ABSTRACT
INTRODUCTION GENERALEABSTRACT
INTRODUCTION GENERALEABSTRACT
INTRODUCTION GENERALEABSTRACT
INTRODUCTION GENERALEABSTRACT
INTRODUCTION GENERALEABSTRACT
INTRODUCTION GENERALEABSTRACT
INTRODUCTION GENERALEABSTRACT
INTRODUCTION GENERALEABSTRACT
INTRODUCTION GENERALEABSTRACT
INTRODUCTION GENERALEABSTRACT
INTRODUCTION GENERALEABSTRACT
INTRODUCTION GENERALEABSTRACT
INTRODUCTION GENERALEABSTRACT
INTRODUCTION GENERALEABSTRACT
INTRODUCTION GENERALEABSTRACT
This thesis focuses on the evaluation of the thermal and
mechanical properties of a straw-clay composite material intended for the
production of roofing tiles. In a context of promoting local materials and
adapting to climate change, the use of plant fibers as reinforcement in
clay-based building materials represents a promising approach to improving
their performance while reducing costs.The fibers used in this study are
extracted from Cenchrus pupureus, commonly known as Sissongo grass.
Two particle size classes were defined: short fibers of size [0-0.7] mm and
long fibers of size [0.7-20] mm. The clay matrix is characterized by high
Atterberg limits, with a liquid limit of 184%, a plasticity limit of 59% and a
plasticity index of 125%, indicating a highly plastic clay.Three formulations
were studied: an unreinforced composite (0%), a composite with 10% short fibers
[0-0.7[ mm, and a composite with 10% long fibers [0.7-20] mm. Specimens were
oven-dried at 60°C for 48 hours in a room maintained at 30°C.Results
show that fiber incorporation significantly improves the modulus of rupture in
bending, increasing from 0.953 MPa for the unreinforced composite to 1.485 MPa
for short fibers and 1.772 MPa for long fibers. However, fiber addition leads
to increased porosity and reduced hardness and apparent density. Drying
shrinkage is also modified , with long fibers showing higher radial shrinkage
(23.19%) while short fibers significantly reduce longitudinal shrinkage
(4.97%).These findings suggest that Cenchrus pupureus fibers are a
potential reinforcement for improved earthen tile production, with a preference
for [0.7-20] mm size fibers for mechanical performance.
Keywords: Straw-clay composite, Cenchrus
pupureus, tile, mechanical properties, local materials.
INTRODUCTION GENERALE
Le Cameroun, pays d'Afrique centrale avec une population de
plus de 28 millions d'habitants en 2024, est confrontée à une
crise du logement sans précédent [1]. Les villes camerounaises
comme Douala et Yaoundé enregistrent chaque année des flux
migratoires importants qui amplifient la pression sur les besoins en
habitat.
Dans ce contexte, la toiture représente l'un des
éléments les plus critiques de l'habitation, tant sur le plan
structural que thermique. En zone tropicale humide comme au Cameroun, une
couverture de toiture efficace doit répondre simultanément
à plusieurs exigences : résistance mécanique suffisante
pour supporter les charges climatiques (pluie, vent), isolation thermique
permettant de limiter les transferts de chaleur entre l'extérieur et
l'intérieur, durabilité face aux cycles
d'humidification-séchage et à l'exposition aux UV, et
accessibilité économique pour les ménages à revenus
modestes [2].
Les matériaux de couverture conventionnels -
tôles ondulées métalliques, tuiles en béton ou en
terre cuite industrielle - présentent des inconvénients majeurs
dans ce contexte. Les tôles métalliques, omniprésentes dans
les quartiers populaires, offrent une isolation thermique quasi nulle et
génèrent des nuisances sonores importantes lors des
épisodes pluvieux. Les tuiles industrielles sont souvent
importées ou fabriquées dans des unités de production
éloignées, ce qui renchérit leur coût et complique
leur accessibilité dans les zones rurales [3].
Face à ces défis, la valorisation des ressources
naturelles locales s'impose comme une voie prometteuse. L'argile,
matériau minéral abondant sur l'ensemble du territoire
camerounais, est utilisée depuis des millénaires comme
matériau de construction. De nombreuses études ont montré
que l'incorporation de fibres végétales dans une matrice
argileuse améliore significativement les propriétés
mécaniques du matériau tout en réduisant sa
conductivité thermique [4]. Le Sissongo (Cenchrus pupureus,
anciennement dénommé Pennisetum purpureum),
graminée tropicale à croissance rapide très
répandue au Cameroun, constitue une source de fibres lignocellulosiques
(qui contient la lignine et de la cellulose) particulièrement
intéressante pour cet usage [5].
Malgré un potentiel important en ressources argileuses
et en fibres végétales, le Cameroun peine à
développer une filière locale de matériaux de couverture
à base de ces ressources
Naturelles. Plusieurs questions se posent : L'argile grise
possède-t-elle des caractéristiques minéralogiques et
physico-chimiques compatibles avec la production de tuiles?
Les fibres de Sissongo (Cenchrus pupureus)
constituent-elles un renfort pertinent pour améliorer les performances
mécaniques de la matrice argileuse ? Dans quelle mesure l'incorporation
de fibres modifie-t-elle les propriétés thermiques du composite ?
La taille des fibres influence-t-elle différemment les
propriétés mécaniques et thermiques du composite ?
Plus fondamentalement, on peut se demander si un composite
argile-Sissongo formulé à partir de ressources locales
camerounaises peut satisfaire les exigences minimales requises pour une tuile
de toiture, en termes de résistance mécanique, d'isolation
thermique et de comportement au retrait.
L'objectif général de ce travail est
d'évaluer les propriétés thermiques et mécaniques
d'un composite argile-Sissongo (Cenchrus pupureus) en vue de son
application à la production de tuiles de toiture.
Pour atteindre cet objectif général, les
objectifs spécifiques suivants ont été définis :
ï Caractériser les propriétés
physiques et mécaniques des fibres de Sissongo (Cenchrus
purpureus) récoltées à Douala, notamment leur
densité, taux d'absorption d'eau, reprise d'humidité,
diamètre moyen, déformation à la rupture et module d'Young
;
ï Déterminer les propriétés
géotechniques de l'argile grise, particulièrement ses limites
d'Atterberg (limite de plasticité, limite de liquidité, indice de
plasticité) ;
ï Fabriquer et caractériser trois formulations de
composites (0%, 10% fibres fines [0-0,7 mm[, 10% fibres grossières
[0,7-20 mm]) en termes de propriétés mécaniques (module de
rupture, module d'élasticité, dureté) ;
ï Mesurer les propriétés physiques des
composites (porosité, masse volumique réelle et apparente,
retrait radial et longitudinal) ;
ï Evaluer les propriétés thermo physiques
des composites (conductivité thermique, effusivité,
diffusivité et capacité thermique volumique) par la
méthode du ruban chaud symétrique ;
ï Comparer les résultats obtenus avec des
matériaux similaires de la littérature et évaluer
l'adéquation des composites formulés avec les exigences d'une
tuile de toiture.
Les hypothèses suivantes guident le présent
travail :
ï H1 : L'argile grise présente des
propriétés plastiques suffisantes pour la mise en forme de tuiles
par moulage ;
ï H2 : L'incorporation de fibres de Sissongo à
hauteur de 10% améliore la résistance mécanique à
la flexion du composite argile-fibre par rapport à la matrice argileuse
pure ;
ï H3 : La présence de fibres
végétales dans la matrice argileuse réduit la
conductivité thermique du matériau composite, améliorant
ainsi ses performances d'isolation thermique ;
ï H4 : La taille des fibres (fines ou grossières)
a une influence différenciée sur les propriétés
mécaniques et thermiques des composites.
Cette étude présente plusieurs
intérêts fondamentaux et appliqués. Sur le plan
scientifique, elle contribue à enrichir la base de données sur
les matériaux de construction à base de ressources locales
camerounaises, domaine encore insuffisamment documenté malgré sa
pertinence pour le développement durable. Elle apporte en particulier
des données originales sur les propriétés thermo physiques
de composites argile-Cenchrus purpureus, encore peu
étudiés dans la littérature.
Sur le plan socio-économique, les résultats de
cette étude peuvent contribuer à l'émergence d'une
filière locale de production de tuiles à faible coût,
accessibles aux populations à revenus modestes du Cameroun. La
valorisation de ressources naturelles locales représente
également un enjeu environnemental fort, en réduisant la
dépendance aux matériaux industriels importés et en
valorisant les coproduits agricoles abondants.
Sur le plan pédagogique, ce travail
réalisé dans le cadre de la formation au DIPET II de l'ENSET
d'Ebolowa vise à développer les compétences en
caractérisation des matériaux, expérimentation et analyse
critique des résultats, conformément aux objectifs de la
formation d'ingénieurs enseignants.
Ce mémoire est organisé en trois chapitres,
encadrés par une introduction et une conclusion
générales.
Le Chapitre 1 présente une revue de littérature
couvrant le contexte de l'habitat en Afrique subsaharienne, les
propriétés des argiles et des fibres végétales, les
composites argile-fibre et leurs applications dans le domaine de la
construction, ainsi qu'un bilan des travaux antérieurs locaux et
africains sur des thématiques proches.
Le Chapitre 2 décrit les matériaux
utilisés et les méthodes expérimentales mises en oeuvre,
en distinguant la caractérisation des matières premières
(argile et fibres) de la fabrication et des essais sur les composites.
Le Chapitre 3 présente, analyse et discute les
résultats obtenus, en les confrontant aux données de la
littérature et en évaluant la pertinence des composites
formulés pour une application en tuile de toiture.
Une conclusion générale résume les
principaux apports de l'étude et propose des perspectives pour les
travaux futurs.
| 
