CHAPITRE II. METHODOLOGIE DU TRAVAIL

Afin d’atteindre les objectifs assignés à ce travail de recherche, il s’est avéré nécessaire de suivre une démarche organisée. Celle-ci a consisté d’abord en  la récolte des données de terrain à partir des enquêtes orales auprès des fabricants, aux observations de terrain et  à la récolte d’échantillons, ensuite on a procédé aux  analyses de ces échantillons dans différents laboratoires et en fin à l’analyse et au traitement des résultats.

II.1. Récolte des données de terrain

Sur le terrain, le travail a consisté, à faire des enquêtes  auprès des producteurs artisanaux concernant leur méthode de production des briques,  à la description macroscopique des faciès d’argiles interceptés par les forages  et à leur échantillonnage. Les 4 sites étudiés sont localisés dans des zones maraichères, leur choix a été dicté par la présence des unités de fabrication artisanales. On a sélectionnés les  sites les plus importants en termes de taille et des productivités.

Les enquêtes menées auprès des producteurs artisanaux,  outre les informations relatives à leurs activités de fabrication, ont permis aussi de nous renseigner sur la localisation d’anciens puits d’extraction artisanale de l’argile afin d’éviter de récolter d’échantillons sur des sols remaniés.

Dix-huit trous d’échantillonnage  ont été forés sur le secteur d’étude dont 6 dans le site de Choga, 6 dans Karhundu, 5 dans Kumwami et 1 dans le site de Kapapa.  

Quarante-six  échantillons au total ont été prélevés et décrits à chaque changement de couleur et/ou de granulométrie suivant la distribution verticale des faciès. De ces échantillons extraits, quarante-deux seulement ont fait l’objet des analyses expérimentales, les quatre autres restants, écartés concernent ceux de la couche tourbeuse de Choga et Karhundu et de la couche sableuse de Kapapa. 

Ainsi, tous les quarante-deux échantillons sélectionnés ont été envoyés au laboratoire pour l’analyse granulométrique et la confection des briquettes. De ces quarante-deux échantillons, cinq échantillons représentatifs de différents types d’argiles ont été sélectionnés pour les analyses géochimiques. Les résultats d’analyse granulométrique ont permis la sélection de cinq échantillons selon les faciès pour les essais de consistance (limites d’atterberg). 

Le déroulement de l’échantillonnage s’est effectué dans l’ordre suivant : 

• Nous avons excavé la partie du sol arable pour atteindre la couche de sol utilisable dans la fabrication des briques. 
• Nous avons prélevé des échantillons de 2 Kg dans chaque faciès en séparant les couches suivant les couleurs et la granulométrie.
• Nous avons emballé et étiqueté les échantillons

Au cours de ces travaux les matériels ci-après ont été utilisés : 

• Un GPS (Global Positioning System) a permis la localisation des trous de forage par la prise des coordonnées géographiques,
• Une tarière manuelle a été d’utilité pour le forage des trous lors de l’échantillonnage,
• Un stylo marqueur et un ruban adhésif avaient été utilisés pour l’étiquetage des échantillons, 
• Une pelle : elle a été utilisée pour excaver le niveau de sol arable ou remanié.
• Un carnet de terrain, un stylo et un crayon, pour la notation des mesures ainsi que les observations, portées sur les sites et les matériaux
• Des sacs plastiques avaient été utilisés pour l’emballage des échantillons prélevés, -         Un appareil photo numérique a été utilisé pour la prise des photos d’illustration.

II.2. Travaux de laboratoire

Ils ont concerné l’ensemble des activités qui avaient été effectués dans des laboratoires dont les analyses géochimiques, analyses géo-mécaniques (granulométrie et limites d’atterberg) et les essais technologiques menées sur les briquettes.

II.2.1. Analyse géochimique

Les analyses géochimiques avaient été réalisées sur cinq échantillons de sol différenciés par leurs couleurs dont l’argile verte, l’argile brunâtre, l’argile brune, l’argile grise et l’argile noire à l’aide d’un spectromètre PW1480. La méthode XRF (fluorescence aux rayons X) a permis de détecter les concentrations des éléments chimiques majeurs. Ces analyses avaient été réalisées au laboratoire  Alex stewart Inernational Rwanda basé à Kigali. Les étapes suivantes ont concouru à la réalisation de l’analyse :

• Séchage des échantillons à l’étuve à une température de 110°C pendant 2 h pour dégagé toute l’humidité ;
• Broyage dans un broyeur rotatif pour avoir une granulométrie appropriée ;
• Echantillonnage par quartage de la poudre obtenue ;
• Préparation des pastilles de verre à soumettre aux analyses après fusion dans un four à 1370°C.
• Analyses des poids en oxydes en introduisant la pastille dans le spectromètre par fluorescence aux rayons X.

II.2.2. Analyses géotechniques

II.2.2.1. Analyse granulométrique

Quarante-deux échantillons ont été analysés dans le laboratoire Building Material Center de Skat Consulting basé à Kigali. Pour cette analyse les échantillons avaient été séchés à l’étuve de marque ELEKTRA à 105°C pendant une heure ou plus puis broyé avec un marteau en plastique sur une panne métallique. Après ce broyage 50g d’échantillon avaient été prélevés et mélangés avec une solution d’hexametaphosphate de sodium titrée à 40g/l. Après un repos d’une heure ce mélange a subi un tamisage humide sur un tamis de 80 µm. Les passants ont fait l’objet de l’analyse sédimentométrique  et les refus ont été analysés par tamisage après séchage. L’analyse granulométrique a été donc obtenue  à partir de deux opérations successives et complémentaires :

• Le tamisage à sec : sur un assemblage de tamis à maille décroissante : 4,7 mm ; 2,36 mm ; 1,18 mm ; 600µm, 300µm ; 150µm et 125µm. Les refus sur chaque tamis étaient pesés sur la balance électronique de 0,1g de précision.
• La sédimentométrie: les passants du tamisage humide étaient mélangés avec de l’eau distillée pour obtenir une quantité de 1000 ml qui a été placée dans une éprouvette graduée. Le principe de cet essai est fondé sur la loi de stokes ou la vitesse de sédimentation des particules en suspension, dans un milieu aqueux selon leur diamètre et leur densité. La lecture sur le densimètre a été faite à des intervalles de temps qui étaient réparties comme suit : 30 s, 1 min, 2 min, 4 min, 8 min, 15 min, 30 min, 1h, 2 h, 4 h et 24 h.

Les données de la sédimentométrie ont été traitées par calcul dans Excel 2010 pour obtenir les diamètres des particules.  Ces données couplées à celles de l’analyse granulométrique par tamisage, ont été utilisées pour établir des courbes granulométriques sur lesquelles les différentes fractions ont été  extraites.

II.2.2.2. Limites de consistance ou limites d’atterberg

Il s’agit ici de déterminer les limites de liquidité, les limites de plasticité et en déduire l’indice de plasticité. Cette analyse a été effectuée après l’analyse granulométrique. Vu la répartition granulométrique presque identique pour les quarante-deux échantillons prélevés, la sélection des échantillons pour ces essais a été faite suivant les types d’argiles. Ainsi,  cinq échantillons ont été envoyés au laboratoire Civil and Underground Engineering Solution Ltd à Kigali.

Les échantillons ont été séchés à l’étuve, broyés et ensuite tamisés sur un tamis de 425 µm. Les passants  sur ce tamis ont été utilisés pour ces tests.

1. Limite de liquidité

On a prélevé 300 g d’échantillons des particules qui sont passés au tamis de 425 µm, on l’a mélangé avec  l’eau distillée pour former une pâte. La pâte ainsi formée a été mise dans la coupelle de  l’appareil de Casagrande. Ensuite une rainure de 10 mm a été établie dans la pâte à l’aide de l’outil à rainurer. La manivelle de l’appareil a été tournée à une vitesse de 2 chocs par secondes jusqu’à obtenir la fermeture de la rainure. Le nombre des chocs correspondants à la  fermeture de la rainure a été enregistré. Enfin, un échantillon de 10 g a été prélevé pour mesurer la teneur en eau. 

Des essais successifs ont été effectués en augmentant progressivement la teneur en eau.  Le procédé est tel  que le nombre de coups soit supérieur à 15 mais inférieur à 40.  4 tests ont été nécessaires dont deux  avec de nombre de coups supérieurs à 25 (mais inférieur à 40) et deux autres avec de nombre de coups inférieur à 25 (mais supérieure à 15)  pour la détermination des limites de liquidité.

Après détermination de la teneur en eau des échantillons en fonction des nombres des coups, les résultats ont été plotés dans un graphique semi-logarithmique portant la teneur en eau en échelle arithmétique et le nombre de coups en abscisse logarithmique.  Une droite de régression  tracée a permis la détermination de la  limite de liquidité qui est la teneur correspondant à 25 chocs sur le graphique.

1. Limite de plasticité

La pâte argileuse de l’essai de détermination de la limite de liquidité a été utilisée pour déterminer la limite de plasticité. Après un léger séchage, on a formé une boulette  de 12 mm de diamètre environ que l’on a  utilisée pour former un cylindre de 10 à 15 cm de long en roulant cette boule de pâte sur une surface plane, sèche, propre et non absorbante. La limite de plasticité correspond à la teneur en eau du cylindre qui se brise lorsqu’on le soulève de 1 à 2 cm.

1. Indice de plasticité

L’indice de liquidité  a été obtenu en faisant la différence entre la limite de liquidité et la limite de plasticité. Il détermine l’intervalle dans lequel le matériau argileux est façonnable.

II.2.3. Essais technologiques 

Il s’agit ici de l’ensemble des essais qui ont été effectués sur quarante-deux  briquettes façonnées à la muni-extrudeuse, séchées à l’ombre pendant trois semaines et cuites, dans un four électrique programmable, à une température de 950°C. Le choix de cette température de cuisson a été dicté par les résultats d’analyse géochimique qui ont montré que la température de cuisson effective des échantillons sélectionnés doit être prise entre 900°C et 1100°C. Les essais dont il est question, portent sur la détermination du retrait linéaire total, la perte au feu et le taux d’absorption en eau. Ils ont été effectués  dans le laboratoire Bulding Material Center de Skat Consulting basé à Kigali.

Le retrait  linéaire total des briquettes au séchage et à la cuisson a été déterminé en utilisant le pied à coulisse. Il s’agissait de mesurer la longueur de la brique après le façonnage, après le séchage et après la cuisson. Le retrait total exprimé en pourcent sera la somme du retrait au séchage et à la cuisson. La perte au feu quant à elle a été déterminée en mesurant à l’aide d’une balance électronique la masse de l’échantillon avant et après cuisson. Enfin, le taux d’absorption en eau a été évalué par immersion de la briquette dans l’eau à la température ambiante pendant 24 h. La masse de l’échantillon avant et après immersion mesurée sur la balance ont été utilisée pour le calcul du taux d’absorption en eau.

II.3. traitement numérique des données

Le traitement numérique des données a concerné la cartographie, l’établissement des graphiques et des diagrammes, les calculs. Pour ce besoin, les outils ci-après ont été utilisés :

QGIS 2.14.3 (pour l’établissement des cartes et détermination de la superficie des sites),

Excel 2010 et adobe Illustrator CS (pour faire les graphiques et calculs des réserves), GCDkit

2.1.1 (pour l’établissement des diagrammes). Ces traitements ont été effectués pour rendre les résultats interprétables.