABAYU, Mr KEMMEUGNI pour leur soutien moral ;

- Mes aînés de laboratoire, Dr FOTIO et Dr NJOYA DAÚROU, pour leur soutien moral; - Mes camarades de promotion, pour l'ambiance conviviale et fraternelle;

- Toute ma famille, mes frères et amis (GUEMETA Jean Bernard, TCHIFFO Stéphane, HAROUNA MASSAï, ABDOUL RAHMAN, AMOUD Jean- Jacques), pour leur soutien moral ;

- Les membres du jury, pour leur contribution à l'amélioration de ce travail.

LISTE DES FIGURES

Figure 1 : Eléments structuraux des minéraux argileux [6]. 5

Figure 2: Structure de la kaolinite (minéral argileux type 1/1) 6

Figure 3: Structure du réseau de Na-poly(sialate) et du zéolite A [3] 11

Figure 4: Types de poly(sialates) [21]. 12

Figure 5 : Polycondensation du quartz silanol Si-OH avec les poly(sialates) [21]. 14

Figure 6: Résistance à la compression en MPa d'un sol kaolinitique non traité et traité par L.T.G.S 14

Figure 7 : Energies et temps de production des céramiques traditionnelles et céramiques L.T.G.S [24].

15

Figure 8: Modèle conceptuel explicitant la structure des géopolymères [27]. 18

Figure 9: Processus de prise du ciment géopolymère potassium poly(sialate-siloxo)[23] 21

Figure 10 : Carte de localisation des zones de prélèvement des échantillons de la ville de Yaoundé 25

Figure 11 : Courbes granulométriques des matériaux LE et AN. 36

Figure 12: Diffractogramme de rayons X de l'argile Nkolbisson, calcinéé et non calcinéé 39

Figure 13: Diffractogramme de rayons X de la latérite d'Ekoumdoum, calcinée et non calcinée 40

Figure 14: Diffractogramme de rayons X de la pouzzolane de Djoungo, calcinée et non calcinée 41

Figure 15 : Granulométrie laser du matériau AN 43

Figure 16 : Granulométrie laser du matériau AN calciné à 700 °C 44

Figure 17 : Granulométrie laser du matériau LE 44

Figure 18: Granulométrie laser du matériau LE calciné à 700 °C 44

Figure 19: Granulométrie laser du matériau PD 45

Figure 20: Granulométrie laser du matériau PD calciné à 700 °C 45

Figure 21 : Efflorescences observées sur les matériaux AN à 10% de R, juste avant traitement 47

Figure 22 : Pourcentage d'absorption d'eau des géopolymères obtenus à base de AN 48

Figure 23 : Masse volumique apparente des géopolymères obtenus à base de AN 48

Figure 24: Pourcentage d'absorption d'eau des géopolymères obtenus à base de LE 49

Figure 25 : Masse volumique apparente des géopolymères obtenus à base de LE 50

Figure 26 : Pourcentage d'absorption d'eau des géopolymères obtenus à base de PD 51

Figure 27 : Masse volumique apparente des géopolymères obtenus à base de PD 51

Figure 28 : Pourcentage d'absorption d'eau des géopolymères obtenus à base de PD 700°C 52

Figure 29 : Masse volumique apparente des géopolymères obtenus à base de PD 700°C 52

Figure 30: Résistance à la compression des géopolymères obtenus à base de AN 53

Figure 31: Résistance à la compression des géopolymères obtenus à base de LE 54

Figure 32: Résistance à la compression des géopolymères obtenus à base de PD 55

Figure 33: Résistance à la compression des géopolymères obtenus à base de PD 700°C 56

Figure 34 : Microstructure des géopolymères obtenus à partir de AN à 10% R et traité à 450°C 57

Figure 35 : Microstructure des géopolymères obtenus à partir de LE à 10% R et traité à 450°C 57

Figure 36: Microstructure des géopolymères obtenus à partir de PD 700 °C à 10% R et traité 450°C 57

Figure 37: Schéma de la polycondensation hydrothermale de Na- poly(syalate)[3]. 59

Figure 38 : Structure de l'anorthite 59

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : Pourcentages comparatifs en poids et volume des éléments présents dans les 20 premiers

Km de l'épaisseur terrestre 4

Tableau 2: Classification des minéraux argileux 6

Tableau 3: Localisation géographique des sites de prélèvement des matériaux étudiés 25

Tableau 4: Caractéristiques physicochimiques du silicate de sodium utilisé 26

Tableau 5 : Résultats du test de plasticité des matériaux LE et AN. 37

Tableau 6 : Analyse chimique des matériaux LE, AN et PD. 37

Tableau 7 : Surface spécifique des matériaux LE, AN et PD. 43

Tableau 8 : Analyse granulométrique par tamisage humide de AN 69

Tableau 9 : Analyse granulométrique par tamisage humide de LE 69

Tableau 10 : Analyse granulométrique par sédimentométrie de AN 69

Tableau 11 : Analyse granulométrique par sédimentométrie de LE 70

Tableau 12 : Pourcentage d'absorption d'eau des géopolymères obtenus à base de AN 70

Tableau 13 : Masses volumiques apparentes des géopolymères obtenus à base de AN 70

Tableau 14 : Résistances à la compression des géopolymères obtenus à base de AN 71

Tableau 15 : Pourcentage d'absorption d'eau des géopolymères obtenus à base de LE 71

Tableau 16 : Masses volumiques apparentes des géopolymères obtenus à base de LE 71

Tableau 17 : Résistances à la compression des géopolymères obtenus à base de LE 71

Tableau 18 : Pourcentage d'absorption d'eau des géopolymères obtenus à base de PD 72

Tableau 19 : Masses volumiques apparentes des géopolymères obtenus à base de PD 72

Tableau 20 : Résistances à la compression des géopolymères obtenus à base de PD 72

Tableau 21 : Pourcentage d'absorption d'eau des géopolymères obtenus à base de PD 700 °C 72

Tableau 22 : Masses volumiques apparentes des géopolymères obtenus à base de PD 700°C 72

Tableau 23 : Résistances à la compression des géopolymères obtenus à base de PD 700 °C 73

LISTE DES ABREVIATIONS

AN: Argile de Nkolbisson

AN 700°C: Argile de Nkolbisson calcinée à 700°C

A.S.T.M: American Society for Testing Materials

CAH : Calcium Alumino Hydrate

CASH: Calcium Alumino Silicate Hydrate

CSH: Calcium Silicate Hydrate

ICP-AES: Inductive Coupled Plasma by Atomic Emission Spectrometry LE: Latérite d'Ekoumdoum

LE 700°C: Latérite d'Ekoumdoum calcinée à 700°C

LFP: lime fixation point

L.T.G.S: Low Temperature Geopolymeric Setting

MPa: Mega Pascal

PCDS: Polycyclodisialate PD: Pouzzolane de Djoungo

PD 700°C: Pouzzolane de Djoungo calcinée à 700°C

PS: Poly(sialate)

PSDS: Poly(sialate-disiloxo) PSS: Poly(sialate-siloxo) PVC: Polyvinyl Chloride

R : Réactif géopolymère

RESUME

Le but de ce travail est de pouvoir explorer les possibilités de synthèse des matériaux de construction géopolymères à partir de certaines matières premières aluminosilicates disponibles au Cameroun. L'analyse chimique des trois types de matières premières aluminosilicates (argile de Nkolbisson (AN), latérite d'Ekoumdoum (LE) et pouzzolane de Djoungo (PD)) ayant fait l'objet de notre étude a montré que leurs rapports SiO2 /Al2O3 sont égales à 5,25 ; 2,54 ; et 5,52 respectivement. Les minéraux aluminosilicates sont respectivement la kaolinite dans AN et LE, l'anorthite et le plagioclase dans PD.

Afin d'évaluer l'influence de l'amorphisation sur le degré de réactivité de nos matières premières aluminosilicates, des échantillons de matériaux AN, LE, et PD a été calcinée à 700 °C pendant 6 heures. Les différentes formulations pour la synthèse des matériaux géopolymères ont été réalisées en faisant varier la teneur en réactif géopolymère de 0 à 10%, à intervalle de 2%, par rapport aux masses de poudres sèches pour les matériaux AN et LE. Pour le matériau PD, les teneurs en réactif géopolymère ont été respectivement 0, 2, 6 et 10%.

Les éprouvettes façonnées de chaque formulation ont ensuite été traitées thermiquement à 250°C, 350°C, et 450°C pendant 5 heures pour chaque température d'étude.

Les résultats obtenues montrent que les matériaux AN et LE calcinés ne se consolident pas dans nos conditions de travail (plage de température de traitement thermique et plage de concentration du réactif géopolymère). Les matériaux AN, LE, (non calcinés), et PD (calciné ou non), réagissent bien dans nos conditions de travail et pourraient être utilisés comme matériaux de construction. La détermination de leurs propriétés physiques montre les masses volumiques apparentes sont comprises entre 1,59 et 1,9 g/cm3 ; les pourcentages d'absorption d'eau sont compris entre 9 et 26,6% ; les résistances maximales à la compression sont comprises entre 9,55 et 29,7 MPa.

Les masses volumiques apparentes et les résistances à la compression croissent avec l'augmentation de la teneur en réactif géopolymère alors que le pourcentage d'absorption d'eau décroit. La résistance à la compression croît avec l'augmentation du rapport SiO2/Al2O3 de nos matières premières aluminosilicates.

La microstructure des matériaux fait état d'une phase homogène pour les géopolymères à base de AN et LE, et d'une phase hétérogène, plus microporeuse, pour les géopolymères à base de PD.

Mots clés : aluminosilicates, géopolymères, matériaux, traitement thermique, propriétés physiques.

ABSTRACT

The aim of this study is to explore possibilities of the synthesis of geopolymer construction materials from some aluminosilicate raw materials available in Cameroon. The chemical analyses of the three samples under study (clay from Nkolbisson (AN), laterite from Ekoumdoum (LE) and Pouzzolana from Djoungo (PD)) have revealed that the ratio of SiO2/Al2O3 are respectively 5.25, 2.54, and 5.52. The aluminosilicates compounds are respectively kaolinite in AN and LE, anorthite and plagioclase in PD.

Samples (AN, LE and PD) was calcinated at 700°C for 6 hours in order to study the influence of amorphisation on the raw materials' reactivity. The various formulations were realised by varying the geopolymer reagent between 0 to 10%, at 2% interval, with respect to the powders' dry masses for samples AN and LE. For sample PD, the proportions of the geopolymer reagent were 0, 2, 6 and 10%.

The moulded samples for each formulation were later on subjected to a thermal treatment at 250, 350 and 450°C for 5 hours.

The obtained results reveal that calcinated samples AN and LE do not consolidate in our working conditions (thermal treatment temperature range and geopolymer reagent concentration range). Samples AN, LE and PD (calcinated or not) react well in our working conditions and can be used for construction purposes. The investigation of their physical properties shows that values of bulk density vary between 1.59 and 1.90 g/cm3, those of water absorption between 9 and 26,6%, and the maximum values of compressive strength between 9,55 and 29,7 MPa. The bulk density and compressive strength increase with an increase in geopolymer reagent content meanwhile water absorption decreases. The compressive strength increases with an increase in the SiO2/Al2O3 ratio of the raw materials.

The microstructure of the geopolymers reveals a homogenous phase in AN and LE, and a heterogenous and more porous (micro) phase for PD.

Key words: aluminosilicates, geopolymers, materials, thermal treatment, physical properties.

INTRODUCTION

Depuis plus de cent cinquante ans, l'objectif de la science chimique était la compréhension et la réplication des différents matériaux caractérisant le règne animal et le règne végétal. Cette recherche biochimique a abouti à la création des matières plastiques, des fibres synthétiques, de la biochimie, et de la médecine moderne [1]. Cependant, ce n'est que depuis 1970 que les sciences chimiques, minéralogiques, géologiques sont parvenues à élaborer des matériaux pouvant répliquer le règne minéral. Il est actuellement possible de synthétiser en laboratoire pratiquement tous les types de matériaux minéralogiques, mais les résultats les plus spectaculaires sont obtenus avec les géopolymères de type aluminosilicate ou polysialate [1,2]. Introduit pour la première fois en 1978 par le professeur Joseph Davidovits [3], le terme géopolymère désigne les polymères inorganiques de structure

tridimensionnelle formés à basse température par polycondensation des aluminosilicates [2-5]. Dès lors, les propriétés chimiques et physiques intéressantes de ces matériaux suscitèrent l'intérêt de la communauté scientifique, et les activités de recherche y afférentes permirent de développer de nombreuses applications. A nos jours, les géopolymères sont utilisés dans l'ingénierie aéronautique, l'industrie nucléaire, la reproduction d'objets d'art, les matériaux de construction, l'isolation thermique des fours, etc. [2-4]. Les matériaux géopolymères utilisés dans la construction présentent d'excellentes propriétés mécaniques et thermiques.

Au Cameroun, malgré la grande disponibilité des matières premières adéquates pour la synthèse des matériaux géopolymères, les avantages de cette technologie demeurent encore très peu exploités. Le secteur des matériaux de construction reste dominé par des matériaux importés dont les prix ne cessent de croître. Si nous prenons l'exemple du ciment, son prix s'est accru de près de 51% ces onze dernières années. Cette évolution vertigineuse des prix, entretenue par une pauvreté du tissu industriel d'entreprises produisant les matériaux de construction, rend difficile l'accès à l'habitat à une grande fraction de la population à revenus limités. Le développement des matériaux de construction géopolymères, dont les procédés de synthèse ont l'avantage d'être écologiques, avec une faible production des gaz à effet de serre par rapport aux matériaux de construction conventionnels localement produits, pourrait contribuer de façon significative à l'accroissement d'offre en matériaux de construction sur le marché camerounais. Ces matériaux, moins énergétivores que les briques cuites et les

ciments pouzzolaniques, pourraient se synthétiser par des procédés chimiques à partir des terres d'argiles latéritiques très disponibles sur l'étendue du territoire.

La maîtrise de ces procédés constitue à l'heure actuelle un des axes prioritaires de recherche dans plusieurs laboratoires dont celui de physico-chimie des matériaux minéraux de la Faculté des Sciences de l'Université de Yaoundé I et celui d'analyse des matériaux de la Mission de Promotion des Matériaux Locaux (MIPROMALO).

L'objectif de cette étude est de pouvoir étudier les paramètres de formulation des produits de construction géopolymères à base de matières premières aluminosilicates disponibles.

Notre rapport d'étude s'articule en trois chapitres :

- le chapitre I présente les généralités sur quelques silicates naturels, la géopolymérisation, et les paramètres pouvant influencer les propriétés physiques et mécaniques des produits géopolymères;

- les caractéristiques sur les matériaux étudiés ainsi que les méthodes expérimentales utilisées constituent le chapitre II ;

- dans le troisième chapitre, nous présenterons les résultats obtenus et proposerons une interprétation.

GENERALITES SUR QUELQUES SILICATES NATURELS ET LA
GEOPOLYMERISATION

CHAPITRE I :

I-1 : LE SOL

Le sol est la fraction solide de la sphère terrestre. A la surface du sol, la terre est un matériau meuble, d'épaisseur variable, qui supporte les êtres vivants, leurs ouvrages, et poussent les végétaux. Elle résulte de la transformation de la roche mère sous-jacente sous

l'influence de divers processus physiques, chimiques, biologiques, liés aux conditions bioclimatiques et à la vie animale et végétale [6]. Le matériau terre est constitué de plusieurs éléments :

- les constituants gazeux : principalement l'air ;

- les constituants liquides : principalement l'eau ;

- les constituants solides : la matière minérale et organique.

La composition chimique moyenne ainsi que les pourcentages comparatifs en poids et en volume des éléments présents dans les 20 premiers km d'épaisseur de la croûte terrestre sont consignés dans le tableau 1.

Tableau 1 : Pourcentages comparatifs en poids et volume des éléments présents dans les 20 premiers km de l'épaisseur terrestre [6].

Oxydes

% en poids

Eléments

% en poids

% en volume

Rayon

 

des oxydes

 

des éléments

des éléments

ionique en ?

 
 

O

46,7

92

1,3

SiO2

59,0

Si

27,7

0,8

0,4

Al2O3

15,5

Al

8,1

0,8

0,6

Fe2O3

7,0

Fe

5,1

0,7

0,7

CaO

5,0

Ca

3,6

1,6

1,0

Na2O

4,0

Na

2,7

1,5

1,0

K2O

3,0

K

2,6

2,1

1,3

MgO

3,5

Mg

2,1

0,6

0,8

TiO2

1,0

Ti

0,5

0,1

0,6

L'écorce terrestre, de composition chimique riche en silice et alumine, constitue par conséquent une source importante de matières premières aluminosilicates disponibles pour les réactions de géopolymérisation.

I-1-1 : Les minéraux argileux, les latérites et les pouzzolanes I-1-1-1 : Les minéraux argileux

Les minéraux argileux sont les silicates hydratés d'aluminium plus ou moins complexes, principalement sous forme de fines lamelles (phyllosilicates) [6,7]. Pour la construction de ces minéraux, la nature a fait appel à deux types de moellons : le tétraèdre, constitué d'un silicium entouré de quatre oxygènes (coordination 4), et l'octaèdre, ayant un atome d'aluminium (de magnésium ou de fer) entouré de six oxygènes (coordination 6) [6].

Figure 1 : Eléments structuraux des minéraux argileux [6].

La distance inter-réticulaire (d) sépare 2 feuillets successifs. Les substitutions d'atomes sont fréquentes dans les feuillets et l'édifice cristallin peut être désorganisé. D'après la structure du feuillet, on distingue principalement les argiles 1/1 (1 couche tétraédrique et 1 couche octaédrique), les argiles 2/1 (2 couches tétraédriques et 1 couche octaédrique), et les argiles 2/1/1 (deux couches tétraédriques et deux couches octaédriques) [7,8]. Le sol camerounais regorge de nombreux gisements d'argiles non exploités. L'on note toutefois quelques utilisations des matériaux argileux camerounais dans la production des briques cuites et poteries. La figure 2 et le tableau 2 présentent respectivement la structure d'un minéral argileux de type 1/1 et la classification des minéraux argileux.

Figure 2: Structure de la kaolinite (minéral argileux type 1/1)

Tableau 2: Classification des minéraux argileux (le premier chiffre désignant le nombre de couches tétraédriques, le second et le troisième, celui des couches octaédriques (dioctaédrique ou trioctaédrique) [8].

Type Groupe Sous-groupe Especes Formules

1/1

Kaolinite

Kaolinite Dickite

Nacrite Kaolinite Métahalloysite Halloysite

Si2O5Al2(OH)4 Si2O5Al2(OH)4 Si2O5Al2(OH)4 Si2O5Al2(OH)4 Si2O5Al2(OH)4 4H2O

Serpentine Anti gorite Si2O5M g3(OH)4

Talc Pyrophyllite Pyrophyllite Si4O10Al2(OH)2

Talc Talc Si4O1oM g3(OH)2

2/1

Smectite Smectite

dioctaedrique

Montmorillonite Si4O1o(Al1,67M go,33)(OH)2

 
 

Smectite trioctaedrique

Saponite (Si3,67Alo,33)O10M g3 (OH)2

Vermi Vermiculite Vermiculite (Si,Al)4O1o(Al,Fe
·
·
·)2(OH)2

culite dioctaédrique dioctaèdrique

Vermiculite Vermiculite (Si,Al)4O10(M g,Fe
·
·
·)2(OH)2

trioctaedrique

Micas Micas Muscovite K(Si3Al)O10Al2(OH)2

dioctaedrique

Micas Phlo gopite K(Si3Al)O1oM g3(OH)2

trioctaedrique

2/1/1 Chlorite Chlorite dioctaedrique Sudoite (Si,Al)4O10Al4(OH)8

Chlorite trioctaedrique Espèces différentes (Si,Al)4O10(M g,Fe
·
·
·)6(OH)8

I-1-1-2 : Les latérites

Les latérites sont des terres très altérées, qui contiennent des proportions importantes mais très variables d'oxydes de fer et d'aluminium, ainsi que du quartz et d'autres minéraux. On les trouve abondamment dans la ceinture tropicale et subtropicale, généralement juste en dessous de la surface des immenses plaines ou clairières, dans des régions à précipitation importante. Leur caractéristique d'ameublissement naturel varie du conglomérat compact à la terre friable. La couleur est très variable : ocre, rouge, brune, violette et noire. Le matériau est facile à découper, et il durcit très vite à l'air et devient assez résistant aux agents météorologiques [9]. Le sol Camerounais est très riche en cuirasses latéritiques. Ces latérites sont fréquemment utilisées dans les travaux routiers ou dans la production des matériaux de construction (adobes, brique de terre comprimée...).

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