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CARACTERISATION ET VALORISATION DU SABLE DU GRAND ERG ORIENTAL ALGERIEN LAZAR Khaled (*) U.S.T.H.B. Faculté de Génie Mécanique et Génie des Procédés RESUME Dans la présente étude, nous nous intéressons au sable du grand erg
oriental algérien dont le but de réaliser une contribution à l'étude de sa
caractérisation physico-chimique ainsi que sa valorisation comme matériau
de construction et spécialement comme composant du béton.
Différents échantillons de sable de l'erg oriental pris de plusieurs
sites : Djamaa, Djebadi, Djerch, Negrine C, Negrien F, Still et Taibine
présentant plusieurs wilaya du sud algérien (El-oued, Tébessa, Ouargla et
Biskra).
Diverses techniques de caractérisation et d'analyse ont été utilisées à
savoir, la granulométrie par tamisage et par laser, la microscopie optique,
la microscopie électronique à balayage, la diffraction des rayons X, la
mesure de l'équivalent de sable, la mesure de la valeur au bleu de
méthylène et la détermination de la masse volumique.
Plusieurs éprouvettes normalisées de béton à base de différents sables de
l'erg oriental ont été préparées. Ces dernières ont subi des contrôles non
destructifs (des essais sclérométriques et les ondes ultrasonores) et des
contrôles destructifs (des essais de compression). ¶
(*)MEMOIRE DE MAGISTER Sous la Direction de : NIBOU DJAMEL, Professeur à l'U.S.T.H.B. Introduction générale : Dans ce mémoire nous nous intéressons au sable du grand erg oriental
Algérien dont le but de réaliser une contribution à l'étude de sa
caractérisation physico-chimique ainsi sa valorisation comme matériaux de
construction comme composant de béton. Les dunes de sable de l'erg oriental occupent 12 % de la surface du Sahara
Algérien. Il existe aussi d'autres ergs tels l'erg occidental, l'erg Chèche
et l'erg Eguidi qui occupent une surface d'environ 25 à 30 % du Sahara
(surface d'un pays comme la France D'un premier point de vue, le sable est un signe de désertification et de
malheur pour les populations du Sahara. Il est la cause d'engloutissement
des terres agricoles, des routes, des puits et même de disparition de
villes entières. En plus, le sable peut augmenter l'usure et les grippages
des pièces ou systèmes mécaniques, électriques, ou électronique à cause de
ses propriétés comme sa grande dureté et de sa grande capacité calorifique,
isolation électrique et thermique. Malgré ces inconvénients, le sable est
depuis longtemps très utilisé dans le domaine des travaux civils et publics
car c'est un élément essentiel du matériau de construction le béton. Actuellement, le sable est largement utilisé dans le domaine de filtration,
par exemple filtration de l'eau et filtration des produits toxiques. Il est
aussi utilisé pour les opérations à hautes températures et qui nécessitent
des matériaux réfractaires comme le moulage et les fours. Dans le domaine
optique, le sable est utilisé pour la production des verres de toutes
sortes. On le trouve aussi dans le domaine énergétique, électrique et
électronique comme les panneaux et les équipements d'énergie solaire. Le
sable est la matière première pour l'extraction de dioxyde de silicium
(SiO2) qui est lui-même la source de silicium (Si) pur. Ce travail est divisé en quatre parties :
La première est consacrée à l'étude bibliographique sur le sable de l'erg
oriental algérien, les principales formes dunaires, le choix des
prélèvements des échantillons et la valorisation du sable comme matériau de
construction et composant du béton.
La deuxième partie traite les principales techniques de caractérisation du
sable (granulométrie par tamisage et par laser, la microscopie optique, la
microscopie électronique à balayage, la diffraction des rayons X, la mesure
de l'équivalent de sable, la mesure de la valeur au bleu de méthylène et la
détermination de la masse volumique), les conditions opératoires utilisées,
la méthode de préparation des éprouvettes et les techniques de
caractérisation non destructives (essais sclérométriques et ondes
ultrasonores) et destructives (essais de compression).
La troisième partie concerne l'exploitation et l'interprétation des
résultats. Et enfin nous terminons par les conclusions et perspectives générées par ce
travail I- Première partie : Caractérisation du sable de l'erg oriental
I-1- Etude bibliographique
I.1.1- Les sables :
I.1.1.1- Définition :
C'est un produit de la désagrégation des roches sous l'action des agents
d'érosions tels que l'air, la pluie, gradient de température, sable de
terre, de mer, de rivière, les sables du désert, des volcans......etc.
Cette désagrégation est faite à long terme et qui présente un constituant
très important de la texture des sols et des couches terrestre (les Sahara,
les plages, les sables volcaniques). Donc le sable est considéré comme un
sédiment détritique composé de grains jointifs mais libres et dont la
taille des grains a une dimension bien définie.
Le terme sable est en fait très général, la qualification se référant
principalement au critère granulométrique (Tableau 1).
Tableau 1. Dénomination d'un sol selon la granularité.
[pic] I.1.1.2- Les différents constituants du sable :
Le sable comporte différentes variétés de minéraux qui sont dérivés de
l'élément de base le silicium (Si). Ces principaux minéraux sont classés
comme suit : silice, silicates (famille la plus abondante dans la nature,
plus de 90 % du poids de l'écorce terrestre), argiles et carbonates. Ces
dernières se trouvent généralement sous forme de trace dans le sable. I.1.1.2.1- Le silicium :
Le silicium est un corps pur de symbole chimique Si, de numéro atomique 14,
de poids atomique 28,08 g/mol. Il ne se trouve jamais à l'état natif mais
constitué sous forme de silice et de silicate. C'est l'élément le plus
abondant de l'écorce terrestre (environ 27,2 %) après l'oxygène (environ
60%).
Le silicium se présente sous la forme d'une poudre de couleur châtain brune
ou, le plus souvent, sous forme de blocs. Il cristallise sous forme
d'aiguilles de couleur grise à reflets métalliques. En raison de sa dureté,
il poli le verre mais il est poli par l'émeri. Sa densité à 25 °C est de
2,33 g/cm3. C'est un mauvais conducteur de la chaleur et de l'électricité,
c'est pour quoi on l'utilise pour l'obtention des semi-conducteurs. I.1.1.2.2- La silice (ou quartz SiO2) :
Le dioxyde de silicium ou silice occupe parmi les oxydes, une place
exceptionnelle. Les nombreuses applications industrielles (optique,
électronique, production de matériaux réfractaires, etc.) que connaît cette
famille minérale accroissent encore l'intérêt de ces études.
La silice libre est très abondante dans la nature, on peut la trouvée à
l'état libre sous différentes formes cristallines ou amorphes et à l'état
combiné dans les silicates. Par exemple, sous forme de quartz, de
calcédoine et de terre de diatomée.
Le quartz qu'on trouve à l'état naturel en cristaux de grandes dimensions
incolores et homogènes a un poids spécifique de 2.65 g/cm3. Son module de
Young est de 88.7 GPa et son coefficient de poisson est de 0.171. Son
indice de réfraction moyen peu élevé (n = 1.54) lui confère un éclat
vitreux. A température ordinaire il est quasiment insoluble dans la plupart
des agents chimiques. Toutefois, l'eau à haute température et à forte
pression a la capacité de le dissoudre un peu.
Le quartz peut se trouve sur plusieurs polymorphismes comme le montre le
tableau 2. Tableau 2 : Polymorphisme de la silice. [pic] I.1.1.2.3- Les silicates :
Les silicates désignent une importante famille de minéraux dérivants de la
silice (SiO2) car ils constituent enivrant 97 % de la croûte terrestre.
Ces minéraux dont le squelette est essentiellement formé par des tétraèdres
de silicium [SiO4]- (Fig.1) sont additionnés à d'autres éléments tels
l'aluminium, le magnésium, le fer, le calcium, le potassium, le sodium
etc.. [pic]
Fig1. Tétraèdre de silicium I.1.1.2.4- Les argiles :
Les argiles regroupent l'ensemble des matériaux dont les particules
n'excèdent pas 2mm de diamètre équivalent. Ils correspondent à des minéraux
spécifiques que l'on ne rencontre jamais en particule plus grosse. Ces
minéraux sont des silicates d'aluminium hydratés, ils appartiennent à la
famille des phyllosilicates qui présentent une structure cristalline en
feuillet (Fig.2). [pic]
Fig.2. Micrographies de quelques types d'argiles par microscopie
électronique à balayage. L'assemblage de ces feuillets entre eux forme différentes structures
correspondant à chacune des familles d'argile : kaolinite, illite,
vermiculite, smectite et chlorite. Compte tenu d'une granulométrie très
fine des particules et d'une structure en feuillet, ces minéraux présentent
donc de très grandes surfaces spécifiques comprises entre 5 et 800 m2/g. I.1.1.2.5- Les carbonates :
Les minerais de carbonate rencontrés le plus souvent dans les sols sont la
Calcite CaCO3, la Dolomite [CaMg(CO3)2], la Nahcolite (NaHCO3), la Trona
[Na3H(CO3)2 H2O] et la Soda (Na2CO3 10H2O). La teneur en CaCO3 d'un sol fin
est un bon indice de sa résistance mécanique et de sa sensibilité à l'eau.
Suivant la valeur de cette teneur, le comportement du sol évolue depuis
celui d'une argile jusqu'à celui d'une roche, la valeur de transition étant
aux alentours de 60 - 70 %. I.1.2- Quelques informations sur l'