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HAL Id: tel-01364772 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01364772 Submitted on 12 Sep 2016 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Matières premières argileuses du Sénégal : caractéristiques et applications aux produits céramiques de grande diffusion Marthe Tatiana Diatta To cite this version: Marthe Tatiana Diatta. Matières premières argileuses du Sénégal : caractéristiques et applications aux produits céramiques de grande diffusion. Matériaux. Université de Limoges, 2016. Français. NNT : 2016LIMO0026. tel-01364772 Ecole Doctorale Sciences, Technologies et Ingénierie (ED-STI) & Ecole Doctorale, Sciences et Ingénierie en Matériaux, Mécanique, Energétique et Aéronautique (SI-MMEA) THESE Préparée dans le cadre d’une cotutelle Pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L’UNIVERSITE ASSANE SECK DE ZIGUINCHOR ET DE L’UNIVERSITE DE LIMOGES Présentée et soutenue publiquement par Marthe Tatiana DIATTA Le 23 mai 2016 Matières premières argileuses du Sénégal : caractéristiques et applications aux produits céramiques de grande diffusion Thèse dirigée par Philippe BLANCHART et Gisèle Laure LECOMTE- NANA Jury composé de : Président : Oumar SOCK Rapporteurs Moussa GOMINA Vincent SAMBOU Examinateurs Lat Grand NDIAYE Diouma KOBOR Gisèle Laure LECOMTE- NANA Philippe BLANCHART Dorothé AZILINON Professeur, Secrétaire Perpétuel de l’ ANSTS Professeur, CRISMAT UMR 6508 ENSICAEN/UCBN/CNRS, France Maître de Conférences, ESP- Université Cheikh Anta Diop de Dakar Docteur, Université Assane Seck de Ziguinchor Maître de Conférences, Université Assane Seck de Ziguinchor HDR, SPCTS, UMR CNRS 7315 , ENSCI-Limoges Professeur, SPCTS, ENSCI-Limoges Professeur, ESP- Université Cheikh Anta Diop de Dakar Dédicaces ii Je dédie cette thèse à : - Moïse Nazaire DIEME, Mari de cœur, Serviteur du Dieu Vivant ; - Ezéchiel Benshalom Kounabolisso DIEME, Notre fils bien aimé, un don de l’Eternel des Armées ; Pour avoir supporté les longs moments de séparation… Remerciements ii Remerciements Je rends grâce à Dieu qui m’a donné la force et les capacités de persévérer jusqu’au bout cette thèse. A LUI seul soit toute la Gloire. Ce travail est le fruit d’une collaboration entre l’Université Assane SECK de Ziguinchor et l’Université de Limoges. Les travaux ont été réalisés au Laboratoire de Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS), à l’Ecole Nationale Supérieure de Céramique Industrielle (ENSCI), au Centre Européen de la Céramique (CEC) et au Laboratoire de Chimie et de Physique des Matériaux (LCPM). La mobilité entre les différents Laboratoires de recherches a pu avoir lieu grâce à une bourse de l’Agence Universitaire de la Francophonie (AUF) du Bureau de l’Afrique de l’Ouest (BAO) que je remercie. Numéro du projet : BAO-2011-06-U-52210FT102. J’adresse mes remerciements à mes Directeurs de thèse Messieurs Oumar SOCK, Philippe BLANCHART, Dorothé AZILINON et Madame Gisèle Laure LECOMTE-NANA qui m’ont beaucoup appris à travers leurs conseils et leurs contributions hautement scientifiques. Mes remerciements s’adressent également à Mr Diouma KOBOR, porteur du projet, pour l’efficacité de son suivi et de ses orientations lors de mes séjours à l'Université Assane SECK de Ziguinchor. Je tiens à exprimer ma reconnaissance à Mr Lat Grand NDIAYE gestionnaire du projet, pour tous les efforts consentis dans la rédaction du projet, la recherche de fonds et les suggestions apportées. Tous leurs apports m’ont aidé à obtenir des résultats lors des rencontres scientifiques nationales et internationales : une fois lauréate sur le plan national et deux fois lauréate sur le plan international. J’exprime ma gratitude tout particulièrement à Thierry CHARTIER et Abdoulaye GASSAMA pour m’avoir accepté dans leur laboratoire respectivement au SPCTS et au LCPM. Je remercie également le Directeur de l’Ecole Doctorale SI-MMEA Alexandre MAITRE, Université de Limoges et Oumar SALL Directeur de l’Ecole Doctorale ED-STI, Université de Ziguinchor pour m’avoir permis de m’inscrire au sein de leur Ecole Doctorale. Ma reconnaisse va aussi à l’endroit de tous les ingénieurs du Laboratoire SPCTS, de L’ENSCI: Sandra BLANCHET, Michael LACROIX, Yann LAUNAY, Richard MAYET, Remerciements iii Patrice DUPORT et Sylvestre CHAULANGE. Je remercie également la vaillante Pamela BATHIAS pour son assistance et sa promptitude. A Mr Dioucounta YOCK, technicien au Laboratoire de Chimie et Physique à l’UASZ des Matériaux, j’exprime ma gratitude pour son soutien et sa disponibilité. Je remercie l’ensemble des personnes avec qui j’ai pu échanger au cours de cette thèse, et qui ont contribué, à leur manière à l’élaboration de ce manuscrit particulièrement à Hervé GOURE. J’adresse mes remerciements à Mr Ababacar THIAM, enseignant chercheur à l’Université Alioune DIOP de Bambey (UADB) et au Laboratoire d’Energétique Appliquée (LEA) à l’Ecole Supérieure Polytechnique de Dakar (ESP). Au Pasteur Matthieu DESILLES pour son soutien spirituel, les impressions et les corrections, à Marie Françoise BERIGAU institutrice à la retraite et à Israël DASILVA enseignant à l’Université Assane SECK de Ziguinchor à l’UFR de Lettres, Arts et Sciences Humaines pour l’effort de relecture et de correction de cette thèse, à Olivier et Gwenn LOPEZ pour leur encouragements, j’adresse mes remerciements fraternels. J’exprime ma profonde gratitude à mes parents : Hyacinthe DIATTA et Marie LAMBAL- DIATTA et à mes frères : Alain, André Amakobo et Abel Molaye DIATTA, pour leur soutien moral, spirituel et financier. Au Pasteur Timothée Kéba DIATTA qui s’est investi durant des années dans la prière pour que je puisse obtenir le doctorat, j’adresse ma profonde reconnaissance. Je remercie toute l’Eglise Baptiste de Dakar, l’Eglise Baptiste de Limoges, l’Eglise Vivante de Boucotte à Ziguinchor pour leur soutien dans la prière. Travailler à côté d’autres chercheurs et partager les défis et les opportunités de la recherche contribue à créer une ambiance motivante. Merci à l’ensemble des doctorants du laboratoire LCPM. Ansoumana DIEDHIOU, merci pour ton appui. Je remercie toute personne qui a contribuée d’une manière ou d’une autre à la réussite de cette thèse. Sommaire iv SOMMAIRE Acronyme……………………………………………………………...……………………..vii Introduction Générale ............................................................................................................. .1 Chapitre I : Généralités sur les argiles et leurs applications dans l’industrie céramique……………………………………………………………………………………...3 I.1 Minéralogie des argiles ...................................................................................................... .3 I.2 Origine ................................................................................................................................ .3 I.3 Définition ............................................................................................................................ .3 I.4 Phyllosilicates ..................................................................................................................... .4 I.4.1 Structure des phyllosilicates………………………………………………………….......4 I.4.2 Classification des phyllosilicates……………………………………………………..…..7 I.4.3 Principales formes minéralogiques des phyllosilicates…………………………………10 I.4.3.a Kaolinites…………………………………………………………………….………..10 I.4.3.b Smectites………………………………………………………………………………11 I.4.3.c Illites…………………………………………………………………………………..12 I.4.4 Propriétés des phyllosilicates……………………………………………………………13 I.4.4.a Adsorption……………………………………………………………………………..13 I.4.4.b Capacité d’échange cationique………………………………………………………..14 I.5 Les minéraux accessoires des argiles…………………………………………………...15 I.6 Utilisations des argiles dans l’industrie céramique……………………………………16 I.6.1 Définition du mot ‘‘céramique’’………………………………………………………...16 I.6.2 Procédés céramiques…………………………………………………………………….17 I.6.3 Élaboration des céramiques traditionnelles……………………………………………..18 I.6.3.a Principes de fabrication………………………………………………………………..18 I.6.3.b Les constituants des masses céramiques...…………………………………………….19 I.6.3.c La mise en forme……………………………………………………………………...20 I.6.3.d Le séchage………...…………………………………………………………………..21 I.6.3.e La cuisson……………………………………………………………………………..23 I.6.3. f Les phénomènes physico-chimiques engendrés lors de la cuisson……………….…..23 I.7 Applications des argiles dans l’industrie céramique……………………………….….24 I.7.1 Les céramiques traditionnelles………………………………………………………….24 I.7.2 Les céramiques pour l’environnement…………………………………………………..26 I.7.3 Les biocéramiques………………………………………………………………………27 I.7.4 Les céramiques réfractaires……………………………………………………………..28 I.8 Quelques utilisations actuelles des argiles en Afrique Subsaharienne……………….29 Conclusion……………………………………………………………………………………30 Références bibliographiques………………………………………………………………..31 Chapitre II : Matières premières étudiées et méthodes expérimentales…………………35 II.1 Situation géographique du Sénégal et des sites étudiés………………………………35 II.1.1 Présentation géographique du Sénégal………………………………..………………..35 II.1.2 Géographie des sites étudiés …………………………………………………………...36 II.1.2.a La région de Ziguinchor……………………………………………………………...36 II.1.2.b La région de Tambacounda…………………………………………………………..37 II.2 Utilisations actuelles des argiles au Sénégal…………………………………………..38 Sommaire v II.2.1 L’habitat social…………………………………………………………………………38 II.2.2 La poterie……………………………………………………………………………….39 II.3 Matières premières et méthodes expérimentales……………………………………..40 II.3.1 Nomenclature des argiles…………………………………………………………….41 II.3.2 Méthodes expérimentales………………………………………………………….…41 II.3.2.a Granulométrie laser…………………………………………………………………..41 II.3.2.b Pycnomètre à hélium…………………………………………………………………42 II.3.2.c Méthode BET………………………………………………………………………...44 II.3.2.d Porosité ouverte………………………………………………………………………46 II.3.2.e Analyse chimique élémentaire………………………………………………………..47 II.3.2.f Caractérisations structurales………………………………………………………….48 1. Diffraction des rayons X (DRX)………………………………………………….48 2. Microscopie électronique à balayage et analyse dispersive en énergie (EDS)…...50 3. Analyses thermiques différentielle et gravimétrique (ATD/ATG)……………….54 4. Analyses dilatométriques (TMA)…………………………………………………55 5. Spectroscopie infrarouge (IR)…………………………………………………….56 II.3.3 Propriétés d’usage : thermique et mécanique………………………………………56 II.3.3.1 Conductivité thermique…………………………………………………………...….56 II.3.3.2 Résistance à la compression simple………………………………………………….58 II.3.3.3 Résistance à la flexion trois points…………………………………………………...58 Conclusion……………………………………………………………………………………59 Références bibliographiques………………………………………………………………..60 Chapitre III : Caractérisation physique des matières premières argileuses à l’état brut…………………………………………………………………………………………...63 III.1 Caractérisation physique des matières premières……………………………….…..63 III.1.1 Analyse granulométrique……………………………………………………………...63 III.1.2 Détermination de la surface spécifique, du diamètre des grains par la méthode BET et la masse volumique des argiles……………………………………………………………….66 III.1.3 Evaluation de la porosité à l’état brut…………………………………………………67 III.2 Caractérisations structurales des argiles à l’état brut……………………………....68 III.2.1 Identification des phases structurales par DRX……………………………………….68 III.2.2 Identification des phases structurales par spectrométrie Infrarouge (IR)……………………………………………………………………………………………70 III.2.3 Analyse chimique élémentaire des argiles………………………………………….....72 III.2.4 Imagerie par MEB et analyse dispersive en énergie (EDS)…………………………...74 III.3 Caractérisation thermophysique des matières premières………………………..…76 Conclusion……………………………………………………………………………………77 Références bibliographiques………………………………………………………………..78 Chapitre IV : Comportement en température et formulation des argiles étudiées……..80 IV.1 Comportement en température de nos argiles……………………………………….80 IV.1.1 Test de consolidation au four gradient………………………………………………...80 IV.1.2 Analyses thermiques différentielle et gravimétrique………………………………….83 Sommaire vi IV.2 Etude de frittage de nos argiles……………………………………………………….87 IV.2.1 Analyses dilatométriques……………………………………………………………...88 IV.2.2 Phases structurales par DRX des argiles frittées……………………………………....91 IV.2.3 Densité et surface spécifique des argiles frittées…………………………………..….94 IV.3 Formulation et étude des échantillons consolidés par pressage et par frittage……95 IV.3.1 Formulation des échantillons consolidés……………………………………………...95 IV.3.2 Porosité des argiles frittées……………………………………………………………96 IV.3.3 Conductivité thermique des argiles frittées…………………………………………...99 IV.3.4 Résistance à la flexion trois points…………………………………………………..100 Conclusion……………………………………………………………………………….….101 Références bibliographiques………………………………………………………….…...103 Chapitre V : Exploration de pistes d’amélioration des propriétés d’usage…………….105 V.1 Présentation du Cola Cordifolia……..………………………………………….…….106 V.2 L’intérêt uploads/Science et Technologie/ 2016limo0026.pdf