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Pavé Plastique
Pavé Plastique
Pavé Plastique
matériaux de construction
Rakotosaona Rijalalaina (1), Ramaroson Jean de Dieu (2), Mandimbisoa Maholy (1), Andrianaivoravelona J. Oliva(1),
Andrianary Phillipe (1), Randrianarivelo Fréderic (3) et Andrianaivo Lala (4)
(1)
École Supérieure Polytechnique d’Antananarivo, Département Génie chimique, BP 1500, Antananarivo 101
(2)
Département Matériaux et Génie Civil, Centre National de Recherches Industrielle et Technologique, BP 6294
Antananarivo 101, Madagascar
(3)
École Supérieure Polytechnique d’Antananarivo, Département Sciences et Ingénierie des Matériaux, BP 1500,
Antananarivo 101, Madagascar
(3)
École Supérieure Polytechnique d’Antananarivo, Département Ingénierie Pétrolière, BP 1500, Antananarivo 101,
Madagascar
Résumé
Les matières plastiques ont désormais envahi notre quotidien. Elles sont le symbole de la société de consommation,
car elles sont considérées comme un matériau non noble : les consommateurs l'assimilent à un produit jetable après
usage. Elles représentent jusqu’à 30% de la masse totale des ordures ménagères, et, n'étant pas dégradables, elles
forment un véritable danger pour l'environnement. Il y a donc lieu d’encourager leur recyclage. Malheureusement,
la multiplicité des types de matières plastiques, l’incompatibilité de certains polymères entre eux et la difficulté de
reconnaître et de séparer les différents polymères induisent de nombreux problèmes au niveau, notamment, du tri
sélectif, en particulier pour les déchets plastiques de post-consommation.
Le renforcement du recyclage des plastiques pourrait contribuer à économiser des ressources rares, à créer des
emplois et à réduire les impacts sur l’environnement. Pour notre bien-être et ceux des générations à venir, nous
avons choisi de valoriser les déchets plastiques pour la fabrication des matériaux de construction tels que la tuile, la
brique et le pavé autobloquant.
Nous avons entamé le travail par les études bibliographiques. On a ensuite interprété et mise en perspective les
résultats obtenus antérieurement. Nous avons continué notre travail par l’étude, la conception et la réalisation des
appareillages pour la fabrication des matériaux.
Nous avons ensuite effectué les essais de fabrication des matériaux qui nous a emmenés vers un résultat largement
satisfaisant. Le matériau qu’on a obtenu a une résistance à la compression de 13,1MPa et une porosité égale à
0,164%, matière obtenue avec une proportion massique constitué de 25,4% de plastique, 54,9 de sable et de 15,4 de
gravillon. Nous avons ensuite effectué l’analyse environnementale du projet dans laquelle on a montré les avantages
qu’apporte le projet sur l’environnement.
Mots clés : recyclage, déchets plastiques, matériaux composites, malaxeur en bras Z, combustion à flamme
inversée.
Plastic explosives invaded our daily henceforth. They are the symbol of the cooperative supply store, because they
are considered like a material non noble: the consumers assimilate it to a disposable product after use. They
represent until 30% of the total mass of the garbage, and, not being degradable, they form a real danger for the
environment. There are grounds therefore to encourage their retraining. Unfortunately, the multiplicity of the types
of plastics, the incompatibility of some polymers between them and the difficulty to recognize and to separate the
different polymers lead many problems to the level, notably, of the selective sort, in particular for the plastic
garbage of post-consumption.
The backing of the retraining of plastics could contribute to save rare resources, to create some jobs and to reduce
the impacts on the environment. For our well-being and those of the generations to come, we chose to valorize the
plastic garbage for the manufacture of the construction supplies as the tile, the brick and the pavement.
We started work by the bibliographic studies. We are interpreted then and setting in perspective the gotten early
results. We continued our work by the survey, the conception and the realization of the equipments for the
manufacture of the materials.
We did the tests of manufacture of the materials that took us toward an extensively satisfactory result then. The
material that one got has a resistance to the compression of 13,1MPa and a porosity equal to 0,164%, matter gotten
with a mass proportion constituted of 25,4% of plastic, 54,9 of sand and 15,4 of gravel. We did the environmental
analysis of the project in which one showed the advantages that the project brings on the environment then.
Keywords: retraining, plastic garbage, composite materials, mixer in arm Z, combustion to reverse flame, tile,
brick, pavement.
1. INTRODUCTION
On constate que le volume des déchets solides produit par la population, ne cesse d’augmenter. Par conséquent les
déchets solides envahissent considérablement l’environnement. Par leur nuisance, ils sont à l’origine de plusieurs
problèmes que supporte notre environnement, actuellement.
La plupart des composants des déchets solides sont biodégradables donc facile à transformer, sauf que pour le cas
des matières plastiques qui sont qualifiées de déchets non biodégradables, par le faite que leur durée de vie peut
atteindre jusqu’à 500 ans environ. Elles sont des polluants directs, elles sont ni altérables, ni biodégradables. Elles
polluent l’environnement et nuisent la santé de la population car elles sont à l’origine de la prolifération de plusieurs
maladies comme : le paludisme (elles sont à l’origine des eaux stagnante qui engendre les moustiques) et la peste.
Elles sont aussi à l’origine de polluants secondaires car sa combustion affecte la qualité de l’air en produisant des
produits toxiques. Alors que la plupart des emballages sont constituées de matières plastiques et ce, dans tous les
domaines (bâtiment, alimentaire électroménager, etc.).
Dans la plupart des grandes villes de Madagascar, les déchets solides sont mis en décharges qui ne subissent aucun
contrôle. On constate qu’à la surface des décharges non contrôlées, les matières plastiques sont emportées par le
vent, elles s’éparpillent autour de la zone de décharge et parfois, elles s’accrochent aux arbres, elles bouchent la
dalle ou le canal d’évacuation des eaux usées. Elles enlaidissent le paysage c’est une pollution visuelle. Et comme
ils ne sont pas biodégradables, elles restent telles qu’elles sont si elles ne sont pas traitées.
Ce sont les raisons qui nous ont poussées à effectuer la valorisation à l’échelle pilote de ces déchets plastiques pour
la fabrication de matériaux de construction tels que le pavé autoblocant, la brique et la tuile.
Différents documents scientifiques et technologiques, nationaux et internationaux ont été utilisés pour la réalisation
de ce travail.
Compte tenu du caractère pluridisciplinaire de l’étude, la méthode a été celle de la compilation des différents
documents sus-cités, ainsi que les travaux de recherche sur terrain et aux laboratoires pour la maîtrise du procédé de
fabrication des matériaux.
Aussi, divers matériels et équipement ont été conçus et réalisés dans le cadre de ce travail. Ils sont nécessaires pour
la réalisation des essais de fabrication des matériaux. Il s’agit :
− de la cuve de cuisson munie d’un malaxeur à pâle Z (Mandimbisoa 2012 ; Barbain et Chevalier, 1997 ;
Roustan, 2005) (Figure 1). Les caractéristiques techniques de cette cuve sont les suivantes :
Elle est utilisée pour la préparation de la pâte composée de résine plastique et des granulats.
Trou d’évacuation
de la pâte
Figure 1 : Cuve avec la pâle en bras double Z (malaxeur) Figure 2 : Foyer à système de chauffage à
(vue de haut) combustion inversée
− un système de chauffage à combustion inversée (Le Net, 2008 ; Mandimbisoa 2012 ; Desplanches et
Chevalier, 1999) (Figure 2). Ce système de chauffage nous permet non seulement d’obtenir la combustion
complète du combustible mais aussi de réduire le coût de combustible utilisé (rendement élevé). Cela nous
permet donc de faire des économies d’énergie tout en respectant l’environnement.
Grace au principe de combustion inversée, on utilise une énergie propre permettant de réduire le niveau
d’émissions de CO2 et des gaz à effet de serre dans l’atmosphère.
− une presse pour le compactage des matériaux (Haudin, 2005 ; Mandimbisoa, 2012 ; Berthelot, 2012)
(Figure 3). Elle fonctionne avec une vis sans fin sur laquelle nous avons vissé un plateau sur son bout
Un système de guidage oriente le mouvement du plateau supérieur pour qu’on obtienne une pression
uniforme sur la moule.
On tourne la manivelle jusqu’à ce que le couvercle de la moule soit placé parfaitement à l’horizontale sur
le boitier et que la butée de la moule limite la course de la vis sans fin.
Un thermomètre de type TAK avec un thermocouple de type K, utilisé pour le prélèvement de la température.
Figure 3 : La presse à vis sans fin Figure 4 : Appareil utilisé pour les essais de flexion et de
compression
Les matières premières utilisées pour la réalisation des essais à l’échelle pilote sont :
− le sable : sable moyen de dimension 0,2 à 2 mm pour la fabrication de tuile ; sable moyen et grossier de
dimension 0,2 à 5 mm pour la brique et le pavé ;
− les gravillons : de dimension 2/6 pour la tuile et 4/14 pour la brique et le pavé ;
La méthodologie consiste à effectuer divers essais pour chaque type de matériaux afin de déterminer les paramètres
optimaux de fabrication.
Le triage des déchets affecte la qualité du matériau obtenu. Le processus de tri permet tout d’abord de classer les
plastiques suivant leur nature chimique et leur origine ;
Les plastiques sont ainsi classés selon leur nature chimique et leur origine.
CUISSON ET MALAXAGE
MOULAGE
COMPACTAGE
REFROIDISSEMENT
EBARBAGE
DEMOULAGE
TEST MECANIQUE
− Vider les différents emballages plastiques de leur contenu et d’enlever les étiquettes;
− Déchiqueter et compacter les déchets plastiques (Figure 6);
− Stocker dans un endroit propre et sec à l’abri de l’humidité.
Certains déchets plastiques provenant des bennes à ordure nécessitent un lavage à l’eau. Ceux-ci doivent être
d’abord séchés avant le pesage. Cette opération se fait souvent parallèlement au tri.
Le sable est utilisé comme charge dans notre matériau. Son incorporation dans le thermoplastique fondu améliore
les propriétés diélectriques, la résistance à la chaleur, la dureté, la résistance à la compression et à l’humidité des
objets moulés. Le sable joue aussi le rôle de plastifiant afin d’améliorer la fluidité à chaud du mélange.
− du sable ayant un une granulométrie compris entre 0.08mm et 2mm pour les tuiles;
− du sable ayant une granulométrie compris entre 0.08mm et 5mm pour les briques et les pavés.
Les gravillons constituent les squelettes de notre matériau (Figure 7). Nous avons utilisé principalement des
gravillons ayant une granulométrie de 2/6 pour la brique; 4/14 pour le pavé.
Figure 7 : Gravillons
Il consiste à peser les différentes matières premières utilisées pour la fabrication du matériau.
Après les procédures de triage, de nettoyage et de pesage, les déchets sont chauffés et mélangés dans le
malaxeur. Il est utile de chauffer le malaxeur avant l’introduction des déchets plastiques. Cette introduction de
déchets se fait d’abord en ouvrant la cuve.
Les paramètres majeurs de la transformation sont la température et le temps. Le plus important est la régulation de la
température pour éviter la carbonisation du mélange.
Cette opération fournit une pâte fondante et homogène sans bulles. Elle dure 100 minutes environ. La température
conditionne principalement la viscosité, les dilatations et retraits, les contraintes résiduelles, la cristallinité. Elle est
limitée en fonction de la thermodégradation du polymère. La dégradation des matériaux de renfort ou d’apport, peut
imposer des contraintes supplémentaires. La température de transformation a également des conséquences sur la
consommation d’énergie, le refroidissement et le coût final. La température varie de 150 à 260°C.
Après les plastiques, on y verse le sable jusqu’à ce que ça soit de nouveau homogène. Après, on y ajoute
progressivement les gravillons au mélange.
Lorsque la pâte devient homogène, on passe tout de suite au coulage. Par simple raclage da la paroi de la
cuve du malaxeur, la pâte sera versée dans la moule à travers un trou d’évacuation. Au contact des parois froides, la
pâte prend la forme du moule et se solidifie. Cette opération doit se faire le plus rapide possible pour que la pâte ne
se solidifie pas trop avant le compactage. Il est parfois nécessaire de repartir la pâte versée dans la moule par une
truelle (Figure 9).
Remarque : La moule nécessite une certaine préparation préalable. Il faut tout d’abord huiler la surface
interne de la moule pour faciliter le démoulage. Cette opération se fait à l’aide d’un pinceau et d’un peu d’huile de
vidange.
Après moulage, on presse la pâte sur la presse à vis sans fin afin d’éliminer les vides et les pores qui pourraient
emmagasiner de l’eau (Figure 10).
Après l’opération de compactage, on retire d’abord la base et le couvercle du moule. Ensuite, on ébarbe le
matériau à l’aide d’une scie à métaux (Figure 11). Pour mieux faciliter le démoulage (Figure 12), le pavé et le
boitier du moule doivent être trempés dans du bac d’eau froide pendant deux minutes.
Figure 12 : Démoulage
3. RÉSULTATS ET DISCUSSIONS
La durée de refroidissement est le temps que met le mélange pour arriver à la forme définitive. Elle a été
déterminée en chronométrant pour chaque formulation le temps entre le coulage jusqu’au refroidissement total du
produit démoulé.
La variation de la température des tuiles au cours des essais de production est donnée par le graphe de la Figure
13.
Concernant les briques et les pavés, la variation de la température au cours du refroidissement est donnée par le
graphe de la Figure 14.
On commence la cuisson par la fusion des déchets plastiques dont la température varie entre la température
ambiante et 250 °C. Lorsque cette température est atteinte, on y ajoute le sable. Après homogénéisation du mélange,
on y introduit ensuite les gravillons, si c’est nécessaire.
Nous avons étudié le comportement des mélanges selon leur composition au cours des essais de fabrication des
matériaux dont les résultats sont reportés dans le Tableau 1.
Le comportement des mélanges des essais N° 4 à 7 est excellent, celui des essais N° 3, N°8 à 10 est bon et ceux des
essais N° 2 et N°1 sont respectivement mauvais et très mauvais.
Le graphique ci-dessus montre que la résistance mécanique maximale est obtenue avec le mélange 50% de plastique
+ 50% de sable. Elle est de 10,7 MPa (mégapascal = MPa = 106 Pa).
La figure montre que la résistance à la compression maximale obtenue est de 13,1 MPa. Elle est obtenue avec le
mélange constitué de 25,4% de déchet plastique, 59,2% de sable et 15,4% de gravillon.
Pour l’éprouvette à 20% de déchets plastiques, la résistance à la compression est 11,3 MPa, elle est faible car la
quantité de plastique contenue dans le mélange est insuffisante. Elle n’arrive pas à lier tous les grains de sable du
mélange.
Par contre, si la quantité de plastique du mélange dépasse 25,4%, il y a trop de plastique dans le mélange ce qui
affecte la qualité technique du matériau (la résistance mécanique des plastiques est inférieure à celle du sable).
Il existe alors une composition bien définie du mélange pour que la résistance à la compression du produit final soit
optimale.
3.4. Porosité
La porosité est le rapport du volume des vides et du volume total du matériau; c'est-à-dire le volume occupé par
l’air, l’eau ou les deux fluides simultanément ; au volume total de l’éprouvette.
La porosité des produits obtenus avec les essais N° 4 à 7 est donnée dans le Tableau 2.
Grace à la très bonne adhérence entre les charges et les matrices de nos produits (excellente tenue des
mélanges), le test de porosité a donné des résultats très satisfaisants. Elle varie de 0,14 à 0,16%. Le rôle des liants
est de faire en sorte que le matériau n’absorbe pas l’eau. De plus, le compactage à l’aide de la presse élimine les
vides et les pores qui pourraient emmagasiner l’eau. Et on peut dire que la pression que nous avons soumise au
moule est suffisante.
L’ajout de sable a aussi un impact positif au matériau car les fines particules remplissent les vides
interstitiels entre les gravillons et diminuent la porosité du produit final.
4. ANALYSE ENVIRONNEMENTALE
Actuellement, le volume de déchets que produit chaque ménage ne cesse d’augmenter. Ils envahissent
considérablement l’environnement et constituent un fardeau pour la société. Comme la plupart des déchets sont
dégradables, le cas des matières plastiques ne le sont pas et sont à l’origine de la pollution dans le pays qui se
présente sous forme de :
− pollution directe, car les matières plastiques, lorsqu’elles sont dans les décharges non contrôlés, sont
emportées par le vent et s’accrochent aux plantes, bouchent les dalles ou les canaux et enlaidissent le
paysage ;
− pollution indirecte, car la combustion de ces déchets plastiques entraîne la pollution de l’air en émettant
des produits toxiques ; et si ces matières plastiques sont enfouies avec les déchets biodégradables dans
le sol, elles sont imperméables et empêchent les gaz inflammables de s’échapper ce qui augmente le
risque d’incendie ou d’explosion.
Aussi, la valorisation des déchets plastiques pour la fabrication des matériaux locaux de construction à savoir les
tuiles, les briques et les pavés autoblocants c'est-à-dire le recyclage matière est donc sans conteste la solution la plus
efficace en termes de plus value environnementale.
Le recyclage matière d'un kg d'emballages plastiques mélangés réduit la production de gaz à effet de serre de 0,95
kg CO2 eq. (Gautron 1994 ; Claude, 2004)
5. CONCLUSION
Les études réalisées dans le cadre de ce travail nous ont permis de démontrer qu’il est possible de valoriser
les déchets plastiques pour la fabrication des matériaux locaux de construction tels que la tuile, la brique et la pavé
autoblocant.
En effet, après une étude bibliographique sur les plastiques, l’étude, la conception des matériels pour la
fabrication des matériaux, nous avons effectué des essais de production des matériaux à l’échelle pilote. Les essais
− la composition du mélange pour la fabrication de la tuile est 50% de sable + 50% de plastique ;
Les essais ont donné des résultats satisfaisants du point de vue résistance mécanique et au niveau de la
porosité.
Les matériaux ainsi obtenus peuvent concurrencer sur le plan technique et financier les matériaux classiques
que l’on peut rencontrer actuellement sur la marché tels que la tuile en terre cuite, la brique en terre cuite ou
stabilisée et les pavés autoblocants en béton.
Sur le plan environnemental, la valorisation des déchets plastiques pour la fabrication de matériaux de
construction, nous permet aussi de réduire l’émission de gaz à effet de serre. Elle permet aussi d’économiser de la
matière telle que le pétrole.
6. RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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