I.1
Propriétés de l'argile grise
Les résultats de la caractérisation
géotechnique de l'argile grise sont présentés dans le
Tableau 3.1.
Tableau 3.1:
propriétés géotechniques de l'argile grise
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Propriété
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Valeur mesurée (%)
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Limite de plasticité (WP)
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59
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Limite de liquidité (WL)
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184
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Indice de plasticité (IP = WL - WP)
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125
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L'argile grise présente une limite de liquidité
très élevée (WL = 184 %) et un indice de plasticité
très important (IP = 125 %), ce qui la classe, selon le diagramme de
plasticité de Casagrande, dans la catégorie des argiles hautement
plastiques (CH - Clay High). Ces valeurs sont nettement supérieures aux
seuils habituellement recommandés pour la production de tuiles par voie
plastique (IP optimal : 15-30 % [15]).
Ces valeurs élevées indiquent une forte teneur
en minéraux argileux gonflants (probablement smectites ou argiles 2:1)
dans la composition de l'argile grise. Elles signifient également que
l'argile absorbe et retient une grande quantité d'eau, ce qui est
cohérent avec les observations lors de la préparation des
éprouvettes.
À titre de comparaison, les argiles camerounaises
documentées dans la littérature présentent des indices de
plasticité généralement plus modérés. Les
travaux de Ngo Mapuna [11] sur les argiles de Ngat (Mbalmayo) rapportent des IP
de 30 à 55 %, et Kagonbe et al. [13] sur les argiles de la vallée
de la Bénoué trouvent des IP de 25 à 68 %. L'argile grise
se distingue donc par une plasticité exceptionnellement
élevée, liée à la géologie du Littoral
camerounais (altération tropicale intense de roches basaltiques et
sédimentaires).
L'indice de plasticité élevé (IP = 125 %)
de l'argile grise constitue à la fois un avantage et un
inconvénient pour la production de tuiles. L'avantage est une
très bonne aptitude au façonnage par voie plastique, permettant
d'obtenir des géométries complexes sans défauts de
surface. L'inconvénient majeur est le fort retrait au séchage
associé, qui se traduit par des retraits importants et un risque de
fissuration lors du séchage, phénomène effectivement
observé dans la présente étude. L'incorporation de fibres
de Sissongo vise en partie à atténuer cet inconvénient.
I.2
Propriétés des fibres de Sissongo
Les résultats de la caractérisation physique et
mécanique (voir annexe C) des fibres de Sissongo (Cenchrus
pupureus) sont présentés dans le Tableau 3.2 et la figure
3.1 nous présentes les différents diagrammes y
afférents.
Tableau 3.2:
propriétés physiques et mécaniques de fibres de Sissongo
récoltées à Douala
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Propriété
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Valeur mesurée
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Ecart-type
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Densité
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1,089 (g/cm)
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0,036
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Taux d'absorption d'eau
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130,838 (%)
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2,770
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Reprise d'humidité
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10,369 (%)
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0,329
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Diamètre moyen
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430,15 (um)
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--
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Déformation à la rupture
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2,8 (%)
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0.7
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Module d'Young
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3756,8 (MPa)
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1809,2
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La densité des fibres de Sissongo (1,089 g/cm) est
inférieure à celle de la plupart des fibres lignocellulosiques de
référence (lin : 1,40-1,50 g/cm ; sisal : 1,33-1,50 g/cm ; jute :
1,30-1,45 g/cm). Cette faible densité est caractéristique des
fibres de graminées à forte porosité interne, et constitue
un avantage pour réduire la masse volumique du composite.
Le taux d'absorption d'eau extrêmement
élevé (130,84 %) est la propriété la plus
préoccupante des fibres de Sissongo pour une application dans un
matériau de couverture de toiture. Cette valeur, beaucoup plus
élevée que celles rapportées pour des fibres comme le
sisal (60-80 %) ou le jute (50-70 %), indique une forte hygroscopicité
liée à la composition chimique des fibres (forte teneur en
hémicellulose et en cellulose amorphe). En milieu tropical humide, cette
absorption d'eau peut entraîner des cycles
d'humidification-gonflement-séchage-retrait préjudiciables
à l'intégrité du composite.
La reprise d'humidité (10,37 % #177; 0,04 %)
présentée en figure 3.1 : (b)confirme
l'hygroscopicité des fibres. Cette valeur est dans la fourchette des
fibres végétales non traitées (8-15 %),
légèrement supérieure à celle des fibres de bambou
(6-9 %) mais inférieure à celle du coton (14-16 %). Un traitement
de surface des fibres (alcalinisation, acétylation ou silylation) serait
recommandé pour les travaux futurs afin de réduire cette
hygroscopicité.
Le diamètre moyen des fibres (430,15 um)
présenté en figure 3.1 : (g) est relativement
élevé comparé aux fibres libériennes (lin : 12-30
um ; jute : 10-20 um). Il est plus proche des fibres de graminées
grossières, ce qui est cohérent avec la morphologie du Sissongo
(tiges ligneuses). Ce diamètre important favorise un facteur de forme
(L/D) modéré pour les fibres de la fraction [0,7-20 mm], ce qui
peut limiter l'efficacité du transfert de charge fibre-matrice.
Le module d'Young des fibres (3 756,8 MPa = 3,76 GPa)
présenté en figure 3.1 : (d) est dans la gamme basse des
fibres végétales de renfort (comparé aux 10-80 GPa du lin,
jute ou sisal), mais reste largement supérieur au module
d'élasticité en flexion de la matrice argileuse pure (66,37 MPa).
Le ratio Ef fibres / Ef matrice 56 garantit un effet de renfort significatif
selon la loi des mélanges, même à 10% de fibres. La
déformation à la rupture de 2,8 % figure (figure 3.1 : (e))
est dans la gamme habituelle des fibres végétales ; pour une
contrainte maximale de 76.3MPa (figure 3.1 : (f)).
(a)
Figure 3.1: densité
absolue des fibres de Sissongo(a); reprise d'humidité des fibres de
Sissongo(b); module d'YOUNG des fibres (d); taux d'absorption des fibres(c);
déformation à la rupture des fibres(e); contrainte maximale
fibres (f); diamètre moyen des fibres(g)
II. PROPRIETES MECANIQUES DES COMPOSITES
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