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Cours de matériaux innovants: Master 1; 2017/2018: Responsable du cours: Mr Che

Cours de matériaux innovants: Master 1; 2017/2018: Responsable du cours: Mr Chelouah Page 1 Chapitre 1 Eco-Matériaux Définition Il n’existe pas de définition unanimement partagée de ce qu’est un éco-matériau. Une association de protection de l’homme et de l’environnement en propose la définition suivante : Mise en œuvre: l’éco-matériau doit avoir des qualités techniques, être apte à l’emploi et correctement mis en œuvre pour assurer la durabilité de ses performances dans le temps. Santé et confort: l’éco-matériau ne doit pas être nuisible à la santé de l’occupant ou de l’artisan ; il doit assurer le confort de l’habitant. Environnement: le matériau doit nécessiter un minimum d'énergie sur l'ensemble de son cycle de vie et permettre des économies d’énergie pendant la durée de vie du bâtiment grâce à son pouvoir d’isolation. Ses matières premières sont issues de ressources renouvelables. Développement local équitable: l’éco-matériau mobilise des ressources locales et crée de l’emploi dans le cadre d'activités redistributives ; il est accessible à tous (en termes de ressources financières et d'informations fournies). Il est cependant rare qu’un matériau remplisse l’ensemble de ces critères, c’est pourquoi, souvent, cette définition varie selon les priorités de chacun. Vaut-il mieux privilégier l’utilisation d’un matériau produit localement qui n’induira pas ou peu de consommation d’énergie pour son transport mais qui en consomme lors de sa production ou bien un matériau peu consommateur à la fabrication mais qui doit être transporté sur plusieurs milliers de kilomètres ? L’absence de définition officielle précise de ce qu’est un éco-matériau facilite l’emploi abusif de cette terminologie. Valorisation des matériaux 1. Matériaux naturels 1.1. Les pierres Les matériaux de construction trouvent leur origine dans le sol, en premier lieu les pierres (les roches) qui sont depuis les temps les plus anciens des éléments de construction résultent du refroidissement progressif de la masse de la terre passant dans sa première phase de formation de l'état gazeux à l'état liquide (le magma) puis, au contact de l'atmosphère, à l’état solide (l'écorce terrestre). D'autres pierres naturelles résultent de celles-ci par désagrégation, sédimentation et altération. Les pierres naturelles possèdent des formes et dimensions très variées. Depuis toujours, l’Homme utilise les matériaux naturels du sous-sol, les roches, pour ses industries et ses constructions. Les premiers outils préhistoriques, galets aménagés, datent d’environ deux millions d’années. Depuis, l’humanité n’a cessé d’extraire les diverses matières minérales dont elle a besoin pour vivre et se développer. Le cycle des roches est: La cristallisation du magma donne des roches magmatiques. L’altération, la sédimentation, la diagénèse (transformation d'un sédiment meuble en une roche cohérente) donnent des roches sédimentaires. La température et la pression donnent des roches métamorphiques Cours de matériaux innovants: Master 1; 2017/2018: Responsable du cours: Mr Chelouah Page 2 1.2. Les argiles Les argile sont des matériaux sédimentaires de l'écorce terrestre, obtenu par dégradation physique et altération par l'hydrolyse (Décomposition de certains composés chimiques) des minéraux des roches éruptives et magmatique (granite et basaltes) sous l'action physique et chimique des eaux de surface. Ces résidus détritiques (qui résulte de la déségrégation d'une roche préexistante) sont déplacés par voie glaciaire, fluviale ou éolienne et se déposent dans les bassins de sédimentation. Les argiles sont principalement des phyllosilicates hydrate d'aluminium. Le préfixe phyllo exprime que la forme des silicate est en feuillets. Elles présentant une structure cristalline en feuillets. Ces derniers sont constitués de couches d’octaèdres Al(OH)6 et de couches de tétraèdres SiO4 reliées par les atomes O et OH mis en commun. Suivant l'arrangement des couches dans le feuillet et les substitution ioniques, on obtient de nombreuse types d'argile dont les principales sont des silicates hydratés d'alumine à structure en feuillet. Les minéraux argileux les plus présents dans les sédiments sont : la kaolinite : Composée d’une succession de couches alternées de feuillets de silice et de feuillets d’alumine. la smectite : Composée par deux feuillets de silice et d’un feuillet d’alumine ou gibbsite. l’illite : Argile de structure similaire à celle de smectite. Les atomes de potassium occupent les espaces entre les couches. Les argiles et leurs domaines d'utilisations Les propriétés des argiles ont été reconnues et utilisées depuis la plus haute antiquité par nos ancêtres. L’argile rentre dans plusieurs domaines d’applications industriels, artisanaux, pharmaceutiques et autres : Matériaux de construction L'argile calcinée est la matière première principale avec quelques additions de sable, de chamotte comme fondant dans la fabrication des briques, tuiles et céramiques, Les argiles peu fusibles sont réfractaires entre 1350 à 1580 °C et servent pour la fabrication des briques, des carreaux de sol et muraux. Ciment composé L’argile calcinée peut être utilisée comme ajout pouzzolanique dans la fabrication des ciments avec additions minérales à un taux de substitution de 30% environ. 1.3. Les pouzzolanes 1.3.1. Les pouzzolanes naturelles Le terme pouzzolane vient du latin pulvis puteolana, désignant les sables de Pozzuoli, port italien situé au pied du Vésuve à Naples. Ce sable volcanique était déjà remarqué par Vitruve au 1er siècle avant J.-C. pour la fabrication de béton romain résistant à l’eau. Historique Les Romains utilisaient le tuf rouge trouvé près de Naples (Pouzzoles) après avoir été finement broyé et mélangé avec la chaux ou la chaux hydraulique et le sable. La coupole de 42 m de portée au Panthéon, à Rome, est un des nombreux exemples des constructions romaines, utilisant un grand nombre de pouzzolanes, qui a survécu près de 2000 ans et est fabriquée à partir de béton de chaux-pouzzolane. Cours de matériaux innovants: Master 1; 2017/2018: Responsable du cours: Mr Chelouah Page 3 Au cours de l'évolution technologique en Grèce et à Rome, les mortiers et enduits d'un grand nombre de bâtiments anciens de l'Inde ont été fabriqués à partir de la chaux-surkhi (un mélange de chaux et des briques d'argile concassées). Du 19ème siècle à nos jours le mélange chaux-surkhi est encore utilisé pour les barrages parce il est moins susceptible de se rétrécir, il produit une structure plus imperméable, le matériel peut mieux tenir compte des contraintes internes. En Europe du Nord, le trass (pierre volcanique utilisée pour des enduits-ciments) de Rhin a été connu depuis 2000 ans, les mortiers contenant du trass ont été trouvés dans les bâtiments romains le long du Rhin. La présence de la bauxite a également été rapportée dans certains mortiers anciens - par exemple, la ruines des Baux dans la vallée du Rhône, quelques mortiers français ont été fabriqués à partir de la bauxite pulvérisée et de la chaux. Après l'époque romaine il ne semble pas y avoir beaucoup de développements dans les pratiques de construction jusqu'à la révolution industrielle lorsque les ciments ont été nécessaires pour assurer le progrès. Définition Par pouzzolane naturelle on désigne au sens strict les pyroclastites ou pyroclastiques veut dire "brisé par le feu", qui sont des projections des éruptions volcaniques. Les pouzzolanes sont composées essentiellement de la silice (SiO2) et d’alumine (Al2O2). La partie restante contient de l’oxyde de fer et d’autres oxydes ainsi qu’un pourcentage de chaux (CaO). Elles sont généralement rouge ou noire, avec toutes les teinte intermédiaires, exceptionnellement grise. La pouzzolane se définit comme étant un matériau siliceux (SiO2) ou silico-alumineux (SiO2 + Al2O3), qui ne possède pas de propriétés liantes, mais qui sous forme de poudre très fine et en présence d’humidité, réagit chimiquement avec l’hydroxyde de calcium (Ca(OH)2) à température ordinaire pour former des composés possédant des propriétés liantes. Types de pouzzolanes naturelles Verre volcanique Il y a lieu de citer les pouzzolanes des roches pyroclastiques meubles ou à faible cohésion provenant des éruptions volcaniques. Ce type de roche se trouve dans un état vitreux (amorphe) ou du moins sous une forme d’instabilité ou de réactivité qui les rend sensibles à l’attaque par l’hydroxyde de calcium (Ca(OH)2. Produits pyroclastiques La roche pyroclastique est une désignation purement génétique, son origine est volcanique et elles sont sédimentaires de par leur mode de dépôt. Le terme pyroclaste, est employé pour définir de manière générale tout matériau fragmenté produit par les éruptions d’un volcan. Selon l’état sous lequel la lave est émise, les produits pyroclastiques peuvent se diviser en plusieurs catégories : Les cendres, qui ont moins de 2 mm de diamètre, matériau résultant de la pulvérisation de roches préexistantes ou de l’éjection de magma finement fragmenté ou pulvérisé Le lapilli, est un gravier dont la dimension maximale est comprise entre (2-64 mm), en général, il arrive à la surface déjà consolidés (consolidation des laves de la cheminée d’éjection), et il est le résultat de la fragmentation des vieilles roches. Cours de matériaux innovants: Master 1; 2017/2018: Responsable du cours: Mr Chelouah Page 4 Pierre ponce, Elle se forme généralement à partir des fragments de magmas solidifiés qui ont emprisonnés une très grande quantité de bulles, et se caractérise par une forme alvéole. Elle est très poreuse d'où sa faible densité. Les bombes ou blocs (plus de 64 mm de dimension). Elles ont des formes particulières selon leur projection, leur atterrissage et leur mode de refroidissement. On peut trouver des bombes en chou-fleur, en fuseau, en bouse de vache ou en boule (en basalte). Et des bombes en croûte de uploads/Ingenierie_Lourd/ eco-materiaux.pdf