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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université des Sciences et de la Technologie d’Oran « Mohamed BOUDIAF » Faculté des Sciences Département de Chimie Industrielle Spécialité : Chimie Industrielle Option : Physicochimie des Matériaux Minéraux MEMOIRE DE MAGISTER THEME SYNTHESE ET CARACTERISATION D’UN CIMENT BELITIQUE RICHE EN άL-C2S ET DE HAUTE REACTIVITE HYDRAULIQUE Présenté par M. MEROUANE Abdellah Composition du jury : M. BEKKA Ahmed Professeur U.S.T.M.B.O Président M. DERRICHE Zoubir Professeur U.S.T.M.B.O Examinateur M. GHOMARI Abdelhamid Professeur U. Mostaganem Examinateur M. BETTAHAR Noureddine Professeur U.S.T.M.B.O Examinateur M. KACIMI Labri Maître de Conférences U.S.T.M.B.O Encadreur Année Universitaire 2009-2010 Décembre 2009 Remerciements Tout d'abord, je remercie Monsieur Bekka Ahmed Professeur à l’université des sciences et technologie d’Oran de m'avoir fait l'honneur de présider ce jury. Je remercie Monsieurs les professeurs Derriche. Z, Bettahar. N, Ghomari. A pour l'intérêt qu'ils ont porté à mon travail en acceptant d'être les rapporteurs de ce mémoire. J'adresse ma profonde reconnaissance à Monsieur kacimi. L, Maître de conférences à l’université des sciences de la technologie d’Oran qui m'a chaleureusement accueillie au sein de son équipe, et a toujours su me soutenir et m'épauler dans les moments les plus difficiles. Je le remercie pour les nombreuses discussions scientifiques que nous avons partagées tout au long de cette période à Oran et à Toulouse, et a été mon principal interlocuteur tout au long de ce mémoire. Je le remercie pour sa disponibilité, pour son écoute, pour ses grandes qualités pédagogiques, ainsi que pour sa rigueur scientifique, qu'il a su me communiquer pour mener au mieux ce travail de recherche. J'ai apprécié ses critiques constructives, ainsi que son enthousiasme, qui ont sans cesse renouvelé mon ardeur au travail et ont ainsi constitué un précieux soutien. Au Centre d’études et de service technologiques de l’industrie des matériaux de construction de Boumerdes, Monsieur Daoudi. A et Mademoiselle Sahraoui. K n’ont pas compté le temps pour me rendre service et m'apporter les connaissances scientifiques. Je les remercie pour leur contribution très intéressante à ce travail ainsi que pour la qualité de leurs explications. Je remercie très chaleureusement Monsieur Clastres. P Professeur au laboratoire des matériaux et durabilité et construction-Toulouse, Monsieur Martin. C Maître de conférences au laboratoire de Toulouse, Monsieur Guillaume. L pour leurs enthousiasmes et leurs intérêts pour mon travail de recherche, ainsi que pour toutes les idées qu'ils n'ont pas manqué de me soumettre concernant les expériences de diffraction des rayons-X et leurs interprétations. Je remercie de tout cœur mes amis Blidi, Benchaa qui m’ont soutenu durant tout mon travail de mémoire. J'exprime mes plus sincères remerciements à tout le personnel des laboratoires de Zahana, Chlef, Sig, Boumerdes, où j’ai effectué un bon nombre de mes expériences. Je remercie Monsieur Makani. A pour tout ce que nous avons partagé, que ce soit dans le laboratoire de Toulouse ou à l'université de Paul Sabatier, pour sa profonde amitié et son enthousiasme toujours débordant qui ont été pour moi source d'énergie et de vitalité. Je remercie mes amis et mes collègues du département de chimie industrielle. Je remercie enfin mes parents, qui m’ont inculqué un esprit rigoureux, appliqué, minutieux, voire perfectionniste, grâce auquel j’ai acquis un goût prononcé pour le travail bien fait, ainsi qu’une volonté de compréhension pointue des choses, bref, un esprit de chercheur ! Et bien sûr, je ne peux terminer sans exprimer ma profonde gratitude pour ma femme et mes deux filles Wafa-naima et loubna, qui ont su me supporter, m’épauler, me remonter le moral, avec une patience infinie, pendant cette période pas toujours faciles. DEDICACES Au nom du Dieu qui m’a permis de réaliser ce mémoire et avec une grande joie que je dédie ce modeste travail à : - Mes parents pour tout ce qu’ils ont fait pour moi afin de parvenir à mon objectif. - Mon directeur de ce mémoire Monsieur Kacimi. L. - Ma femme et mes deux filles Wafa-naima et Loubna. - Ma grand-mère Keltouma. - Mes très chers amis Semchi, Yahia. - Mes frères et sœurs. - Mes cousins et mes belles sœurs. - Tous mes amis pour leur soutien. - Tous mes professeurs qui ont su nous transmettre leur savoir avec gentillesse et compétence. MEROUANE Abdellah SOMMAIRE ABREVIATION INTRODUCTION GENERALE................................................................................ 1 CHAPITRE I : CHIMIE DU CIMENT PORTLAND................................................ 4 I. TECHNOLOGIE DE FABRICATION DU CIMENT PORTLAND…………......... 4 I.1. Matières premières et préparation du mélange cru…………………...................... 4 I.2. Processus de cuisson du mélange cru……………………………………………... 5 I.3. Processus de refroidissement du clinker Portland………………………………… 11 II. CHIMIE DU CLINKER ET CIMENT PORTLAND……………………………… 12 II.1. Propriétés chimiques................................................................................................. 12 II.2. Propriétés minéralogiques………………………………………………………... 15 II.3. Propriétés structurales et morphologiques……………………………………….. 16 II.4. Hydratation des minéraux du ciment……………………………………………... 19 CHAPITRE II : CIMENTS BELITIQUES………………………………………. 23 I. ETUDE DE LA BELITE COMME PHASE DU CLINKER………………………… 23 II. TECHNOLOGIES DE STABILISATION DE LA BELITE……………………….. 27 III. CIMENTS BELITIQUES…………………………………………………………... 30 IV. INTERETS DE LA FABRICATION DES CIMENTS BELITIQUES……………. 32 V. PROPRIETES HYDRAULIQUES DU CLINKER BELITIQUE…………………... 33 VI. UTILISATION DE LA POUZZOLANE DANS LE CIMENT BELITIQUE……... 39 VII. UTILISATION DES DECHETS INDUSTRIELS………………………………… 41 CHAPITRE ΙΙΙ : EXPERIMENTATION.................................................................... 44 I. INTRODUCTION…………………………………………………………………… 44 II. MATIERES PREMIERES UTILISEES…………………………………………….. 46 III. PREPARATION DES MATIERTES PREMIERES ET DES MELANGES CRUS. 47 IV. CALCUL DU MELANGE CRU………………………………………………….. 48 V. DOSAGE DES MELANGES CRUS………………………………………………. 48 VI. TECHNIQUES DE SYNTHESE DES CLINKERS BELITIQUES……………….. 50 VII. METHODES D’ANALYSE ET DE CARACTERISATION…………………….. 51 VII.1. Dosage de la chaux libre dans les clinkers bélitique.............................................. 51 VII.1. Dosage de la chaux libre dans les clinkers bélitique.............................................. 52 VII.3. Fluorescence des rayons X………………………………………………………. 52 VII.4. Microscopie électronique a balayage……………………………………………. 52 VII.5. Analyses thermiques…………………………………………………………….. 53 VII.6. Détermination du temps de prise………………………………………………… 54 VII.7. Détermination de la résistance à la compression………………………………… 55 CHAPITRE IV : SYNTHESE D’UN CLINKER BELITIQUE REACTIF PAR LA METHODE SECHE……………………………………………………………… 57 I. PRINCIPE DE LA METHODE SECHE…………………………………………….. 57 II. SYNTHESE DE CLINKERS A BASE DE CALCAIRE MARNEUX ET MARNE.. 57 II.1. Détermination du taux de chaux libre dans les clinkers synthétises………………. 58 II.2. Compositions minéralogiques des clinkers synthétisés…………………………… 61 III. SYNTHESE DE CLINKERS BELITIQUES A BASE D’AUTRES MATERIAUX 65 IV. CONCLUSION…………………………………………………………………….. 69 CHAPITRE IV : SYNTHESE D’UN CLINKER BELITIQUE REACTIF PAR LA METHODE HYDROTHERMALE……………………………………………… 70 I. PRINCIPE DE LA METHODE HYDROTHERMALE……………………………... 70 II. COMPOSITION CHIMIQUE DES MELANGES ET CLINKERS SYNTHETISES 70 III. ETUDE DES TRANSFORMATIONS PAR ANALYSES THERMIQUES………. 71 III.1. Analyse thermique du mélange hydrothermal à base de marne………………….. 72 III.2. Analyse thermique du mélange hydrothermal à base de boue de sable………….. 73 III.3. Analyse thermique du mélange hydrothermal à base de kaolin…………………... 74 III.4. Analyse thermique du mélange hydrothermal à base de fumée de silice………… 75 III.5. Analyse thermique du mélange hydrothermal à base d’argile (C/S=2)…………... 76 IV. CARACTERISATION PAR DRX DES MELANGES HYDROTHERMAUX…… 77 V. CARACTERISATION PAR DRX DES CLINKERS SYNTHETISES…………….. 79 V.1. Clinker bélitique à base de boue de traitement de sable…………………………... 80 V.2. Clinker bélitique à base de marne…………………………………………………. 84 V.3. Clinker bélitique à base d’argile de rapport CaO/SiO2=2…………………………. 88 V.4. Clinker bélitique à base de kaolin obtenu à 1100°C………………………………. 89 V.5. Clinker bélitique à base de fumée de silice obtenu à 1100°C……………………... 90 VI. CARACTERISATIONS PAR MEB, EDX) DU CIMENT BELITIQUE…………. 91 VII. ETUDE DES PROPRIETES HYDRAULIQUES DES CLINKERS……………... 93 VII.1. Etude de l’évolution de l’hydratation du ciment par DRX……………………… 93 VII.2. Essai de réactivité hydraulique des clinkers synthétisés………………………… 95 VII.3. Résistance à la compression des ciments synthétisés…………………………… 96 VIII. CONCLUSION…………………………………………………………………… 97 CONCLUSIONS GENERALES ET PERSPECTIVES…………………………….. 98 I. CONCLUSIONS GENERALES……………………………………………………... 98 II. PERSPECTIVES…………………………………………………………………….. 100 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES…………………………………………… 101 ANNEXES INTRODUCTION GENERALE Les activités humaines qui contribuent au réchauffement de la planète (effet de serre) sont de longue date. A mesure que les sociétés progressaient et que les populations augmentaient, elles ont établi des sociétés de plus en plus avancées, qui sont devenues de plus en plus dépendantes des ressources naturelles de la planète, comme le bois et les combustibles fossiles. Les activités humaines ont un effet direct sur la quantité de CO2 et CH4 rejetée dans l’atmosphère. Il s’agit de la production et de la combustion de combustibles fossiles comme le charbon, le pétrole et le gaz naturel, ainsi que le déboisement des forets en vue d’opération de construction ou d’aménagement de terres agricoles. Depuis la révolution industrielle des années 1800, le travail est réalisé par des machines fonctionnant à l’aide des combustibles fossiles. Parallèlement, l’augmentation de la production de riz et du nombre d’animaux domestiques a provoqué une augmentation des émissions de CH4. Au cours de cette période, les concentrations de CO2 et CH4 ont augmenté à une vitesse jamais observée auparavant. L’industrie du ciment est considérée actuellement parmis les industreis les plus polluantes, qui represente environ 8% de la quantité globale des emissions de CO2. Ceci est dû au fait que le gaz CO2 vient de 3 sources pour une cimenterie: la combustion du carburant pour produire de l’energie thermique qui constitue 54’% des emissions, la production de l’energie electrique qui constitue 12% et la décarbonataion du calcaiare qui represente 34%. L’utilisation d’importantes quantités de combustibles et de carbonates dans la production du ciment est une des grandes préoccupations environnementales uploads/Science et Technologie/ memoir-2.pdf