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Contribution à  la diminution des casses dans la production des briques de terre cuite à  la PROMOBAT


par Patrick LEMOUGNA NINLA
Université de Yaoundé I - D.E.S.S 2004
  

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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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