Menee conjointement par UL et UAC, cette recherche explore l'utilisation de la balle de riz dans le béton pour réduire l'impact environnemental.
L'Essentiel : Menee conjointement par UL et UAC, cette recherche explore l'utilisation de la balle de riz dans le béton pour réduire l'impact environnemental.
Edem Chabi, chercheur·e au sein de LERMAB (Université de Lorraine).
Thèse soutenue en 2017 à l'école doctorale RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement.
Cette recherche s'inscrit dans le cadre d'une cotutelle franco-béninoise, garantissant un ancrage simultané sur le terrain local et dans les standards académiques internationaux.
Contexte et Problématique
Le secteur de la construction est le premier consommateur d'énergie et le deuxième émetteur de CO2 au niveau mondial. Cette situation appelle à la recherche de matériaux de construction ayant un impact environnemental réduit. Le béton, matériau traditionnellement utilisé, représente une part significative de cette empreinte carbone. L'étude proposée s'inscrit dans la problématique du développement de bétons durables, intégrant des matériaux alternatifs tels que la balle de riz. Ce sous-produit agricole, souvent considéré comme un déchet, présente des propriétés mécaniques et thermiques intéressantes lorsqu'il est incorporé dans une matrice cimentaire.
L'objectif principal de cette recherche est de formuler un béton à base de balle de riz et d'analyser ses performances mécaniques et thermiques. Cette démarche vise à réduire les déchets agricoles tout en améliorant les caractéristiques des matériaux de construction, en particulier dans le contexte de l'Afrique de l'Ouest, où les ressources sont limitées et la durabilité est un enjeu majeur.
Méthodologie
La méthodologie adoptée repose sur plusieurs étapes clés. Dans un premier temps, des essais de prise ont été réalisés avec une pâte de ciment pure formulée à l'aide d'eau issue de l'infusion de balle de riz. Ces essais avaient pour but de déterminer l'impact de la balle de riz sur la prise du ciment. Les résultats ont démontré qu'il n'y avait pas d'effet inhibiteur, contrairement à d'autres granulats végétaux.
Ensuite, une analyse chimique de la balle de riz a été effectuée afin de quantifier les taux d'extractibles. Les résultats ont montré que le taux d'extractibles des balles de riz est quasi nul, ce qui les distingue des granulats comme le chanvre et le bois. Cette caractéristique a permis d'explorer la formulation d'un béton durable intégrant la balle de riz.
La formulation du béton a été basée sur la compacité du squelette végétal et sur la formulation de la pâte liante qui occupe le volume poreux intergranulaire. La pâte est constituée de liant, d’eau efficace, d'additions et d'adjuvants éventuels, ainsi que d'air piégé et/ou entraîné. Les quantités de ciment et d'eau ont été ajustées conformément à la loi de Féret, en tenant compte de l’intensité du malaxage et du mode de coulage.
Un modèle numérique a été développé pour estimer le volume d'air résiduel dans le mélange. Pour valider ce modèle, la méthode de formulation a été appliquée à cinq échantillons de béton dont les résistances visées étaient de 0,5 ; 1 ; 2 ; 4 et 8 MPa.
Résultats Principaux
Les résultats de l'étude montrent que les performances mécaniques du béton de balle de riz sont proches des valeurs visées. Cependant, le mode de conservation des éprouvettes a un impact significatif sur les résistances mécaniques. Une cure en condition de dessiccation a été observée pour provoquer une chute des résistances allant jusqu'à 60%. En revanche, les éprouvettes conservées à une humidité relative (HR) de 95% ont présenté les meilleures résistances mécaniques.
Concernant les propriétés thermiques, les mesures de conductivité thermique ont révélé que le béton de balle de riz représente une alternative viable pour l'isolation thermique. La conductivité thermique moyenne du béton varie en fonction du dosage en liant, oscillant entre 0,070 W/(m.K) et 0,171 W/(m.K). L'évolution de cette conductivité thermique en fonction de la masse volumique et du dosage en ciment s'est révélée linéaire, ce qui suggère une relation directe entre la formulation et la performance thermique.
Discussion et Perspectives
L'intégration de la balle de riz dans la formulation du béton présente des avantages environnementaux significatifs, notamment la valorisation d'un déchet agricole et l'amélioration des propriétés thermiques du matériau. Toutefois, la recherche met en exergue des défis liés à la conservation du béton, où des conditions d'humidité optimales sont nécessaires pour garantir des performances mécaniques adéquates.
Les résultats obtenus ouvrent la voie à de futures recherches sur l'optimisation des conditions de mise en œuvre et de conservation du béton de balle de riz. Une exploration approfondie des additives et des méthodes de cure pourrait également contribuer à améliorer la durabilité et la résistance du matériau. La recherche sur le béton durable à base de balle de riz pourrait également s'étendre à d'autres régions confrontées à des défis similaires en matière de ressources et de durabilité, renforçant ainsi l'importance d'une approche locale et innovante dans la construction en Afrique de l'Ouest.
Données clés
- 60% : Réduction des résistances mécaniques en cas de dessiccation des éprouvettes.
- 0,070 à 0,171 W/(m.K) : Plage de conductivité thermique du béton de balle de riz, indiquant son potentiel d'isolation.
Accéder à l'étude complète
Sources et accès
Edem Chabi. Étude de la formulation et des propriétés mécaniques et thermiques du béton de balles de riz. Science des matériaux [cond-mat.mtrl-sci]. Université de Lorraine; Université d'Abomey-Calavi (Bénin), 2017. Français. ⟨NNT : 2017LORR0232⟩. ⟨tel-01907795⟩