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ARIVO

FACULTE DES SCIENCES

DOMAINE SCIENCES ET TECHNOLOGIES

MENTION CHIMIE

Mémoire en vue de master 2 en

CHIMIE INORGANIQUE - GENIE DES PROCEDES

Intitulé

Présenté le 11 août 2016

Par RASOLONDRAIBE Sébastien Todisoa Tahiriniaina Emmanuel

Devant le Jury composé de :

Président Monsieur Bruno RAZANAMPARANY

Encadrant Monsieur Mihasina RABESIAKA

Examinateurs Madame Harimisa RAVAOMANARIVO

Monsieur Andriamanjato RAJAOARISOA

Année universitaire 2014 2015

Utilisation du plan de Box-Benhken pour

SAEZSSTaTSf[a` VP peintures sol de qualité optimale

REMERCIEMENTS

En premier lieu, je tiens à remercier le Seigneur tout puissant de avoir donné la force, la santé et la vie qui a permis de réaliser ce travail.

Ce travail a été réalisé au laboratoire de Chimie Minérale et Chimie Appliquée de la Faculté

des SU. Je tiens à exprimer également ma profonde gratitude à Monsieur Bruno

RAZANAMPARANY, Professeur

Un grand merci à Monsieur Mihasina RABESIAKA, Professeur à la Faculté des Sciences de narivo, Responsable du parcours Chimie Inorganique- Génie des

Procédés. ience de

votre encadrement ainsi que pour votre bienveillante supervision au bon déroulement de mon vos conseils. Je remercie sincèrement Madame Lovasoa RABESIAKA, Maître de Conférences, à la Faculté des Scco-encadré avec Monsieur le Professeur

Mihasina RABESIAKA tout au long de ce travail.

adresse également mes sincères remerciements aux examinateurs, Madame Harimisa

RAVAOMANARIVO, Maître de Conférences

qui ont octroyé de leur précieux temps pour juger ce travail. Je tiens à remercier également mes parents, ma famille, mes amis et mes c soutenu moralement, matériellement et financièrement tout au long de mes études. Merci pour vos soutiens et encouragements. I

SOMMAIRE

LISTE DES TABLEAUX .................................................................................... V

LISTE DES FIGURES ...................................................................................... VI

INTRODUCTION ................................................................................................ 1

Première partie : Revue bibliographique ........................................................................... 3

A. Généralités sur les peintures ................................................................................... 4

A.1. Définition ............................................................................................................. 4

A.2. Constituants principaux des peintures .................................................................. 4

A.2.1. Liants ............................................................................................................. 4

A.2.2. Solvants ......................................................................................................... 6

A.2.3. Pigments ........................................................................................................ 6

A.2.4. Charges ......................................................................................................... 8

A.2.5. Additifs .......................................................................................................... 8

A.3. Types de peintures ............................................................................................... 9

A.3.1. Selon le solvant utilisé ................................................................................. 9

A.3.2. Suivant le mode de formation de film ......................................................... 11

A.3.3. Réactions chimiques diverses...................................................................... 11

A.4. Peinture et physique macromoléculaire ............................................................. 11

A.4.1. Actions polaire ............................................................................................ 11

A.4.2. Emulsion ..................................................................................................... 12

A.4.3. Polymérisation ............................................................................................ 12

A.4.4. Siccativité, formation des film ..................................................................... 12

A.4.5. Adhésivité .................................................................................................... 12

A.5. Qualification et identifications ........................................................................... 13

A.6. Composés organiques volatils (COV) ................................................................ 13

A.6.1. Définition .................................................................................................... 13

A.6.2. Effets et impacts des COV ........................................................................... 14

A.6.3. Mesures de réduction des émissions de COV ............................................. 15

A.7. Préparation de surface ........................................................................................ 15

A.8. Système ordonné de la couleur ........................................................................... 16

A.8.1. Cercle chromatique ..................................................................................... 16

II

A.8.2. Transparence, translucidité et opacité........................................................ 17

A.8.3. Teinte ........................................................................................................... 17

A.8.4. Luminosité ................................................................................................... 18

A.8.5. Permanence des couleurs ........................................................................... 18

A.8.6. Sursaturation ............................................................................................... 18

B. Peinture acrylique au sol ...................................................................................... 18

B.1. Peindre au sol ..................................................................................................... 18

B.1.1. Préparation des sols ................................................................................... 18

B.1.2. Mise en peinture .......................................................................................... 19

B.2. Type de sols ........................................................................................................ 19

B.2.1. Sols à base de ciment .................................................................................. 19

B.2.2. .............................................................. 20

B.2.3. Sol céramiques ............................................................................................ 21

B.3. ............................................................................. 21

B.3.1. Vieillissement physique ............................................................................... 21

B.3.2. Vieillissement chimique .............................................................................. 21

B.4. Problèmes, causes et préventions ....................................................................... 22

B.4.1. Bouillonnement ou microbullage ................................................................ 22

B.4.2. Cloquage ou boursoufflures ........................................................................ 22

B.4.3. Coulures ...................................................................................................... 23

B.4.4. Craquelures ................................................................................................. 23

B.4.5. Délamination ............................................................................................... 23

B.4.6. Eclatement (écaillage) ................................................................................ 24

B.4.7. Plissage (frisage) ........................................................................................ 24

C. Hygiène et sécurité ................................................................................................ 24

C.1. Etiquetages ......................................................................................................... 24

C.2. Micropolluants ................................................................................................... 25

C.2.1. Définition .................................................................................................... 25

C.2.2. Métaux et métalloïdes ................................................................................. 25

C.3. Sécurités pour les travaux de peinturage ............................................................ 26

D. ................................................................................................ 27

D.1. Définition ........................................................................................................... 27

D.2. ............................ 27

D.3. Modélisation mathématique ............................................................................... 28

D.4. ................................................................... 29 III

D.4.1. Comparaison des plans du second degré .................................................... 29

D.4.2. Plan de Box-Behnken .................................................................................. 30

Deuxième Partie : Partie expérimentale ........................................................................ 32

A. Matériels et méthodes ............................................................................................ 33

A.1. Choix des matières premières ............................................................................ 33

A.1.1. Solvant ......................................................................................................... 33

A.1.2. Charges ....................................................................................................... 33

A.1.3. Pigment ....................................................................................................... 34

A.1.4. Liants ........................................................................................................... 35

A.1.5. Additifs ........................................................................................................ 36

A.2. Choix de la formulation ...................................................................................... 36

A.3. Mode opératoire ................................................................................................. 37

B. Optimisation par un plan de Box-Benhken ......................................................... 38

B.1. Choix des facteurs .............................................................................................. 38

B.1.1. Facteur X1 ................................................................................................... 38

B.1.2. Facteur X2 ................................................................................................... 38

B.1.3. Facteur X3 ................................................................................................... 38

B.2. Choix des réponses ............................................................................................. 39

B.3. .................................................................... 39

B.3.1. Niveaux des variables ................................................................................. 40

B.3.2. Matrice expérimentale ................................................................................ 41

C. Résultats et discussions ......................................................................................... 41

C.1. Réponses du plan de Box-Behnken .................................................................... 41

C.1.1. Masse volumique ......................................................................................... 42

C.1.2. Pouvoir couvrant ........................................................................................ 42

C.1.3. Temps de séchage ....................................................................................... 43

C.1.4. ....................................................................................... 43

C.2. Modélisation des résultats .................................................................................. 43

C.2.1. Masse volumique ......................................................................................... 44

C.2.2. Pouvoir couvrant ........................................................................................ 46

C.2.3. Temps de séchage ....................................................................................... 46

C.2.4. ....................................................................................... 47

C.3. Recherche des conditions optimales .................................................................. 48

C.3.1. Optimum de Y1 ............................................................................................ 48

C.3.2. Optimum de Y2 ............................................................................................ 49

IV

C.3.3. Optimum de Y3 ............................................................................................ 49

C.3.4. Optimum de Y4 ............................................................................................ 50

C.4. Optimum multiréponse ....................................................................................... 50

CONCLUSION ................................................................................................... 53

Références bibliographiques .............................................................................. 55

V

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : Liants selon les groupements fonctionnels .............................................................. 5

Tableau 2 : Solvants couramment utilisés pour la fabrication de peintures ............................... 6

Tableau 3 : Principaux pigments de couleur fréquemment utilisés en peinture ......................... 7

Tableau 4 : Piments fonctionnels utilisés en peinture ................................................................ 7

Tableau 5 : Charges fréquemment utilisées en peinture............................................................. 8

Tableau 6 : Liste des additifs et leurs fonctions ......................................................................... 9

Tableau 7 : Impact et effet de certains COV sur la santé humaine. ......................................... 15

Tableau 8 : Propriétés des plans du second degré .................................................................... 29

Tableau 9 : Avantages et inconvénients des plans du second degré ........................................ 30

Tableau 10 : Nombres des essais pour construire le plan de Box-Behnken............................. 31

Tableau 11 ............................... 33

Tableau 12 : Résultats des essais de compatibilité et de formulation ...................................... 37

Tableau 13 ............. 40

Tableau 14 : Niveaux des facteurs et ses coordonnées réelles ................................................. 41

Tableau 15 : Coordonnées réduites de la matrice expérimentale ............................................. 41

Tableau 16: Réponses en fonction des facteurs en coordonnées réelles .................................. 42

Tableau 17 : Ecarts entre les valeurs modélisées et expérimentales ........................................ 44

Tableau 18 : Coefficients des modèles et ses résidus .............................................................. 44

Tableau 19 : Coordonnées réduites et réelles des points optimums pour chaque facteur ........ 50

VI

LISTE DES FIGURES

Figure 1 : Cercle chromatique .................................................................................................. 17

Figure 2 : Préparations des sols ................................................................................................ 19

Figure 3 : Mise en peinture ...................................................................................................... 19

Figure 4 : Plan de Box-Benhken à trois facteurs ...................................................................... 31

Figure 5 : Oxyde de fer vert ..................................................................................................... 34

Figure 6 : Surfaces de réponses de la masse volumique .......................................................... 45

Figure 7 1 et X3 ................................................................................ 45

Figure 8 : Surface de réponse du pouvoir couvrant.................................................................. 46

Figure 9 : entre X1 et X3 ....................................................................... 46

Figure 10 : Surface de réponse du temps de séchage ............................................................... 47

Figure 11 1 et X2 .............................................................................. 47 Figure 12 ............................................................ 48 Figure 13 : Courbe 1, X2) ; (X1, X3) et (X2, X3) ..................................... 48

Figure 14 : Superposition des isoréponses ............................................................................... 51

1

INTRODUCTION

non seulement pour la décoration de leur village mais aussi comme symbole de leur religion. matériaux qui peuvent être peints. En ces mél , plus résistantes. Or, leur permis la fabrication des peintures à la fois résistantes et non toxiques comme la peinture

acrylique. Ce type de peinture a été fabriqué pour la première fois en Amérique du Sud vers

les années 1950. Actuellement, elle est la peinture la plus utilisée en raison de son prix, de sa

résistance au vieillissement, de sa faible toxicité, etc.

Pour décorer et

sont disponibles tels, les carrelages, les moquettes, les parquets, etc. Les sols subissent un

grand nombre de frottements, et doivent donc avoir des matériaux résistants pour sa

e

alternative intéressante à ces techniques. La peinture sol est très pratique, que ce soit pour une

première application, ou pour une rénovation, simple et accessible à tous. De plus, elles sont

et la décoration personnalisées. Sa pose sur le béton

existe plusieurs types de peinture sol, le plus rencontré est à base de polyuréthane. Mais, ce

dernier est à base de solvant organique. C pour cette raison que ce travail se focalise sur la recherche de la production de peinture en phase aqueuse. Le but est sol acrylique 2

Pour atteindre cet objectif, ce travail est divisé en deux grandes parties. La première partie est

les généralités sur les peintures et sur les sont abordées. La deuxième partie est subdivisée en deux sous-parties. La

première détaille les matériels et méthodes utilisés pour les expérimentations. La seconde

sous-partie présente les résultaoptimisation par un plan de Box-Benhken et la discussion. Une conclusion générale achève cette étude. 3

Première partie : Revue bibliographique

4

A. Généralités sur les peintures

A.1. Définition

en couche mince sur

différents matériaux appelés supports. Elle forme sur ce dernier un revêtement solide,

adhérant et durable. En outre, elle confère à ces matériaux des qualités décoratives,

protectrices ou particulières (biocides, ignifuges, antidérapantes, hygiéniques, etc.)

[BOUDIEB, 2008].

A.2. Constituants principaux des peintures

A.2.1. Liants

on résine ou polymère, est la partie non volatile de la phase filmogène. En effet, il constitue le film des peintures.

séchage, seul le liant subit des modifications chimiques et physiques qui font le produit

liquide un produit solide [LELEU, 1994] ; [DGRNE, 2003].

Il existe plusieurs types de liants selon les groupements fonctionnels utilisés : les résines

vinyliques, les résines acryliques, les résines époxydes, les résines polyuréthanes, les résines

alkydes glycérophtaliques, les résines alkydes uréthanes, les résines formophénoliques ; les

résines vinyle-toluène acrylates, les résines méthyl-celluloses, les urée-formols, les huiles de

lins [DRPE, 2006] ; [INRS, 2005] ; [VISSAULT, 2006]. Le tableau 1 montre les liants selon les groupements fonctionnels 5 Tableau 1 : Liants selon les groupements fonctionnels Liants Caractéristiques et propriétés du film sec Utilisation Résine vinylique Grande souplesse ; incolore ; absence de jaunissement ; couleurs claires et pures ; insaponifiable par les fonds alcalins ; ; film sans tension superficielle

Tous travaux de peinture en intérieur en

finition mate ; utilisation possible en extérieur suivant la richesse du liant ; enduits intérieurs et décoratifs Résine acrylique Grande souplesse ; incolore ; absence de jaunissement ; insaponifiable ; film sans tension ; excellente tenue extérieure

Travaux de traitement de façade en

imperméabilité ; peinture et décoration intérieure ; collage de revêtement à dossier synthétique ; mastics et enduits pour extérieur

Résine

époxydique

Film très dur ; très bon accrochage sur les

matériaux à liadolbznt hydraulique et sur les métaux ; excellente résistance aux alcalins et aux solvants ; facilement recouvert

Peintures de sol

sur béton et mortiers ; primaires pour métaux ; mastics et mortiers de rebouchage : collage de béton ; protection industrielle

Résine

polyuréthane Très dur et très brillant ; résistant aux intempéries ; excellente résistance aux acides ; imperméabilité totale

Peintures de sols ; peinture pour

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