OA22019A - Matériau solide de type béton comprenant une gomme naturelle de Combretum. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un nouveau matériau solide de type béton à bilan carbone négatif obtenu par compactage et traitement thermique d'une composition comprenant une gomme de combretum de l'argile du sable et/ou un matériau mixte sable-argile, et de l'eau, un procédé de fabrication dudit matériau solide ainsi que son utilisation dans diverses applications, et notamment dans le domaine des matériaux de construction. Le matériau de l'invention présente une résistance mécanique améliorée et/ou une tenue à l'eau améliorée par rapport aux matériaux de I’art antérieur qui souhaitent s'affranchir de l'utilisation de ciment et le remplacer par d'autres liants. Par ailleurs, la résistance mécanique est comparable à celles obtenues avec des matériaux de type bétons de ciment tout en garantissant un impact environnemental plus faible en termes de bilan carbone, recyclabilité, utilisation de matières renouvelables, toxicité etc ... pour produire des habitats durables, sains et écologiques.

Description

Matériau solide de type béton comprenant une gomme naturelle de combretum

La présente invention concerne un nouveau matériau solide de type béton à bilan carbone négatif obtenu par compactage et traitement thermique d’une composition comprenant au moins une gomme naturelle de combretum, de l’argile, du sable et/ou un matériau mixte sable-argile, et de l’eau, un procédé de fabrication dudit matériau solide ainsi que son utilisation dans diverses applications, et notamment dans le domaine des matériaux de construction.

Le béton fait partie des matériaux fabriqués les plus consommés au monde. Il présente l’avantage d’avoir une bonne résistance à la compression de l’ordre de 20 à 100 MPa. Il comprend majoritairement des granulats (graviers, gravillons), en mélange avec du ciment, du sable, et de l’eau. La consommation annuelle de granulats en France est de 350 millions de tonnes, soit 6 tonnes par habitant par an et 17 kg par habitant par jour. Les projections montrent que la demande en granulats ne cesse d’augmenter, notamment pour la réalisation de nouveaux bâtiments. Les granulats naturels sont généralement obtenus en exploitant des gisements de sables et de graviers d’origine alluvionnaire, terrestre ou marine. Les granulats naturels ne sont pas une ressource renouvelable et bien qu’ils soient techniquement illimités, ils sont de moins en moins accessibles pour des raisons sociétales et environnementales. Il s’avère notamment de plus en plus difficile d’ouvrir de nouvelles carrières pour satisfaire la demande en granulats naturels, celles-ci induisant des nuisances pour les habitants à proximité (bruit, poussières, circulation accrue...). Par ailleurs, la calcination des ressources minérales naturelles calcaires nécessaires à la fabrication du ciment est responsable de près de la moitié des émissions de CO2 associées à la fabrication du béton, qui constitue l’un des matériaux les plus émetteurs de CO2 produits par l’homme. Il est d’ailleurs prévu que la réglementation environnementale RE2020 soit imposée d’ici deux à trois ans aux producteurs de matériaux de construction.

Des solutions ont été proposées pour diminuer l’impact environnemental (notamment du point de vue du bilan carbone) du béton telles que des briques de terre cuite. Or, leur production engendre une grande consommation d’énergie et de grandes quantités de CO2 générées.

Des matériaux à base de terre crue ont également été décrits. Cependant, la résistance à la compression reste faible (de l’ordre de 5 MPa), et la tenue à l’eau est faible également, ce qui limite la construction de bâtiments à un ou deux étages maximum. Dans certains pays tels que le Burkina Faso, le matériau de construction le plus utilisé actuellement est la terre crue car ces pays ne produisent pas de ciment et son importation présente un coût très élevé. Cependant, dans les régions tropicales, les matériaux de construction en terre crue souffrent de pluies diluviennes qui détruisent chaque année l’habitat des populations.

Pour améliorer les performances des terres crues, des liants de type ciment ou chaux ont été étudiés. Toutefois, comme expliqué ci-avant ces liants ont un impact environnemental non négligeable. D’autres liants à faible impact environnemental ont été décrits tels que l’amidon, le chitosan, la paille de riz, le riz gluant, ou l’alginate. Toutefois, les matériaux obtenus ne donnent pas entière satisfaction en termes de propriétés mécaniques et/ou de tenue à Teau.

Le but de la présente invention est par conséquent de pallier les inconvénients de l’art antérieur, et notamment de fournir des matériaux de construction ayant une résistance mécanique proche de celle du béton de ciment avec un impact environnemental plus faible en termes de bilan carbone, recyclabilité, utilisation de matières renouvelables, toxicité etc... pour produire des habitats durables, sains et écologiques. Un autre but de l’invention est l’amélioration de la tenue à Teau en particulier adaptée au marché de la construction à bas coût. Un autre but de l’invention est de fournir un procédé de fabrication des matériaux précités qui soit simple, industrialisable, utilisant des matières premières abondantes, et qui soit bénéfique sur le plan environnemental.

La présente invention a donc pour premier objet un matériau solide à base de sable et/ou d’argile, caractérisé en ce qu’il est obtenu par compactage et traitement thermique d’une composition comprenant a) du sable, de l’argile, et/ou un matériau mixte sable-argile, b) une gomme de combretum, et c) de l’eau.

Le matériau de l’invention présente une résistance mécanique améliorée et/ou une tenue à l’eau améliorée par rapport aux matériaux de l’art antérieur qui souhaitent s’affranchir de l’utilisation de ciment et le remplacer par d’autres liants. Par ailleurs, la résistance mécanique est comparable à celles obtenues avec des matériaux de type bétons de ciment tout en garantissant un impact environnemental plus faible en termes de bilan carbone, recyclabilité, utilisation de matières renouvelables, toxicité etc... pour produire des habitats durables, sains et écologiques.

Le matériau est obtenu à partir d’une composition comprenant a) du sable, de l’argile et/ou un matériau mixte sable-argile, b) une gomme de combretum, et c) de l’eau.

a) sable, argile et/ou matériau mixte sable-argile

La composition comprend (en tant que composé a)) du sable, de l’argile et/ou un matériau mixte sable-argile, de préférence du sable et optionnellement un matériau mixte sable-argile, et de façon particulièrement préférée du sable et un matériau mixte sable-argile.

Selon un mode de réalisation, la composition comprend de 5 à 95% en masse environ de sable, par rapport à la masse totale de la composition. De préférence, la composition comprend au moins 50% en masse environ de sable, et de façon particulièrement préférée de 65% à 90% en masse de sable par rapport à la masse totale de la composition (correspondant à la teneur totale en sable, i.e. provenant du sable et du matériau mixte).

Le sable a de préférence une granulométrie inférieure ou égale à 2 mm, et de façon particulièrement préférée inférieure à 2 mm.

Selon un mode de réalisation, la composition comprend de 0,01 à 90% en masse environ d’argile, par rapport à la masse totale de la composition. De préférence, la composition comprend au plus 50% en masse environ d’argile, de façon particulièrement préférée de 0,5% à 25% en masse d’argile, et de façon plus particulièrement préférée de l% à 15% en masse d’argile, par rapport à la niasse totale de la composition (correspondant à la teneur totale en argile, i.e. provenant de l’argile et du matériau mixte).

L’argile comprend généralement des phyllosilicates tels que de la kaolinite, de la muscovite, des smectites, des illites, et/ou des chlorites ; du quartz ; des oxydes et/ou hydroxydes de fer tels que de la goethite, de l’hématite ; des carbonates tels que de la calcite et/ou de la dolomite ; et/ou d’autres types de silicates tels que certains feldspaths (e.g. albite et/ou orthoclase).

L’argile a de préférence une granulométrie inférieure ou égale à 2 pm, et de façon particulièrement préférée inférieure à 2 pm.

Le matériau mixte sable-argile est de préférence une terre crue argileuse. La terre crue argileuse peut ainsi apporter l’argile dans la composition de l’invention.

Dans un mode de réalisation préféré, la composition comprend du sable, de la terre crue argileuse (en tant que matériau mixte sable-argile), la gomme de combretum et l’eau.

Selon ce mode de réalisation, la composition comprend de 65% à 85% en masse environ du sable, et de 0,l % à 20% en masse environ de la terre crue argileuse, par rapport à la masse totale de la composition.

La terre crue argileuse peut comprendre de 0,01 à 50% en masse environ d’argile et de 50 à 99,9% en masse environ de sable, par rapport à la masse totale de la terre crue argileuse, et de préférence de 15 à 40% en masse environ d’argile et de 60 à 85% en masse environ de sable, par rapport à la masse totale de la terre crue argileuse.

Selon une forme de réalisation particulièrement préférée, le sable et la terre crue argileuse sont présents dans la composition dans un rapport massique sable/terre crue argileuse allant de 0,l à 50 environ, et de préférence de 3 à 10 environ. Cela permet ainsi d’obtenir des matériaux présentant des performances améliorées en termes de résistance à la compression et de résistance à l’eau.

Le matériau solide

Le matériau obtenu à partir de la composition est un matériau solide. Un tel matériau peut être sous la forme d’un bloc, d’une brique ou de tout élément massif.

En d’autres termes, le matériau de l’invention est sous une forme non pulvérulente.

b) gomme de combretum

La composition comprend en outre une gomme de combretum.

Les gommes de combretum sont des gommes prélevées sur certains arbres ou plantes de la famille du Combretum, et en particulier sur les arbres de l’espèce Combretum mgricans. Ce sont des ressources naturelles abondantes présentes en Afrique tropicale.

Dans un mode de réalisation, la gomme de combretum représente au moins 0,1% en masse environ, de préférence de 1% à 20% en masse environ, de façon particulièrement préférée de 1,5% à 15% en masse environ, et de façon plus particulièrement préférée de 2% à 10% en masse environ, par rapport à la masse totale de la composition.

c) eau

La composition comprenant de préférence au plus 30% en masse environ d’eau, de façon particulièrement préférée de l à 20% en masse environ d’eau, et de façon plus particulièrement préférée de 2 à 10% en masse environ d’eau, par rapport à la masse totale de la composition. Cela permet ainsi d’obtenir un compactage optimal du matériau (de préférence ayant une densité sèche supérieure à 2000 kg/m³).

Compactage

Le compactage peut être effectué à une pression d’au moins 0,5 MPa environ, de préférence à une pression allant de 1 MPa à 50 MPa environ, et de façon particulièrement préférée de 5 MPa à 25 MPa environ. L’utilisation de telles gammes de pression permet d’obtenir un matériau compact (de préférence ayant une densité sèche supérieure à 2000 kg/m³) et ainsi, une résistance mécanique à la compression élevée.

Le compactage peut être effectué avec une presse hydraulique.

Traitement thermique

Grâce au traitement thermique de bonnes résistances mécaniques sont obtenues.

Le traitement thermique est préférentiellement effectué à une température d’au moins 30°C environ, de façon particulièrement préférée à une température allant de 35°C à 65°C environ, et de façon plus particulièrement préférée à une température allant de 40°C à 60°C environ. L’utilisation de telles gammes de température permet d’obtenir des performances améliorées en termes de résistance mécanique en compression et de résistance à l’eau.

Le traitement thermique peut être réalisé dans une étuve ou à l’air ambiant (e.g. au soleil).

Le traitement thermique est de préférence réalisé à pression atmosphérique.

Le traitement thermique peut durer au moins 4 jours, de préférence au moins 7 jours, et de façon particulièrement préférée de 21 à 28 jours.

L’invention a également pour deuxième objet un procédé de fabrication d’un matériau solide conforme au premier objet de l’invention, caractérisé en ce qu’il comprend au moins les étapes suivantes :

i) préparation d’une composition comprenant a) du sable, de l’argile, et/ou un matériau mixte sable-argile, b) une gomme de combretum, et c) de l’eau, ii) compactage de la composition pour former un produit solide compacté, et iii) traitement thermique du produit solide compacté.

La composition est telle que définie dans le premier objet de l’invention.

Le compactage est tel que défini dans le premier objet de l’invention.

Le traitement thermique est tel que défini dans le premier objet de l’invention.

L’invention a également pour troisième objet l’utilisation d’un matériau solide conforme au premier objet de l’invention ou obtenu selon un procédé conforme au deuxième objet de l’invention, en tant que matériau de construction, en particulier pour la production d’habitats.

I

Brève description des dessins

Les dessins annexés illustrent l’invention :

[Fig. I] La figure l illustre un matériau solide conforme à l’invention.

D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description d’exemples présentés ci-après auxquels l’invention n’est cependant pas limitée.

Exemples

Exemple l : préparation d’un matériau solide Ml conforme à l’invention et comparaison avec des matériaux non conformes à l’invention MA et MB

La gomme de combretum utilisée dans la présente invention a été extraite à partir de l’écorce d’arbres ou arbustes de l’espèce Combretum nigricans au Burkina Faso de la façon suivante : la récolte a lieu entre janvier et avril avant les premières pluies. La gomme de combretum est directement prélevée à la main sur l’écorce de l’arbre. La gomme peut également être prélevée en pratiquant des saignées sur l’arbre pour augmenter les rendements de la production.

La gomme extraite se présente sous la forme d’une résine très dure et fragile assimilable à du verre.

La terre utilisée dans les exemples est :

- une terre crue argileuse de la briqueterie de Nagen en France contenant du quartz, de la calcite, de la goethite, des smectites, de chlorite et de l’albite (dénommée ci-après terre Nagen). Celle-ci contient 22,5% en masse d’argile (particules < 2 pin) par rapport à la masse totale de la terre crue, le reste étant assimilable à un sable de dimension maximale < 2 mm, ou

- une terre crue argileuse de la briqueterie de Bouisset en France comprenant du quartz, de l’orthoclase, de la muscovite, de l’illite et de la kaolinite (dénommée ci-après terre Bouisset). Celle-ci contient 32% en masse d’argile (particules < 2 pm) par rapport à la masse totale de la terre crue, le reste étant assimilable à un sable de dimension maximale < 2 mm.

Le sable est un sable normalisé CEN certifié conforme EN I9l-l et conforme ISO 679 de 2009. Il est fourni par la Société Nouvelle du Littoral qui est une entreprise française située dans le sud de la France, à Leucate, près des ports de Barcelone et Marseille. Il présente une granulométrie 0/2, i.e. 0-2 mm (dénommée ci-après sable Leucate).

La gomme extraite est broyée sous la forme d’une poudre fine de granulométrie inférieure à l ,25 mm.

La gomme broyée est mélangée avec de la terre crue, du sable et de l’eau pour former une composition 1 comprenant 3,6% en masse de gomme de combretum, 11,3% en masse de terre Nagen (comprenant 2,5% en masse d’argile et 8,8% en masse de sable), 78,9% en masse de sable Leucate, et 6,2% en masse d’eau. La composition est ensuite compactée à l’aide d’une presse hydraulique vendu par la société IGM à une pression de 15 MPa pour former une brique qui est ensuite traitée thermiquement à une température de 50°C environ pendant une quinzaine de jours à l’aide d’une étuve pour former un matériau Ml. La brique obtenue est analysée en compression (résistance à la compression) avec un appareil vendu sous la dénomination commerciale Presse Universelle 100 kN par la société IGM.

Les résultats sont donnés dans le tableau l et comparés avec ceux obtenus avec des ajouts de chaux ou de ciment (résistance à la compression à sec).

La composition A non conforme à l’invention comprend 3,3% en masse de chaux, 82,3% en masse de terre Nagen (comprenant 18,5% en masse d’argile et 63,8% en masse de sable), et 14,4% en masse d’eau et la composition B non conforme à l’invention comprend 3,3% en masse de ciment, 84,1% en masse de terre Bouisset (comprenant 26,9% en masse d’argile et 57,2% en masse de sable), et 12,6% en masse d’eau. Après compactage et traitement thermique comme décrits ci-dessus pour la composition 1, on obtient respectivement les matériaux non conformes à l’invention MA et MB.

La tenue en eau des briques est également mesurée. Pour ce faire, les briques sont immergées durant deux heures dans l’eau puis conservées durant 24h dans un sac étanche. Après ce délai, on mesure la résistance en compression comme déterminé ci-avant (résistance à la compression à l’état humide).

[Tableau 1]

	M1	MAU	MBU
Résistance à la compression à sec (MPa)	17,3	5,3	9,2
Résistance à la compression à l’état humide (MPa)	2,5	1,0	2,3

i‘i Matériaux ne faisant pas partie de l'invention

Les résultats du tableau 1 montrent que la gomme de combretum permet d’obtenir des résultats bien meilleurs qu’avec des ajouts de chaux ou de ciment dans des proportions similaires.

La présence de sable dans la composition 1 permet d’éviter ou de réduire l’apparition de fissurations lors du traitement thermique.

La figure 1 représente le matériau Ml tel que préparé dans l’exemple 1.

Exemple 2 : préparation de matériaux solides conformes à l’invention M2a, M2b, M3a, et M3b

Plusieurs matériaux conformes à l’invention ont été préparés à partir d’une gomme de combretum telle que décrite et extraite dans l’exemple 1.

La gomme extraite est préparée selon l’une ou l’aiitre des voies décrites ci-dessous : - par voie sèche, comme dans l’exemple 1. Le broyage est réalisé à sec pour obtenir une poudre fine de granulométrie inférieure à 1,25 mm ;

- par voie liquide, la gomme est alors dissoute dans de l’eau.

La gomme broyée ou dissoute est ensuite mélangée à de la terre crue, du sable, et de l’eau pour former :

- une composition 2 comprenant 5,2% en masse de gomme de combretum, 10,9% en masse de terre Nagen (comprenant 2,5% en masse d’argile et 8,4% en masse de sable), 76,1% en masse de sable Leucate, et 7,8% en masse d’eau (composition 2a comprenant la gomme obtenue par voie sèche et composition 2b comprenant la gomme obtenue par voie liquide) ; et - une composition 3 comprenant 5,3% en masse de gomme de combretum, 11% en masse de terre Bouisset (comprenant soit 3,5% en masse d’argile et 7,5% en masse de sable), 77,2% en masse de sable Leucate, et 6,5% en masse d’eau (composition 3a comprenant la gomme obtenue par voie sèche et composition 3b comprenant la gomme obtenue par voie liquide).

Les compositions 2a, 2b, 3a, et 3b sont ensuite compactées à l’aide d’une presse hydraulique vendue par la société IGM à une pression de 15 MPa pour former des briques qui sont ensuite traitées thermiquement à une température de 50°C environ pendant vingt-huit jours à l’aide d’une étuve pour former des matériaux M2a, M2b, M3a, et M3b respectivement. Les briques obtenues sont analysées en compression (résistance à la compression) avec un appareil vendu sous la dénomination commerciale Presse Universelle 100 kN par la société IGM (résistance à la compression à sec).

Les résistances en compression sont données dans le tableau 2.

[Tableau 2]

	M2a	M2b	M3a	M3b
Résistance à la compression à sec (MPa)	39	36	45	38

Les résultats du tableau 2 montrent que les résistances en compression obtenues sur les deux compositions conformes à l’invention avec une gomme de combretum préparée par voie sèche ou par voie liquide sont élevées et bien supérieures à celles répertoriées dans l’état de Part.

Exemple 3 : préparation d’un matériau solide tel que défini dans l’invention

Plusieurs matériaux conformes à l’invention ont été préparés à partir des compositions 2b et 3b telles que décrites dans l’exemple 2.

Les compositions 2b et 3b ont ensuite été compactées à l’aide d’une presse hydraulique vendue par la société IGM à une pression de 15 MPa pour former des briques qui sont ensuite traitées thermiquement à une température de 50°C durant 7 jours, 14 jours, 21 jours ou 28 jours dans étuve pour former des matériaux M2b-T7, M2b-T14, M2b-T21, et M2b-T28 et des matériaux M3b-T7, M3b-TI4, M3b-T21, et M3b-T28 respectivement.

Les briques obtenues sont analysées en compression (résistance à la compression) avec un appareil vendu sous la dénomination commerciale Presse Universelle 100 kN par la société IGM. Les résistances en compression des briques traitées thermiquement à 50°C avec des durées variables sont comparées à celle d’une brique obtenue à partir des mêmes compositions 2b et 3b séchées à 20°C, i.e. n’ayant pas subi de traitement thermique à 50°C (matériaux M2b-ST et M3b-ST). Les résultats sont donnés dans le tableau 3.

[Tableau 3]

	Résistance à la compression à sec (MPa)
M2b-ST‘)	11
M2b-T7	31
M2b-T14	32
M2b-T21	33
M2b-T28	36
M3b-STG	12
M3b-T7	32
M3b-T14	32
M3b-T21	34
M3b-T28	38

<’> Matériaux ne faisant pas partie de l'invention

Les résultats du tableau 3 montrent que sans traitement thermique la résistance en compression reste faible.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS

   l. Matériau solide à base de sable et/ou d’argile, caractérisé en ce qu’il est obtenu par compactage et traitement thermique d’une composition comprenant a) du sable, de l’argile, et/ou un matériau mixte sable-argile, b) une gomme de combretum, et c) de l’eau.
2. 2. Matériau solide selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition comprend de 5 à 95% en masse de sable, et de préférence de 65% à 90% en masse de sable, par rapport à la masse totale de la composition.
3. 3. Matériau solide selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition comprend de 0,01% à 90% en masse d’argile, et de préférence de 0,5% à 25% en masse d’argile, par rapport à la masse totale de la composition.
4. 4. Matériau solide selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition comprend du sable et de la terre crue argileuse, la gomme de combretum et l’eau.
5. 5. Matériau solide selon la revendication 4, caractérisé en ce que le sable et la terre crue argileuse sont présents dans la composition dans un rapport massique sable/terre crue argileuse allant de 0,1 à 50.
6. 6. Matériau solide selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le traitement thermique est effectué à une température d’au moins 30°C, et de préférence à une température allant de 35°C à 65°C.
7. 7. Matériau solide selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le compactage est effectué à une pression d’au moins 0,5 MPa, et de préférence à une pression allant de 1 MPa à 50 MPa.
8. 8. Matériau solide selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la gomme de combretum représente au moins 0,1% en masse par rapport à la masse totale de la composition, et de préférence de 1% à 20% en masse, par rapport à la masse totale de ta composition.
9. 9. Procédé de fabrication d'un matériau solide tel que défini à l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend au moins les étapes suivantes :

   i) préparation d’une composition comprenant a) du sable, de l’argile et/ou un matériau mixte sable-argile, b) une gomme de combretum, et c) de l’eau, ii) compactage de la composition pour former un produit solide compacté, et iii) traitement thermique du produit solide compacté.

   I

   ΙΟ. Utilisation d’un matériau solide tel que défini à l’une quelconque des revendications 1 à 8, en tant que matériau de construction, en particulier pour la production d’habitats