soutenu publiquement le, 26 mai 2005 au bloc technique

Soutenu publiquement le, 26 Mai 2005 au Bloc Technique Vontovorona

… Ce mémoire, je le dédie

- ma foi !? , à l'Omniscient Omnipotent,

Omniscient, Immuable, Juste, Amour, Droit et

Miséricordieux ;

- à mes parents ;

- à mes frères et sœurs ;

- à Nivo, pour sa patience, et sans qui tout ce

travail ne pourrait pas exister ;

- à Domoina, ma fille …

Nos remerciements les plus respectueux s’adressent à chacune des personnalités de l’Ecole

Supérieure Polytechnique d’Antananarivo suivantes :

- Monsieur RANDRIANOELINA Benjamin, Directeur de l’Ecole Supérieure

Polytechnique d’Antananarivo qui nous a fait l'honneur de présider cette

soutenance de mémoire ;

- Monsieur RAKOTOMARIA Etienne, Professeur Titulaire, qui nous a permis de

faire notre étude de troisième cycle en Sciences des Matériaux et Métallurgie ici

même à Madagasikara en tant que Responsable pédagogique ;

- Monsieur RANAIVONIARIVO Gabriely, Chef de département des Sciences des

Matériaux, et Métallurgie qui nous a donné l’opportunité de nous perfectionner en

mettant en exergue l’utilité de notre formation ;

- Monsieur RANDRIANJA Roger, Professeur, rapporteur de ce présent mémoire, qui

nous a conseillé avec abnégation et compréhension au cours de notre rude traversée

pour faire aboutir ce mémoire.

Nos remerciements vont également droits aux membres de Jury, examinateurs, qui ont

accepté de juger le fond et la forme de ce travail.

Nous réitérons nos sincères remerciements aux dirigeants et personnels qui ont facilité

notre accès dans leurs laboratoires et centres de documentation et de recherche. En particulier :

- Le laboratoire National des Travaux Publics et du Bâtiment ;

- Le laboratoire géologique de l’Université d’Antananarivo ;

- Le laboratoire de la Société COLAS ;

- L'Institut géographique et hydrographique National F.T.M. ;

- L'Université de Bristol, l'Université de Picardie, l'Université de Lyon et l'Ecole

Polytechnique Fédérale de Lausanne ;

- Le Service géologique d'Antananarivo.

Enfin, nous tenons à témoigner nos sentiments affectueux de gratitude à tous nos collègues

et étudiants qui nous ont apporté leur collaboration et leur sympathie, trop nombreux pour les citer

un à un, ils se reconnaîtront.

RRREEEMMMEEERRRCCCIIIEEEMMMEEENNNTTTSSS

DEDICACE

REMERCIEMENTS

SOMMAIRE

LISTE DES TABLEAUX

LISTE DES FIGURES

LISTE DES PHOTOS

LISTE DES ABREVIATIONS

INTRODUCTION…………………………………………………………………………………1

PREMIER CHAPITRE : RAPPELS SUR LES ARGILES. ........................................................... 2

I.1. Rappels de quelques définitions cristallographiques. ..................................................... 3

1. Cristaux ........................................................................................................................... 3

2. Liaisons atomiques.......................................................................................................... 3

3. Motif................................................................................................................................ 3

4. Opérations de coïncidence .............................................................................................. 3

5. Classe de symétrie........................................................................................................... 3

6. Nœud du réseau............................................................................................................... 3

7. Mailles du réseau............................................................................................................. 4

8. Rangées ........................................................................................................................... 4

9. Plans réticulaires ou plans du réseau............................................................................... 4

10. Repérage de direction et des plans .............................................................................. 4

11. Vecteurs réciproques ................................................................................................... 4

12. Indices des directions .................................................................................................. 4

13. Indice de Miller d’un plan........................................................................................... 5

14. Densité des nœuds....................................................................................................... 5

15. Sites dans les réseaux cristallins.................................................................................. 5

16. Nombre de coordination.............................................................................................. 5

17. Valence électrostatique ............................................................................................... 5

18. Energie réticulaire ....................................................................................................... 5

I.2. Structure des minéraux argileux...................................................................................... 6

SSSOOOMMMMMMAAAIIIRRREEE

2. Feuillet et notations des feuillets ..................................................................................... 6

3. Structure des minéraux argileux...................................................................................... 7

a. La kaolinite (1/1, d = 7Å) ............................................................................................ 7

b. Les illites (2/1, d = 10Å) .............................................................................................. 7

c. Les smectites (2/1, d = 14Å) ........................................................................................ 7

d. La glauconie ................................................................................................................ 7

e. Les chlorites (2/1, d = 14Å) ......................................................................................... 7

f. La vermiculite (2/1, d = 12Å) ...................................................................................... 8

g. Les argiles fibreuses .................................................................................................... 8

4. Formule générale des minéraux argileux ........................................................................ 8

I.3. Classification et nomenclature ........................................................................................ 8

1. Les espèces argileuses..................................................................................................... 8

2. Classification des minéraux argileux .............................................................................. 9

3. Couche di- et octaédriques .............................................................................................. 9

4. Nomenclature des argiles ................................................................................................ 9

I.4. Critères divers ................................................................................................................. 9

DEUXIEME CHAPITRE : LES METHODES DE CARACTERISATION DES ARGILES ..... 19

II.1. Introduction ................................................................................................................... 20

II.2. Etude géotechnique de l’échantillon ............................................................................. 20

1. Caractéristiques structurales des sols ............................................................................ 20

2. Identification des sols.................................................................................................... 22

3. Résistances des sols....................................................................................................... 22

4. Classification des sols ................................................................................................... 23

a. Classification du H.R.B ……………………………………………………..………...23

b. Classification L.P.C……………………………………………………………………23

b.1. Classification des sols grenus............................................................................ 24

b.2. Classification des sols fins ................................................................................ 24

b.3. Classification des sols organiques..................................................................... 27

b.4. Résultat.............................................................................................................. 27

II.3. Analyse chimique des argiles........................................................................................ 29

1. Méthode physico-chimique d’extraction de la fraction argileuse : ............................... 29

2. Méthode classique par voie humide : ............................................................................ 29

3. Détermination chimique en fractions fines : ................................................................. 30

II.4. Analyse des argiles par la diffraction aux rayons X...................................................... 30

1. Méthodes d’étude aux rayons X.................................................................................... 31

II.5.Analyses thermiques………………………………………………………………………….33

1. Analyse thermogravimetrique A.T.G............................................................................ 33

2. Analyse thermique différentielle A.T.D. ou bidifférentielle ......................................... 33

TROISIEME CHAPITRE : ETUDE EXPERIMENTALE........................................................... 35

III.1. Echantillonnage......................................................................................................... 36

1. Introduction ................................................................................................................... 36

2. Localisation des gisements............................................................................................ 36

III.2. Résultats sur l'étude géotechnique............................................................................. 40

1. Teneur en eau W, poids spécifique γs et volumique sec γd ........................................... 40

2. Analyse granulométriques............................................................................................. 40

3. Teneur en matière organique......................................................................................... 44

4. Limites d'Atterberg........................................................................................................ 45

5. Activité .......................................................................................................................... 53

6. Compressibilité.............................................................................................................. 54

7. Classification des échantillons étudiés.......................................................................... 55

III.3. Résultats sur l'analyse chimique................................................................................ 58

1. Analyse sédimentométrique .......................................................................................... 58

2. Analyse chimique pour les teneurs en éléments : ......................................................... 69

III.4. Résultats sur l'analyse thermique .............................................................................. 70

CHAPITRE QUATRE: INTERETS ECONOMIQUES DES ARGILES………………………...77

IV.1. Généralités……………………………………………………………………...................78

1. Les argiles pour céramique……………………………………………………….........78

2. Les argiles à halloysite………………………………………………………….……..79

3. Les argiles absorbantes………………………………………………………………...79

4. Les Ocres……………………………………………………………………………....81

IV.2. Utilisations des argiles de Mandray-Antsirabe…………………………………………...84

1. Hourdis en terre cuite……………………………………………………………........84

a. Processus de fabrication des hourdis et entrevous en terre cuite……………………..84

b. Avantages qualitatifs du plancher à corps creux……………………………………..86

c. Etude économique……………………………………………………………............91

2. Briques cuites…………………………………………………………………………..94

a.Généralités……………………………………………………………………………...94

b.Matières premières…………………………………………………………………….94

c. Propriétés……………………………………………………………………………..95

d.Processus et matériaux de construction…………………………………………….....95

3.Pigments……………………………………………………………………………………96

a.Généralités……………………………………………………………………………...96

b.Propriétés………………………………………………………………………............96

c. Cas de Mandray……………………………………………………………………….96

CONCLUSION………………………………………………………………………………….97

BIBLIOGRAPHIE

ANNEXES

Tableau 1 : Silicates hydratés............................................................................................... 10

Tableau 2 : Feuillet du type 1/1 à épaisseur réelle 7Å. ........................................................ 11

Tableau 3 : Feuillet du type 2/1 à épaisseur réelle 10Å dioctaédrique. ............................... 12

Tableau 4 : Feuillet du type 2/1 à épaisseur réelle 10Å trioctaédrique. ............................... 13

Tableau 5 : Feuillet du type 2/1/1 à épaisseur réelle 14Å. ................................................... 14

Tableau 6 : Types interstratifiés ........................................................................................... 15

Tableau 7 : Groupes des minéraux à 7Å : motifs-unitaires types. ....................................... 15

Tableau 8 : Groupe des minéraux à 7Å : familles................................................................ 16

Tableau 9 : Groupe des minéraux à 10Å : motifs-unitaires types. ....................................... 17

Tableau 10 : Groupe des minéraux à 10Å : familles.......................................................... 18

Tableau 11 : Caractéristiques physiques du sol ................................................................. 21

Tableau 12 : Classification du H.R.B................................................................................. 23

Tableau 13 : Classifications des sols grenus du L.P.C....................................................... 24

Tableau 14 : Classification des sols fins du L.P.C. ............................................................ 26

Tableau 15 : Classification des sols organiques du L.P.C. ................................................ 27

Tableau 16 : Organigramme de détermination chimique en fractions fines ...................... 30

Tableau 17 : Couleurs et coordonnées des échantillons..................................................... 38

Tableau 18 : Teneur en eau W, poids spécifique γs et poids volumiques sec γd............... 40

Tableau 19 : Pourcentage pondéral suivant l'analyse granulométrique ............................. 41

Tableau 20 : Teneur en matières organiques...................................................................... 44

Tableau 21 : Limites d'Atterberg........................................................................................ 46

Tableau 22 : Limites d'Atterberg S.04 W1 – Wp =1p (MAN 1)........................................ 47

Tableau 23 : Limites d'Atterberg S.04 W1 – Wp =1p (MAN 2)Erreur ! Signet non défini.





Tableau 28 : Activité des argiles courantes........................................................................ 53

Tableau 29 : Activité des échantillons d'argiles ................................................................. 54

Tableau 30 : Compressibilité des échantillons d'argiles..................................................... 54

Tableau 31 : Classification du HRB................................................................................... 55

LLLiiisssttteee dddeeesss tttaaabbbllleeeaaauuuxxx

Tableau 32 : Classification LPC des échantillons d'argiles ............................................... 56

Tableau 33 : Classification GTR des échantillons de Mandray. ........................................ 57

Tableau 34 : Résistance et gonflement des argiles de Mandray ........................................ 57

Tableau 35 : Analyse granulométrique par sédimentométrie (MAN 1)............................. 63






Tableau 41 : Résultats des analyses chimiques pour les teneurs en éléments.................... 69

Tableau 42 : Relevé des masses aux différentes températures........................................... 71

Tableau 43 : Pourcentage des pertes en poids aux différentes températures. .................... 72

Tableau 44 : Constituants de l’ocre jaune………………………………………………..82

Tableau 45 : Constituants de l’ocre rouge………………………………………………..82

Tableau 46: Constituants de l’hématite………………………………………………….83

figure 1 : Schéma de base des minéraux argileux................................................................... 6

figure 2 : Eléments constitutifs des sols................................................................................ 20

figure 3 : Diagramme de Plasticité, de Casagrande .............................................................. 25

figure 4 : classification GTR (Dmax ≤ 50mm) ....................................................................... 28

figure 5 : Diffraction aux Rayons X des minéraux argileux. ................................................ 31

figure 6 : Gîtes de recherche Antsirabe (Mandray) .............................................................. 37

figure 7 : Localisation géographique des gîtes de recherche ................................................ 39

figure 8 : Activité des argiles ................................................................................................ 53

figure 9 : Position des échantillons d'après le diagramme de Casagrande............................ 56

figure 10 : Courbe thermogravimétrique de MAN 1 .......................................................... 72






LLLiiisssttteee dddeeesss fffiiiggguuurrreeesss

Photo 1 : Série de tamis pour l'analyse granulométrique...................................................... 40

Photo 2 : Préparation des échantillons au tamis 0.42 ........................................................... 45

Photo 3 : Appareil de Casagrande ........................................................................................ 45

Photo 4 : Prise d'échantillon ................................................................................................. 46

Photo 5 : Tamisage à l'eau pour recueillir les < 80 µm ........................................................ 58

Photo 6 : Différents types de densimètres. ........................................................................... 59

Photo 7 : Poudre d'hexamethaphosphate de sodium............................................................. 59

Photo 8 : Eprouvette d'essai.................................................................................................. 60

Photo 9 : Agitation mécanique ............................................................................................. 61

Photo 10 : Lecture sur densimètre ...................................................................................... 61

Photo 11 : Fours à basse température et à haute température............................................. 70

Photo 12 : Balance électronique de précision..................................................................... 71

LLLiiisssttteee dddeeesss ppphhhoootttooosss

λ : Latitude

ω : Longitude

γd : poids volumique sec

γs : poids spécifique

γw : poids volumique de l’eau

a*, b*, c* : vecteurs de base du réseau réciproque

a , b, c : vecteurs de base du réseau cristallin

d : distance inter-réticulaire

m (υ) : masse à la température de υ°C

m (0) : masse à la température de 0°C

ta : teneur en argile

w : teneur en eau

Å : Angstrom

A.T.bD : Analyse thermique bidifférentielle

A.T.D : Analyse thermodifférentielle

A.T.G : analyse thermogravimétrique

C.B.R : californian Bearing ratio

Cc : coefficient de courbure

Cu : Coefficient d’uniformité

di : dioctaédrique

Dj : Pourcentage de grain passant par une maille de diamètre j

Dmax : Diamètre maximal des grains

H.R.B : Highway research Board

Ip : Indice de plasticité

L.P.C : laboratoire des ponts et chaussées

M.O : Matières organiques

MAN i : échantillon de Mandray N°i, i= 1, 2, 3, 4, 5, 6

NF P : Norme Française Publiée

tri : trioctaédrique

V.B.S : Valeur en bleu de méthylène

WL : limite de liquidité

Wp : limite de plasticité

LLLiiisssttteee dddeeesss aaabbbrrrééévvviiiaaatttiiiooonnnsss

Pour la plupart des pays en développement, les tendances de la recherche dans le domaine

des sciences des matériaux sont principalement orientées sur les trois cas suivants : le retour à la

terre comme matériau de construction, la valorisation des sous-produits et l'identification

scientifique des matières premières locales susceptibles d'être utilisées comme des matériaux de

construction ;

A Madagascar, les argiles sont abondantes et variées. Les produits argileux reconnus et

disponibles sont :

- Les kaolinites (kaolins) ;

- Les argiles kaoliniques et halloysitiques ;

- Les argiles montmorillonitiques avec des types à beidellite et nontronite ;

- Les argiles illitiques ;

- Les argiles à attapulgite.

Cependant, si un certain nombre de gisements ont déjà été répertoriés, leurs études

générales et de façon systématique sont très incomplètes voire inexistantes.

Aussi pour contribuer à cette recherche, avons-nous choisi pour thème de mémoire :

" ETUDE ET VALORISATION DES ARGILES DE MANDRAY-ANTSIRABE "

Ce présent mémoire est divisé en trois chapitres :

Dans le premier chapitre, nous rappelons les différents types d'argiles, les définitions

cristallographiques essentielles, les structures, les classifications ainsi que la nomenclature des

argiles.

Le second chapitre est consacré aux méthodes de caractérisation des argiles par les essais

expérimentaux.

Dans le troisième Chapitre, nous établissons les méthodes de caractérisation retenues et

exposons par la suite les différents résultats des essais expérimentaux faits sur les échantillons de

Mandray-Antsirabe.

Le quatrième chapitre met en exergue les intérêts économiques de ces argiles de manière à

établir des perspectives d'emploi ou de recherche.

Pour ne pas alourdir le texte, nous renvoyons en annexes quelques compléments de littérature

concernant ces différents chapitres.

IIINNNTTTRRROOODDDUUUCCCTTTIIIOOONNN

RAPPELS

SUR LES ARGILES

Rappel de quelques définitions cristallographiques

Structure des minéraux argileux

Classification et nomenclature

CHAPITRE

RANOARISON Haingo Hardy 2

PREMIER CHAPITRE :

RAPPELS SUR LES ARGILES.


I.1. Rappels de quelques définitions cristallographiques.

1. Cristaux

On appelle cristaux des solides ayant une disposition périodique régulière des particules

dont ils sont constitués (réseau cristallin). Les molécules et les atomes s’arrangent en un ordre

strict propre à chaque matière, constituant ainsi leur réseau structural. Ce sont des corps

anisotropes (Les propriétés physiques sont constantes dans toutes les directions parallèles et se

modifient dans la direction non parallèle).

Les cristaux ont des propriétés physiques scalaires (densité, capacité calorifique,…)

vectorielles (conductibilité thermique, résistance électrique,…) et tensorielles (propriétés

élastiques).

2. Liaisons atomiques

Les cristaux sont soit métalliques (Na, Fe, …) soit ioniques (Na Cl, Li F, …) soit

atomiques (C, Ge, Te) soit moléculaires (Ar, CH4, …) soit à liaison hydrogène (HF, glace).

3. Motif

On appelle motif l’assemblage d’atomes le plus simple possible, qui multiplié à l’infini

par le tri périodicité du cristal, engendre le cristal entier.

4. Opérations de coïncidence

On peut faire coïncider le cristal avec lui-même, en différentes positions par les

opérations de symétrie compatibles avec les propriétés de translation de son réseau. Ce sont la

rotation, la réflexion et la translation qui sont à leur tour liées aux éléments de symétrie comme

les axes et les plans.

5. Classe de symétrie

On appelle classe de symétrie l’ensemble de transformations symétriques qui combinent

les rotations, les réflexions et les rotations avec réflexion.

6. Nœud du réseau

C’est l’ensemble des points géométriquement homologues, se déduisant les uns des

autres par des translations du réseau.


7. Mailles du réseau

Les mailles du réseau sont des parallélépipédiques définis par les vecteurs de translation

du réseau. On en distingue deux catégories :

- les mailles élémentaires ;

- les mailles multiples.

8. Rangées

Les rangées sont les familles de droites parallèles contenant les nœuds du réseau.

9. Plans réticulaires ou plans du réseau

Un plan réticulaire est un plan contenant au moins trois nœuds du réseau non alignés.

Chaque famille de plans réticulaires possède une distance inter réticulaire d.

10. Repérage de direction et des plans

La base de ce repère est constituée par les trois vecteurs de translation du réseau notés

a, b, c tandis que son origine sera choisi arbitrairement mais situé à un nœud du réseau.

Autrement dit, le parallélépipède construit sur les vecteurs a, b et c est la base du cristal ou

encore la maille cristalline. Ainsi a, b, c engendrent tous les points du réseau, au sommet d’une

maille ou autre.

11. Vecteurs réciproques

Les ensembles de vecteurs a, b, c et a*, b*, c* s’appellent ensembles ou système de

vecteurs réciproques si

a. a* = b . b* = c . c* = 1

a* . b = a* . c = b* . a = b* . c = c* . a = c* . b = 0

cba

cba∧

∧=

.*

cbaacb∧

∧=

.*

cbabac

∧

∧=

.*

où 0cb.a ≠∧

12. Indices des directions

Une direction est désignée par trois indices [u, v, w] où conventionnellement u, v, w

sont des entiers relatifs quelconques.

Le vecteur r portant la direction (u, v, w) dans le réseau est décrit analytiquement par :

r = u.a + v.b + w.c

Ainsi l’appellation de nœud u, v, w pour tout point de coordonnées ua, vb, wc.


13. Indice de Miller d’un plan

Un plan est désigné par trois indices (h, k, l) dits indices de Miller, qui permettent de

déterminer expérimentalement la distance inter réticulaire d

d = d (h, k, l)

et l’on a la relation suivante :

nclz

nbky

nahx1 ++=

où x, y, z sont les points d’intersection du plan considéré avec les axes ox, oy, oz en prenant a,

b et c comme vecteurs unitaires ; n est le facteur rendant h, k, l en entiers relatifs.

14. Densité des nœuds

Dans un réseau cristallin, cette densité est déterminée soit par unité de longueur soit

selon une direction soit selon une surface soit selon un plan soit selon un volume.

15. Sites dans les réseaux cristallins

On appelle site les espaces libres laissés entre les atomes du réseau.

Un site est un polyèdre dont certains des sommets correspondent au centre des atomes

qui les entourent.

Un site est octaédrique quand il est au centre d’un octaèdre et tétraédrique quand il est

au centre d’un tétraèdre dont les sommets sont occupés par des nœuds du réseau.

16. Nombre de coordination

Souvent dit coordination d’un atome, le nombre total d’atomes de radicaux ou de

molécules entourant un atome central à des distances égales ou approximativement égales.

17. Valence électrostatique

On appelle valence électrostatique le rapport entre la charge d’un cation et le nombre

d’anions qui entourent ce cation.

Par conséquent, la somme des valences électrostatiques correspondant aux liaisons

venant aboutir à un ion doit être égale à sa charge.

18. Energie réticulaire

C’est l’énergie absorbée par une mole de cristal quand elle est disposée en ion séparée,

elle est d’autant plus forte que la charge des ions sera plus grande et que les ions sont plus

petits et que l’assemblage sera plus compact.


I.2. Structure des minéraux argileux

1. Minéraux argileux

On appelle minéraux argileux des phyllosilicates hydratés, se présentant en très petits

cristaux et dont la structure est caractérisée par les superpositions des feuillets composés des

couches tétraédriques (tétraèdre d’atomes d’oxygène avec un atome de silice au centre) et des

couches octaédriques (octaèdre d’atomes d’oxygène avec un atome d’aluminium au centre).

figure 1 : Schéma de base des minéraux argileux

2. Feuillet et notations des feuillets

Il est constitué de silice assemblée en longue chaîne de couches tétraédriques et

octaédriques.

Quand un feuillet est constitué d’une couche tétraédrique et d’une couche octaédrique il est

noté 1/1.

Quand deux couches tétraédriques entourent une d’octaèdres, il est noté 2/1.

Quand de plus, l’inter foliaire est constitué d’une couche octaédrique, il est noté 2/1/1.

Si Oxygène Al


3. Structure des minéraux argileux

a. La kaolinite (1/1, d = 7Å)

Il n’y a pas de substitution dans les couches. Le feuillet est neutre. La kaolinite se

forme dans les sols bien drainés, par pH acide, surtout en climat subtropical et tropical. Ses

cristaux sont souvent grands (jusqu’à 15µm).

b. Les illites (2/1, d = 10Å)

Il y a une association d’une couche octaédrique (alumineuse) et deux couches

tétraédriques (siliceuses). Mais il peut y avoir des substitutions (remplacement de Si par Al).

Des cations (K+) sont adsorbées dans l’espace inter foliaire afin de compenser le déséquilibre

des charges. C’est le minéral ubiquiste par excellence. Sa structure est proche de la muscovite

(plus d’eau, moins de K+).

c. Les smectites (2/1, d = 14Å)

L’empilement des feuillets est désordonné, chaque feuillet est tourné dans sont plan par

rapport au précédent. Les substitutions d’atomes sont importantes. Ce désordre et la faible

charge des feuillets facilitent leur écartement et l’adsorption des molécules variées (eau,

cations, molécules organiques) au niveau de l’espace inter foliaire qui s’écarte (d = 18Å). Les

smectites, ou montmorillonites, sont généralement calciques, plus rarement sodiques. Elles

sont formées dans les sols mal drainés plutôt alcalins. Les feuillets de smectites peuvent

s’intercaler régulièrement ou irrégulièrement avec d’autres feuillets argileux, souvent illitiques.

L’ensemble forme des interstratifiés.

d. La glauconie

La glauconie est un minéral vert ferrifère proche de l’illite exclusivement formé en

milieu marin peu profond.

e. Les chlorites (2/1, d = 14Å)

L’espace interfoliaire est garni par une couche composée de Mg et OH. L’Al est

remplacé localement par le Fe. Les chlorites existent en plus grands cristaux dans les roches

magmatiques ; elles sont également formées pendant la diagenèse des roches sédimentaires. On

les retrouve en éléments détritiques dans les sols sous climat peu agressif.


f. La vermiculite (2/1, d = 12Å)

Elle est fréquente dans les sols de la zone tempérée. La couche octaédrique contient du

Fe et du Mg. La vermiculite est proche des illites et chlorite mais montre des propriétés

gonflantes.

g. Les argiles fibreuses

Les feuillets sont discontinus et forment des rubans. Les principaux types sont le

sépiolite et l’attapulgite ou paligorskite. On les trouve dans les milieux confinés.

4. Formule générale des minéraux argileux

Les minéraux argileux sont constitués de silicium, d’aluminium et d’ions hydroxyles

OH, organisés en couches, deux types selon que les oxygènes ou hydroxyles sont associés en

tétraèdres ou en octaèdres. Les couches de tétraèdres sont dominées par Si4+ et O-. Celles

d’octaèdres sont dominées soit par Al3+ (= couches dioctaédriques, 2 atomes suffisent pour

occuper les 6 sites de sommet de l’octaèdre) et OH-, soit par Mg2+ (= couches trioctaédriques,

3 atomes de magnésium sont nécessaires à l’équilibre des charges des octaèdres). Les couches

d’octaèdres et de tétraèdres s’accolent selon les plans, par mise en commun d’O et d’OH,

d’où la structure en feuillets séparés par des espaces interfoliaires.

Du fait des possibles substitutions partielles de Si4+ par Al3+ dans les tétraèdres, de Al3+ par

Mg2+, Fe2+ ou Fe3+ dans les octaèdres, il peut apparaître des déficits de charges positives,

déficits qui sont alors compensés par l’insertion de cations ou d’eau dans les espaces

interfoliaires.

De tout cela découle une formule générale conventionnelle des minéraux argileux, du type :

I.3. Classification et nomenclature

1. Les espèces argileuses

Comme les minéraux argileux sont des espèces microcristallines qui admettent de

multiples substitutions dans leur constitution chimique, leur caractère argileux est

principalement déterminé par quatre critères :

((Si4-xAlx) O10(Al2-yMgy) (OH)2) Kxy Couche tétraédrique Couche octaédrique Cation compensateur


- la taille : qui doit être inférieure à 2µm ;

- le faciès : on a des particules dissymétriques, souvent en lamelle, qui peuvent

glisser les unes sur les autres ce qui lui confère plasticité et pouvoir adsorbant ;

- la possibilité de constituer des suspensions colloïdales ;

- la structure chimique d’un phyllosilicate.

Leurs caractéristiques s’en déduisent :

- la capacité d’échange cationique ;

- la capacité de rétention d’eau ;

L’équidistance correspondant à l’épaisseur du feuillet est l’interfoliaire.

2. Classification des minéraux argileux

On distingue plusieurs divisions :

- le groupe qui dépend du nombre de couches tétraédriques et octaédriques et donc

de l’épaisseur du feuillet ;

- le sous-groupe qui dépend du caractère di ou trioctaédrique de la couche

octaédrique ;

- les familles qui regroupent les termes d’une série continue. Les termes dépendent

des pourcentages de substitutions dans la couche octaédrique ;

- l’espèce dont la notion est réservée aux termes ultimes.

3. Couche di- et octaédriques

La couche octaédrique peut subir des substitutions de cations. Cette couche est qualifiée

de :

- dioctaédrique quand les cations trivalents (Al3+, Fe3+,…) occupent deux cavités

sur trois ;

- trioctaédrique quand les cavités sont toutes occupées par des cations bivalents

(Mg2+,…).

4. Nomenclature des argiles

Elle est principalement basée sur les caractères physico-minéralogiques et sur les

utilisations économiques.

I.4. Critères divers

Pour différencier les types de phyllosilicates, des critères sont essentiels dont les

principaux sont :


- le mode d’empilement des feuillets de types différents comme les minéraux

argileux interstratifiés. Les édifices interstratifiés peuvent être réguliers, irréguliers,

ou avec ségrégation des paquets alternants, eux-mêmes parfois interstratifiés ;

- le mode d’empilement de feuillet identique quasi-régulier ;

- les équidistances entre feuillets variables par immixtion d’ion échangeables ou de

molécule d’eau ;

- le contenu du motif unitaire variable selon la nature des cations et selon la

localisation de substitutions des phyllosilicates.

Les tableaux suivants permettent de classifier les phyllosilicates et de visualiser les

possibilités de substitutions dans les différentes couches octa et tétraédriques. Cette série de

tableaux est établie par Caillère et Henri en 1963 et Voïnovitch en 1971.

Tableau 1 : Silicates hydratés.

Silicates hydratés

Cristallisés Amorphes allophane, etc

Fibreux Semi-phylliteux Phylliteux

10Å Palygoskites Attapulgite

12Å Sépiolite (Mg)

Xylotile (Fe, Mg)

9.08Å Chloritoïdes

Types simples

Types interstratifiés

Constitution de feuillet

1/1 2/1 2/1/1


Tableau 2 : Feuillet du type 1/1 à épaisseur réelle 7Å.

(*) Te < 4 Si => La couche tétraédrique a des actions siliceux remplacés par d’autres.

Oc > 12/12 => La couche octaédrique accuse une surcharge électrique.

Fe2+ Grontedlite Fe3+ Al Bertierine oxydée Fe2+ et normale Al Amésite Mg Al Mg orthoantigorite Fe2+ Al Kollyite Mn Al Nimesite Ni

Charge croissante

Trioctaédrique

Feuillet de type 1/1 (épaisseur réelle 7Å

Dioctaédrique

Te = 4 Si

Oc = 12/12

Te < 4 Si (*)

Oc > 12/12

Te = 4 Si

Oc = 12/12

Te < 4 Si

Oc > 12/12

équidistance apparente variable

Al (Halloysite)

équidistance apparente

stable

Kaolinite Nacrite Dickite

Fire-clay

équidistanceapparente

stable

Dombassite


stable

Ni (Nouméite) Mg (Antigorite) (Chrystolite) Fe2+ (Gicenalite) Fe2+ (Jenkinsite) Mg


stable


Tableau 3 : Feuillet du type 2/1 à épaisseur réelle 10Å dioctaédrique.

Te < 8 Si

Montmorillonite Béidellite Ni Montmorillonite

Wolchonskoïte Nontronite

Vermiculite Illite (muscovite)K Sericite Damourite Na Bramallite (Paragonite) Chromocre (Fuschite)K (Glauconite)

Feuillet du type 2/1 (épaisseur réelle 10Å)

dioctaédrique

Te = 8 Si


stable

équidistanceapparente variable



stable

Oc = 12/12 Oc < 12/12 Oc = 12/12 Oc > 12/12 Oc = 12/12

Al Pyrophyllite AlCr Fe3

Smectites

Charge croissante


Tableau 4 : Feuillet du type 2/1 à épaisseur réelle 10Å trioctaédrique.

Feuillet du type 2/1 (épaisseur réelle 10Å)

Trioctaédrique

Te = 8 Si Te < 8 Si


stable


équidistanceapparente variable


stable

Oc = 12/12 Oc < 12/12 Oc = 12/12 Oc > 12/12 Oc = 12/12

Mg Talc Li, Mg Ni, Mg Talc Ni Fe2Mg Minnésotaïte ZnMg

Batavite Vermiculite nickelifère Vermiculite Jefferisite

(Phlogopite)

Ledikite (biotite)K

(lepidomélane)

Stevensite Saponite Hectorite (F) Bowlingite Sauconite

Smectites


Comme variété, il faut tenir compte des oxydations (substitutions Fe3+ à Fe2+) et de la manière

dont les feuillets sont empilés 1T, 2T, 3T et les désordonnés X.

Tableau 5 : Feuillet du type 2/1/1 à épaisseur réelle 14Å.

Dioctaédrique

Feuillet du type 2/1/1 (épaisseur réelle 14Å)

Pseudo-chlorites Equidistance variable

Couche brucitique plus ou moins complète

Chlorites vraies (Faciès argileux, leptochlorite) Equidistance

Couche brucitique normale

Deficit de charge

partiellement composé par

les cations échangeable

Enumérer la nature de

deux couches octaédriques

en se référant aux chlorites

vraies

Feuillet mica 2/1

Dioctaédrique Trioctaédrique

Feuillet brucitique Feuillet brucitique

Trioctaédrique Dioctaédrique Trioctaédrique

chlorite décrite mais n’ayant pas encore de nom

manandonite quelque substitution de Si par B

Cookéïte lithinifère

se subdivisent en tenant compte de l’importance des substitutions Si-Al puis de la nature des cations constituant les couches octaédriques


Tableau 6 : Types interstratifiés

Motif n° 1 2 3

Charges électriques

Couches élémentaires

Couches structurales

12- 16+ ou (16-x)+

10-

12+ ou (12+x)+

6-

7Å 60 4 Si

40,2 OH

4 Al

6OH

60 4 Si

40,2 OH

6 Mg

6OH

60 (4-x) Six Al

40,2 OH

(6-x) Mgx Al

6OH

Total = 0

Hexagonale

Compacte

Compacte

tétraédrique

octaédrique

Type de la couche octaédrique

dioctaédrique trioctaédrique

Substitution dans les couches tétraédriques et octaédriques

Minéral type

Kaolinite Antigorite berthierine

Tableau 7 : Groupes des minéraux à 7Å : motifs-unitaires types.

Groupe des minéraux à 7ÅMotif – unitaires types

Types interstratifiés

10Å favorable14Å stable

Empilement irrégulier Empilement régulier

Types à 10Å 10Å stable 10Å variable Hydromicas Rectorite Allevardite

10Å favorable14Å variable

Types mixtes 10-14Å

14Å stable 10Å variable Corrensite tosudite

Types à 14Å

14Å variable14Å stable Sangarite

Types 14-7Å Types divers

14Å stable 7Å stable

14Å variable 7Å stable

Kaolinite-Silice Anauxite


Substitution couches Nom de la famille

Formule générale Caractère de la

couche octaédrique

tétraédrique octaédriqueEquidistance Observations

espèces importantes

Kaolinite

Halloysite

Dombassite

Antigorite

Barthièsine

(Si2)(Al2)O5(OH)4

(Si2)(Al2)O5(OH)4n

H2O

(Si2-xAlx)(Al2+x/3) O5(OH)4

(Si2) )R( 23

+

O5(OH)4

(Si2-x , +3xR ) (*) )RR( 2

x33x +

−+

O5(OH)4

di

di

di

tri

tri

sans

sans

avec

sans

avec

sans

sans

sans

stable

stable

stable

stable

stable

dickite, fire-clay (kaolinite

pure)

n~2

existence controversée

l’antigorite

nickélifère et le minerai de nickel de la

nouvelle caledonie

analogue à la

chlorite

Tableau 8 : Groupe des minéraux à 7Å : familles.

(*) R – ions métalliques divers


Groupe des minéraux à 10Å : motifs-unitaires types

Schéma n° 1 2 3 4

Couche élémentaires

Couches structurales 6O, xK(**) (4-x)Si, xAl 4O, 2OH 4Al 4O, 2OH (4-x)Si, xAl 6O, xK

10Å

6O 4Si

4O, 2OH 4Al

4O, 2OH 4Si 6O

6O 4Si

4O, 2OH 6Mg

4O, 2OH 4Si 6O

6O 4Si

4O, 2OH (4-x)Al, xMg

4O, 2OH 4Si 6O

xCE*

Hexagonale

compacte

compacte

hexagonale

tétraédrique

octaédrique

tétraédrique

Type de la couche

octaédrique

dioctaédrique trioctaédrique dioctaédrique dioctaédrique

Substitution sans sans Dans couche octaédrique

Dans couche tétraédrique

Minéral type Pyrophyllite Talc montmorillonite Illite

Tableau 9 : Groupe des minéraux à 10Å : motifs-unitaires types.

(**) CE - cations échangeables. (*) K – cation de compensation.


Groupe des minéraux à 10Å : famille

Substitution couche Nom de la

famille Formule générale Caractè

re de la couche octaédr

ique

tétraédrique octaédrique Equidistance Observation

espèces importantes

Pyrophyllite

Mont morillonite

Beidellite

Vermiculite

Illite

Talc

Stevensite Rectorite

Saponite

Vermiculite

Ledikite

Si4 Al2 O10 (OH)2

Si4 )RAl( 2xx2 +− O10(OH)2 CExNH2O

(Si4-xAlx)Al2O10(OH)2

CEx

(Si4-xAlx)Al2-y/3O10(OH)2 CEx-y

(Si4-xAlx)Al2O10(OH)2Kx

Si4MgO10(OH)2

Si4 )RMg( 2xx3+

− O10(OH)2 CEx

(Si4-xAlx) )R( 23

+ O10(OH)2

CEx

(Si4-xAlx) )RR( 2y3y 3

++− O10(OH)2CEx-y

(Si4-xAlx) )R( 23

+O10(OH)2

Kx

di di di di di tri tri tri tri tri

sans sans avec avec avec sans sans avec avec avec

sans

avec

avec

avec

avec

stable

variable

variable

variable

stable

stable

variable

variable

variable

stable

Montronite (Fe à la place

de H)

rare et généralement trioctaédrique

Glauconite

(Fe remplace en grande partie Al)

Tableau 10 : Groupe des minéraux à 10Å : familles.

(**) CE – cations échangeables (*) R – ions métalliques échangeables.

(**)

(*)

LES METHODES

DE

CARACTERISATION

Introduction

Etude géotechnique de l'échantillon

Analyse chimique des argiles

Analyse des argiles par la diffraction aux rayons X

Analyses thermiques

CHAPITRE


DEUXIÈME CHAPITRE :

LES METHODES DE CARACTERISATION DES ARGILES


II.1. Introduction

Les minéraux argileux ont une structure complexe. Ainsi, un recoupement de plusieurs

méthodes d’analyse et d’identification s’avère nécessaire pour conclure sur leurs structures. En

faite, Les résultats expérimentaux restent fiables si comparativement, leurs écarts avec des

standards et des valeurs théoriques données par la littérature sont tolérances. Les techniques

utilisées ultérieurement sont toutefois celles disponibles.

II.2. Etude géotechnique de l’échantillon

L’échantillon est ici considéré en tant que sol. Par conséquent, son étude géotechnique permet

de le reconnaître. Autrement dit, de décrire ses caractéristiques structurales, de l’identifier de le

classifier et enfin, d’avoir sa résistance mécanique.

A partir des résultats de cette étude géotechnique se déduisent la caractérisation de ce sol ainsi

que sa principale possibilité d’utilisations en tant que matériau.

1. Caractéristiques structurales des sols

a. Eléments constitutifs des sols

Les sols sont constitués par des particules solides dont les interstices appelés vides sont remplis

d’eaux et de gaz :

Les particules solides sont issues de désagrégation des roches ;

Les eaux dans les sols peuvent se présenter sous deux formes :

- eau libre qui peut circuler par pesanteur entre les particules solides et qui peut s’évaporer

entièrement lorsque le sol est porté à une température voisine de 105°C ;

- eau liée ou absorbée qui constitue une très mince couche d’eau autour des particules. Elle

n’est pas mobile et s’évapore vers 300°C ;

Le gaz est généralement de l’air avec de la vapeur d’eau

figure 2 : Eléments constitutifs des sols. Eau liée ou absorbée

Grains (particules)

Eau libre ou gravitaire


b. caractéristiques physiques des sols

Les caractéristiques structurales d’un sol expriment la proportion relative de ses

différents constituants. Parmi ces caractéristiques nous énumérons :

- son poids spécifique γs

- son poids volumique humide γh

- son poids volumique sec γd

- sa porosité n

- son indice des vides e

- sa teneur en eau w

- son degré de saturation sr

- son poids volumique déjaugé γ´h

A partir de γs, γh, w, les autres caractéristiques γd, n, e, Sr, γ sath , γ '

h s’obtiennent

facilement comme le montre le tableau suivant :

En

fonction de

γs γh γd n e w Sr

γs γs )n1)(w1(h

−+γ

n1d

−γ n1

d

−γ )e1( γ d + w

ewrSγ n)-w(1

n wrS γ

γh )n1( )w1( s −+γ γh )w1(d +γ )n1)(w1(d −+γ e1w1

s ++γ w

w1n wrS +γ γγ wrs n)n1( S+−

γd )n1(s −γ w1h

+γ γd )n1(s −γ e1

s

+γ w1

h

+γ w

n wrSγ

n γγ

s

d1− )w1(1s

h

+−γ

γ γγ

s

d1− n e1e+ )w1(1

s

h

+−γ

γγ

γwr

h

)w1(w

S +

e 1d

s −γγ 1w1

hs −+γ

γ 1d

s −γγ n1

n− e 1w1

hs −+γ

γ γγ

wr

s

Sw

w )n1(sh

−γγ 1

d

h −γγ 1

d

h −γγ 1)n1(γ

γs

h −− 1e1s

h −+γ

γ w γγs

wreS

Sr )n1(nw

w

s −γγ

γγγ

w

sh

n)n1( −−

γγ

w

d

n.w

γγ

w

h

)w1(nw+

γγ

w

s

ew

γγ

w

s

ew Sr

Tableau 11 : Caractéristiques physiques du sol


2. Identification des sols

a. Analyse granulométrique

L’analyse granulométrique d’un sol a pour but de déterminer la proportion de ses différentes

particules classées en fonction de leurs grosseurs. (NFP 94 - 056)

Pour les éléments fins d<80µ, il est difficile voir impossible de recouvrir à la méthode normale

de tamisage, on utilise alors la sedimentometrie. (NFP 94 - 057)

b. Plasticité d’un sol

Pour différencier un état d’un sol d’un autre, on met en exergue deux transitions appelées

limites d’Atterberg. Les essais sont effectués sur la fraction du sol passant au tamis de 0.42 mm

de diamètre. (NF P94-051)

Lorsque les particules fines sont à l’état de trace dans un sol, on ne peut plus les mesurer.

Ainsi, elles constituent une pollution à la pureté du sable. On procède donc à l’essai

"d’équivalence des sables" pour les sols pulvérulents passant à travers le tamis de 5 mm. (NF

P18 – 598)

c. Essai au bleu de méthylène

Cet essai peut remplacer l’essai "équivalent de sable" et les limites d’Atterberg. Il a pour but

de caractériser globalement la fraction argileuse contenue dans les sols. (NF P18 – 592G)

3. Résistances des sols

a. Compactage des sols – Essai Proctor

L’essai Proctor consiste à déterminer la teneur en eau optimale Wop d’un sol qui permet le

meilleur compactage de ce dernier pour une dépense d’énergie donnée. Il a pour but

d’augmenter les résistances des sols aux déformations par compactage (NF P94 – 093)

b. Poinçonnement des sols – Essai Californian Bearing Ratio C.B.R

L’essai C.B.R consiste à évaluer les résistances des sols au poinçonnement (NF P94 – 078)


4. Classification des sols

a. Classification du H.R.B. (Highway Research Board)

Cette classification américaine se base à la fois sur la granulométrie et la plasticité.

Classification générale Au plus 35% de grains

plus petits que 80μ

Plus de 35% de grains

plus petits que 80μ

A1 A3 A2 A4 A5 A6 A7

A1a A1b A2-4 A2-5 A2-6 A2-7 A7-5 A7-6

Pourcentage passant

Au tamis de 2mm

Au tamis de 0,40mm

Au tamis de 80µ

Caractéristique de la fraction

passant au tamis de 2mm

- Indice de plasticité

- Limite de liquidité

- Indice de groupe

- Appellation générale

≤50

≤30

≤15

≤50

≤25

/51

≤10

Impossible à mesurer

-

0

Sable

fin

≤35

≤10

≤40

0

≤35

≤10

/41

0

≤35

/11

≤40

≤4

≤35

/11

/41

≤4

/36

≤10

≤40

≤8

/36

≤10

/41

≤12

/36

/11

≤40

≤16

/36

/11 Ip<

WL-30

/41

≤20

/36

/11 Ip>

WL-30

/41

≤20

Tableau 12 : Classification du H.R.B.

b. Classification LPC (Laboratoire des Ponts et Chaussées)

Cette classification repose sur l’étude de la courbe granulométrique et sur les limites

d’Atterberg. Elle introduit deux paramètres complémentaires :

- le coefficient d’uniformité défini par :

D10

D60Cu =

<6

Impossible à déterminer

Mélange de graviers

limoneux ou argileux avec

des sables limoneux ou

argileux

Sols

limoneux Sols argileux


- le coefficient de courbure défini par :

( )D60D10

D30Cc

² ×=

où Di est la dimension.

Les gros éléments sont ainsi les éléments dont les diamètres excèdent 80μm tandis que

les éléments finis sont ceux dont les diamètres sont inférieurs à 80μm.

b.1. Classification des sols grenus

On appelle sol grenu un sol dont plus de 50% des éléments ont des diamètres

supérieurs à 80μm et dont la quantité en matière organique ne dépasse pas 10%.

Définitions Symboles Conditions Appellations

Gb Cu > 4 et 1 < Cc < 3 Grave propre bien

graduée Moins de 5%

de fine Gm Cu < 4 et Cc ∉ [1,3] Grave propre mal graduée

GL Ip au dessous de A Grave limoneuse

Plus de 50% des

gros éléments

> 2mm

Grave Plus de 12% de

fine GA Ip au dessus de A Grave argileuse

Sb Cu > 4 et 1 < Cc < 3 Sable propre bien gradué Moins de 5%

de fine Sn Cu < 4 et Cc ∉ [1,3] Sable propre mal gradué

SL Ip au dessous de A Sable limoneuse

Plus de 50% des

gros éléments

< 2 mm

Sable Plus de 12% de

fine SA Ip au dessus de A Sable argileux

Tableau 13 : Classifications des sols grenus du L.P.C.

b.2. Classification des sols fins

On appelle sol fin un sol dont plus de 50% des éléments ont des diamètres inférieurs à

80μm et dont la quantité en matière organique ne dépasse pas 10%

Pour classer les sols fins, on utilise le diagramme de plasticité de Casagrande suivant


figure 3 : Diagramme de Plasticité, de Casagrande

Ap – argile peu plastique

At – argile très plastique

Lp – limon peu plastique

Lt – limon très plastique

Op – sol organique peu plastique

Ot – sol organique très plastique


Définitions Symboles Détermination de WL et Ip

dans le diagramme de

plasticité

Appellations

Lp Limon (L) au dessous de la

ligne A dans la région IV

Limon peu

plastique

Lt Limon (L) au dessous de la

ligne A dans la région III

Limon très

plastique

Ap Argile (A) au dessus de la

ligne A dans la région I

Argile peu

plastique

MO ≤ 3%

At Argile (A) au dessus de la

ligne A dans la région II

Argile très

plastique

Fo - Lp

Sol faiblement organique

limoneux WL < 50

Sol faiblement

organique limoneux

peu plastique

Fo - Lt


limoneux WL > 50

Sol faiblement

organique limoneux

très plastique

Fo - Ap


argileux WL < 50

Sol faiblement

organique argileux

peu plastique

Sols fins MO ≤ 10%

Plus 50% des éléments < 0.08

mm

3% < MO ≤

10%

Fo - At


argileux WL > 50

Sol faiblement

organique argileux

très plastique

Tableau 14 : Classification des sols fins du L.P.C.


b.3. Classification des sols organiques

Définitions Symboles Test Appellations

mO – a

( H10 à H7 )

Sol moyennement

organique à matière

organique amorphe

mO – sf

( H6 à H4 )

Sol moyennement


organique semi-fibreuse

Sols moyennement

organiques mO

10 < MO < 30%

mO – f

( H3 à H1 )

Test

d’humidification

Sol moyennement


organique fibreuse

tO – a

( H10 à H7 )

Sol moyennement


organique amorphe

tO – sf

( H6 à H4 )

Sol moyennement


organique semi-fibreuse

Sols organiques O

MO > 10%

Sols très organiques

tO MO > 30%

tO – f

( H3 à H1 )

Test

d’ humidification

Sol moyennement


organique fibreuse

Tableau 15 : Classification des sols organiques du L.P.C.

b.4. Résultat

De ces définitions se déduisent sept groupes de sols (graves, sables, limons, argiles,

sols faiblement organiques, sols moyennement organiques, sols très organiques) et vingt-deux

sous groupes de sols (grave propre bien graduée, grave propre mal graduée, grave limoneuse,

grave argileuse, sable propre bien graduée, sable propre mal graduée, sable limoneux, sable

argileux, limon peu plastique, limon très plastique, argile peu plastique, argile très plastique,

sol faiblement organique limoneux peu plastique, sol faiblement organique limoneux très

plastique, sol faiblement organique argileux peu plastique, sol faiblement organique argileux

très plastique, sol moyennement organique à matière organique amorphe, sol moyennement

organique à matière organique semi-fibreuse, sol moyennement organique à matière organique

fibreuse, sol très organique à matière organique amorphe, sol très organique à matière

organique fibreuse, sol très organique à matière organique amorphe, sol très organique à

matière organique semi-fibreuse, sol très organique à matière organique fibreuse).


c. Classification G.T.R.

On utilise la classification GTR suivante pour les sols ayant Dmax ≤ 50mm

figure 4 : classification GTR (Dmax ≤ 50mm)

La classe A concerne les sols fins tels que :

A1 : limons peu plastiques, loess, silts alluvionnaires, sables fins peu polluées, arènes

peu plastiques, … ;

A2 : sables fins argileux, limons, argiles et marnes peu plastiques, arènes, … ;

A3 : argiles et argiles marneuses, limons très plastiques, … ;

A4 : argiles et argiles marneuses très plastiques, …

La classe B concerne les sols sableux et graveleux avec fines tels que :

B1 : sables silteux, … ;

B2 : sables argileux (peu argileux), … ;

B3 : graves silteuses, ... ;

B4 : graves argileuses (peu argileuses), ... ;

B5 : sables et graves très silteux, ... ;

B6 : sables et graves, argileux à très argileux.


La classe D concerne les sols insensibles à l'eau tels que :

D1 : sables alluvionnaires propres, sables de dune, … ;

D2 : graves alluvionnaires propres, sables, …

II.3. Analyse chimique des argiles

Elle consiste à déterminer la composition élémentaire des minéraux argileux

généralement sous forme d’oxyde : la perte au feu (P.F), la silice (SiO2), l’aluminium(Al2O3),

le fer (Fe2O3), le manganèse (MnO), le calcium (CaO), les alcalins (Na2O), (K2O), le titane

(TiO2), le phosphore (P2O5), le gaz carbonique (CO2), le soufre (SO3) t les matières organiques.

1. Méthode physico-chimique d’extraction de la fraction argileuse :

Le pourcentage en argile d’un échantillon se déduit de son analyse granulométrique. La

fraction argileuse de cette argile est donc toute particule ayant un diamètre inférieur à 2 mμ

obtenu à partir de la sédimentiometrie (loi de Stockes).

Mais avant tout, il faut disperser les particules fines à l’aide des traitements chimiques

adéquats :

l’attaque à l’HCl dilué sert à éliminer le fer qui est le principal élément floculant.

L’attaque à H2O2 permet de détruire les matières organiques masquant les particules

d’argiles.

Les anions de l’hexametaphosphate de sodium annulent les forces électrostatiques entre

les feuillets d’argiles.

2. Méthode classique par voie humide :

Ces méthodes concernent le dosage gravimétrique, le dosage compléxométrique et le

dosage volumétrique afin de doser les éléments présents dans les minéraux argileux

considérés :

Pour doser la silice, on utilise la compléxométrie par l’acide éthylène diamine tétra

acétique à pH 4,5.

Our doser le fer, on utilise la manganimétrie et la compléxométrie par l’acide éthylène

diamine tétra acétique à pH 2,5.

Pour doser les autres éléments, on utilise la calorimétrie à l’eau oxygénée pour le

titane, l’oxalate manganimétrie pour le calcium et la précipitation de phosphate ammoniaco-

magnésium pour le magnésium, la spectrophotométrie de flamme pour les alcalins.


3. Détermination chimique en fractions fines :

Tableau 16 : Organigramme de détermination chimique en fractions fines

II.4. Analyse des argiles par la diffraction aux rayons X

L’identification des différents types d’argile ne peut se faire de façon précise par une

analyse chimique classique. Le seul moyen précis d’identification est donc la diffraction X qui

en mesurant l’espace entre les feuillets élémentaires permet de classer le minéral de façon

certaine. Cette méthode n’est pas exclusive aux argiles mais s’y applique en priorité. Elle

consiste à envoyer un faisceau de rayon X sur le minéraux argileux (phillosilicates = 2 mμ ) qui

réfléchissent les rayons X les atteignant sous une incidence donnée et dans une direction

donnée.

Connaissant les paramètres su réseau on peut, d’après les disposition des maxima de

diffraction, déterminer les longueur d’onde λ des ondes diffractées c’est-à-dire réaliser

l’analyse spectrale des rayons X.

Inversement, connaissant la longueur d’onde des ondes diffractées par les minéraux

argileux à étudier ainsi que l’aspect de l’image de diffraction, on peut élucider leurs

structures.

échantillon

Attaque triacide mise en solution

filtration

filtratrésidu sur filtre

Calcination à 1000°C

pesée

Poids SiO2

%SiO2

dilution Dilution au1/2 dans HCl 5%

Dilution 5 fois dans La3+ 1% HCl 1%

Dilution 20 fois dans La3+ 1% HCl 5%

Dilution 10 fois dans La3+ 0.5% HCl 5%

Spectrophotométrie de flamme

Teneur Na

Teneur K

% Na2 % K2

Technique convenable

Spectrophotométrie d’absorption atomique

% P2O5 % TiO2 % Al2O3 % Fe2O3 % CaO % MgO

Silice Alcalins Phosphore Titane Aluminium Fer Calcium Magnésaium


1. Méthodes d’étude aux rayons X

Pour un faisceau monochromatique de longueur d’onde donnée λ , abordant sous un

angle θ une famille de plans atomiques, séparés les uns des autres d’une distance réticulaire d,

les atomes diffusent dans toutes les directions et dans le cas où les rayonnements réfléchis par

deux plans successifs sont en phase, l’intensité correspondante est suffisante pour être mesurée.

figure 5 : Diffraction aux Rayons X des minéraux argileux.

La différence de marche entre deux rayons réfléchis par deux plans consécutifs étant :

δ = OH + OH’ = 2dSinθ

Ces deux rayons sont en phase si : δ = n λ

D’où la relation dite Loi de Bragg : 2dSinθ = n λ

En mesurant les angles de réflexion de rayonnement incident, on peut, connaissant λ ,

déterminer le distances réticulaires d d’un réseau cristallin, caractéristique d’un minéral

argileux donné.

θθ O

HH'O'd

RANOARISON Haingo Hardy

32

Attapulgite Sepiolite

Illite Hydrobiotite

Kaolinite Chlorite

Vermiculite (rare) Montmorillonite

Ammersorte Ou illite gonflante Chlorite gonflante

(rare)

(10-11)-6.4-5-4.43-3.62-3.27 ⊕ (11-12)-7.4-6.63-4.42-3.72-3.33 ⊕

10-5-3.33 ⊕ ?

7.16-3.57 ⊕ détruite (origine sédimentaire) détruite (origine sédimentaire)

(11-12) ⊕ (11-12) ⊕

détruite (origine sédimentaire) détruite (origine sédimentaire)

Désorganisée Désorganisée

Pas de modification10⊕

détruite 13-14-7.10-3.55 ⊕

14-7.10-3.55 ⊕ (10-11) ⊕ (10-11) ⊕

13-14-7.10-3.55 ⊕13-14-7.10-3.55 ⊕

Pas de modification Pas de modification Pas de modification

(12-13) ⊕ 7.16-3.57 ⊕

14-7.10-4.70-3.55 ⊕ 15-7.50-3.75 ⊕

(17-18) ⊕ (17-18) ⊕ (17-18) ⊕ (17-18) ⊕

Pas de modificationPas de modificationPas de modification

(10-11) ⊕ 7.16-3.57 ⊕

14-7.10-4.70-3.55 ⊕(10-11) ⊕ (11-12) ⊕

10 ⊕ 14-7.10-4.70-3.55 ⊕14-7.10-4.70-3.55 ⊕

Pas de modificationPas de modificationPas de modification

(10-11) ⊕ 7.16-3.57 ⊕

14-7.10-4.70-3.55 ⊕(10-11) ⊕ (11-12) ⊕ (11-12) ⊕

14-7.10-4.70-3.55 ⊕14-7.10-4.70-3.55 ⊕

Désorganisée Désorganisée

Pas de modification 10⊕

détruite 13-14-(7.10-4.70-3.55) ⊕

15 ⊕ (10-11) ⊕

10 ⊕ (17-18) ⊕ (17-18) ⊕

Espèces argileuses HCl, 2N ébullition 1h30 Cuisson 1h à 530°C CaCl2, N + glycerol KCl, N NH4Cl Cuisson à 530°C, en présence de CaCl2 +

glycerol

Minéraux identifiables di t t

Minéraux non identifiables di t t

Sédiments Agrégat i té b t

Attapulgite : (10-11)-6.4-5-4.43-3.62-3.27 ⊕ Sepiolite : (11-12)-7.4-6.63-4.42-3.72-3.33 ⊕ Illite : 10-5-3 33 ⊕

Kaolinite : 7.16-3.57 ⊕ Chlorite et Chlorite gonflante : 14-7.10-4.70-3.55 ⊕ Vermiculite Vermiculite gonflante : 14-7.10-rare-3.55 ⊕ Hydrobiotite : 12 ⊕ Montmorillonite : Na-H : (11-12) ⊕ Montmorillonite : Ca : (14-15) ⊕ illite gonflante K Na : (10 11) ⊕

Traitements complémentaires

* Après réhydratation par humidité

Tableau 1 : Schéma d’analyse des minéraux argileux par diffractométrie de rayon X

2. Schéma d’analyse des minéraux argileux par diffractométrie de rayons X

Remarques :

1° Minéraux interstratifiés se signalent par une raie correspondant à la somme des écarts

réticulaires de minéraux connus (au moins). Dans le cas d’interstratification régulière, on

retrouve les écarts réticulaires d’ordré élevé correspond à la première raie anormale observée.

2° Minéraux kaolinitiaires

Halloysite et métahalloysite = le séchage des agrégats orientés même à l’air ambiant, transforme

les halloysites en métahalloysites : celles-ci sont facilement identifiables par des écarts

réticulaires variant entre 7.30 et 7.5⊕. La cuisson prolongée à 200°C les ramène à 7.10⊕. Pour

reconnaître une halloysite, faire un spectre de Debye-Scherrer avec le sédiment brut, l’halloysite

qui sera caractérisée par une raie large et forte à environ 10 ⊕ (celle de l’illite est étroite et

relativement plus faible dans un D.S).

Berthierine = (rare) présente, outre les raies de la kaolinite à 7.16 et 3.57 ⊕ une raie à 2.81⊕

(qu’elle possède en commun avec la chlorite). Elle est détruite par HCl, 2N à l’ébullition ainsi

que la cuisson 1h à 530°C.

II.5. Analyses thermiques :

Les analyses thermiques enrichissent à titre de recoupement les renseignements obtenus par

d’autres techniques lors de la détermination des compositions minéralogiques. Elles consistent à

étudier le comportement des argiles sous l’action thermique c'est-à-dire le dégagement d’eau, les

réactions chimiques possible et favorables.

1. Analyse thermogravimétrique A.T.G.

Cette analyse thermogravimétrique à pour but de déterminer les pertes en poids en

fonction du temps. En discrétisant le tracé de la vitesse de perte de poids, on peut avoir la courbe

différentielle suivante :

)(tp t

p tΔΔ=Δ

Δ

Dont l’interprétation nous donne un précis renseignement.

2. Analyse thermique différentielle A.T.D. ou bidifférentielle

Lorsque la matière subit des transformations physiques ou chimiques, on peut étudier la

chaleur dégagée ou absorbée par cette matière à l’aide de cette analyse thermique différentielle


a. Analyse thermique différentielle A.T.D.

Cette analyse est basée sur la mesure de la différence de température Δt soit entre l’échantillon et

la four soit entre l’échantillon à étudier et un corps neutre de référence qui ne subit aucune

modification thermique au cours de son chauffage, tous les deux sont soumis à une même lois de

chauffe.

La courbe obtenue nous renseigne sur le comportement de l’argile étudiée.

b. Analyse thermique bidifférentielle A.T.bD.

Cette analyse remplace le corps neutre inerte de référence par une substance voisine de celle à

analyser dont on connaît déjà la courbe A.T.D.

Cette méthode est nécessaire pour l’étude des modifications de structures subies par l’échantillon

à la suite des traitements préalables.

ETUDE

EXPERIMENTALE

Echantillonnage

Résultats sur l'étude géotechnique

Résultats sur l'analyse chimique

Résultats sur l'analyse thermique

CHAPITRE


TROISIÈME CHAPITRE :

ETUDE EXPERIMENTALE


III.1. Echantillonnage

1. Introduction

Notre recherche s'est basée sur les gisements de Mandray situés dans le massif d'ankaratra

pour la raison que les argiles de cette contrée ne sont pas encore étudiées de façon systématique.

2. Localisation des gisements

a. Situation géographique de Mandray

Selon la carte d'Antsirabe N°49 du Service de la géologie, dessinée par H. Besairie en

1964 ou celle de Institut géographique et Hydrographique National de Madagascar, les

coordonnées cartésiennes en planimétrie de Mandray sont :

XM = 467,4 et YM = 691,2

Sous une altitude de 1740 m = ZM, cette région de la commune d'Antsirabe I est centrée

en sa montagne rocheuse basaltique et délimitée par 6 fokontany dont au Nord Antanivolo, à

l'Ouest Antaboka, à l'Est Ambohimahasoana et au Sud Vohitrarivo – Ambovona.


figure 6 : Gîtes de recherche Antsirabe (Mandray)


b. Examen visuel des gîtes d'argiles

Pour localiser les gîtes d'argiles par la méthode visuelle, il est nécessaire de connaître les

propriétés bien particulières des minéraux argileux qui sont dues à la grande finesse, à la

structure des feuillets et aux charges négatives des particules :

- Les argiles forment avec l'eau des solutions colloïdales ;

- Les argiles fixant l'eau par adsorption à la surface et augmentant de volume par

gonflement. Elles absorbent l'eau et une fois saturées, elles deviennent imperméables;

- Les argiles sèches sont dures et happent la langue. Si on les rayait, on remarquerait

une couleur éclatante et vitreuse; elles développent une tension de succion importante

pour l'eau mais avec adjonction croissante d'eau, cette tension de succion diminue ;

- Un bâtonnet d'argile de 5 mm de diamètre et d'environ 10 cm de longueur, tenu par

son bout à l'horizontale ne se casse pas mais s'infléchit ;

- Les argiles sous l'effet de la chaleur, subissent un phénomène de retrait.

c. Zonage

Nous entendons par zonage, la manière d'inspecter cette région d'étude de façon que les

échantillons pris soient statistiquement significatifs pour l'étude expérimentale au laboratoire et

qu'ils soient significatifs pour l'étude expérimentale au laboratoire et qu'ils représentent

effectivement les variétés possibles d'argiles dans cette région.

Ainsi notre zonage nous a conduit à six échantillons de différentes couleurs dont les gîtes

sont exploitées en briqueterie artisanale et que les coordonnées géodésiques et altimétriques sont

repérées par voie satellitaire à l'aide d'un GPS Garmin Etrex de précision satisfaisante.

Tableau 17 : Couleurs et coordonnées des échantillons

Coordonnées géodésiques Echantillons D'argiles Couleur

Latitude λ [EO] Longitude φ[S] Altitude

Z[m]

MAN 1 Gris jaunâtre 47°04'12.6" 19°52'37.2" 1523

MAN 2 Noire grisâtre 47°04'13.2" 19°52'37.2" 1545

MAN 3 Blanche 47°04'13.9" 19°52'35.3" 1516

MAN 4 Jaune 47°04'14.8" 19°52'36.0" 1534

MAN 5 Rouge 47°04'13.4" 19°52'34.6" 1520 MAN 6 Noire goudron 47°04'14.4" 19°52'35.6" 1526


figure 7 : Localisation géographique des gîtes de recherche


III.2. Résultats sur l'étude géotechnique

1. Teneur en eau W, poids spécifique γs et volumique sec γd

Echantillons W [%] .γs [kN/m3] .γd [kN/m3] Densité γs/γw MAN 1 1.6 26.3 21.5 2.63 MAN 2 12.7 25.3 20.5 2.53 MAN 3 2.1 25.9 21.2 2.59 MAN 4 3.8 27.2 21.6 2.72 MAN 5 2.3 26.5 21.6 2.65 MAN 6 27.5 23.2 21.3 2.32

Tableau 18 : Teneur en eau W, poids spécifique γs et poids volumique sec γd

Les minéraux argileux sont tels que la montmorillonite à une densité de 2.4 alors que celle

de la kaolinite et de l’illite est de 2.6.

2. Analyse granulométrique

L'analyse granulométrique a été effectuée au Laboratoire National des Travaux Publics et

du Bâtiments (LNTPB).

Photo 1 : Série de tamis pour l'analyse granulométrique


Cette analyse granulométrique montre effectivement la présence d'argiles sur le sol entier.

Echantillons % gros sable % sable fin % limon % argile MAN 1 40 30 16 13 MAN 2 34 21 29 15 MAN 3 38 31 19 11 MAN 4 40 30 13 13 MAN 5 36 23 16 21 MAN 6 09 41 38 23

Tableau 19 : Pourcentage pondéral suivant l'analyse granulométrique

3. Teneur en matière organique

a. Préparation des échantillons

Afin d'éliminer toute trace d'humidité, on a procédé à un étuvage à 105°C pendant 24 h.

Le matériau sec obtenu est ensuite broyé au moyen d'un pilon afin d'avoir une poudre fine

appelée mortier c'est-à-dire qu'on utilise le passant du tamis d'ouverture 0.4 mm pour l'essai.

b. Réalisation de l'essai

En premier lieu, on prépare une solution composée de 92.5 ml d'H2O2 à 6% étendue à 1l

avec de l'eau distillée. On met la prise de 3g dans une Becher tout en y ajoutant 10 ml de la

solution précédente. On chauffe le mélange. La température du mélange est homogénéisée de

temps en temps avec un agitateur.

Lorsqu'un thermomètre plongé dans la solution indique 60°C, on filtre la préparation. A la

fin de l'égouttage, l'échantillon est de nouveau mis à l'étuve.

c. Résultats de l'essai

On calcule la teneur en matière organique de chaque échantillon après pesée

%100P

PP.O.M1

21 −=

avec P1 = 3g

P2 : poids sec après chauffage

Référence Poids initial P1 [g] Poids final P2 [g] M.O. [%] Quantité

MAN 1 3 2.97 1.0 < 3 %

MAN 2 3 2.96 1.1 < 3 %

MAN 3 3 2.97 1.0 < 3 %

MAN 4 3 2.93 2.1 < 3 %

MAN 5 3 2.98 0.9 < 3 %

MAN 6 3 2.83 5.7 > 3 %

Tableau 20 : Teneur en matières organiques

Seule la quantité en M.O. de MAN 6 dépasse 3 %


4. Limites d'Atterberg

Photo 2 : Préparation des échantillons au tamis 0.42 μm

Photo 3 : Appareil de Casagrande


Photo 4 : Prise d'échantillon

Echantillons d'argiles

Limite de liquidité WL

Limite de plasticité Wp

Indice de plasticité

Ip = WL-Wp

Indice de consistance

MAN 1 35 22 13 2.57

MAN 2 43 26 17 1.78

MAN 3 42 26 16 2.49

MAN 4 51 26 25 1.89

MAN 5 53 28 25 2.03

MAN 6 83 48 35 1.59

Tableau 21 : Limites d'Atterberg

La détermination des limites d'Atterberg permet de se faire une idée sur la structure des

échantillons par le calcul de leurs indices consistance. Puisque Ic > 1, ces argiles sont

consistantes.

p

Lc I

WW I−

=


Tableau 22 : Limites d'Atterberg S.04 W1 – Wp =1p (MAN 1)


5. Activité

L’activité des argiles peut être exprimée en fonction de l’indice de plasticité Ip et la teneur en

argile ta% selon la figure suivante :

figure 8 : Activité des argiles

A titre de référence, on indiquera l'activité de certaines argiles courantes

Minéral Activité A

Kaolinite 0,33 à 0,46

Illite 0,90

Montmorillonite Ca 1,50

Montmorillonite Na 7,2

Tableau 28 : Activité des argiles courantes

Argiles normales

Argiles actives

Argiles inactives

0.75 1.25ta%


Le tableau suivant regroupe l'ensemble de résultats obtenus sur nos échantillons d'argiles :

Référence P(%<2μ) P(%<0.4mm) .ta[%] Ip .a Argile

MAN 1 13 64 20.31 13 0.35 Inactive

MAN 2 15 73 20.54 17 0.47 Inactive

MAN 3 11 71 15.49 16 0.92 Normale

MAN 4 13 64 20.31 25 0.98 Normale

MAN 5 21 70 30 25 0.92 Normale

MAN 6 23 94 25 35 1.32 Active

Tableau 29 : Activité des échantillons d'argiles

6. Compressibilité

L'indice de compression remanié corrigé, pouvant remplacer les essais à l'œdométrie (qui

sont longs) pour les argiles, est donné par la formule de Skempton :

Cc = 0.009 (WL – 10)

Ainsi pour nos échantillons :

Référence WL Cc Argile

MAN 1 35 0.225 Raide

MAN 2 43 0.297 Moyenne





Tableau 30 : Compressibilité des échantillons d'argiles


7. Classification des échantillons étudiés

a. classification de HRB

Référence % f WL WL - 30 Ip Nature HRB

MAN 1 52 35 15 13 Sol argileux A6

MAN 2 57 43 13 17 Sol argileux A7-6




MAN6 88 83 53 35 Sol argileux A7-5

Tableau 31 : Classification du HRB

La classification du HRB montre que tous les échantillons étudiés sont sans exception des

sols argileux ;

b. Classification LPC

Référence % F WL % .α = 0.73 (WL-20) Ip région Nature LPC

MAN 1 52 35 10.95 13 I Argile peu plastique Ap

MAN 2 57 43 16.79 17 I Argile peu Plastique Ap

MAN 3 50 42 16.06 16 I Argile peu plastique Ap

MAN 4 52 51 22.63 25 II Argile très plastique At

MAN 5 51 53 24.09 25 II Argile très plastique At

MAN 6 88 83 45.99 35 III Limon très plastique Lt


Tableau 32 : Classification LPC des échantillons d'argiles

Concernant MAN 6, on peut mener une discussion, car cet échantillon pourrait s'agir

d’une argile à forte teneur en matière organique vu que la quantité en MO excède 3 %.

figure 9 : Position des échantillons d'après le diagramme de Casagrande.

Pour le cas de MAN 3, α = Ip = 16 en commettant une erreur de 6/100 inférieure à la

tolérance pour le calcul de Ip

c. Classification G.T.R.

En utilisant cette classification, nous avons les résultats suivants :

Référence Passant à 80µm

%F

Ip Classification GTR

MAN 1 52 13 A 2

MAN 2 57 17 A 2

MAN 3 50 16 A 2

MAN 4 52 25 A 3

MAN 5 54 25 A 3

MAN 6 88 35 A 4


Tableau 33 : Classification GTR des échantillons de Mandray.

On peut conclure que :

- Les échantillons MAN 1, MAN 2, MAN 3 sont des argiles peu plastiques ;

- Les échantillons MAN 4, MAN 5 et MAN 6 sont respectivement des argiles

marneuses et limon très plastiques : ces sols sont très cohérents à teneur en eau

moyenne et faibles, et collants ou glissants à l'état humide. Leur perméabilité très

réduite rend leurs variations de teneur en eau très lentes en place. Une augmentation

de teneur en eau assez importante est nécessaire pour changer notablement leur

consistance.

d. Résistance et gonflement des sols

Les résultats obtenus à partir des essais effectués se présentent comme suit :

Référence VBS CBR Gonflement à WOPM

MAN 1 2,5 3 0,04

MAN 2 2,7 3 0,06

MAN 3 2,6 3 0,06

MAN 4 6 1 0,08

MAN 5 6 1 0,08

MAN 6 6,7 1 0,11

Tableau 34 : Résistance et gonflement des argiles de Mandray

On peut conclure qu'en utilisant la corrélation entre les essais classiques et l'essai au bleu

de méthylène, nous constatons que plus la valeur en bleu de ces argiles est grande, plus leur force

portante mesurée à l'aide de l'indice portant californien C.B.R est faible et plus leur gonflement à

teneur en eau optimale est grand.


III.3. Résultats sur l'analyse chimique

1. Analyse sédimentométrique

Photo 5 : Tamisage à l'eau pour recueillir les < 80 µm

a. Préparation des échantillons :

On prend 4 éprouvettes de 1l après les avoir imbibé pendant 12 h et agité mécaniquement

pendant 3 mn à 12 000 tours/mn.

On prépare 2l d'eau distillée ajoutée de 80g de fines ainsi que 3g d'hexametaphosphate de

Sodium.


Photo 6 : Différents types de densimètres.

Photo 7 : Poudre d'hexametaphosphate de sodium


b. Réalisation de l'essai :

Après agitation manuelle, on fait des lectures sur le densimètre à 30s, 1mn, 2mn, sans

retirer le densimètre (GCR, GCN, PCNL, PCNC) puis à 5mn, 10mn, 20mn, 40m, 80mn, 4h et

24h en plongeant le densimètre 30s avant chaque lecture et en prélevant la température après

lecture. On corrige les lectures en fonction de la température et du densimètre par abaque. Enfin,

on calcule les traces.

Soit Ø les diamètres équivalents D(μ)

% grains < D

% grains P/R échantillon total

Ø ( )mnt]cm[RhF d0 −

=

H0 - Rd étant la profondeur effective

F est un coefficient lu par abaque et dépendant de la température et du poids volumique.

Photo 8 : Eprouvette d'essai


Photo 9 : Agitation mécanique

Photo 10 : Lecture sur densimètre

c. Les résultats de l'analyse sédimentométrique


Analyse granulométrique par sédimentométrie (MAN 1)


Tableau 35 : Analyse granulométrique par sédimentométrie (MAN 2)


2. Analyse chimique pour les teneurs en éléments :

En général, d’après les normes en vigueur, les compositions chimiques des argiles

sont :

-l’oxyde de silicium ( SiO2 ) : 35 à 80% ;

- l’oxyde d’Aluminium ( Al2O3 ) : 8 à 25% ;

- l’oxyde de fer ( Fe2O3 ) : 2 à 8% ;

-l’oxyde de sodium ( Na2O ) : 2 à 10% ;

-l’oxyde de calcium ( CaO ) : 0 à 2% ;

L'analyse effectuée en laboratoire indique les résultats suivants :

Référence PF SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO Mg O Na2O K2O

MAN 1 13.8 39.2 36.3 09.1 0.8 0.1 0.2 tr 0.2

MAN 2 15.0 36.7 39.4 08.2 1.1 0.1 0.1 tr 0.2

MAN 3 14.1 40.3 27.2 08.3 0.8 0.1 0.1 tr 2.0

MAN 4 15.2 36.2 26.2 21.4 4.3 tr tr tr tr

MAN 5 14.1 40.3 23.7 15.5 1.2 0.1 0.1 tr 1.7

Tableau 40: Résultats des analyses chimiques pour les teneurs en éléments.

Pour ces échantillons de Mandray, on constate que :

- les teneurs en silice et en oxyde de calcium correspondent aux teneurs fixées par la

norme ;

- il est un dépassement de la teneur en alumine de 1 à 9% tandis que celui du fer est de

0,2 à 13,4% ;

- la teneur en oxyde de sodium est à l’état de trace.


Ainsi :

- le retrait de chaque échantillon est influencé par la teneur en oxyde de silicium qui

constitue en quelque sorte le squelette ;

- l’excès en alumine influe sur l’indice de plasticité de l’échantillon ;

- l’excès en oxyde de fer joue un grand rôle de fondant au cours de la cuisson et est à

l’origine de la couleur terminale de l’échantillon. Associé à la teneur en oxyde alcalin

comme le potasse variant de 0 à 2% , on entraîne des réactions de grésage ou de

polissage qui donnent aux produits finis leurs qualités définitives, surtout leur

résistance mécanique .

III.4. Résultats sur l'analyse thermique

Photo 11 : Fours à basse température et à haute température

1. Analyse thermogravimétrique

Les résultats de l'analyse thermogravimétrique effectuée de façon discontinue sur les

échantillon d'argiles de Mandray se présentent comme suit :


Masses [g]

Aux différentes températures [°C]


t0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

MAN 1 100 98.5 98.2 98.1 98.0 97.0 88.2 87.9 87.5 87.4 87.4

MAN 2 100 90.0 87.0 86.1 85.5 82.0 76.0 75.8 75.0 74.9 74.9

MAN 3 100 97.3 96.9 96.1 94.5 94.1 91.5 90.8 90.7 90.7 90.7

MAN 4 100 96.2 93.9 92.8 91.9 91.8 88.0 86.1 85.8 85.2 85.2

MAN 5 100 97.9 96.8 96.0 95.6 94.0 91.6 90.7 90.6 90.5 90.5

MAN 6 100 98.1 97.7 95.1 92.4 86.1 85.5 84.9 84.3 84.2 84.1

Tableau 41 : Relevé des masses aux différentes températures

Photo 12 : Balance électronique de précision

Les pertes en masse [%] aux différentes températures θ [°C] ce calculent par :

=θ−

=θ−

)0(P)(P)0(P

)0(m)(m)0(m pertes en poids [%]


Masses [g]

Aux différentes températures [°C]


t0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

MAN 1 0 1.5 1.8 1.9 2.0 3.0 11.8 12.1 12.5 12.6 12.6

MAN 2 0 10 13.0 13.9 14.5 18.0 24.0 24.2 25.0 25.1 25.1

MAN 3 0 2.7 3.1 3.9 4.5 5.9 8.5 9.2 9.3 9.3 9.3

MAN 4 0 3.8 6.1 7.2 8.1 8.2 12.0 13.9 14.2 14.8 14.8

MAN 5 0 2.1 3.2 4.0 4.4 6.0 8.4 9.3 9.4 9.5 9.5

MAN 6 0 1.9 2.3 4.9 7.6 13.9 14.5 15.1 15.7 15.8 15.8

Tableau 42 : Pourcentage des pertes en poids aux différentes températures.

On peut ainsi tracer une à une les courbes thermogravimétriques correspondantes :

figure 10 : Courbe thermogravimétrique de MAN 1

Couleur avant cuisson = grise jaunâtre

Couleur après cuisson à 1000°C = rose claire



Couleur avant cuisson = noire grisâtre

Couleur après cuisson à 1000°C = rose claire



Couleur avant cuisson = blanche

Couleur après cuisson à 1000°C = rouge


Couleur avant cuisson = jaune

Couleur après cuisson à 1000°C = Rouge



Couleur avant cuisson = rouge



Couleur avant cuisson = noire goudron



On peut en conclure que :

La courbe de déshydratation de MAN1 se caractérise par une faible quantité d’eau

hygroscopique, départ faible jusqu’à 400°C, un départ d’eau de constitution très

brusque à 480°C et à 570°C. Enfin un départ d’eau très faible à partir de 600°C

s’annulant complètement vers 900°C.

MAN1 est de la kaolinite probable.

La courbe de déshydratation de MAN2 montre un départ très poussé d’eau zéolithique

jusqu’à 150°C suivi d’une perte faible jusqu’à 350°C,température à laquelle s’amorce le

départ de l’eau de constitution.

MAN2 est de l’halloysite probable.

La courbe de déshydratation de MAN3 montre un départ prématuré d’eau zéolithique

à 95°C et un départ d’eau de constitution à 450°C puis un départ d’eau très faible à

partir de 650°C.

MAN3 est de l’illite probable.

La courbe thermogravimétrique de MAN4 montre trois crochets importants aux

températures 100°C, entre 400°C et 500°C puis à 730°C correspondant aux libérations

des eaux dans cet échantillon .C’est une courbe intermédiaire entre celle de la

kaolinite et celle des illites.

MAN4 est de la kaolino-illitique probable à prédominance illitique.

La courbe thermogravimétrique de MAN5 montre un départ d’eau zéolithique à 100°C

et un départ d’eau de constitution à 420°C puis un départ d’eau très faible à partir de

700°C.

MAN5 est de l’illite probable.

La courbe de déshydratation de MAN6 se caractérise par la perte de masse due aux

matières organiques vers 230°C.

MAN6 est de la kaolinite probable contenant des matières humides.

INTERETS

ECONOMIQUES

DES ARGILES

Echantillonnage

Utilisations des argiles de Mandray-Antsirabe

CHAPITRE


CHAPITRE QUATRE:

INTERETS ECONOMIQUES DES ARGILES


IV.1.Généralités

Leur importance économique est considérable puisqu'elles sont employées dans des

nombreuses industries: céramique, porcelaine, briques et tuiles, ciments, réfractaires et produits

émaillées, fonderie, chimie, raffinage, boues de forage, colorants, adsorptions des matières

organiques, pigments.

Les argiles employées dans les différentes fabrications énumérées ci-dessus sont très

variables en nature et en composition. Elles sont constituées par une fraction argileuse et une

fraction non argileuse:quartz, feldspaths, minéraux lourds, oxydes de fer et d'alumine, matières

organiques. Ce sont les propriétés de ces argiles qui délimitent les domaines de leurs utilisations.

Les principaux gisements d'argiles sont soit autochtones soit allochtones. Les

différentes variétés peuvent avoir les utilisations suivantes:

- les kaolins (kaolinite et halloysite), en céramique, charges notamment pour le

papier, le caoutchouc...et couchage du papier, réfractaires;

- les argiles à tuiles et briques, en poterie, produits réfractaires, briques et tuiles,

agrégats légers;

- les bentonites, en fonderie, bouletage des minerais, pour les insecticides et les

fongicides, en filtration, boues de forage, chimie, adsorbants;

- les terres à foulon, pour les insecticides et les fongicides, les boues de forage,

l'adsorption.

1. Les argiles pour les céramiques:

Ce sont des matériaux argileux de composition variable au sein desquels la kaolinite à

feuillets d'une épaisseur de 7 A est la phase dominante, les autres constituants les plus fréquents

étant d'autres minéraux argileux du quartz et de la matière organique.

Dans les bassins sédimentaires détritiques, les kaolinites sont souvent mélangées avec

d’autres types d'argiles telles que l' halloysite, la sépiolite, l'attapulgite, les smectites.

a. Propriétés:

-forte teneur en aluminium;

-réfractivité;

-plasticité;


-coulabilité;

-faible retrait au séchage et à la cuisson;

-résistance mécanique;

-pouvoir couvrant élevé;

-inertie chimique.

b. Utilisations:

- charge inerte pour la papeterie;

- pharmacie;

- industrie en général;

- produits céramiques: carreau de revêtement, vaisselle, poterie, pièces

sanitaires et produits réfractaires.

2. Les argiles à halloysite

L'halloysite est une argile de la famille de kaolin dont les feuillets sont d'épaisseur 10 A et

elle est hydratée.

a. Propriétés

-structure cristalline différentiée;

-blancheur et pureté chimique élevées.

b. Utilisations

- fabrication des céramiques fine;

- dans les charges;

- supports de catalyse dans l'industrie de raffinage de pétrole.

3. Les argiles absorbantes

*Les argiles à attapulgite et à sépiolite:

Ce sont des argiles dans lesquelles, on a des entrelacés des fibres ayant les

dimensions de 2 à 5 µm pour l'attapulgite et 5 à 10 µm pour la sépiolite.

a. Propriétés

-surface spécifique élevée ;

-pouvoir absorbant élevé;

-faible pouvoir adsorbant;

-bonne viscosité par effet mécanique.


b. Utilisations

-granulés absorbant pour les litières pour animaux domestiques;

-les absorbants de sol et dans les forges en mer;

-les boues en milieu salé saturées;

-objets en porcelaine;

-charges minérales pour les engrais;

-industrie pharmaceutique;

-cosmétique;

-supports de produits phytosanitaires pour les sols.

*Les argiles à smectites ou bentonites:

Les argiles à smectites ou bentonites sont des argiles essentiellement composées des

minéraux de groupe des smectites: montmorillonite, beidellite, saponite à teneurs variables en

sodium, aluminium, fer, magnésium, en feuillets à trois couches d'une épaisseur de 14Angström,

valeur qui varie en fonction de la teneur en eau.

a. Propriétés

i) smectites:

- viscosité;

- plasticités;

- retrait -gonflement;

- pouvoir adsorbant élevé;

- pouvoir couvrant élevé;

- faible pouvoir absorbant.

ii) bentonites:

- capacité d'échange cationique;

- piégeage par liaison covalente de grosses molécules organiques comme les

toxines, les alcaloïdes.


b. Utilisations

i) smectites:

°smectites naturelles:

- la pharmacie;

- la diététique;

- la cosmétique;

°smectites actives:

- la clarification des vins;

- la décoloration des huiles;

- les boues de forage pétrolier;

- les boues pour les travaux publics;

- liants pour moules de fonderie.

ii) bentonites:

°bentonites calciques:

- dégraissage de la laine;

- absorbants des sols et les litières animales;

- charges dans les boues de forage et ciment;

°bentonites sodiques:

- fabrication de fonderie;

- bouletage des minerais de fer.

4. Les Ocres

a. Ocre jaune

Argile riche en limonite, l'ocre jaune, est utilisée dans les peintures, les mortiers et en céramique

pour teinter les émaux. Son principe actif est l'oxyde de fer hydraté appelé goethite. Elle se

présente:

- en poudre;

- en brut d'extraction de carrière.


Son analyse chimique de référence avec 20% d'eau est la suivante:

SiO2 63, 76 %

Al2O3 12, 06 %

Fe2O3 20, 19 %

K2O 0, 96 %

Na2O 0, 11 %

TiO2 0, 61 %

CaO 0, 07 %

MgO 0, 21 %

P2O5 0, 42 %

Tableau44.constituants de l’ocre jaune

b. Ocre rouge

Pour un produit plus régulier dans le temps, l'ocre rouge est obtenue par calcination de

l'ocre jaune à 600°C. L'ocre rouge naturelle est utilisée dans les peintures et les mortiers. Elle

se présente en poudre.


SiO2 61, 52 %

Al2O3 12, 97 %

Fe2O3 22, 24 %

K2O 1, 03 %

Na2O 0, 10 %

TiO2 0, 62 %

CaO 0, 06 %

MgO 0, 26 %

P2O5 0, 29 %

P.F 1, 60 %

Tableau45.constituants de l’ocre rouge


c. Hématite

Il est utilisé pour teinter les peintures, les mortiers ou en céramique pour teinter les argiles ou

les émaux. Il se présente:

-en poudre;

-en brut d'extraction de carrière.


SiO2 37, 41 %

Al2O3 12, 76 %

Fe2O3 37, 40 %

K2O 1, 12 %

Na2O 0, 05 %

TiO2 0, 60 %

CaO 0, 83 %

MgO 0, 51 %

P2O5 0, 46 %

MnO 0, 02 %

Tableau46.constituants de l’hématite

d. Propriétés

En tant que pigments minéraux naturels, ces ocres possèdent leurs propres couleurs et des

propriétés bien définies propres à tous les pigments:

- le pouvoir couvrant;

- le pouvoir colorant;

- la finesse;

- la stabilité à la lumière;

- la stabilité au feu;

- la stabilité aux actions thermiques;

- la stabilité aux intempéries.


IV.2. Utilisations des argiles de Mandray-Antsirabe

1. Hourdis en terre cuite

a. Processus de fabrication des hourdis et entrevous en terre cuite

A partir de nos échantillons illitiques ou kaolino-illitiques, nous pouvons fabriquer des

hourdis en terre cuite, qui de nos jours ont tendance à remplacer la dalle pleine en béton armé du

fait non seulement de leur isolation acoustique et thermique très performante mais aussi de leur

résistance au feu confirmée. Nous pouvons aussi fabriquer des briques artisanales améliorées.

La fabrication comprend plusieurs phases dont les principales sont:

- l'extraction des matières premières;

- la préparation;

- le façonnage;

- le séchage;

- la cuisson.

i) extraction:

L'extraction des matières premières:les argiles d'une part, et les éléments dégraissants

d'autre part, peut se faire à la pelle mécanique, à l'excavateur, à l'aide de défonceuses,

décapeuses, bouteurs, chargeuses, pelles.

Les éléments dégraissants donnent aux produits une texture moins compacte facilitant

Ainsi l'évacuation de l'eau pendant le séchage et les dégagements gazeux pendant la cuisson. On

en cite:

- le sable, de granulométrie de 0,2 à 1mm, exempt de calcaire, à des doses de 30% au

maximum;

- la chamotte.

Dès fois, on emploiera des ajouts pour corriger les défauts éventuels de fabrication.


ii) préparation de la pâte:

Elle a pour but :

- d’éliminer les impuretés;

- d’émietter les argiles;

- de former le mélange;

- d’homogénéiser et d'humidifier ce mélange.

La pâte est rendue plastique par ajout d'eau .Autrement dit , elle peut se déformer sans

rupture sous une certaine sollicitation et garder la forme désirée lorsque celle-ci a cessé

.Cependant, cette plasticité dépend de nombreux facteurs tels que la finesse,le pourcentage

d'éléments inertes et la nature minéralogique des argiles .Il y a un simple procédé pour rendre au

produit une meilleure plasticité: il s'agit de l'enfonçage ou encore le pourrissage consistant à

stocker les argiles mi-préparées et contenant une partie de son eau de façonnage pendant 2 à 4

semaines dans des fosses.

La préparation de la pâte est une étape très importante que nous devons mener à bien car

dans le cas contraire, nous assisterons à des produits fêlés ou cassés.

iii) façonnage:

Le façonnage des produits en terre cuite nécessite de l'étirage et du pressage. Le façonnage

rend à la pâte une cohésion suffisante: nous assistons ,d'une part, à l'intensification de la

compression de la pâte, à l'élimination de l'air dans les argiles et à l'amélioration de la plasticité

par mouillage additionnel et d'autre part, à la mise en forme désirée par moulage.

iv) séchage:

Les produits sont façonnés avec une teneur en eau de 15% à 30% par rapport au poids

sec. Puis, à la sortie du séchoir, les produits ne doivent plus contenir que 1 à 2% d'eau

résiduelle.


v) cuisson:

Les produits sont soumis à une cuisson afin qu’ils acquièrent leur résistance mécanique

définitive, leur stabilité et leur résistance aux intempéries. Nous ferons en sorte que le mélange

intime entre les combustibles et l'air de combustion ramène la température initiale à la

température de cuisson pour que tous les produits soient soumis aux mêmes effets thermiques.

b. Avantages qualitatifs du plancher à corps creux

i) rapidité d'exécution et facilité de pose:

Les hourdis sont simplement posés entre deux poutrelles. Aussi, une petite épaisseur de

béton armé posé au-dessus de ce simplexe suffit-elle à constituer un plancher d'étage.

Le rendement des travaux dépend avant tout de la gestion des personnels. Notre étude

consiste à comparer le rendement du délai d'exécution entre un plancher à corps creux et un

plancher en dalle pleine avec une aire de pose de 19,58 m²: cas de notre chantier de bâtiment:

° Le plancher est effectivement à corps creux:

-Coffrage:

Nous savons par expérience que le rendement normal de 4m²/jour pour effectuer cette tache

est d'employer 1 manoeuvre et1 charpentier. Ainsi, en mobilisant 3 charpentiers et 3

manoeuvres, on peut réaliser en une journée et demi le coffrage y compris les étayages du

plancher alors que la mise en place des hourdis de coffrage s'effectue en une demi-journée

moyennant 2 manoeuvres.

-Ferraillage:

Comme les armatures nécessaires ont déjà été façonnées en une demi-journée parallèlement

au coffrage et que le rendement normal de 7m²/jour pour effectuer cette tache est d'employer 1

manoeuvre et1 ferrailleur. Ainsi, en mobilisant 4 ferrailleurs et 4manoeuvres, on peut réaliser en

une demi-journée le ferraillage du plancher.

-Bétonnage:

Le volume total de béton du plancher est de: V=1,69m3.Normalement, 10 manoeuvres et 3

maçons arrivent à couler de béton par jour. Ainsi, une journée suffit pour entreprendre le

bétonnage du plancher.


Rendement total : le plancher à hourdis est réalisée en 3 jours et demi.

°Si le plancher était en dalle pleine:

-Coffrage:

Nous savons par expérience que le rendement normal de 2,5m²/jour pour effectuer cette

tache est d'employer 1 manoeuvre et1 charpentier. Ainsi, en mobilisant 3 charpentiers et 3

aide- manoeuvres, on peut réaliser le coffrage en 2 jours et demi y compris les étayages du

plancher.

-Ferraillage:

Comme les armatures nécessaires ont déjà été façonnées en une demi-journée parallèlement

au coffrage et que le rendement normal de 6m²/jour pour effectuer cette tache est d'employer 1

manoeuvre et1 ferrailleur. Ainsi, en mobilisant 4 ferrailleurs et 4manoeuvres, le ferraillage du

plancher est réalisé en une journée.

-Bétonnage:

Le volume total de béton du plancher est de: V=2,74m3.Normalement, 10 manoeuvres et 3

maçons arrivent à couler de béton par jour. Afin d'éviter les arrêts de bétonnage, on mobilise

pour ce cas 14 manoeuvres permettant ainsi de réaliser le plancher en une journée.

Rendement total : le plancher en dalle pleine est réalisée en 4 jours et demi au

minimum.

ii) légèreté du plancher:

La légèreté d'un plancher est un facteur essentiel dans le domaine de la construction. Car le

plancher influe sur toute l'ossature du bâtiment (poutres, poteaux, fondations).Ainsi, un plancher

lourd implique beaucoup de dépenses. Reprenons les cas sus-cités:

° Le plancher est effectivement à corps creux:

Le poids propre du plancher (hourdis+nervure+plafond) est donné par 0,325 t/m²

D’où le poids total du plancher P=0,325. (19,58)=6,364 t


°Si le plancher était en dalle pleine:

La masse volumique du béton armé est de 2,5 t/m3.Le plancher a une épaisseur de 14 cm d'où le

volume de béton armé est de: V=2,7412 m3;

Le poids du B.A: 2,5. (2,7412)= 6,853 t

Le poids du plafond: 0,044. (19,58)= 0,862 t

D’où le poids total du plancher: P= 7,715 t

Le plancher à corps creux est plus léger que celui en dalle pleine en prenant le poids

des revêtements égal partout ailleurs.

iii) isolation thermique:

La résistance thermique représente une valeur donnée aux matériaux de construction en

fonction de leur capacité à s'opposer aux échanges de chaleur. Donc plus un matériau a une

bonne résistance thermique, plus il a un bon pouvoir isolant.

Les matériaux ayant la meilleure résistance thermique sont ceux qui présentent une

discontinuité dans leur structure ou qui renferment de l'air tels que le béton cellulaire, le béton

d'argile expansé, les briques creuses et hourdis.

En revanche, la pierre et le béton plein ont une très faible résistance thermique; C’est la

raison pour laquelle il est nécessaire de les doubler d'un isolant.

Le coefficient de conductivité thermique λ est considéré comme la principale

caractéristique thermique d’un matériau. Plus ce coefficient est élevé, et plus le matériau est un

mauvais isolant thermique.

En effet, la résistance thermique du BA est de 0,093 m². °C /W et celle de l’ hourdis est

de 0,28 m². °C/W

La conductivité thermique du BA étant de 1.5 W/m. °C et celle de l’ hourdis de 15

(équivalent à celle d’un entrevous de 16) est de 0,54 W/m. °C.

Le plancher à corps creux est un meilleur isolant thermique que celui en dalle

pleine.


iv) Isolation acoustique :

L’isolement acoustique entre deux locaux dépend non seulement de la paroi de

séparation, origine de la transmission directe, mais aussi des parois latérales taxées de

transmission indirectes ou latérales et de défauts localisés, tels que des manques d’étanchéité au

droit des passages de canalisations, des gaines aux quels, on reproche les transmissions parasites.

Néanmoins, la transmission directe est un facteur important, et afin de connaître la

performance acoustique de la paroi séparative seule, il faut supprimer les transmissions indirectes

dues aux parois latérales et s’affranchir de l’influence des caractéristiques acoustiques du local

réception.

L’indice d’affaiblissement acoustique est la caractéristique d’isolation d’une paroi.

Pratiquement, elle ne peut être mesuré qu’en laboratoire. Le terme « isolement », lui, est réservé

au cas de la transmission de bruit entre deux locaux sans caractéristiques particulières, séparés

par une paroi de surface quelconque. On parle d’indice d’affaiblissement acoustique d’une paroi

et d’isolement acoustique entre deux locaux.

¤ Isolement contre les bruits aériens :

Le meilleur principe consiste à employer des planchers doubles, c’est-à-dire dont

le plafond et les parois sont complètement indépendantes.

Dans les cas où cette disposition n’est pas possible à réaliser, on obtient avec une

précision le pouvoir isolant d’un plancher en calculant le poids total par m² et se reportant à la loi

de la densité.

Les résultats sont valables en première approximation quelle que soit la

constitution des planchers à condition toutefois que la répartition du poids soit suffisamment

régulière.

Dans le cas où un plancher comporterait des parties portantes d’un poids élevé

(poutre ou solive par exemple), il ne faudra prendre en compte comme chiffre représentant le

poids du m² que celui de la paroi proprement dite (hourdis par exemple).


¤ Calcul des indices d’affaiblissement des deux types de planchers :

L’indice d’affaiblissement R d’un plancher est donné par :

R=40 log m – 46 en dB (A) où m : sa masse surfacique en kg /m²

Or, plus R est élevé, plus le plancher est isolant aux bruits aériens (bruits rose et

routier).

• Plancher en dalle pleine de 14 cm : m = 350 kg/m² => R= 55,76 dB (A)

• Plancher à corps creux :

* Paroi en hourdis :

m=90 kg/m² => R1= 32 ,170 dB (A)

* Table de compression de 5cm :

m=125 kg/m² => R2=37,876 dB (A)

Donc, l’indice d’affaiblissement du plancher est de R=R1+R2

R=70,05 dB (A)

Le plancher à corps creux est un meilleur isolant phonique que celui en dalle pleine.


c. Etude économique :

• Le plancher est en corps creux et occupe une surface de 19, 58 m² Volume de béton : 1,69m3

Désignations Unité Quantité P.U Matériels Matériaux M.O Montant total

1. Coffrage

Matériels

-outillages fft 1 11 000 11 000 11 000

Matériaux

planche de 4m U 26 1 400 36 400 36 400

Bois rond de4m U 90 1 000 90 000 90 000

Pointe TP kg 15 3 000 45 000 45 000

Mains d’œuvre

O.S h/j 5 5 000 22 500 22 500

M.O h/j 5 3 000 13 500 13 500

Sous total 1 218 400

2. Mise en file des hourdis

Matériaux

Hourdis U 185 660 122 100 122 100

Mains d’œuvre

M.O h/j 1 3 000 3 000 3 000


3. Ferraillage

Matériels

pinces fft 6 3 000 18 000 18 000

Matériaux

Fer rond k/g 125 2 400 300 744 300 744

Fil recuit k/g 5 3 600 18 000 18 000

Mains d’œuvre

O.S h/j 6 5 000 30 000 30 000

M.O h/j 2 3 000 6 000 6 000


4 .Bétonnage

Matériels

pelles U 4 4 000 16 000 16 000

sceau U 5 2 000 10 000 10 000

Matériaux

Ciments sac 12 17 000 204 000 204 000

sable m3 0,761 9 200 7 001 7 001

gravillons m3 1,437 34 400 49 433 49 433

eau m3 0,287 195 56 56

Mains d'œuvre


O.S h/j 2 5 000 10 000 10 000

M.O h/j 10 3 000 30 000 30 000


TOTAL 1 042 734

cœfficient des déboursés K= 1,35 PTOTAL= 1 407 691 Ariary

Total arrêté à la somme de 1 407 700 Ariary ou 7 038 500 fmg

• Le plancher est supposé en dalle pleine Surface : 19,58m²

Volume de béton : 2,74m²

Désignations Unité Quantité P.U Matériels Matériaux M.O Montant total

1. Coffrage

Matériels

-outillages fft 1 11 000 11 000 11 000

Matériaux

planche de 4m U 48 1 400 67 200 67 200

Bois rond de4m U 90 1 000 90 000 90 000

Pointe TP kg 18 3 000 54 000 54 000

Mains d’œuvre

O.S h/j 7,5 5 000 37 500 37 500

M.O h/j 7,5 3 000 22 500 22 500


2. Ferraillage

Matériels

pinces fft 6 3 000 18 000 18 000

Matériaux

Fer rond k/g 137 2 400 328 800 328 800

Fil recuit k/g 5 3 600 18 000 18 000

Mains d’œuvre

O.S h/j 8 5 000 40 000 40 000

M.O h/j 4 3 000 12 000 12 000


3 .Bétonnage

Matériels

pelles U 6 4 000 24 000 24 000

sceau U 5 2 000 10 000 10 000

Matériaux

Ciments sac 19 17 000 323 000 323 000

sable m3 1,233 9 200 11 344 11 344


gravillons m3 2,329 34 400 80 118 80 118

eau m3 0,466 195 91 91

Mains d'œuvre

O.S h/j 2 5 000 10 000 10 000

M.O h/j 14 3 000 42 000 42 000


TOTAL 1 199 553

cœfficient des déboursés K= 1,35 P TOTAL= 1 619 397 Ariary

Total arrêté à la somme de 1 619 397 Ariary ou 8 097 000 fmg

Le type de plancher à corps creux est plus économique par rapport au type dalle

pleine, et cela sans les conséquences affectées par la lourdeur du plancher sur les autres

éléments de la construction.


2. Briques cuites

a. Généralités

Les briques cuites sont des matériaux appartenant à la famille des terres cuites, tenant un

rôle non négligeable dans la construction de bâtiment pour lutter contre les intempéries (le froid,

la chaleur, la pluie, …), les bruits extérieurs et les assaillants d’une image à une ville.

Par conséquence, ces matériaux de construction doivent remplir les conditions nécessaires

suivantes :

- bonne résistance mécanique ;

- bonne résistance à l’eau de pluie ;

- disponible en abondance sur place ;

- facile à produire ;

- à moindre coût ;

Parmi les matériaux en terres cuites, l’argile est choisie comme matière première de base

pour la production des briques cuites du fait qu’elle possède les caractéristiques suivantes :

- elle est facile à modéliser à des différentes formes voulues, grâce à son état plastique.

- après avoir subi un traitement thermique aux environs de 800 °C, le modèle se durcit

et devient résistant à l’eau sans redevenir argile à son état initial.

En conclusion, pour avoir une donne brique, il faut à priori savoir et choisir les matières

adéquates.

b. Les matières premières :

Avant toute opération de production, les briquetiers sont obligés à connaître, identifier et

faire des essais préalables pour choisir les matières premières adéquates si l’on veut produire des

briques convenables, normalisées et susceptibles d’imposer ses applications.

En général, les matières premières nécessaires pour la production des briques cuites sont

les suivantes :

- les argiles ;

- le dégraissant (au cas où l’argile est très plastique à plastique) ;

- l’eau ;

- le combustible.


c. Propriétés

i) Dégraissant :

Ce sont des matériaux inertes, utilisés dans la fabrication des briques pour la correction

minéralogique dans le cas des argiles très plastiques

La partie située au-dessus de ces argiles de Mandray contient un dégraissant très efficace

appelé lohatany. Ce dernier est constitué de matériaux inertes.

De plus, on peut aussi utiliser les dégraissants tels que la latérite et le sable.

ii) Eau :

L’eau joue un rôle essentiel dans la fabrication de briques car elle rend l’argile à son état

plastique pour donner la forme aux briques crues.

iii) Combustible :

Il sert à cuire les briques crues en leur offrant les principales propriétés des argiles

cuites. On peut utiliser :

- le bois de chauffe.

- le déchet agricole.

- de charbon naturel.

- le fuel.

d. Processus et matériaux de production

Les expériences ont montré que la plupart des briques utilisées sont de mauvaise qualité.

Ceci est due essentiellement au manque de connaissance , au mauvais choix des matières

premières et aussi au non maîtrise du processus de production en commençant à

l’approvisionnement des matières premières jusqu’à la cuisson.


3. Pigments

a. Généralités

On appelle pigments des substances colorées minérales ou organiques finement

dispersées, non solubles ou peu solubles dans l’eau et dans des solvants organiques ; des

poudres métalliques sont aussi utilisées en qualité de pigments. Chaque pigment possède sa

propre couleur.

Les pigments ont pour but de donner aux compositions des peintures l’opacité, de

meilleures qualités mécaniques et une longue durée d’exploitation.

b. Propriétés :

- Le pouvoir couvrant qui est caractérisé par la consommation du pigment par 1m² de la

surface à peindre ;

- Le pouvoir colorant qui est caractérisé par la propriété du pigment de communiquer sa

couleur en composition avec des pigments blancs, noirs et bleus ;

- La finesse qui influe fortement sur le pouvoir couvrant et le pouvoir colorant. Plus la

finesse est grande, plus le pouvoir colorant et le pouvoir couvrant croissent ;

- La stabilité et la lumière : cette résistance à la lumière qualifie la capacité du pigment à

conserver sa couleur sous m’action de la lumière ;

- La stabilité au feu : c’est la capacité de supporter l’action des hautes températures sans

destruction ni changement de couleur (sauf pour les pigments organiques) ;

- La stabilité aux actions chimiques qui est la capacité de certains pigments de conserver

sa couleur sous l’action d’alcalis ;

- La stabilité aux intempéries : c’est la capacité des pigments de résister à l’action

commune de l’humidité, de l’acide carbonique et d’autres agents du milieu extérieur.

c. Cas de Mandray

L’ocre jaune sèche, argile avec la teneur en oxyde de fer de plus de 15% est employée

dans les peintures à la colle et à la chaux et dans les mortiers colorés. Elle appartient au groupe de

pigments minéraux naturels.

97

Nous avons identifié visuellement les différents types d'argiles de Mandray. La coupe

générale du sol montre, en surface, un recouvrement argileux assez épais des argiles jaunes ou

grises d'une épaisseur variable en moyenne un mètre. Au-dessous vient parfois mais non

toujours, un horizon de tourbe sous lequel un horizon d'argiles blanches.

Ensuite, nous avons mené des études expérimentales en laboratoires. Les résultats obtenus

montrent plusieurs aspects. Concernant l'étude géotechnique, on peut citer que la teneur en eau

dépend essentiellement de l'hydrologie du terrain, que les analyses granulométriques et

sédimentométriques montrent la présence d'argiles sur sol entier. Ces argiles sont consistantes,

inactive à normales, raide à moyennes telles que la teneur en matières organiques est très faible.

L'analyse chimique montre des résultats sur la teneur en éléments de ces argiles qui présentent

donc une teneur en Oxyde de fer élevée. Les études thermiques sont essentielles à titre de

recoupement aux résultats précédents.

Ces études en laboratoires mettent en évidence des argiles kaolinites modifiées par endroit

en argiles halloysitiques ou illitiques selon leurs histoires. La présence d'interstratification

kaolinite-illite est constatée.

Enfin, ces argiles de Mandray offrent des intérêts économiques pour Madagascar :

- Premièrement, ces argiles dont la teneur en Oxyde de fer dépassant 15 %, peuvent

intervenir comme pigments minéraux naturels en tant qu'ocres et trouvent leur utilité dans les

mortiers colorés et dans les peintures à colle et à la chaux pour donner aux compositions des

peintures l'opacité, des meilleures qualités mécaniques et une longue durée d'exploitation ;

- Deuxièmement, les exploitations artisanales de ces argiles en tant que matériaux pour

briques peuvent se développer largement grâce à cette présente étude. En effet, l'étude complète

du phénomène de retrait de ces argiles améliore la qualité des briques obtenues selon la norme

appliquée. Nous nous proposons d'autre part afin de sauvegarder l'environnement d'utiliser

l'horizon de tourbe pour la cuisson des briques ;

- Troisièmement, ces argiles de Mandray trouvent leur utilité pour créer une industrie

cimentière dans la région d'Antsirabe. En effet, les argiles d'Antsirabe ont une faible teneur en fer

et on peut palier cette fois dernière en utilisant les argiles de Mandray qui remanieraient le

contenu de la pierre calcaire après mélange de façon à donner une pulpe qui, calcinée,

deviendrait un clinker ayant les caractéristiques nécessaires pour la fabrication locale de ciment.

CCCOOONNNCCCLLLUUUSSSIIIOOONNN

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ANNEXE A : COMPLEMENT SUR LES ARGILES.

ANNEXE B : ETUDE GEOTECHNIQUE DU SOL.

ANNEXE C : ANALYSE CHIMIQUE DES ARGILES.

ANNEXE D : DIFFRACTOMETRIE AUX RAYONS X.

ANNEXE E : ANALYSES THERMIQUES.

AAANNNNNNEEEXXXEEESSS

Annexe A : Complément sur les argiles

ANNEXE A : COMPLEMENT SUR LES ARGILES

A1. Les silicates

Ils représentent en masse le 97% de l’écorce terrestre. On les classe en cinq types

d’architectures fondés sur la distribution des tétraèdres SiO4- :

les silicates à tétraèdres indépendants : les néosilicates (orthosilicates) ;

les silicates à groupes finis de tétraèdres : les sorosilicates

les silicates en chaînes : les isosilicates ;

les silicates lamellaires ou phyllosilicates ;

les silicates à charpente tridimensionnelles.

A2. Formes des hybridations courantes

Nous retenons :

A3. Distance entre les centres des atomes dans la liaison covalente et énergie

correspondante

H-H 0.075 nm 435 kJ/mol

O-H 0.095 nm 460 kJ/mol

O-O 0.132 nm 138 kJ/mol

O-Si 0.162 nm 377 kJ/mol

Si-Si 0.235 nm 178 kJ/mol

B

B

B A

B

sp3 et d3s tétraédrique

B

B

B A

B

Sp3d2 ou d2sp3 octaédrique


A4. La liaison ionique

C’est la nature de la liaison covalente très polaire entre deux atomes d’électroactivité

différente :

Cation anion

Al3+ : 0.057

Mg2+ : 0.066

Si4+ : 0.042

Fe3+ : 0.064

O2- : 0.132

Rayons ioniques en nm

A5. Arrangement d’atomes de dimensions inégales liés non directionnellement

Les valeurs de coordinence possible dans un phyllosilicate sont 4 et 6 et dépendent

évidement du rapport rr

a

c des rayons, rc – rayon des cations et ra – rayon des anions en présence

Coordinence Domaine du rapport

rr

a

c

permettant une liaison stable

Arrangement

4 0.225 – 0.414 tétraédrique

6 0.414 – 0.732 octaédrique

Coordinence en fonction des rayons des ions

En effet : 319.0132.0042.0

O

Alrr

-2

3

==+

500.0132.0066.0

O

Mgl

rr

-2

3

==+

et 431.0132.0057.0

O

Alrr

-2

3

==+

Polyèdre de coordination

Polyèdre de coordination

4

6


A6. Liaisons hydrogène et de Van der Waals.

Ces liaisons sont fondées sur des interactions dipolaires dont les énergies de liaisons sont

faibles de l’ordre de quelques kilojoules par mole.

A7. Les silicates lamellaires ou phyllosilicates

Chaque tétraèdre partage avec trois tétraèdres voisins trois de ces ions oxygènes. Les

chaînes doubles des tétraèdres SiO -44 peuvent s’associer pour former des réseaux plans. Tous les

tétraèdres de silice formant cette couche ont une face dans un même plan et leurs sommets libres

d’un même coté de ce plan.

La cohésion entre deux couches de tétraèdres SiO -44 dont les sommets libres se font face est

due à la présence de cations qui assurent aussi la neutralité du cristal. La seule coordinence

possible étant 6. Ce sont les plus souvent des ions Al3+ ou Mg2+ qui assurent la liaison entre les

couches et, par conséquent, la cohésion du feuillet. Entre les feuillets s’établissent en général des

liaisons beaucoup plus faibles ; liaisons hydrogène et de vander waals qui procurent à ces

composés des propriétés physico-chimiques et mécaniques particulières. Ce sont des corps

lamellaires à clivage facile.

A8. Phyllosilicates alumineux et magnésiens de 7 Ǻ

Ils sont constitués d’une couche de tétraèdre de silice et une couche d’octaèdre d’alumine et de

magnésie : les centres des octaèdres sont occupés par Al3+ ou Mg2+ et leurs sommets le sont :

soit par des hydroxyles ;

soit par des ions oxygènes communs avec les tétraèdres de SiO -44 ;

A9. Phyllosilicates de 10 Ǻ et de 14 Ǻ

Les Phyllosilicates d e10 Ǻ sont obtenus en complétant le feuillet de A 8 par une couche

de tétraèdres de silice. La couche d’octaèdre est donc prise en sandwich entre deux couches de

tétraèdres.

Tandis qu’en additionnant une couche supplémentaires d’octaèdres de Al(OH)3 ou

Mg(OH)2, on est amené aux phyllosilicates de 14 Ǻ.


A10. Le réseau réciproque

h. Définition

Si l’on porte les trois vecteurs a *, b *, c * à partir d’un point quelconque le réseau de point

bâti sur ces trois vecteurs est le réseau réciproque du réseau donné. A tout nœud de ce réseau

correspond la face du réseau directe qui lui est opposée.

i. Intérêt du réseau réciproque

Cet intérêt vient de ce que tout vecteur r*hkl

joignant l’origine de ce réseau à l’un de ses nœuds de

coordonnées ha*, kb* et lc* et qui est donc définit par :

*cl*bk*ah*rhkl++= (h,k,l étant des entiers simples)

est normal au plan réticulaire (hkl) du réseau primitif et que sa longueur est l’inverse de la

distance interréticulaire dhkl.

Un réseau simple est de maille

élémentaire définie par les trois axes

arbitraires a , b et c on va représenter un

des plans de la famille de ceux qui sont

parallèles à b et c plans (100) par un

vecteur a * normal à ces plans et de

longueur inversement proportionnel à leur

écartement ;

Oa1=d100

Oa1=proj(100) a

O

a

y

cc*

a* b* b1

1a

c1

x

b

Définition du réseau réciproque


De plus ( ) 1ha*cl*bk*ahOPOH drrr hkl

*

hkl

*

hkl

*

hkl=•++=⋅=•=•

Ainsi : dr

hklhkl

1*=

A11. Les minéraux argileux simples

1. Groupe de la kaolinite

- Kaolinite : (OH)4Al2Si2O5

- Dickite et nacrite : rares et liés aux gîtes hydrothermaux. Ils ont un composition chimique

identique à celle de la Kaolinite. Ils se différencient par la structure de

leur réseau. La dickite est monoclinique et la nacrite est monoclinique

presque orthorhombique avec un angle β=90°20′±10′.

- Halloysite : Formée de feuillets de Kaolinite séparés par des couches d’eaux. Elle présente

l’aspect tubulaire dû à l’enroulement des feuillets. Si elle est déshydratée, on

l’appelle métahalloysite. Les gisements sont hydrothermaux et parfois

sédimentaires.

-

Le plan (hkl) voisin de O passe par H,K,L

avec H(ha ,0,0), K(0,

kb ,0) et L(0,0,

lc )

Comme

( )( )

011

ha

kb*cl*bk*ah

OHOK*HK* rr hklhkl

=−=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−•++=

−•=•

et que 0KLr*

hkl=•

alors ( )HKLr*

hkl⊥ d’une part et d’autre part

L

K

H

Obk

ah

lc

Z

Y

X

r*

c

hkl

Représentation du réseau réciproque


- Fire clay minerals : ce sont de la kaolinite désordonnée c’est à dire que les feuillets empilés

sont déplacés les uns par rapport aux autres dans leur plan.

- Les serpentines : (OH)4Mg3Si2O5

vis-à-vis de la kaolinite il y a remplacement de 2 Al par 3Mg dans la couche octaédrique.

C’est donc l’homéotype trioctaédrique magnésien de la kaolinite.

2. Groupe des micas

Micas :

Muscovite :

Paragonite :

Phlogopite :

Biotite :

Pyrophyllite et Talc : rares et se trouvant dans les sédiments. Il n’est pas d’alcalis entre les

couches

• Pyrophyllite : (OH)2Al2Si4O10

• Talc : (OH)2Mg3Si4O10

Illites : sa structure est voisines de celle des micas avec remplacement partiel des ions Al

octaédriques par des ions Mg, Fe2+ et Fe3+

• Illites : Tel que 0.5 < x < 0.75

• Glauconite et Glauconies :

Avec 0.5 < x < 1

(OH)2Al2Si3AlO10

K

(OH)2Al2Si3AlO10

Na

(OH)2Mg3Si3AlO10

K

(OH)2Mg,Fe2+Si3AlO10

K

(OH)2Al2Si4-xAlx

Kx

(OH)2(Fe3+,Al,Fe2+, Mg)2(Si4-xAlx)O10

Kx


3. Groupe de la montmorillonite

Série dioctaédrique « Montmorillonite-beidellite » :

Série dioctaédrique « Nontronite-beidellite » :

Série trioctaédrique « Stevensite-saponite » :

Stevensite :

Saponite :

4. Groupe des chlorites

Ces minéraux sont de couleur verte et riches en fer ferreux.

les chlorites vraies : en couches alternées de mica trioctaédrique

les chlorites gonflantes : sous l’action des polyalcools, elles gonflent mais elles sont

stables vis-à-vis de la chaleur.

les chlorites dioctaédriques :

5. Groupe de vermiculites

C’est un minéral à l’allure de vermicules quand on le chauffe. Sa formule structurale est :

(OH)2(Al1.67,Mg0.33)Si4O10

Na0,33

(OH)2(Fe3+ Al0.39)(Si3.67Al0.33)O10 1.61

K0,33

(OH)2Mg2.92(Si4O10)

Na0,16

(OH)2Mg3(Si3.67Al0.33)O10

Na0.33

(OH)2(Mg3-y, Aly)(Si4-xAlx)O10

(Mg3-z, Alz)(OH)6

(OH)2(Al2-y, Mgy)(Si4-xAlx)O10

(Mg3-z, Alz)(OH)6

(OH)2(Mg, Fe)3(Si4-xAlx)O10

Ca) Mg,(2x


6. Groupe des attapulgites, sépiolites :

- Attapulgites

C’est un minéral qui prend à l’affleurement un aspect feuilleté ou papyracé. Sa formule

structurale est :

Avec une possibilité de remplacement du Mg par Al

- Sépiolites

Sa formule structurale est :

A12. Les minéraux argileux interstratifiés

1. Définition

Ce sont des minéraux argileux qui présentent une alternance de feuillets de nature

différente. Ils sont aussi appelés mixed layer clay minerals.

2. Types d’interstratification :

Régulier : ABABA…

Irrégulier : l’interstratification est aléatoire. Ainsi aucune loi ne régit l’alternance.

Avec segmentation de paquets alternants, eux-mêmes parfois interstratifiés

3. Principaux interstratifiés :

Dans les sols et les sédiments, la majorité des feuillets appartiennent aux quatre types

suivants : illite, montmorillonite, vermiculite, chlorite. Ces derniers peuvent s’interstratifier

simultanément mais les interstratifications à deus types de feuillets sont plus fréquentes à savoir :

Illite-montmorillonite (I-M), Illite-vermiculite (I-V), Illite-chlorite (I-C), Montmorillonite-

vermiculite (M-V), Montmorillonite-chlorite (M-C), Vermiculite-chlorite (V-C).

Par exemple : - Bravaisite : Interstratifié (I-M)

- Corrensite : Interstratifié Chlorite-montmorillonite (C-M)

- Rectorite : Interstratifié régulier vermiculite-pyrophyllite

(OH2)4(OH)2Mg5Si8O204H2O

(OH2)4(OH)6Mg9Si12O306H2O

Annexe B : Etude géotechnique du sol

ANNEXE B : ETUDE GEOTECHNIQUE DU SOL

B1. Eléments constitutifs du sol :

Considérons un sol de volume V et de poids P formé des vides et des particules solides

La loi de conservation du permet d’écrire que :

- son volume est V = Vv + Vs = Va + Ve + Vs

- son poids est P = Pv + Ps = Pa + Pe + Ps = Pe + Ps

B2. Caractéristiques physiques du sol

1. Le poids spécifique γs

c. Définition

C’est une caractéristique plus ou moins invariable pour un sol donné et il est égal au

rapport du poids Ps des particules solides au volumes Vs occupé par ces particules V

s

ss

P=γ

d. Principe de détermination

Le poids spécifique est déterminé par la méthode picnométrique suivante :

- Peser le picno = P1 = V1

- Mettre de l’eau dans le picno : P2 , V2 = P2 - P1

- Peser {picno + échantillon} : P3 , Ps = P3 - P1 (étuvage de l’échantillon pendant 24h à

105°C)

- Peser {picno + échantillon +eau} : P4 , P4 - P3 = Veau ajoutée

- Volume de l’échantillon Vs = V1 - Veau ajoutée

V,P

de

Va , Pa = 0

Ve , Pe eau Vides Vv ,

Vs , Ps particules


- Poids spécifique : VP

s

ss =γ

2. Les poids volumiques humide γh et sec γd

i. Définition

On appelle poids volumique humide γh le rapport du poids total P du sol au volume total

V de celui-ci. C’est donc le poids d’une unité de volume de sol

VP =γ h

On appelle poids volumique sec γd le rapport du poids des particules solides Ps au volume

total V du sol

VP s=γ d

ii. Principe de détermination

γh et γd sont déterminés par la méthode pesée hydrostatique suivante :

- Peser l’échantillon P = P1

- Peser l’échantillon enveloppé par paraffine P2

- Poids de la paraffine P3 = P2 - P1

- Volume de la paraffine 0.89P V 3

p =

- Peser l’échantillon paraffiné dans l’eau P4

- Volume de l’échantillon paraffiné V2 = P2 - P4

- Volume de l’échantillon V = V2 - Vp

Poids volumique humide : VP 1=γ h

Poids volumique sec : VP s=γ d

iii. Etat du sol en fonction de γd

Lâche dense Trèsdense γd (g/cm3) 1.6 1.8


3. La porosité n et l’indice de vide e

La porosité n du sol est le rapport du volume des vides Vv au volume V du sol :

[%] 100 VV n v ⋅=

On définit parfois la compacité Γ comme étant la quantité 1-n = Γ

L’indice de vide e est le rapport du volume des vides Vv au volume Vs des particules

solides :

[%] 100 VV e

s

v ⋅=

4. La teneur en eau W et le degré de saturation Sr

i. Définitions

La teneur en eau W est le rapport du poids Pe de l’eau contenue dans le sol au poids Ps des

particules de ce sol :

[%] 100 PP W

s

e ⋅=

Le degré de saturation Sr est le rapport du volume Ve de l’eau contenue dans le sol au

volume des vides Vv :

VV S

v

er =

ii. Signification physique de Sr

Le degré de saturation Sr indique ainsi la quantité d’eau que contient le sol

Sr = 0 : sol sec

Sr = 1 : sol saturé d’eau

5. Poids volumique déjaugé γ´h

Si le sol est saturé sauf être immergé, tous les vides sont remplis d’eau, alors le poids

volumique humide est donnée par :

e1e . γ γ

VP γ wssat

h +

+==


où γw = t/m3 est le poids volumique de l’eau.

Si le sol est immergé, baigné dans l’eau, chaque particule solide est soumise à la poussée

d’Archimède, ainsi l’effet du sol sera caractérisé par son poids volumique déjaugé γ´h défini

comme étant le rapport du poids des particules solides soumises à la poussée d’Archimède au

volume total occupé par le sol

γ e1γ γ

VP γ w

sath

ws's'

h -γ===+

−

B3. Identification des sols

1. Analyse granulométrique

Les dimensions des particules solides du sol varient de 10Å à 1000mm.

i. Classification Suédois Atterberg

ii. Nature de la granulométrie du sol

Pour y répondre, on fait appel au coefficient de Hazen représenté par le nombre k, qui est

défini comme étant le rapport de deux diamètres d60 et d10 des trous à travers lesquels passent

respectivement 60% et 10% du tamisât

dd k

10

60=

iii. Définition

L’analyse granulométrique consiste à faire passer un échantillon de sol à travers une série

de tamis ou passoire de dimension trop variée et dont chacun relie des éléments d’une grosseur

donnée appelés reliquats.

Ultra argile Argile Limon Sable fin Sable gros Gravier Caillou Enrochement

d0.4 μ 2 μ 0.02 mm 0.2 mm 2 mm 20 mm 200 mm

Granulométrie uniforme

Le sol contient des éléments à

peu près de même dimension

2 Granulométrie étalée

Le sol contient des éléments

de dimension variée

k


iv. Principe de détermination

La masse M en g, prise initiale, est dans la gamme de 3Dmax < M < 5Dmax où Dmax est la

dimension maximale du sol en mm.

Généralement, on utilise la fourchette 600g < M < 1000g. Chaque reliquat sur chaque

tamis sera pesé et rapporté au poids initial de l’échantillon étudié

100[%] Mm Α ir

i = à 0.1 % près

où mri est le poids du sol retenu sur le iième tamis.

On construit une courbe granulometrique sur laquelle on porte en abscisse les dimensions

des trous des tamis suivant une échelle logarithmique et en ordonnée le pourcentage en poids des

éléments passant à travers la jième tamis.

80μ

reliquat (refus)

tamisat (passant)

couvercle

Fond du tamis

Prise M

échantillon

j

100

∑i

iA

∑=i

ij A - 100 B

Bj %

d (μ)


2. Plasticité d’un sol

i. Les différents états d’un sol

Alors que le sable se présente sous l’aspect de poudre sans cohérence même en présence

d’eau entre les grains d’où leur nom d’un sol pulvérulent, les argiles forment des pâtes à partir

d’une certaine valeur de la teneur en eau W déterminant leur possibilité d’acquérir de solidité

c’est à dire leur consistance.

On distingue donc trois états de consistance des sols argileux :

Etat liquide : argile complètement détrempée ; les grains sont indépendants les uns des autres

séparés par les couches d’eau, leurs mouvements relatifs sont aisés.

Etat plastique : argile semblable à une pâte à modeler ; les grains se sont rapprochés et ont

mis en commun leur couches absorbées.

Etat solide : argile desséchée, les grains sont encore plus près les uns des autres ; les

frottements internes entre les deux grains sont importants.

eau absorbée

eau libre

particules solides

eau absorbée

grains

grains


ii. Les limites d’Atterberg

On distingue les deux limites suivantes :

WL – limite de liquidité séparant l’état liquide et l’état plastique.

WP – limite de plasticité séparant l’état plastique et l’état solide.

Pour mesurer WL, on utilise l’appareil de Casagrande tel que l’on étale dans une coupelle

un mortier d’une certaine teneur en eau. on trace une rainure au moyen d’un outil en V, on

imprime à la coupelle une série de corps semblables. Ainsi, WL est la teneur en eau pour laquelle

se forme sur une longueur de 1 cm lorsqu’on imprime à la coupelle une série de 25 coups.

WL ∼ 25 coups + 1 cm (3 à 4 essais)

Pour mesurer WP, on détermine la teneur en eau qui permet d’étaler le sol en boudin de 3

mm de diamètre, de 5 à 6 cm de long.

iii. Indice de plasticité

On définit l’indice de plasticité IP qui mesure l’étendue du domaine de plasticité du sol,

définit par IP = WL - WP et qui indique le degré de plasticité du sol.

iv. Indice de consistance de Terzagh

Il permet de déterminer les états intermédiaires des argileux dans son état plastique et est

donné par :

IW I

P

LC

w−=

état solide

état plastique

état liquide

W

Sol exempt d’argile

Sol maigre

Sol argileux

Sol trèsargileux

IP 4 10 20

IP Sol non plastique

Sol peu plastique

Sol plastique

Sol très plastique 5 15

40


v. Equivalence de sable

On place une certaine quantité de sol dans une éprouvette contenant de l’eau. Le tout sera

agité. On laisse ensuite les éléments sableux se décanter au fond tandis que les éléments argileux

et limoneux forment une couche de floculat.

L’équivalent de sable est donné par :

vi. Essai au bleu de méthylène

Le principe de cet essai consiste à mesurer la quantité de bleu de méthylène nécessaire

pour recouvrir les particules d’argile ; la quantité de bleu absorbée par 100g de sol dépend donc

étroitement de la surface spécifique, des grains d’argile elle-même liée à la nature de l’argile

comme le montre le tableau suivant :

Type d’argile Surface Spécifique (m²/g)

Montmorillonite 800

Vermiculite 200

Kaolinite 40-60

Fines calcaires 5-20

ou siliceuses 1-30

Sol à l’état liquide

Consistance liquide

Sol pâteux Consistance très molle

Sol mou

Consistancemolle

Sol ferme

mi-consistant

Sol très ferme

consistant

Sol dur

Très consistant

IC 0 0.25 0.50 0.75 1

h2

h1

floculat

Particules

de sables

100 h h

h ES21

1 ×+

=

ES = 100 – Sable pur


3. Résistance des sols

i. Essai Proctor

L’essai Proctor consiste à préparer 4 à 5 tas d’échantillons de teneurs en eau différentes l’une de

l’autre de 2 à 3%. Chaque échantillon sera compacté dans une moule en 3 à 5 couches avec une

énergie de compactage donné.

Le résultat de l’essai est traduit sur une courbe γd = γd(w) sur laquelle on détermine la densité

sèche maximale γdmax correspondant à la teneur en eau optimale Wop.

L’essai est dit Proctor normal si la dame usitée est de 2.5 kg avec une hauteur de chute de 30.5

cm. Dans ce cas, on cherche (γdmax,WOPN). L’essai est dit Proctor modifié si la dame usitée est de

4.5 kg avec une hauteur de chute de 45.5 cm. Dans ce cas, on cherche (γdmax, WOPM).

Si la courbe γd = γd(w) est aplatie à son maximum alors le sol considéré est peu sensible à l’eau

voir insensible. Dans ca cas, le sol est sableux.

Si la courbe γd = γd(w) est pointue à son maximum, alors le sol considéré est sensible à l’eau.

Dans ce cas, il est argileux.

Il est à noter que l’hyperbole de saturation qui donne la teneur en eau da saturation est donnée

par :

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

γγ s

1

d

1100Wsat

où γs désigne la densité des grains

La branche humide de γd = γd(w) conduit des problèmes de « matelassage »

branche humide

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

γγ s

1

d

1100Wsat

branche

sèche

γd

W WOPN

Essai Proctor


ii. Essai Californian Bearing Ratio (CBR)

Cet essai consiste à préparer une série d’échantillons compactés avec la teneur en eau optimale.

Les échantillons dans leurs moules sont mis en contact avec l’eau à leurs faces inférieures. On les

poinçonne avec un piston qui s’enfonce à vitesse constante. On trace la courbe de pression en

fonction de l’enfoncement P=P(e) sur laquelle on détermine P2.54 et P5.08, qui ont donné des

enfoncements respectifs de 2.54 mm et 5.08 du piston, lues sur comparateurs.

Par définition, l’indice portant CBR est un nombre adimensionnel donné par la plus grande des

deux valeurs

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ××=

1.105100

;3.70100

MaxCBR PP 5.082.54

où 70.3 kgf/cm² et 105.1 kgf/cm² sont des pressions qui ont donné des enfoncements respectifs

de 2.54 mm et 5.08 mm du piston.

Principe de l’essai C.B.R.

S=19.3 cm²

Comparateur

surcharge 4.53 kg

F

15.2

15.2

Moules C.B.R.

2.5

5

P(2.5) P(5) Pression (bars)

Enfoncement (mm)

Annexe C : Analyse chimique des argiles

ANNEXE C : ANALYSE CHIMIQUE DES ARGILES

C1. Méthode physico-chimique d’extraction de la fraction argileuse (<2 mμ )

La fraction inférieur à 2 mμ d’un échantillon sont des particules fines restant en suspension

dans l’eau agitée et décantent dans l’eau immobile avec une vitesse de chute très faible donnée

par la loi de Stockes

V = Cd2

Où

La constante de stockes est donnée par la formule :

C = gls )(1800

γγμ

−

Où

Diamètre d[ mμ ] Temps pour parcourir 1m (à 20°C) vitesse de chute [cm/s]

60 Quelques minutes 0.3

16 1 heure 12mn 0.02

4 19 heures

2 3 jours 5 heures

1 13 jours

0.1 1293 jours

Application de la loi de stockes à des particules sphériques.

V - vitesse de chute [cm/s] d - diamètre de la particule [ mμ ] C - constante de stockes

μ - viscosité du liquide du bain [poise]

sγ - poids volumique de la particule

lγ - poids volumique du liquide de bain g – accélération du pesanteur[cm2/s]


C2. La spectroscopie d’absorption atomique

Pour doser les éléments en trace, on utilise la spectroscopie d’absorption atomique. Cette

méthode consiste à mesurer l’intensité d’un rayonnement après un passage à travers une flamme

dans laquelle on a pulvérisé une solution de l’échantillon à analyser.

figure 16 : Spectroscopie d’absorption atomique des minéraux argileux

Le rayonnement initial I0 et le rayonnement I après passage de la flamme sont relié par la

densité optique telle que :

Log(II0 ) = KNhν

Où

C’est cette correspondance I=I(I0) qu’on exploite afin de doser les éléments en trace dans

les minéraux argileux.

C3. Fluorescence X

Pour doser les éléments constitutifs essentiels des minéraux argileux, on utilise la

fluorescence X. Cette méthode consiste à employer le rayonnement X caractéristique émis par un

élément provoqué par l’action des rayonnements X primaires

Fluorescence X

K - constante dépendant de l’épaisseur de la flamme h - constante de Planck N - nombre d’atomes absorbants ν - fréquence de la longueur d’onde utilisée

I 0 I

tube à RX

minéraux argileux

RX primaire

RX 2eme

analyseurcompteur

ordinateur

résultat d'analysecollimateur


C4. Spectrométrie infrarouge IR

Cette méthode, nouvellement employée, est introduite pour caractériser les argile di et

trioctaédriques, pour identifier les espèces dans les mélanges à plusieurs constituants, pour

distinguer quant aux formes d ‘eau.

On prépare ainsi les échantillons de manière à éviter les effets de diffusion et à minimiser

l’intensité de l’absorption parasite.

Le principe est assez simple : on broie le plus finement possible 1mg de l’échantillon afin

de le mélanger avec 300mg de KBr(bromure de potassium), élément solvant, puis par

compression, on obtiendra des pastilles. On effectue après passage du rayonnement infrarouge

sur les pastilles, la comparaison des spectres avec des références.

C5. Analyse par spectrographie d’émission dans le visible et l’ultra-violet.

Cette méthode d’analyse est basée sur l’études des spectres des raies obtenue à partir de la

lumière émise par les éléments constitutifs des minéraux excités généralement par l’action d’un

arc, d’une étincelle quelconque ou encore l’action d’une flamme.

figure 17 : Fig. spectrographie d’émission dans le visible et l’ultra-violet.

C6. Analyse par micro-sonde électronique

C’est une méthode d’analyse chimique ponctuelle qui s’adapte parfaitement à l’étude des

minéraux isolés de petite dimension et elle consiste à frapper l’échantillon en une zone d’impact

quasi-ponctuelle par un faisceau d’électrons soigneusement focalisés. Le rayonnement du

fluorescence X provoqué par les éléments excités de la zone touchée est analysé par

l’intermédiaire des cristaux qui diffractent selon la relation Braggienne.

Le faisceau d’électrons accélérés est sous des tension entre 5 et 40kV et le regain de l’état

fondamental se fait par une dissipation d’une certaine quantité d’énergie relative à l’état excité

qui se manifeste par des émissions électromagnétiques comme des rayons X ainsi que des

émissions électroniques.

éléctrode

fente

poudre à analyser

collimateurprisme

collimateur

plaque photographique

systeme informatique résultats


Un spectre de rayonnement X caractéristique correspond à chaque élément. Les raies détectés

sont utilisées en général dans une plage de tensions comprises entre 1 et 10kV.

Une méthode d’analyse spectrométrique se fait à l’aide d’un détecteur qui, par chaque photon X

reçu et conçu à émettre un signal électronique spécial correspondant à son énergie dont l’effectif

d’impulsions détectées est compté.

Annexe D : Diffractométrie aux rayons X

ANNEXE D : DIFFRACTOMETRIE AUX RAYONS X

D1. Historique

Rœntgen a découvert les rayons X en 1895 dont pendant un certains temps, la nature ne

fût élucidée. Selon la théorie de Von Laue en 1912, les rayons X se propageant avec la vitesse de

la lumière ne sont déviés ni par un champ électrique ni par un champ magnétique.

Selon la théorie de la mécanique ondulatoire, Louis de Broglie en 1924 a pu confirmer

l’expérience de Bragg concernant la longueur d’onde de ces rayons X..

Enfin, la théorie d’Einstein s’applique aux rayons X comme à la lumière. Ainsi l’énergie

transportée par le rayonnement X est quantifiée.

D2. Propriétés du rayonnement X

Les rayons X ne sont pas constitués par des particules électrisées. Le rayonnement X,

ayant même nature que le rayon lumineux, est un champ électromagnétique variable se

propageant dans l’espace de caractères ondulatoire et corpusculaire.

1. Caractère ondulatoire des rayons X

Ces ondes électromagnétiques sont transversales.

Les champ électrique Eρ

et Hρ

sont réciproquement perpendiculaires et se situent dans un

plan perpendiculaire au vecteur – vitesse v de propagation de l’onde.

La relation entre Eρ

et Hρ

d’une onde électromagnétique se propageant dans un milieu non

conducteur est déterminée par la loi de Maxwell :

Le système de vecteurs { v , E , H } est dextrogyre.

HEHEHE

••

∧==

Rvvv

où : R - vecteur pointing

B - induction magnétique issue du champ Hρ

H

E

B


tBErot

∂∂

−= et div 0D = ;

tDHrot

∂∂

−= et div 0B = .

Pour un milieu homogène et isotrope non conducteur :

=D εε0 E et =B μμ0 H

avec : ε0, μ0 - constante diélectrique et perméabilité magnétique du vide

ε, μ - constante diélectrique et perméabilité magnétique relative du milieu

ainsi, tHErot

0 ∂∂

−= μμ et div 0E = ;

tEHrot

0 ∂∂

−= εε et div 0H = ;

2. Caractère corpusculaire des rayons X

Selon la théorie d’Einstein, les rayons X se propagent avec la vitesse de l’onde

électromagnétique sous forme de photons transportant chacun une énergie

W = h ν

Où : h - constante de Planck

ν - fréquence de la longueur d’onde utilisée

D3. Diffraction des rayons X par les cristaux

Les rayons X sont des ondes électromagnétique dont les longueur d’ondes λ ont été pues

mesurer en utilisant la diffraction des rayons X par les cristaux. Ainsi, les rayons X sont de

l’ordre de quelque Ǻ et ils restent très courtes devant les longueur d’onde des ondes visibles mais

de même ordre de grandeur que les écarts réticulaires des cristaux.

Quand on fait tomber de la lumière parallèle sur un réseau de traits finis parallèles

équidistant disposés dans un plan, on obtient une figure de diffraction, à condition que

l’équidistance des traits ont un ordre de grandeur comparable à celle de la longueur d’onde de la

lumière employée égale de 5 000 à 10 000 traits au centimètre ;


Par analogie, si un cristal est constitué d’un assemblage régulier de centres matériels, des

rangées de tels points doivent se comporter comme un réseau optique et permettre d’obtenir un

phénomène de diffraction.

1. Expérience de Friedrich – Laue

Le faisceau de rayons X tombe normalement aux faces d’une lame cristalline.

On observe ainsi une plaque photographique, parallèlement à la lame, la production d’une image

tout à fait particulière.

Expérience de Laue.Diffraction des rayons X par un cristal

Tout autour d’une large tache centrale provoquée par les rayons qui ont traversés

directement la lame apparaissant une série de taches de diffraction distribuées avec une symétrie

remarquable.

Deux conclusions en déduisent :

- les centres diffractants ne peuvent donc être distribués qu’avec une régularité

tridimensionnelle ;

- la distance entre centres diffractants soit du même ordre de grandeur que la longueur

d’onde du faisceau de rayons (de l’ordre de l’Ǻ = 10-8 cm).

2. Equations de Laue

D’une manière générale, l’image de diffraction due à une structure tridimensionnelle

périodique est déterminée par le type de symétrie de réseau.

Les directions menées aux maxima principaux de la diffraction satisfont aux équations de Laue :

a( cosα-cosα0 ) = h ג

b( cosβ-cosβ0 ) = k ג

c( cosγ-cosγ0 ) = l ג

où : h, k, l sont des entiers relatifs

a, b, c - les périodes du réseau le long de ses axes.

Diaphragmes

faisceau de rayons x


α0, β0, γ0 - angles faits par les axes du réseau avec les rayons incidents

α, β, γ - angles faits par les axes du réseau avec les rayons réfractés

cosα, cosβ, cosγ doivent de plus vérifier une relation géométrique liée à la disposition

réciproque. Par exemple, pour un réseau orthogonal, cos2α+ cos2β+ cos2γ = 1.

Ainsi, pour une direction donnée des rayons incidents (α0 , β0 , γ0 fixés), l’ observation des

maxima de diffraction (h, k, l) n’est possible que dans le cas d’une valeur déterminée de la

longueur d’onde ג.

Si S0 est le vecteur unitaire près dans la direction de l’onde incidente

Pour observer une diffraction c’est à dire un rayon lumineux intense dans la direction des , les

équations de Laue sont retrouvées sous forme de trois produits scalaires :

3. Formule de Bragg

K

A B

H

Sα

α

α0

S0

hsa =•

ksb =•

lsc =•

hλ)ss(a 0 =−•

kλ)ss(b 0 =−•

lλ)ss(c 0 =−•

S0

λ

λ1

hkld

λS

θ

θ

δ

N

IO

2θ

Onde incidente

θangle

d'incidence

de refléxionangle

de refléxionangle

Onde diffractéehkl


Construction d’ Ewald et établissement de la formule de Bragg

Une deuxième méthode beaucoup plus simple de calcul de diffraction cristalline consiste

à représenter le cristal sous forme d’un système de plans parallèles dont chacun passe par un

grand nombre de réseau appelé plan réticulaire.

Par ailleurs, on suppose que les plans réticulaires réfléchissent des ondes incidentes.

Ainsi, il est nécessaire pour qu’apparaissent des maxima de diffraction que les ondes réfléchies

par tous les plans parallèles réticulaires s’intensifient mutuellement.

Le vecteur de diffusion est λssδ 0−

=

Décomposons δ à partir de O dans la direction d’une onde diffractée

OIONδ −=

les points I et N appartiennent à la sphère d’ Ewald centrée en O et de rayon λ1 .

Notons par { a , b , c } la base du réseau et { *a , *b , *c }celle du réseau réciproque. Chacun des

vecteurs de base du réseau est relié à chaque vecteur de base du réseau réciproque par le symbole

de Krönecker :

j*i • = δij = 1 si i = j et 0 ailleurs

D’après le théorème de la base réciproque V*V = 1

si dhkl est la distance interreticulaire du réseau et que r*hkl celle du réseau reciproque

soit dhkl ∈ V et r*hkl ∈ V*, l’ ordre de diffraction n est donnée par leur produit.

dhkl

n* =rhkl

Comme *vs ∈ , *cr*bq*aps ++= , les équations de Laue deviennent

p*)cr*bq*ap(asah =++== •

q*)cr*bq*ap(bsbk =++== •

r*)cr*bq*ap(cscl =++== •

N est donc le nœud de l’espace réciproque d’indice h, k ,l perpendiculaire à la famille de plans de

mêmes indices du réseau direct.


===dn

λθsin2

hklδ r*hkl

Illustration de la loi de Bragg

En vertu de cette formule de Bragg, seules les ondes λ<2d peuvent être diffractées par les

réseaux spatiaux.

Ainsi d>2λ représente la condition d’homogénéisation optique du cristal pour les ondes

électromagnétiques λ.

λnθsin2dhkl = : Formule de Bragg

2θ

λanode

Cathode(filament)

θ

8 R

d

F.D

F

Compteur

Fente de reception ou d'analyse

Réseau de plans reticulaires

Tube RX

C Centre de cercle de focalisation

F.I

Cercle goniométrique

Annexe E : Analyses thermiques

ANNEXE E : ANALYSES THERMIQUES

E1. Analyse thermique différentielle (A.T.D)

La courbe enregistrée est une parallèle à l’axe de température lorsque l’échantillon

s’échauffe selon la même loi que le corps de référence tout phénomène thermique au sein de

l’échantillon fait naître une différence de température qui atteint son maximum en fin de réaction

et s’annule plus ou moins lentement jusqu’à ce que l’équilibre de température soit de nouveau

atteint.

On enregistre ainsi :

une inflexion endothermique

ou un crochet exothermique

permettant d’identifier la nature du minéral, les différentes variétés cristallines présentes dans

l’échantillon, les pics et les bosses.

Le principe de cette méthode est de mesurer la différence de température à l’aide de deux

thermocouples montés en opposition.

Principe de l’ A.T.D.

Skepton a donné une couche

représentant l'activité des argiles en

fonction de Ip et de ta. - échantillon : 20mg

- vitesse de chauffe 8°/mn

- Sensibilité à l’entrée : 50mV

- Déroulement du papier thermogramme :

3mm/mn

- Athmosphère : air


E2. Analyse thermogravimétrique( AT.G.)

La connaissance de l’amplitude des pertes de poids ainsi que des températures auxquelles

elles se produisent servent à caractériser la nature des minéraux argileux qui se déshydratent en

plusieurs temps correspondant à la nature de l’eau éliminée au cours de leur chauffage :

- Aux températures ambiante et moyenne, l’eau d’humidité et l’eau zéolithique sont

éliminées. La structure cristalline n’est pas détruite et ce départ d’eaux donne lieu à des

phénomènes réversibles du variants. L’homogénéité est ainsi conservée en une seule

phase solide de la matière.

- Aux températures élevées, s’élimine l’eau de constitution. Ce départ d’eau, obtenu à

partir d’une température minimale détruit la structure cristalline et donne lieu à un

phénomène irréversible. Il y a une libération des hydroxyles du réseau en fonction de la

vitesse de montée de la température c’est à partir de la quantité d’eau obtenue qu’on

déduit le nombre d’hydroxyles éliminés.

Le principe de cette méthode est l’utilisation d’une thermobalance qui enregistre les pertes

de masse de l’échantillon pendant l’échauffement.

La courbe de déshydratation est perturbée par la présence des minéraux secondaires ou

d’impuretés organiques.

Enfin pour doser l’eau éliminée, la seule méthode correcte est la pesée directe après

absorption sur des tubes à ponce sulfurique et la déshydratation dans une atmosphère d’azote.

On peut diviser les minéraux argileux en trois groupes caractérisés par un, deux, trois

inflexions.

I. Minéraux à courbe d'une seule inflexion

Minéral Température minimale de déshydratation (°C)

Perte en eau %

Gel 25 -

Hydrargilite 250 32

Goethite 250 11

Lépidocrocite 250 11

Brucite 300 32

Kaolinite 430 13

Barthiérine 445 14


Diaspore 450 15

Nouméite 460 12

Antigone 550 13

Pysophyllite 640 9

Muscovite 765 4

Talc 890 4

phlosopite 1120 4

II. Minéraux à courbes à deux inflexions

1ère inflexion 2ème inflexion

Minéral Température minimale de

déshydratation °C

Perte en eau %

Température minimale de

déshydratation °C

Perte en eau %

Remarque

Nontronite 40 13 360 3

Halloysite 20 10 410 12

Montmorillonite 40 15 580 4 Parfois 3 inflexions

Hectorite 40 15 700 4

Chlorite 540 9 820 -

III. Minéraux à courbe à trois inflexions

1ère inflexion 2ème inflexion 3ème inflexion

Minéral Température minimale de

déshydratation °C

Perte en eau

%


déshydratation °C

Perte en eau

%


déshydratation °C

Perte en eau

% Palygorskite 30 10 200 3 360 5.5

Vermiculite 30 12 210 2 120 4

Illite 50 3.5 410 4 810* 1

ripidolite 20 11 280 3 780 2

(* Parfois n'existe pas)


IV. Quelques courbes de référence des analyses thermogravimétriques d'argiles

1. Courbes thermogravimétriques de kaolinite

La courbe de déshydratation de la kaolinite se caractérisé par une faible quantité d'eau

hygroscopique. Un départ nul ou très faible jusqu'à 350-450°, un départ de constitution très

brusque entre 490-530° et 550-595°. Enfin départ d'eau très faible à partir de 600°. S'annulant

complètement vers 900°.


2. Courbes thermogravimétriques d'illite

La courbe de déshydratation des illites est très molle, avec des congés adoucis. Sa pente est plus

faible que pour la kaolinite et varie avec la composition chimique du minéral. On y remarque une

pente d'eau zéoilitique de 20 à 120-140° suivi q'un départ progressif d'eau jusqu'à 440°, où

s'amorce le départ de l'eau de constitution qui est beaucoup plus lent que pour la kaolinite et se

prolonge jusque vers 800°, température à laquelle a souvent lieu une dernière perte d'eau de

faible importance.


3. Courbe thermogravimétriques de montmorillonite

On remarque un premier départ d'eau hydroscopique et zéolitique très important entre 20 et 250°,

suivi d'un palier, puis une déshydratation importante entre 380 et 580° qui correspond au départ

de l'eau de constitution. Enfin une troisième perte de masse se situe entre 650 et 750°. Ces trois

pertes de masse correspondent aux trois crochets d'analyse thermique.


4. Courbes thermogravimétrique d'halloysite

La courbe de déshydratation de l'halloysite montre un départ d'eau zéolithique très poussé jusqu'à

120°, suivi d'une perte faible jusqu'à 350-400°, température à laquelle s'amorce le départ de l'eau

de constitution. La courbe 3 est analogue à celle d'une kaolinite, avec un léger reste d'eau

zéolithique.


5. Courbe thermogravimétriques d'une argile contenant des matières humides

a. Argile kaolinitique humide brute. La perte de masse due aux matières organiques commence

vers 250°

b. Même argile préalablement traitée à l'eau oxygénée ou à l'acide perchlorique.

MEMOIRE SOUTENU POUR L’OBTENTION DU DIPLOME D’ETUDES APPROFONDIES

EN SCIENCES DES MATERIAUX

TITRE : ETUDE ET VALORISATION DES ARGILES DE MANDRAY –

ANTSIRABE

Nombre de pages : 133

Nombre de tableaux : 46

Nombre de figures : 15

Nombre des photos : 12

Nombre des annexes : 36

Les argiles sont abondantes à Madagascar. Mais leur caractérisation est

assez limitée voire inexistante que leurs utilisations en tant que matériaux

n’occupent pas encore une grande place dans le développement économique du

pays. Ainsi, notre étude s’est concentrée sur les techniques expérimentales

appliquées sur les échantillons représentatifs des argiles de Mandray –

Antsirabe et concerne :

- l’analyse géotechnique ;

- l’analyse physico-chimique ;

- l’analyse thermoponderale et de retrait ;

Dans le cadre de la présente étude, les argiles répertoriées trouvent ses

possibles utilisations et ouvrent des perspectives de recherche ou d’emploi.

Mots clés

Argiles – Identification visuelle – fines – Réseau réciproque – Rayon X – GPS –

retrait – Matières organiques.

Directeur de Mémoire : Monsieur RANDRIANJA Roger, Professeur

Impétrant : Monsieur RANOARISON Haingo Hardy

IPB 28 Bemasoandro Itaosy Antananarivo 102

033 11 734 71

RRREEESSSUUUMMMEEE

soutenu publiquement le, 26 mai 2005 au bloc technique

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