Soutenance mémoire
Le béton est l’un des matériaux de construction le plus utilisé au monde. Il est présent dans tous les secteurs de la construction, ses qualités et ses performances répondent aux différents besoins en matière de bâtiments et de génie civil en respectant les exigences de sécurité, d’esthétique et de durabilité. Il répond toujours aux besoins actuels sans oublier le respect de l’environnement grâce à sa souplesse d’utilisation et son immense potentiel architectural. Le matériau paraît rustique et simple quoiqu’en réalité il est très complexe et possède de multiples qualités. Il peut s’associer facilement à d’autres matériaux tels le verre, l’acier, le bois, la brique dont il peut aussi reproduire la couleur et la texture. Le béton résiste au feu et aux aléas du temps pour un plus grand confort de vie. Pourtant ses caractères sont plutôt cachés dans nos murs. Depuis, il a engendré une image froide et sobre plutôt négative. Deux caractéristiques ont néanmoins limité son utilisation : il est fragile et résiste mal à la traction. Sa mise en œuvre demande une expertise certaine. Cependant, le béton a pris un nouvel essor. Les recherches sur les nouveaux bétons se sont beaucoup accélérées depuis dix ans. Elles fournissent aujourd’hui des solutions innovantes en termes de conception, de mise en œuvre et d’esthétique. La récente mise au point de matériaux composites renforcés de fibres a offert la possibilité de remédier à ces lacunes. Une simple addition d’une petite quantité de fibres dans une matrice cimentaire rend cette nouveauté très intéressante, ce qui a donné naissance aux bétons fibrés.
QUELQUES NOTIONS SUR LES MATERIAUX COMPOSITES
Définitions
Un composite est un matériau composé de matières de nature et de compositions différentes et possédant de ce fait des caractéristiques spéciales. Le matériau composite est un assemblage d’au moins deux matériaux non miscible (mais ayant une forte capacité d’adhésion). Le nouveau matériau ainsi constitué possède des propriétés que les éléments seuls ne possèdent pas. Un matériau composite est constitué d’une ossature appelée renfort qui assure la tenue mécanique et d’une protection appelée matrice qui est généralement une matière plastique (résine thermoplastique ou thermodurcissable) et qui assure la cohésion de la structure et la retransmission des efforts vers le renfort.
Historique
Le bois fut le premier matériau composite naturel utilisé, ensuite le torchis a été utilisé en construction pour ses propriétés d’isolation et de coût. Parmi les premiers composites fabriqués par l’homme on trouve également les arcs Mongols (2000 ans av. J.-C.). Leur âme en bois était contrecollée de tendon au dos et de corne sur sa face interne. Les sabres japonais traditionnels sont aussi un exemple de matériaux composites très ancien. Les forgerons nippons procédaient au pliage et au martèlement du métal jusqu’à obtenir une sorte de pâte feuilletée pouvant être composée de plus de 4 000 couches. Le procédé de pliage était utilisé pour maîtriser précisément l’uniformité de l’acier ainsi que sa composition en carbone tout en conférant à la lame ses propriétés de résistance et de souplesse.
● 1823 : Charles Macintosh créé l’imperméable avec du caoutchouc sur des tissus comme le coton.
● 1892 : François Hennebique dépose le brevet du béton.
Principaux composites
● Les fibres de verre sont utilisées notamment dans la fabrication de piscines.
● Les fibres de carbone utilisées dans l’aviation.
● Le contreplaqué utilisé en menuiserie, construction, ébénisterie.
● Les cloisons de Placoplatre, très utilisé dans le bâtiment hors intempéries.
● Le béton armé en génie civil.
● La fibre d’aramide (ou Kevlar qui est une dénomination commerciale) utilisée dans les protections balistiques gilets pare-balles. (Attention, les gilets pare-balles ne sont pas des composites ! Par contre, le kevlar qui les composent est bien utilisé en tant que fibre pour composites dans d’autres types d’utilisations.)
● Le GLARE composé principalement d’aluminium et de fibre de verre est utilisé en aéronautique.
Structure des composites
Renforts
Le renfort est le squelette supportant les efforts mécaniques. Il peut se présenter sous de nombreuses formes : fibres courtes (mat) ou fibres continues (tissus ou textures multidirectionnelles) en fonction de l’application envisagée. Les fibres possèdent généralement une bonne résistance à la traction mais une résistance à la compression faible. Parmi les fibres les plus employées on peut citer :
● Les fibres de verre qui sont utilisées dans le bâtiment, le nautisme et diverses applications non structurantes. Le coût de production de ces fibres est peu élevé ce qui en fait l’une des fibres les plus utilisées à l’heure actuelle.
● Les fibres de carbone utilisées pour des applications structurantes. Elles sont obtenues par la pyrolyse d’un précurseur organique ou non sous atmosphère contrôlée. Le plus utilisé de ces précurseurs est le Polyacrylonitrile (PAN). Le prix de ces fibres reste relativement élevé mais il n’a cessé de diminuer avec l’augmentation des volumes de production. On les retrouve dans de nombreuses applications dans l’aéronautique, le spatial ainsi que les sports et loisirs de compétitions (Formule 1, mâts de bateaux).
● Les fibres d’aramide (ou Kevlar qui est une dénomination commerciale) utilisées dans les protections balistiques comme les gilets pare-balles ainsi que dans les réservoirs souple de carburant en Formule 1.
● Les fibres de carbure de silicium sont une bonne réponse à l’oxydation du carbone dès 500°C. Elles sont utilisées dans des applications très spécifiques travaillant à haute température et sous atmosphère oxydante (spatial et nucléaire). Leur coût de production est très élevé ce qui limite donc leur utilisation.
● Pour les composites d’entrée de gamme, un intérêt croissant est porté aux fibres végétales, comme le chanvre ou le lin. Ces fibres ont de bonnes propriétés mécaniques pour un prix modeste, et sont particulièrement écologiques puisque ce sont des produits naturels.
Matrices
La matrice a pour principal but de transmettre les efforts mécaniques au renfort. Elle assure aussi la protection du renfort vis à vis des diverses conditions environnementales. Dans le cas des CMO (composites à matrices organiques) les principales matrices utilisées sont :
● Les résines polyester peu onéreuses qui sont généralement utilisées avec les fibres de verre et que l’on retrouve dans de nombreuses applications de la vie courante.
● Les résines vinylester sont surtout utilisées pour des applications où les résines polyester ne sont pas suffisantes. Elle est issue d’une modification d’une résine époxyde et est excellente pour des applications de résistance chimique.
● Les résines époxy qui possèdent de bonnes caractéristiques mécaniques. Elles sont généralement utilisées avec les fibres de carbone pour la réalisation de pièces de structure et d’aéronautique.
● Les résines phénoliques utilisées dans les applications nécessitant des propriétés de tenue aux feu et flammes imposées par les normes dans les transports civils.
● Les résines thermoplastiques comme le polypropylène ou le polyamide.
Dans le cas des CMC (composites à matrices céramiques), la matrice peut être constituée de carbone ou de carbure de silicium. Ces matrices sont déposées soit par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) par densification d’une préforme fibreuse, soit à partir de résines cokéfiables comme les résines phénoliques (dans le cas des matrices de carbone).
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
Partie I : ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
INTRODUCTION
Chapitre I : QUELQUES NOTIONS SUR LES MATERIAUX COMPOSITES
Chapitre II : QUELQUES NOTIONS SUR LES BETONS
Chapitre III : QUELQUES NOTIONS SUR LES FIBRES
Chapitre IV : APERCU SUR LES BETONS FIBRES
CONCLUSION
Partie II : ETUDES EXPERIMENTALES
INTRODUCTION
Chapitre I : CARACTERISATION DES MATERIAUX D’EXPERIMENTATION
Chapitre II : LES ESSAIS ET CARACTERISATION DES BETONS FIBRES
Chapitre III : TRAITEMENTS DE SURFACE
Chapitre IV : Etudes sur les points de vue environnementaux et économiques
CONCLUSION
CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
