Thèse
Auteur :
Kouassi Aka Crépin

Date de soutenance :
01 décembre 2004

Directeur(s) de thèse :
Le Cléac'h Jean-Michel



École :

MINES ParisTech
Intitulé de la thèse : L'altération superficielle de dalles de granitoïdes sous climat tropical humide: proposition d'une méthode d'étude expérimentale.


Résumé : Les roches ornementales sont d'un usage généralisé dans les agglomérations urbaines notamment dans la région d'Abidjan où leur beauté la dispute à leur diversité. Dès lors, le souci qui habite l'utilisateur potentiel de ces matériaux ornementaux, est de savoir quel peut être leur comportement, face aux intempéries et autres changements climatiques qui sont le lot permanent ou quasi quotidien des zones tropicales humides. C'est la recherche d'une réponse à cette préoccupation qui a motivé ce travail, dont l'objectif final est de conduire, sous conditions météorologiques de la zone tropicale humide reproduites au laboratoire, des expérimentations relatives à l'évolution des certains types de matériaux ornementaux.
Le présent travail a donc porté sur la formalisation d'un modèle de climat tropical humide, ainsi que, sur des expérimentations in vitro, en vue de tester le dispositif expérimental devant mettre en ?uvre les conditions climatiques subséquentes. De ce fait, la conception de ce dispositif expérimental a pris en compte les paramètres que sont: la vitesse d'impact des gouttes de pluie (2,3 m.s-1), l'énergie calorifique et ses fluctuations qui s'expriment en des températures à la surface du sol variant entre 24 °C et 76°C, l'environnement hygrométrique qui oscille entre les saturations (pluies, et rosées nocturnes) et HR (humidité relative) égale à 85%, ainsi que la pluviosité (51 mètres d'eau par heure). Des plaques polies issues des gisements ivoiriens de roches ornementales d'Okrouyo (syénite) et de Yakala (granite rose) ont servi d'échantillons pour tester le dispositif expérimental.
Au bout de 6, 9, et 12 mois, on a numérisé des images de la surface polie des échantillons. Par la suite, à l'aide des logiciels Visilog 5.4 (Noesis, 2001) et Paint Shop Pro 5.0 (Jasc Software, 1998), on a mis en ?uvre l'analyse colorimétrique d'images numérisées, retenue comme le mode d'investigation le plus approprié pour comparer les images obtenues à 12 mois, avec celles de départ. Cette comparaison a procédé par soustraction des images de départ, de celles à l'issue de 12 mois d'essai
L'étude des images issues des opérations de soustraction a dégagé qu'il existe une analogie entre le milieu de ferrallitisation, conséquence de l'altération météorique en climat tropical humide, et le milieu généré par la mise en ?uvre du dispositif expérimental qu'on propose. Elle a aussi permis de se rendre compte que l'utilisation du matériau d'Okrouyo devrait se limiter à des revêtements intérieurs. Par contre celui de Yakala pourrait être utilisé à la fois pour des revêtements intérieurs et extérieurs.Avant-Propos - i
Résumé - ii
Abstract - iii
Introduction - 1
Chapitre 1: Généralités sur les roches ornementales en conditions d'utilisation - 3
I. Introduction - 4
II. La roche ornementale: un matériau issu de la pierre de taille - 4
1. Paramètres de sélection de la roche pour roches ornementales - 4
1.1. Les paramètres physiques et mécaniques de la roche - 4
1.2. L'aspect esthétique du matériau - 6
2. Processus de fabrication - 6
III. Altération météorique de la roche ornementale: rôle des facteurs intrinsèques et extrinsèques - 7
1. Les microfissurations: facteur intrinsèque d'altération - 8
1.1. Matrice rocheuse, porosité et microfissurations - 8
1.2. Microfissuration et altération chimique - 8
1.3. Microfissuration et altération physique - 11
2. Facteurs climatiques et désagrégation des roches - 12
2.1. L'altération physique - 12
2.1.1. Notion de cycles d'état provoqués par le climat - 12
2.1.2. Désagrégation sous l'effet du gradient thermique - 13
2.1.3. Désagrégation sous l'effet du gradient hygrométrique - 13
2.1.4. Désagrégation sous l'effet de la cristallisation des sels - 14
2.1.5. Désagrégation sous l'effet des cycles gel-dégel - 15
2.2. L'altération chimique: mécanisme de détérioration de la pierre - 17
2.2.1. Oxydation et réduction - 17
2.2.2. L'hydratation - 19
2.3. L'altération biologique: mécanisme de détérioration de la pierre - 20
2.3.1. L'environnement biologique de la pierre - 20
2.3.2. Mécanisme de désagrégation - 20
IV. Conclusion - 20
Chapitre 2: Problématique de l'étude expérimentale - 21
I. Introduction - 22
II. Paramètres climatiques en région Sud de la Côte d'Ivoire - 22
1. La Pluviométrie - 22
1.1. Données sur la pluviométrie - 22
1.2. Evolution mensuelle de la pluviométrie - 24
1.3. Evolution annuelle de la pluviométrie à Abidjan (1937- 2000) - 25
1.4. Répartition annuelle des jours de pluies - 26
1.5. Nombre moyen mensuel des jours de pluies - 26
2. L'insolation dans l'agglomération d'Abidjan - 26
2.1. Température à la surface du sol - 27
2.2. Durée de l'insolation - 28
2.3. Energie calorifique à la surface du sol - 29
3. Humidité relative et tension de la vapeur d'eau - 29
3.1. L'humidité relative - 29
3.2. La tension de vapeur d'eau - 30
III. Un modèle de facteurs climatiques - 31
1. Analyse des variables - 31
1.1. Le gradient thermique - 31
1.2. Le gradient hygrométrique - 32
1.2.1. Répartition annuelle des jours de précipitation - 32
1.2.2. Répartition des heures de précipitation par 24 heures - 32
1.2.3. L'intensité des précipitations - 32
1.3. La composition chimique de l'eau de pluie - 33
2. Paramétrage des facteurs climatiques - 33
2.1. Facteurs liés au gradient hygrométrique - 33
2.2. Facteurs liés au gradient thermique - 35
IV. Modèle de facteurs climatiques et génération de cycles climatiques au laboratoire - 36
1. Conception d'un dispositif approprié - 36
1.1. Bases de conception - 36
1.2. Prototype d'appareillage pour génération de l'énergie calorifique - 37
1.3. Prototype d'appareillage pour génération du type de pluie - 39
2. Dispositif: assemblage des prototypes et fonctionnement - 41
3. Génération des cycles d'état relatifs au climat - 42
3.1. Les gradients - 42
3.1.1. Le gradient thermique - 42
3.1.2. Le gradient hygrométrique - 43
3.1.3. Chronogramme des opérations - 44
V. Choix de l'analyse colorimétrique pour l'étude de l'évolution de la roche ornementale - 45
1. Pertinence de l'analyse colorimétrique d'images numérisées - 45
2. Mode de quantification d'une image numérisée - 46
2.1. Prise en compte des paramètres de l'appareillage d'acquisition d'image - 46
2.2. Expression des équations - 47
3. Schéma de mise en ?uvre - 48
VI. Conclusion - 51
Chapitre 3: mise en ?uvre et contrôle du modèle théorique - 53
I. Introduction - 54
II. Choix des roches ornementales des Gisements d'Okrouyo et de Yakala pour les expérimentations - 54
1. Motivation des choix - 54
2. Géologie du Gisement d'Okrouyo - 56
2.1. Géographie et morphologie régionale - 56
2.2. Géologie locale - 57
2.3. Minéralisation et réserves - 58
2.3.1. Etude pétrographique des syénites du Mt Troquoi - 58
2.3.1.1. Analyse macroscopique - 58
2.3.1.2. Analyse microscopique - 60
2.3.2. Analyse de la microfissuration - 63
2.3.3. Indications sur la pétrogenèse - 63
2.3.4. Les réserves - 66
3. Géologie du Gisement de Yakala - 66
3.1. Géographie et morphologie régionale - 66
3.2. Géologie locale - 67
3.3. Minéralisation et réserves - 68
3.3.1. Etude pétrographique des granites "roses" de Yakala - 68
3.3.1.1. Analyse macroscopique - 68
3.3.1.2. Analyse microscopique - 68
3.3.2. Indications sur la pétrogenèse - 69
3.3.3. Réserves - 69
III. Conditionnement des échantillons - 74
1. Préparation des échantillons - 74
2. L'essai "d'altération météorique" accélérée des échantillons - 74
3. Paramètres contrôlés au cours de l'expérience - 75
3.1. L'eau servant à l'altération météorique - 75
3.2. Le "régime de pluviosité" - 76
3.3. La température à la surface de l'échantillon - 76
3.4. Les phases de numérisation - 78
IV. Analogie entre le modèle de laboratoire et les facteurs naturels de l'altération météorique - 79
1. Le différentiel thermique - 79
2. La pluviosité - 80
3. Imbibition et séchage des échantillons - 80
V. Analyse colorimétrique des images numérisées - 81
1. Le pré-traitement préalable des images numérisées - 81
1.1. Correction des écarts de luminosité et contraste, élimination du bruit - 82
1.2. Redressement des images - 83
2. Les images support des analyses - 83
2.1. Segmentation des images pré-traitées - 84
2.2. Images susceptibles de révéler les changements - 84
3. Analyse des images - 85
3.1. Après 12 mois de conditionnement de l'échantillon de syénite - 86
3.2. Après 12 mois de conditionnement de l'échantillon de granite - 93
VI. Interprétations des résultats de l'analyse colorimétrique - 100
1. Prise en compte du mode de fonctionnement du scanner - 100
2. Evolution des revêtements - 101
3. Analogie entre l'évolution du fer en milieu naturel et le mode de ferruginisation en milieu expérimental - 102
VII. Conclusion - 105
CONCLUSION GENERALE - 106
Bibliographies - 110
Annexes - 118

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