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p
UNIVERSITÉ DE YAOUNDÉ
I
THE UNIVERSITY OF YAOUNDE I
REPUBLIQUE DU CAMEROUN
REPUBLIC OF
CAMEROON
Paix - Travail - Patrie
Peace - Work -
Fatherland
FACULTÉ DES SCIENCES
FACULTY OF
SCIENCE
DÉPARTEMENT DE
CHIMIE
INORGANIQUE
DEPARTMENT OF INORGANIC
CHEMISTRY
CON TRIBUTION A LA DIMINUTION DES
CASSES DANS LA PRODUCTION DES
BRIQUES DE TERRE CUITE A LA
PROMOBAT
MÉMOIRE
Présenté et soutenu en
vue de l'obtention du
Diplôme d'Études Supérieures
Spécialisées (D.E.S.S.) en Chimie Industrielle
Option : Céramique et Verre
Par
LEMOUGNA NINLA Patrick
Licencié en
Chimie
Mat : 01U481
Sous
la direction de :
Antoine
ELIMBI
Chargé de Cours
la supervision de :
Daniel
NJOPWOUO
Professeur
l'encadrement professionnel de :
Elie
NDOUM
Chef de production
Année académique 2002-2003
TABLE DES MATIERES
DEDICACES iii
REMERCIEMENTS iv
LISTES DES FIGURES vi
LISTE DES TABLEAUX vii
RESUME viii
ABSTRACT ix
INTRODUCTION ..1
CHAPITRE I : PRESENTATION DE LA SOCIETE DE PROMOTION DE
BATIMENTS EN TERRE CUITE (PROMOBAT) 3
I-1- PARTENAIRES ET ACTIVITÉS 4
I-2 : LOCALISATION 4
I-3 : PROTOCOLE DE PRODUCTION 4
1-3-1 Organigramme 4
1-3-2 Matiere premiere et mise en forme du produit cru 5
1-3-3 Le sechage 5
1-3-4 : Les fours et l'enfournement 5
1-3- 5 : La cuisson 6
1-3-6 : Le defournement 6
CHAPITRE II : GENERALITES SUR LA TECHNOLOGIE DE
FABRICATION DES PRODUITS DE TERRE CUITE 7
II-1 : MATIÈRES PREMIÈRES ET PARAMÈTRES DE
FAÇONNAGE 8
11-1-1 : Matieres premieres 8
11-1-2 : Granulometrie et composition mineralogique 8
11-1-3 : 1nfluence de la temperature d'eau de faconnage 10
11-1-4 : 1nfluence du pH 10
11-1-5 : 1nfluence du faconnage sous vide 11
II-2 : LE SÉCHAGE 11
11-2-1 : La liaison argile -- eau 12
11-2-2 : Mecanisme du sechage 13
11-2-3 : le sechage naturel 13
11-2-4 : Le sechage artificiel 13
11-2- 5 : Moyens pratiques pour accelerer la vitesse de sechage
14
II-3 : LA CUISSON 14
11-3-1 Le processus de transformation thermique d'une argile
14
11- 3-2 Vitesse de cuisson -- Economie d'energie 16
CHAPITRE III : MATERIAUX ET METHODES EXPERIMENTALES
17
III-1 : LES MATÉRIAUX 18
111-1-1 : Les materiaux argileux 18
III-1-1-1 : L'argile fusible d'Etoa 18
i
III-1-1-2 : L'argile sableuse de Nkolbisson 18
III-1-2 : Le sable fin de riviere 18
III-2 : LES MÉTHODES EXPÉRIMENTALES 19
III-2-1 : Caracterisation des materiaux argileux 19
III-2-1-1 : Analyse granulométrique par tamisage humide
19
III-2-1-2 : Analyse granulométrique par
sédimentométrie 19
III-2-1-3 : La plasticité 21
III-2-1-4 : Mesure du pH 22
III-2-2 : Formulations elaborees 22
III-2-3 : Fagonnage des eprouvettes 23
III-2-4 : Le sechage 23
III-2-4-1 : Le séchage naturel 24
III-2-4-2 : Le séchage à l'étuve 24
III-2- 5 : Cuisson des produits 24
III.2.6- Proprietes physiques des produits 24
III-2-7 : Dispositif utilise pour mesurer les temperatures a
PROMOBAT 26
CHAPITRE IV : RESULTATS, INTERPRETATIONS ET SUGGESTIONS
27
IV.1- CARACTÉRISATION DES MATIÈRES
PREMIÈRES 28
IV.1.1- Analyse granulométrique 28
IV-1-2 La plasticité 30
IV.1.3- Le pH 31
IV.2- LE SÉCHAGE 31
IV.3- PROPRIÉTÉS PHYSIQUES ET MÉCANIQUES
DES PRODUITS DE
CUISSON 36
IV.3.1- La couleur 36
IV.3.2- Le retrait lineaire (Rc) 37
IV.3.3- La perte au feu (PF) 39
IV.3.4- Le pourcentage d'absorption d'eau 40
IV-3- 5 : La masse volumique apparente 42
IV.3.6- La resistance a la flexion (S) 43
IV-4 : PROGRAMME THERMIQUE UTILISE A PROMOBAT 45
IV.5- SUGGESTIONS 46
CONCLUSION 48
REFERENCES 50
ANNEXES 53
ii
DEDICACES
Jcents dcentsdicents ccents n-2moir
fl mon p0, Mr bemoueNiti Pascal,
iii
Ma mO, mmo bemoueNiti ncentscents
MVECIelsOUNG bouisft,
en tOnoignag dcents toutcents mon off~etio
n,* ous suis tr0
meonnaissant pour W saerifies qn ous a a 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 Antoine ELIMBI, chargé de cours, pour sa
disponibilité, ses conseils ; ma profonde gratitude lui est acquise pour
avoir dirigé ce travail ;
- Pr Daniel NJOPWOUO, chef du département de chimie
inorganique et responsable de la filière chimie industrielle, toujours
présent comme un père pour ses conseils, ses multiples
encouragements durant notre formation et pour avoir supervisé ce
travail;
- Pr GILLES LECOMTE, Pr ABELARD, Pr GAILLARD, Pr JAWORSKI,
tous enseignants à l'École Nationale de Céramique
Industrielle de Limoge (France), pour leurs conseils et la formation qu'ils
nous ont donnée ;
- Dr UPHIE CHINDJE MELO, Directeur de la MIPROMALO, pour tout
l'aide et la participation de la MIPROMALO à la formation des
étudiants de la filière chimie industrielle option
Céramique et Verre ;
- Dr LIBOUM, coordinateur de la filière chimie
industrielle, pour ses conseils, sa disponibilité et ses encouragements
;
- Tous les enseignants de la filière chimie industrielle,
pour la formation qu'ils nous ont donnée.
Nos remerciements vont également à :
- Mr Elie NDOUM, chef de production à PROMOBAT, pour ses
conseils, sa disponibilité et pour m'avoir encadré en
industrie;
- Dr STAN BELL, Directeur Général de PROMOBAT, pour
nous avoir accueilli dans son entreprise ;
- Mr ISAÏ, chef de production adjoint à PROMOBAT,
pour ses conseils ;
- Mlle Yvette MAKON, secrétaire à PROMOBAT pour
l'aide à la finalisation de ce manuscrit ;
- Tout le personnel de PROMOBAT, pour leur
disponibilité.
Nos remerciements vont enfin à :
iv
- Mr KAMSEU, Mr BILONG, Mr LOWE, tous en service à la
MIPROMALO, pour leur aide et leurs conseils ;
- Mr NGNITEDEM Paul, en service au laboratoire de
géotechnique et matériaux de l'École Nationale
Supérieure Polytechnique, pour sa disponibilité ;
- Mr FOTIO et Mr NJOYA, étudiants en thèse, pour
leur aide et leurs conseils ;
- Mes camarades de promotion ( NGANTU Victor, FEUZING Henri,
SIEWE Alain, ESSOME Alain et PONKAM Bertille), pour leur soutient moral ;
- Mes frères et amis ( GUEMETA Jean Bernard, TCHIFFO
Stéphane, HAROUNA MASSAï, BODJOLBO Roger, GAYE Samuel, LOMPA
Dieudonné, TUEM Bénédicte, SOHOUNG Yolande et DJIEUTEDJEU
Honoré ), pour leur soutien moral ;
v
Toute ma famille, les membres du jury, pour leur contribution
à l'amélioration de ce travail.
LISTES DES FIGURES
Figure 1 : Organigramme de production à
PROMOBAT 4
Figure 2 : Schéma d'un four à
PROMOBAT ...5
Figure 3 : Courbe de répartition
granulométrique des matériaux AE et AN...30
Figure
4a : Perte de masse des éprouvettes de matériau en
fonction du temps
(séchage naturel) 34
Figure 4b :
Retrait linéaire de séchage des éprouvettes de
matériau en fonction
du temps (séchage naturel ) 34
Figure
5a : Perte de masse des éprouvettes de matériau en
fonction du temps
(séchage à l'étuve) ..35
Figure
5b : Retrait linéaire de séchage des éprouvettes
de matériau en fonction
du temps (séchage à l'étuve )
.35
Figure 6a : Retrait linéaire de cuisson des
céramiques de coupures AE-AN en
fonction de la température .38
Figure
6b : Retrait linéaire de cuisson des céramiques de
mélange AE-SF en
fonction de la température .....38
Figure
7a : Perte au feu des céramiques de coupures AE-AN en fonction
de la
température .39
Figure 7b : Perte au
feu des céramiques de mélange AE-SF en fonction de la
température .40
Figure 8a :
Pourcentage d'absorption d'eau des céramiques de coupures AE-AN
en fonction de la température .42
Figure
8b: Pourcentage d'absorption d'eau des céramiques de
mélange AE-SF
en fonction de la température 42
Figure
9a : Masse volumique apparente des céramiques de coupures AE-AN
en
fonction de la température .42
Figure
9b : Masse volumique apparente des céramiques de mélange
AE-SF en
fonction de la température .43
Figure
10a : Résistance à la flexion des céramiques de
coupures AE-AN en
fonction de la température .44
Figure
10b : Résistance à la flexion des céramiques de
mélange AE-SF en
fonction de la température .44
Figure
11 : Variations de la température en fonction du temps de
chauffe à
PROMOBAT ..45
Figure 12 : Organigramme de production
proposé à PROMOBAT 46
vi
LISTE DES TABLEAUX
Tableau I: Différentes fractions
granulométriques dans une terre pour brique de terre cuite ... .9
Tableau II : Tamisage humide de AE et de AN .
28
Tableau III: Sédimentométrie de AN
.29
Tableau IV: Sédimentométrie de AE
29
Tableau V: Résultats du test de
plasticité des matériaux AE et AN comparés à ceux
des terres argileuses pour brique de référence . 30
Tableau VI: Résultats sur le
séchage naturel ...33
Tableau VII : Résultats sur le
séchage isotherme à l'étuve ..33
Tableau VIII : Coloration des produits de
cuisson en fonction de la température .36
Tableau IX : Retrait linéaire de cuisson
(en %) des produits en fonction de la température .
.37
Tableau X: Perte au feu (en % ) des produits de cuisson
en fonction de la température ...40
Tableau XI : Pourcentage d'absorption d'eau des
produits de cuisson en fonction de la température .42
Tableau XII : Masses volumiques apparentes (en
g/cm3 ) des produits de cuisson en fonction de la température
42
Tableau XIII : Résistance à la
flexion (en Mpa ) des produits de cuisson en fonction de la température
.44
Tableau XIV: Résultats des mesures de
température effectuées à PROMOBAT ..45
vii
RESUME
Le but de ce travail est de contribuer à la diminution
des casses dans la production des briques de terre cuite à la
Société de Promotion de Bâtiments en Terre Cuite
(PROMOBAT). Après une descente dans cette société et une
analyse des faits, nous avons cerné les principales causes des casses
(préparation inadéquate de la matière première,
enfournement des produits humides, manque de programme de cuisson...) et avons
suggéré des solutions pour pallier ces dernières. Dans le
souci d'améliorer l'aptitude au séchage du matériau
argileux utilisé à PROMOBAT (argile AE), nous avons
envisagé des ajouts de dégraissant (matériaux argileux
(AN) d'une part et sable quartzeux (SF) d'autre part). Une étude
préliminaire (analyses granulométrique et plasticité) a
montré que les matériaux AE et AN contiennent 25 et 12% de
fraction argileuse respectivement.
Six formulations ont été étudiées
: E0, E20 et E30 obtenus par ajout de 0, 20 et 30% de AN dans AE respectivement
, AS9 et AS15 obtenus par ajout de 9 et 15% de sable dans AE respectivement et
En, constitué de 100% de AN. Ces formulations ont
été traitées thermiquement entre 850 et 1100°C au
four électrique pendant des intervalles réguliers de 50°C et
un palier de 2h pour chaque température. Les propriétés
céramiques suivantes ont été déterminées:
retrait linéaire de cuisson, perte au feu, masse volumique apparente,
pourcentage d'absorption d'eau et résistance à la flexion.
Les résultats obtenus montrent que :
- le retrait linéaire, la perte au feu, la masse volumique
apparente et la
résistance à la flexion augmente avec
l'élévation de la température, tandis que le pourcentage
d'absorption d'eau diminue ;
- les ajouts de dégraissant améliorent l'aptitude
au séchage de AE, mais
diminuent ses propriétés mécaniques à
la cuisson.
Mots clés : Brique de terre cuite,
casses, séchage, matériaux argileux, température,
propriétés
céramiques, cuisson.
viii
ABSTRACT
The aim of this work is to contribute to the reduction of
breakages in the production of fired earth bricks at PROMOBAT
(Société de Promotion des Bâtiments en Terre cuite ). After
an analysis of the situation at the site, we came out with the principal causes
of breakages and suggestions have been made to remedy the situation. In order
to ameliorate the aptitude to drying of clayey material used at PROMOBAT (clay
AE), we envisaged the addition of degreasing materials (clayey material AN of
one part and quartzeous sand (SF) on the other). A preliminary study (particle
size distribution analysis and plasticity) revealed that materials AE and AN
contain 25 and 12% of clay fraction respectively.
Six formulations were studied: E0, E20, and E30 obtained by
addition of 0, 20 and 30% of AN in AE respectively, AS9 and AS15 obtained by
addition of 9 and 15% of sand in AE respectively and En, constituted
of 100% AN. The formulations were thermally treated between 850 and 1100°C
in an electric kiln at a regular interval of 50°C and a soak of 2 hours
for each temperature. The following ceramic properties have been determined:
linear shrinkage, loss on ignition, bulk density, percentage of water
absorption, and mechanical resistance to bending.
The results show that:
the linear shrinkage, loss on ignition, bulk density and
mechanical resistance to bending increases with increase in temperature while
the percentage of water absorption decreases;
the addition of degreasing material ameliorates the aptitude
to drying of AE, but decreases the mechanical properties at firing.
Key words: Fired earth bricks, breakages,
drying, clayey materials, temperature, ceramic
properties, firing.
ix
INTRODUCTION
Dans le passé, la notion de céramique faisait
allusion aux terres cuites et aux poteries, la matière première
étant alors l'argile [1]. L'argile a la propriété de
retenir l'eau entre ses feuillets et d'augmenter de volume. Ce matériau
a aussi le pouvoir d'être façonné, de subir des retraits,
de durcir après séchage et de se consolider grâce à
une cuisson qui permet la formation d'une phase vitreuse plus ou moins
importante.
La découverte de cette dernière
propriété ( consolidation de l'argile par le feu ) est l'une des
premières inventions essentielles de l'homme [2]. Pendant la
préhistoire, la vie de l'homme s'est trouvée extraordinairement
enrichie par la fabrication des récipients en argile cuite pour
conserver les grains, transporter l'eau, faire cuire et conserver la
nourriture. Il en est de même des objets en argile cuite pour des usages
purement esthétiques [2,1].
Cette conception de la céramique a beaucoup
changé avec l'évolution de la technologie. D'après Kingery
et al dans [3], la céramique se situe dans la production d'objets
formés de solides dont les constituants essentiels sont des
matériaux inorganiques et non métalliques. Cette
définition inclut non seulement les poteries, les porcelaines, les
matériaux réfractaires, les abrasifs, les émaux sur
tôles, les ciments, les verres, etc. Les produits céramiques sont
donc des matériaux complexes dont les propriétés
résultent des transformations physico-chimiques que subissent les
matières premières inorganiques (argiles, calcaires,
feldspaths...) pendant la cuisson [2,3].
Pour ce qui est des produits céramiques utilisés
dans le bâtiment, il s'agit de rechercher des propriétés
telles que la résistance à la compression, à l'usure,
l'esthétique architectural, la résistance aux agents chimiques et
aux sollicitations physiques, en plus des propriétés qui assurent
aux maisons le climat d'habitation recherché [4].
Seulement, au Cameroun, les jeunes entreprises qui se lancent
dans la fabrication des produits céramiques se heurtent aux
problèmes technologiques (équipements insuffisants, pas de
maîtrise des procédés de fabrication...), ce qui non
seulement affecte la qualité des produits, mais élève
aussi le coût de production. 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.
L'objet de cette étude est non seulement de palier aux
casses constatées dans la production des briques de terre à la
Société de Promotion des Bâtiments en Terre cuite
1
(PROMOBAT ), mais aussi de contribuer à la formulation des
produits de qualité dans la dite société à travers
le partenariat Université-Industrie.
Notre étude porte sur quatre chapitres :
- le chapitre I présente la Société de
Promotion des Bâtiments en Terre cuite (PROMOBAT) et son produit ;
- le chapitre II concerne les généralités
sur les paramètres et étapes importantes du processus de
fabrication ainsi que leur influence sur l'apparition des craquelures et les
casses des produits de terre cuite ;
- quelques caractéristiques sur les matériaux
étudiés ainsi que les méthodes expérimentales
utilisées en constituent le chapitre III ;
- dans le quatrième chapitre, nous présenterons les
résultats obtenus et proposerons une interprétation.
2
CHAPITRE I :
PRESENTATION DE LA SOCIETE DE PROMOTION DE
BATIMENTS EN TERRE CUITE (PROMOBAT)
3
I-1- PARTENAIRES ET ACTIVITÉS
La société de promotion des bâtiments en
brique de terre cuite (PROMOBAT) est une filiale du groupe GERTAU (Groupement
d'Étude et de Recherche pour les Travaux en Aménagement Urbain).
Cette société est née de la volonté de rendre le
logement accessible au plus grand nombre de camerounais à revenus
divers, et de promouvoir l'utilisation des matériaux locaux dans la
construction.
Créée en 1995, PROMOBAT est une SARL au capital
de 6 millions de Francs CFA, repartis entre le Groupe GERTAU
représenté par Maurice TEGUEL (65% du capital), la
société Terres cuites de Rougeoles en France
représenté par Claude RIVIERE (25% du capital) et par le
Général MPAY Philippe (10% du capital).
A ce jour, PROMOBAT produit essentiellement les briques de
terre cuite (briquettes, briques creuses, blocs perforés ...) qui ont
des formes et des dimensions variées selon le type de filière de
production.
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