formulation et extrusion de matériaux composites à

FORMULATION ET EXTRUSION DE MATÉRIAUX COMPOSITES À BASE DE SOUS-PRODUITS BOIS DESTINÉS
À LA CONSTRUCTION DE MAÇONNERIE.
JEAN GÉRARD NDONG ENGONE
UNIVERSITÉ D’ARTOIS / I.U.T DE BÉTHUNE
LABORATOIRE DE GÉNIE CIVIL ET DE GÉO-ENVIRONNEMENT (LGCgE)
FINANCEMENT : UNIVERSITÉ D’ARTOIS & RÉGION NORD-PAS-DE-CALAIS
PARTENAIRES : BIALLAIS INDUSTRIES & SCIERIE ASBOIS
Email: [email protected]
CONTEXTE ET PROBLÉMATIQUES
L'industrie du bois génère environ douze millions de tonnes de déchets (rebus de bois, copeaux et sciure) par an en France, soixante pourcent de ces
déchets proviennent essentiellement des scieries. Différentes filières de valorisation de ces déchets existent mais restent très nocives pour
l'environnement. Un nouvel enjeu est de trouver des voies et moyens pour une valorisation durable de ces sous-produits issus des scieries. La valorisation
de ces déchets dans la construction représente une solution durable. L'industrie de la construction est responsable de la diminution de grande quantité de
ressources non renouvelable et de 25 % des émissions de gaz à effet de serre en France. L'utilisation de sous-produits bois dans cette industrie peut non
seulement permettre leur valorisation de façon importante et durable mais aussi permettre la réduction de l'impact environnemental de cette industrie. Dans
ce contexte, la région Nord-Pas-de-Calais a mis en place une Arcir bois (Cluster bois). Un des objectifs de ce projet est d'élaborer de nouveaux matériaux
de construction à base de sous-produits bois compétitifs et concurrents des matériaux de construction classiques connus. Il s'agit de développer un
procédé de mise en forme par extrusion de blocs à base de sous-produits de bois provenant d'essence régionale (Peuplier).
Déchets
12millions t/an
MÉTHODOLOGIE
Objectifs: Extrusion d’un composite cimentaire sous forme blocs de 60 mm * 105 mm *
220 mm destinés à la construction. L’extrusion est un procédé de formage couramment
utilisé pour une large gamme de matériaux (l’argile, des polymères...).
Quel matériau cimentaire utiliser ? Comment incorporer le
déchet de bois dans ce matériau?
o Mortier de sable (ciment + sable + eau) avec des proportions de
matériau fixées par la norme (mortier normalisé).
o Introduction du déchet par substitution volumique d’un des
composants du mortier (sable). Soit une proportion d’introduction
allant de 23% à 46% du volume total du mortier.
Planning de travail:
Mortier de sable
Introduction de la sciure
de bois
Optimisation à
l’extrusion
Blocs de construction
Critères:
1) Le matériau formulé doit être extrudable (Assez rigide pour résister aux
déformations induites par son propre poids, assez plastique pour être
cisaillé avec des forces inférieures à 100 kN.
2) La résistance mécanique des blocs comprise entre 3,5 MPa et 8 MPa.
3) Le matériau formulé doit être résistant aux agressions climatiques (gel
- dégel).
4) Capacité thermique élevée souhaitée.
5) Bonne capacité acoustique souhaitée.
Déchets de bois (sciure)
Vérification des critères
mécaniques et thermo-physiques
Extrusion
Modélisation numérique de l’extrusion,
du comportement thermomécanique des
produits extrudés
Vue de l’extrudeuse
Schéma d’extrusion
RÉSULTATS
Après avoir optimisé un mortier de sable à l’extrusion, la sciure de bois est incorporée à des taux variant de 23% à 46% de
la fraction volumique totale. Quelques-uns des blocs obtenus sont présentés ci-dessous
Mortier de sable optimisé
Mortier de sable optimisé
avec 23% de sciure
Mortier de sable optimisé
avec 35% de sciure
La densité et la résistance mécanique de ces blocs ont été caractérisées.
L’introduction des granulats de bois permet de réduire la densité des blocs, ce qui
représente un point positif pour leur utilisation en maçonnerie. Pour un volume de bois
conséquent (35%) on obtient des blocs avec des résistances permettant leur utilisation
comme élément de mur porteur. La chute résistance est liée à différents paramètres
(densité des granulats de bois, inhibition de la prise, etc.).
L'inhibition de la prise est l’un des principaux facteurs qui engendre la chute de la
résistance. La réaction de la prise du ciment étant exothermique, un dispositif d’essai
calorimétrique permet d’enregistrer le flux de chaleur dégagé lors de la prise du
mortier.
Les résultats montrent que l’introduction des granulats de bois, réduit le flux de chaleur,
ce qui traduit une inhibition partielle de la prise.
CONCLUSIONS & PERSPECTIVES
Les résultats obtenus dans ce projet montrent que l’extrusion des
mortiers de bois est possible. Aussi l’utilisation de blocs de mortier
avec un fort taux d’incorporation de granulats bois comme élément de
maçonnerie porteuse est envisageable. Les résultats des essais
thermiques (non présentés ici) confortent cette possibilité d’utilisation.
Afin d’améliorer encore plus le bilan carbone des blocs de mortier de
bois, il est envisagé de substituer le ciment par des cendres volantes
et/ou fillers calcaires. La deuxième partie de ce projet consiste à
modéliser le comportement à l’extrusion des mortiers et le
comportement mécanique et hydromécanique des blocs obtenus
après extrusion.
Variation de la contrainte de rupture
Variation de la densité
Dispositif de mesure calorimétrique
Résultats d’essais calorimétriques
COMPÉTENCES DÉVELOPPÉES
Autonomie, rigueur, initiative, capacité
d’adaptation.
Rédaction de publications (Anglais).
Communications orales.
Enseignement et encadrement d’étudiants.
ORIGINALITÉ DU PROJET
Thème de recherche innovant, appliqué et
pluridisciplinaire.
Développement de produits destinés à
une application industrielle.
Rhéologie et tribologie des matériaux
cimentaires.
Extrusion des matériaux (pratique et théorie)
Chimie du bois.
Homogénéisation numérique et analytique.
Doctoriales 2015 – 12 au 17 Avril, Lille