Etude de matériaux minéraux renforcés par des fibres organiques en vue de leur utilisation dans le

Mahmoud Tawfik

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Extrait

Introduction

INTRODUCTION Au cours de ces trente dernières années, les matériaux composites à base de béton ou ciment renforcés de fibres ont eu un certain développement au niveau de leur conception, de leur fabrication et de leur utilisation dans le domaine du renforcement et de la réparation d’ouvrages de différents types. Le choix du renfort est très important. Il doit avoir de bonnes propriétés intrinsèques de résistance (module d’élasticité, géométrie, etc.), être compatible avec la matrice cimentaire et doit aussi avoir un coût acceptable. Les fibres naturelles, comme celles issues du bois, qui proviennent d’une source renouvelable, sont une voie de recherche intéressante. Le béton ou ciment renforcé de bois (fibre végétale) répond au souci de plus en plus important des pays développés pour la préservation de l’environnement, la valorisation des déchets de bois, l’isolation thermique acoustique et le coût. Mais, par contre on rencontre des inconvénients lors de la réalisation de composites à base de ciment et de bois, comme le retard de prise du ciment, les variations dimensionnelles du composite ciment/bois, la durabilité et l’accrochage entre le renfort et la matrice cimentaire, l’objet du présent travail est d’étudier ce dernier point.

Le centre SPIN de l’Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint Etienne a développé depuis une trentaine d’années un procédé breveté de traitement thermique du bois, la "rétification", qui permet de réduire les variations dimensionnelles du bois et sa vulnérabilité aux attaques biologiques (insectes, moisissures, …). Ce traitement sera appliqué sur les baguettes de bois utilisées dans ce travail, en vue d’améliorer les caractéristiques de l’interface.

L'objectif principal du présent travail est d'explorer les potentialités et les problèmes posés par l'utilisation du bois comme renfort dans une matrice cimentaire, du point de vue du comportement mécanique. Nous étudierons l'effet du renforcement en utilisant un test d'extraction où les fibres sont orientées obliquement, d'un angleθ, par rapport à l'effort de traction.

Le mémoire est constitué de quatre chapitres :

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Introduction

Le premier chapitre est consacré à l’étude bibliographique sur le ciment, le bois et les matériaux composites ciment ou béton/renfort organique (verre, carbone, bois, …).

Dans le second chapitre, nous étudierons la caractérisation mécanique du bois de peuplier traité ou pas, par un test de flexion 3 points pour estimer l’effet des différents traitements, l’effet de la vitesse appliquée et l’effet de l’élancement. Ensuite, nous présenterons des observations en microscopie optique qui permettront de visualiser les différents modes de rupture du bois. Enfin, nous nous baserons sur une simulation de l’essai de flexion prenant en compte la statistique de Weibull, pour mieux comprendre et distinguer le rôle des moments fléchissant et des efforts tranchants. Dans le troisième chapitre, nous étudierons l’extraction oblique des baguettes de bois en prenant en compte différents paramètres comme l’angle d’orientation de la baguette par rapport au plan de la fissure, et le traitement thermique subi par le bois avant introduction dans la matrice. Les résultats expérimentaux seront analysés à l’aide d’un modèle de simulation analytique qui rend compte de la flexion de la fibre en cours d’extraction, de l’effet de freinage qui en résulte, et de la probabilité de rupture ou de pliage du renfort. Cette approche permettra de savoir si l’énergie d’extraction du bois permet de compenser, au moins, la diminution de l’énergie de rupture du ciment du fait de la présence du bois. Nous exposerons dans le dernier chapitre l’étude du pontage d’une fissure dans le ciment par un renfort constitué de rubans de verre métalliques. La démarche est la même que celle suivie dans le chapitre précédent, mais cette fois les renforts présentent un comportement élastique jusqu’à rupture en traction. Ce type de renfort est connu pour accroître nettement l’énergie de rupture du ciment. Notre démarche a été de développer un outil d’analyse de ce phénomène. La démarche générale adoptée comprend cinq aspects principaux : •Une étude bibliographique, •La caractérisation mécanique du bois de peupliers utilisé, traités ou non, •L'étude de l’extraction oblique , •L'adaptation d’un modèle analytique du comportement mécanique, •La validation expérimentale de ce modèle.

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