96 3.20 Comportement à l'interface : caractéristiques mécaniques de l'interface Plâtre/BA 97 3.21 Comportement en traction : section droite de l'éprouvette en traction. Le premier chapitre de cette thèse est consacré à une revue de la littérature visant à dresser un état de l’art en matière d’amélioration des performances du plâtre.
Introduction
Le plâtre dans le contexte du développement du- rablerable
Prise de conscience internationale pour la protection de l’environnement
Même si tous ces engagements ne sont pas pleinement concrétisés, on constate une prise de conscience croissante en faveur de la protection de l’environnement. La performance énergétique des bâtiments inclut, entre autres, l’utilisation de matériaux de construction à forte porosité, comme le plâtre, qui fait l’objet d’étude dans cet article.
Impact du plâtre sur l’environnement
En fin de vie, le produit en plâtre est mis en décharge de classe III. Il n’y a aucune contamination des eaux souterraines causée par le dépôt de déchets de gypse.
Conclusion
Le résultat de cette analyse révèle que le gypse au cours de son cycle de vie ne produit pas de radioactivité significative, ne contribue pas à la destruction de la couche d'ozone, sa pollution est négligeable et ne contient quasiment aucun déchet.
Le composite à matrice plâtre : état de l’art
Généralités sur les matériaux composites
Les performances mécaniques des tissus dépendent du type de fil qui compose le tissu, du tissage et de la texture. En modélisant l'évolution de la température à cet endroit, nous estimons les caractéristiques thermiques du matériau.
Composite à matrice plâtre
- LES RENFORTS
- COMPOSITES PLATRE/FIBRES
La présence de fibres de bois confère une résistance importante à la propagation des fissures. Ils ont observé un changement dans la formation de cristaux de gypse autour des fibres.
Conclusion
L'objectif de cette thèse est de concevoir un matériau de construction en plâtre renforcé de fibres végétales à un prix relativement abordable. Il s'agit d'essayer de renforcer le gypse à forte porosité (taux de mélange « masse d'eau sur masse de gypse E/P ». égal à 1) avec une fibre végétale locale, RC, dont les propriétés physico-chimiques et mécaniques ont été déterminé dans la référence [12] en référence à la fibre de sisal, dont l'utilisation comme renfort d'enduit est connue. Les composites qui font l'objet de cette étude sont le résultat de l'amalgame de gypse solide et de fibres végétales de Rhecktophyllum Camerunense (RC) d'une part et de sisal d'autre part.
Le plâtre
- Présentation physico-chimique
- Les paramètres de gâchage
- Microstructure du plâtre pris
- Mesure de la porosité
Le taux de porosité total est le pourcentage total d'espace vide analysé (porosité inter + intra-particules). Effectuons une vérification théorique de cette valeur à l'aide de la relation (2.1) établie dans la référence [60], qui calcule la porosité ϕ du gypse prélevé en connaissant le taux de mélange. On obtient que la porosité du semihydrate prélevé, mélangé au taux de mélange E/P égal à 1, est de 61,4 %.
Les renforts
Présentation physicochimique
Le niveau de porosité global mesuré du plâtre dans cette étude est d'environ 62 %, ce qui représente une augmentation attendue par rapport à des taux de mélange plus faibles, car la porosité du plâtre augmente avec le taux de mélange [6]. La fibre de sisal est une fibre dure obtenue à partir des longues feuilles de la plante du même nom. Les propriétés chimiques et physiques des fibres de sisal sont présentées dans le tableau.
Evaluation de la masse volumique
2.6 - Mesure de la densité des fibres : mélange au vortex dans un dessicateur pour éliminer les microbulles de la fibre. L'appréciation de la fin du dégazage étant visuelle et dépendant de la patience de l'opérateur, elle pourrait être qualifiée de sous-efficace.
Le composite plâtre/fibres
Microstructure du mélange plâtre fibres
Le plâtre étant non conducteur, on pose une bande de cet adhésif qui relie l'échantillon à la surface du support. On remarque que la surface des fibres contient des résidus de plâtre séparés de la matrice lors de la découpe du matériau. On remarque également des résidus de plâtre à la surface des fibres, indiquant la faiblesse de l'interface.
Evaluation de la fraction volumique
La fraction volumique des fibres peut également être déterminée à partir de l’étude de la microstructure [64] des échantillons à l’aide de méthodes d’analyse d’images. La méthode de pesée des fibres avant mise en forme donne, à notre avis, des valeurs apparentes car le volume de l'éprouvette contient le volume de la porosité dont la masse est nulle. Seuls les résultats des méthodes de pesée des fibres avant mise en œuvre peuvent être exploités.
Caractérisation des constituants
- Caractérisation en traction des fibres
- Caractérisation du plâtre non renforcé
- Caractérisation de l’interface
- Conclusion sur la caractérisation des constituants
3.1 – Comportement en traction : tableau des valeurs expérimentales des propriétés mécaniques en traction de la fibre de sisal. 3.3 – Comportement en traction : graphiques des modules d'élasticité (E), des résistances à la traction (Rm) et de l'allongement à la rupture de la fibre de sisal. 3.5 – Comportement en traction : graphiques des modules d'élasticité (E), des résistances à la traction (Rm) et de l'allongement à la rupture de la fibre RC.
Caractérisation du composite plâtre/sisal
Essai de traction
3.2.1.2.1 Mode de rupture La courbe contrainte/déformation est présentée, caractéristique de la loi de comportement de ce matériau (Figure 3.23). La région de comportement élastique linéaire du composite est observée au début de la courbe, suivie d'un déchirement de la matrice. 3.23 – Comportement en traction : courbe contrainte/déformation caractéristique de la loi de comportement du composite plâtre/sisal.
Essai de flexion trois points
3.26 – Comportement en flexion : Courbes force (N)/déplacement (mm) pour le composite gypse/sisal échantillon a-FNO, échantillon b-F4D, échantillon c-F1D. La répartition spatiale homogène des fibres dans une section droite, qui ne peut être contrôlée lors de la mise en forme, est une autre explication pertinente. Elle est améliorée de 46% par la configuration F4D des fibres, doublée par la disposition FNO des fibres et triplée par les fibres unidirectionnelles.
Caractérisation du composite plâtre/RC
Essai de traction
3.29 – Comportement en traction : courbe contrainte/déformation caractéristique de la loi de comportement du composite plâtre/RC. On constate que le module élastique moyen est de 2 GPa, la résistance moyenne à la traction est de 5,2 MPa et l'allongement moyen à la rupture est de 39 %. Ces résultats montrent que les propriétés mécaniques en traction du gypse sont améliorées par les fibres RC : en module élastique le matériau a évolué de 1,72 GPa à 2 GPa, la résistance à la traction a été multipliée par cinq et l'allongement à la rupture a augmenté de près de 40 %. .
Essai de flexion trois points
3.3.2.1.2 Propriétés mécaniques D'un point de vue quantitatif, les modules d'élasticité et les contraintes maximales sont calculés. Le plus grand couple de valeurs (module élastique/contrainte maximale) est donné par le composite F1D (0,65GPa ; 2,59MPa). Le composite F4D configuré augmente le module d'élasticité du plâtre de 20%, ce que F1D fait de 1,5%, tandis que FNO n'atteint pas les performances de la matrice non renforcée.
Influence de l’architecture du RC
Fibres non orientées
Une zone finale est caractérisée par une réduction progressive des contraintes justifiée par le frottement de la coulée des fibres. 3.35 – Comportement en traction : rupture de la matrice lors de l'essai et maintien de la résistance par les fibres. Les valeurs obtenues sont regroupées dans le tableau 3.14 et présentées par des graphiques dans la figure 3.39.
Fibres unidirectionnelles libres
Il s'avère que le module d'élasticité est la moitié de celui du matériau de base, alors qu'on observe plutôt une multiplication par 3 de la contrainte maximale. On remarque dans un premier temps un comportement élastique linéaire, puis une zone de multifissuration de la matrice augmentant jusqu'à la contrainte maximale. Les éprouvettes composites plâtre/RC avec fibres unidirectionnelles soumises à une flexion en trois points présentent un comportement décrit par la courbe force (N) en fonction de la déflexion (mm) de la figure 3.43.
Fibres tissées
Mode de rupture A partir des données numériques collectées lors de l'essai, sont construites les courbes représentatives caractéristiques de la loi de comportement en traction des éprouvettes plâtre/RC à renfort tissé. Les mêmes propriétés que précédemment sont augmentées par ce renfort, à savoir la résistance à la traction et l'allongement. Aspect des courbes Les courbes force/déformation tirées des données collectées lors de l'essai ressemblent à celle de la figure 3.50.
Etude comparative des résultats
- Traction
- Flexion
- Influence de l’architecture du RC
- Conclusion sur l’étude comparative
3.54 – Comparaison de l'influence de l'architecture des fibres sur les propriétés mécaniques en traction du composite plâtre/RC. 3.22 – Tableau comparatif de l'influence de l'architecture des fibres sur les caractéristiques mécaniques en flexion du composite plâtre/RC. 3.55 – Comparaison de l'influence de l'architecture des fibres sur les caractéristiques mécaniques en flexion du composite plâtre/RC.
Conclusion
Naturellement, le renforcement du plâtre avec cette fibre lui confère un allongement considérable, jamais atteint auparavant avec une fibre. En flexion, les fibres RC orientées pourraient apporter une amélioration du module d'élasticité du plâtre. En fin de compte, au niveau structurel, les propriétés mécaniques bénéfiques du renforcement en plâtre sont la résistance à la traction RC, l'allongement à la rupture et la contrainte maximale à la rupture en flexion.
Aspects thermiques
- Généralités sur le transfert thermique
- Caractérisation d’un isolant thermique
- Mesure de la diffusivité thermique du plâtre non renforcé
- Mesure de la diffusivité thermique du plâtre renforcé de sisal
- Mesure de la diffusivité thermique du plâtre renforcé de RC
- Influence de l’architecture des fibres de RC
T∞ (K) Température du liquide loin de la surface du solide S (m2) Zone de contact entre solide et liquide. La diffusivité thermique est identifiée en réalignant la courbe théorique sur le thermogramme expérimental. Cette valeur est retenue comme valeur de diffusivité thermique du composite plâtre/RC avec renfort tissé.
Aspect hygrométrique
- Caractère hygrophile d’un matériau
- Comportement hygrométrique des fibres
- Comportement hygrométrique du plâtre non renforcé
- Comportement hygrométrique du plâtre renforcé des fibres de sisal
- Comportement hygrométrique du plâtre renforcé des fibres de RC
L'absorption de l'humidité de la fibre RC s'effectue dans la même chambre d'humidité relative que la fibre de sisal. 4.2.5.1.1 Cinétique d'absorption Les augmentations de masse calculées donnent naissance à la courbe cinétique d'absorption d'humidité représentée sur la figure 4.21. Le résultat révèle que le composite de gypse renforcé de fibres RC présente un taux d'absorption d'humidité égal à 7,61% dans une enceinte à 98% d'humidité.
Etude comparative des résultats
Diffusivité thermique
Deuxièmement, il s’avère que le RC présente la même cinétique d’adsorption que le sisal, mais sature légèrement avant le sisal. 4.3 – Diffusivité thermique du composite plâtre/RC en fonction de l'architecture des fibres. Risques thermiques à celui du composite plâtre/RC unidirectionnel étudié dans le tableau 4.4. a) Calculé à partir de la conductivité thermique dérivée de la diffusivité thermique expérimentale avec la relation = λ. b) Calculé à partir des limites de conductivité thermique de Voigt et Reuss dérivées de la diffusivité thermique expérimentale et du ρCp des fibres noyées dans celle des fibres de bois de chêne. 4.4 – Valeurs comparatives de résistance thermique des panneaux de fibres et du composite plâtre unidirectionnel/RC.
Caractéristiques hygrométriques
Les courbes montrent que les taux d'absorption de ces matériaux sont plus ou moins rapides au début de leur présence dans un espace clos à humidité contrôlée. En lissant les points expérimentaux, des isothermes de sorption sont créés (Figure 4.25), qui expriment la teneur en eau saturée des ingrédients et du matériau gypse/fibre à différents hygromètres. Les matériaux en plâtre renforcé de sisal ou de RC se comportent donc de la même manière en présence d'humidité.
CONCLUSION
Le plâtre renforcé : un matériau à microstructure hiérarchique
- Observations
- Description multiéchelle de la microstructure du plâtre ren- forcé
Comme dans le cas de nombreux matériaux, la microstructure du gypse solide dépend fortement des conditions de son hydratation. L'image MEB d'une microstructure de gypse renforcée de longues fibres unidirectionnelles est présentée dans la Figure 5.2 [1, 2]. Les observations précédentes conduisent naturellement à distinguer trois écailles dans la microstructure du gypse renforcé de fibres longues unidirectionnelles.
La modélisation multiéchelle
- Rappel du principe de la méthode
- Approche adoptée dans le cadre de ce travail
- Rappels sur les méthodes d’homogénéisation
- Modèles analytiques ou semi-analytiques
C’est par exemple le cas de nos travaux d’identification de la conductivité thermique des fibres végétales. Dans le cas de déformations homogènes imposées, le tenseur des modules homogénéisés Cijklhom est calculé comme suit. Dans le cas de contraintes homogènes imposées, le tenseur de flexibilité homogénéisé Sijklhom est calculé comme suit.
Application au plâtre renforcé de fibres unidirec- tionnellestionnelles
- Comportement thermique
- Comportement mécanique
Le tableau 5.3 résume les données et les valeurs limites de conductivité thermique pour les échantillons composites testés. Les équations (5.10) et (5.11) permettent de calculer les bornes inférieures des modules élastiques et du coefficient de Poisson pour un matériau hétérogène à deux constituants. Les modules d'élasticité homogénéisés pour les échantillons composites redressés sont calculés à partir des données du tableau 5.6 en utilisant des expressions théoriques.
Comparaison aux résultats expérimentaux
- Comportement thermique
- Comportement mécanique
Ils sont encadrés par des valeurs seuils calculées à partir des expressions et valeurs de la conductivité thermique de la fibre. Pour ces calculs, on utilise les valeurs limites de conductivité thermique du plâtre durci, calculées par les expressions (5.1) et (5.2). Ce qui montre que le cadre expérimental de conductivité thermique est bien décrit par les termes utilisés.
Conclusion
Les caractéristiques thermiques de la fibre utilisée sont celles du chêne avec des fibres considérées perpendiculaires au flux thermique. L'influence de la morphologie structurale sur les performances mécaniques des matériaux de construction : application aux pâtes de plâtre et de ciment. L'influence de la morphologie structurale sur les performances mécaniques des matériaux de construction : application aux pâtes de plâtre et de ciment.