Matière première pour la fabrication des marmites

Géologie

Du Nord-Est de Betafo au Sud Est d’Arivonimamo, une barrière arquée forme l’Ankaratra. Elle correspond parfois à la superposition de système volcanique aligné. Les coulées se sont réparties latéralement à environ 30 km, mélangées à d’autres coulées des systèmes voisins. La moitié de l’Ankaratra est constituée par des volcans d’âge pléistocène, c’est-à-dire que les plus jeunes de ces volcans répandent des laves noires, compactes, népheliniques de type Ankaratrite. On trouve dans cette région les montagnes de Tsiafajavona (2 638m), le Tsiafakafo (2 530m), l’Ankavitra (2 603m), l’Ambohimainty (2 590m) et l’Ambohimirandrana (2 412m). Les volcans plus anciens se trouvent dans la moitié Sud. Elles sont d’âge pliocène de type strombolien dont le dôme trachytique le plus spectaculaire est le Famoizankova (2 362m).
Le substratum gneissique est souvent présent dans les vallées où les massifs volcaniques sont entaillés. Les versants Ouest et Est de la chaîne sont caractérisés par de grands cirques à parois abruptes dont l’Ampitambe, la Kelialina, l’Ihazolava ; d’autres rivières y prennent leurs origines. Les pentes des massifs sont plus douces vers Arivonimamo. Les cônes et les cratères ont tous été détruits par l’érosion, mais des traces de cônes plus ou moins démantelés sont observées dans l’extrémité Nord. Les coulées se sont répandues latéralement formant des lignes de crêtes tabulaires.
Les coulées de l’Ankaratra méridional se sont épanchées vers l’Ouest dans les échancrures du massif des Vavavato ; c’une énorme masse granitique profondément découpée et sculptée par l’érosion.
Les grandes unités structurales des Hautes terres centrales précambriennes sont rattachées au système Andriamenien de 2 100 m d’altitude. Le massif volcanique repose sur ce socle précambrien varié, fracturé dans tous les sens.
Pour la commune rurale de Tsiafajavona, deux groupes de roches sont présents dans ce milieu. Ce sont les roches cristallines du socle précambrien et les roches volcaniques. Ces roches cristallines font partie du groupe d’Ambatolampy, et formées de micaschiste, de gneiss à graphite et de migmatite. C’est une association d’un ensemble de roches à faciès ectinitique schisteuse dominant et de formation quartzique et calcique à la base. Les roches volcaniques sont des produits d’émission volcanique de l’Ankaratra vers la fin du Tertiaire. Pour cela, on distingue du trachyte, du basalte et des projections basaltiques. Ces roches volcaniques se sont enfouies sous la couverture végétale. Aussi sous l’influence du climat tropical humide, uneformation de cuirasses latéritiques affleure le basalte comme l’indique la figure.

Les sols ferralitiques rouges

Ce sont des sols profonds, typiquement tropicaux. Leur formation a eu lieu lors de la fertilisation d’une roche mère cristalline ou volcanique, et dont l’étape ultime est la formation d’une cuirasse latéritique, véritable roche néoformée.
Les sols sont caractérisés par un horizon humifère brun rouge vif sur un horizon argilo limoneux passant du rouge au jaunâtre, et devenant plus argileux en profondeur quand la formation a lieu sur basalte. Si la formation se fait sur socle cristallin, ils ont des horizons plus clairs ; l’horizon argilo limoneux varie progressivement avec toutes les nuances du rose. La teneur en matières organiques est de 4 à 7%.
Les sols ferralitiques rouges apparaissent surtout au niveau des sommets des interfluves et des replats situés dans les altitudes inférieures à 2 000m.

les sols ferralitiques bruns humifères

Ils se forment sur roches basaltiques altérées, présentés par un horizon humifère brun à brun foncé de bonne structure. Leurs profondeurs peuvent atteindre jusqu’à 0,35 m. L’horizon argilo limoneux sous-jacent a une coloration jaunâtre ou violacée avec ou non des fragments de basalte. La teneur en matières organiques en surface est de 20%. Ces sols ont donc subi un degré de ferrallitisation moins poussé que les précédents, mais plus riches en matières organiques. Ils occupent une grande partie des pentes des bassins versants et ils peuvent atteindre 2 000 m.

les sols alluviaux biens drainés

Ces sols ont trois horizons : l’horizon humifère brun foncé à structure grumeleuse, l’horizon humifère argilo limoneux à structure compacte et l’horizon constitué d’un conglomérat de base constitué de galets roulés, fortement cimentés entre eux par des particules argileuses. Ce type de sol est probablement dû à l’assèchement progressif des alluvions lacustres et des sols tourbeux des vallées, d’anciens lacs ou de marécages ; ce qui donne leur richesse en matières organiques. Les richesses minérales viennent des cendres volcaniques et des particules argileuses amenées par l’érosion torrentielle du bassin versant. Ils constituent la majorité du fond du bassin alluvial d’Ankeniheny.

les sols hydromorphes

Ils sont formés en présence temporaire ou permanente d’eau caractérisant leur abondance en matières organiques complètement décomposées, avec un pH légèrement acide ou neutre, donc très fertile. Leur formation se situe dans le bassin alluvial d’Ankeniheny, la totalité de la vallée creusée de l’Antoby et la majorité des vallées arrosées par l’Amparihimena et ses branches.

les andosols

On rencontre les andosols de l’Ankaratra dans les régions d’altitude supérieure à 2 000m. Sa texture est argileuse avec 10% de sable, 20% de limons fins et 50% d’argile. Les andosols de l’Ankaratra possèdent en grandes quantités (de 20 à 30%) de matières organiques. Ils sont caractérisés par la présence des horizons suivants: Horizon A 1 1 de couleur noire foncée, humide, argileux à limono argileux. Sa structure est uniforme, fine à polyédrique fine, avec des pores et de nombreuses racines. Son épaisseur est de 20 cm mais il peut atteindre jusqu’à 30 à 40 cm. Il est riche en matières organiques. Horizon A 1 2 de couleur brune très foncée, argileux d’aspect savonneux au toucher. Il est structuré fortement à l’état sec et non humide. Il est très poreux avec de nombreuses racines très fines. Ce sol est aussi organique et son épaisseur varie selon leur position topographique. Horizon B de couleur brune jaune à brun rouge, encore très humide, argileux et savonneux au toucher. Sa structure est identique à la précédente. Il est très poreux mais il n’y a pas de racine. Son épaisseur aussi dépend de la position topographique. Horizon C : son épaisseur et sa nature est fonction de la roche mère et de la position topographique.
Grâce au climat frais et humide de l’Ankaratra, la teneur en eau plus élevée dans les andosols, favorise la forte proportion en matières organiques.

L’aluminium

L’aluminium est le métal le plus abondant de l’écorce terrestre et le troisième élément le plus abondant après l’oxygène O et le silicium Si. Il représente 8% en masse des matériaux de la planète. C’est un élément chimique classé dans le tableau de classification périodique des éléments, de symbole Al, de couleur argentée. L’aluminium est extrait de son minerai qui est une terre rouge, appelée bauxite. Ce métal est très oxydable à l’état métallique mais cette oxydation n’est qu’un passage à l’état inoxydable. Ceci est dû à l’apparition d’une couche fine d’alumine Al 2O3 de quelques micromètres d’épaisseur, imperméable, le protégeant de la corrosion.
L’aluminium est un métaux les plus utilisés en industrie à l’état pur ou en alliage, car ses propriétés présentent un atout dans le monde de l’industrie. La production mondiale de ce métal n’a cessé d’augmenter après sa découverte.

Historique

Le premier métal a été découvert en 1825 par le chimiste et physicien danois Hans Christian Orsted, puis approfondi par Friedrich Wöhler. En 1846, la méthode utilisée par Wöhler a été suivie par le chimiste français Henri Sainte Claire Deville. Il utilise le sodium pour réduire le minerai afin d’obtenir un bon rendement. En 1888 : fondation des premiers sociétés de production en Suisse, France et aux Etats Unis.
L’aluminium sert à fabriquer des pièces de monnaie en France depuis 1941.

Propriétés de l’aluminium

L’aluminium a 22 isotopes avec un nombre de masse variant de 21 à 42, et quatre isomères nucléaires. L’aluminium Al est le seul isotope stable, le rendant mono isotopique.

Propriétés physique

L’aluminium est un métal léger de faible densité, déformable, de couleur argenté-gris mat. Il est inoxydable après formation d’un film d’alumine obtenu par oxydation de la couche extérieure du matériau.
Par rapport à l’acier et le cuivre, l’aluminium a une densité de 2,7 de trois fois inférieures à ces deux derniers. Il est facile à mouler et à usiner, ductile (sixième des plus ductiles) et malléable (deuxième métal plus malléable). Cette propriété de malléabilité est due à la nondirectionnalité de ses liens métalliques ; il est ductile parce que les ions métalliques sont entourés par un nuage d’électrons. Tout ceci grâce au modèle à électrons libres de la liaison dans les métaux.
On peut modifier la propriété mécanique de l’aluminium en le mélangeant avec d’autres métaux en formant des alliages. La possibilité de réduire sa ductilité ou d’augmenter sa caractéristique mécanique s’effectue par un processus de déformation à froid, appelé écrouissage. Il est responsable de l’augmentation de la dureté et de la charge de rupture, mais également il réduit la conductivité électrique et sa résistance à la corrosion. Les propriétés mécaniques des alliages d’aluminium diminuent lorsque la température augmente ; par contre, à faible température, la ductilité de l’aluminium est bonne grâce à sa structure cubique à face centrée.
L’aluminium est considéré comme le métal des plus légers. Son point de fusion est relativement bas et il est stable à toutes les températures même à l’état de fusion. Il a la même propriété que le cuivre, car il a une bonne conductivité thermique et sans magnétisme.

MATERIELS ET METHODES

OBTENTION DES ECHANTILLONS A ANALYSER

Le sol de moulage et processus de fabrication des marmites

Le processus de fabrication des marmites en aluminium d’Ambatolampy se fait par moule perdue. L’aluminium, matière première, est fondu dans un four chauffé au charbon de bois.
La fusion de l’aluminium se fait en deux parties : l’une pour enlever les impuretés et l’autre pour le moulage. Ces deux étapes sont données par la photo.

Préparation des échantillons

Les échantillons sont alors pesés puis séchés dans une étuve pendant au moins un jour à une température de 105°C. Une fois sèche, on prend une petite partie pour broyer (prise d’environ 40 g). La prise se fait par quartage c’est-à-dire en partage à quantité et à qualité égales. On broie cette prise de 40 g à l’aide d’un broyeur appelé « broyeur à gâte » pour avoir une taille très fine d’environ 0,080 mm de diamètre. L’échantillon broyé sert pour la suite à faire l’analyse chimique et à quelques analyses physico-chimiques. Une partie des échantillons non broyés est utilisée pour la granulométrie et la perte au feu.

ANALYSE PHYSICO-CHIMIQUE

Détermination de la teneur en eau

La détermination de la teneur en eau permet de déterminer la quantité d’eau en surface contenue dans l’échantillon. L’échantillon provenant de la carrière est pesé, soit sa masse et on le met dans une étuve à 105°C pendant 24h au minimum. Après, on sort l’échantillon de l’étuve et on le pèse, soit sa masse. La teneur en eau est obtenue par :

Granulométrie

Granulométrie par tamisage

La granulométrie est l’étude de la distribution des grains dans une roche ou dans un sédiment en fonction de leur taille. La variation de leur taille de quelques microns à plusieurs mètres permet de les classifier. La classification peut être obtenue par des échelles granulométriques. L’étude de la granulométrie permet de calculer différents paramètres granulométriques pouvant renseigner sur le mode de dépôt de l’échantillon et l’environnement de dépôt. Principe et mode opératoire : Les minerais sont tamisés à sec sur une série de tamis de mailles différentes. Le refus désigne la partie des grains retenue dans un tamis. Le refus cumulé représente tous les grains bloqués jusqu’au tamis considéré (les grains du tamis considérés avec les grains bloqués dans les tamis de mailles supérieures). Le tamisât ou passant désigne la partie qui traverse le tamis.
La masse cumulée des différents refus est exprimée en pourcentage par rapport à la masse initiale de l’échantillon de granulat. Les pourcentages ainsi obtenus sont exploités soit numériquement, soit graphiquement. Cela permet d’observer la proportion de refus cumulé ou de tamisât jusqu’à un diamètre de grain par rapport au granulat.
La préparation du tamis consiste à superposer les tamis de mailles différentes de l’ordre croissant de bas vers le haut. Le choix de la dimension des tamis est libre mais il faut toujours respecter les dimensions du tamis de dessous, qui doivent être toujours inférieures à celles du tamis de superposition. Le tamis le plus bas se repose sur un fond appelé fond de tamis.
Une fois les tamis prêts, peser l’échantillon et le verser sur le tamis de plus grande ouverture qui se trouve plus haut. Puis, placer le tout sur un agitateur appelé RO-TAP pendant 5 mn.Après, peser les refus de chaque tamis.

Mesure du pH et de la conductivité électrique

Mesure du pH

Le pH ou potentiel d’Hydrogène d’un sol est un pH eau qui correspond à la concentration en ion hydrogène H + du sol en solution dans l’eau.
Le principe de la mesure du pH est que la différence de potentiel crée entre une électrode de verre et une électrode de référence, plongée dans une solution à analyser qui est une fonction linéaire de celle-ci.

Mode opératoire 

Mettre dans un bécher environ 20 g de sol séché et 25 ml d’eau distillée. Bien mélanger à l’aide d’une baguette de verre tout en l’agitant pendant 30 mn. Introduire l’électrode du pH mètre bien étalonné dans la suspension et lire le pH.

Mesure de la conductivité électrique

La conductivité électrique est une propriété pour le transport du courant électrique. Le principe de la conductivité est de déterminer la capacité du sol en solution avec l’eau à transporter l’électricité. La mesure de la conductivité est la même que la mesure du pH en remplaçant le pH-mètre par un conductimètre.

Analyse thermo pondérale 

L’analyse thermo pondérale (ATP) ou bien encore analyse thermogravimétrique (ATG) est une technique de mesure de changement ou de perte de masse en fonction de la température de cuisson. Elle permet de caractériser l’échantillon selon la perte de masse et la température correspondante.
Le principe de cette méthode est de soumettre l’échantillon à un programme de température varié et d’enregistrer sa perte de masse ou perte au feu. Cette méthode est parfois accompagnée d’une analyse thermo différentielle (ATD). L’analyse thermo différentielle est une technique utilisant deux matériaux : l’un qui est l’échantillon à analyser et l’autre qui sert de référence. Elle mesure la différence de température entre eux en fonction de la température lorsqu’ils sont soumis à une température programmée.

Interprétation 

L’eau d’humidification ou d’interposition ou libre ou de mouillage, est liée de façon mécanique et est éliminée totalement à environ 100°C
L’eau d’adsorption liée faiblement par attraction ionique s’élimine avant d’atteindre 200°C.
L’eau zéolitique est constituée des eaux moléculaires piégées dans les cavités du réseau s’élimine avant 300°C.

Table des matières

LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES FIGURES 
LISTE DES PHOTOGRAPHIES 
LISTE DES ABREVIATIONS 
LISTE DES UNITES 
FORMULES CHIMIQUES
LISTE RELATIVE AUX NOTATIONS DES FORMULES
INTRODUCTION GENERALE 
CHAPITRE I : ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
I- GENERALITES SUR LA ZONE D’ETUDE
I-1 Monographie de la région d’Ambatolampy
I-2 Hydrographie
I-3 Géologie
I-4 Relief
I-5 Climat
I-5-1 Saison chaude et humide
I-5-2 Saison fraîche et à faible précipitation (sèche)
I-6 Sols
II- MATIERE PREMIERE POUR LA FABRICATION DES MARMITES
II-1 L’aluminium
II-1-1 Historique
II-1-2 Propriétés de l’aluminium
a- Propriétés physique
b- Propriétés chimiques
CHAPITRE II : MATERIELS ET METHODES
I- OBTENTION DES ECHANTILLONS A ANALYSER
I-1- Le sol de moulage et processus de fabrication des marmites
I-2 Procédé d’échantillonnages
I-3 Préparation des échantillons
II- ANALYSE PHYSICO-CHIMIQUE
II-1 Détermination de la teneur en eau
II-2 Détermination de l’humidité
II-3 Détermination de la perte au feu
II-4 Granulométrie
II-4-1 Granulométrie par tamisage
II-4-2 Granulométrie de texture
II-5 La densité
II-6 Mesure du pH et de la conductivité électrique
a- Mesure du pH
b- Mesure de la conductivité électrique
II-7 Analyse thermo pondérale
III- ANALYSE CHIMIQUE
III-1 Fusion alcaline .
III-2 Dosage de la silice SiO2
III-3 Dosage des hydroxydes
III-3-1 Dosage de Fe2O3
III-3-2 Dosage du titane TiO2
III-3-3 Dosage de l’alumine Al2O3
III-4 Dosage du calcium CaO
III-5 Dosage du magnésium MgO
IV- ANALYSE PAR SPECTROMETRIE DE FLUORESCENCE X (XRF)
IV-1 Principe
IV-2 Les rayons X
IV-3 L’effet photoélectrique et fluorescence
CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSION
I- RESULTATS DE L’ANALYSE PHYSICO-CHIMIQUE
I-1 Humidité, teneur en eau et perte au feu
I-2 Analyse granulométrique par tamisage
I-3 Résultat de l’analyse granulométrie de texture
I-4 Résultat de la densité réelle
I-5 Le potentiel d’hydrogène (pH) et la conductivité électrique (CE)
I-6 Résultat de l’analyse thermique pondérale (ATP)
II- RESULTATS DE L’ANALYSE CHIMIQUE
III- RESULTATS D’ANALYSE PAR SPECTROMETRIE DE FLUORESCENCES X(XRF)
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 
WEBOGRAPHIE 
ANNEXE