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[97] Harrat Nabil. (2013). *Elimination de la matière organique naturelle dans une filière conventionnelle de potabilisation d'eaux de surface*. Thèse de doctorat de l'Université Mohamed Khider-Biskra, spécialité : hydraulique.

[98] Hadj Salah Nadjet. (2012). *Etude de la dégradation photocatalytique de polluants organiques en présence de dioxyde de titane, en suspension aqueuse et en lit fixe*. Thèse de l'Université de Grenoble et l'Université Mentouri de Constantine.

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Annexes
# Annexe 1 : porosité d'adsorption par la méthode BJH

## Annexe 1.1 : porosité d'adsorption par la méthode BJH de l'échantillon sans mélasse de canne à sucre (0%)

<figure><img src="image_137.png" /><figcaption>FIGURE 3.91 – Courbe cumulée (en volume) de distribution des pores d'adsorption de l'échantillon sans mélasse de canne à sucre (0%)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_138.png" /><figcaption>FIGURE 3.92 – Courbe dérivée de distribution des diamètres d'accès de pores d'adsorption de l'échantillon sans mélasse de canne à sucre (0%)</figcaption></figure>
<figure><img src="image_139.png" /></figure>

FIGURE 3.93 – Courbe de dérivée logarithmique de distribution des pores d'adsorption de l'échantillon sans mélasse de canne à sucre (0%)

Annexe 1.2 : porosité d'adsorption par la méthode BJH du sol stabilisé à 8% de mélasse de canne à sucre

<figure><img src="image_140.png" /></figure>

FIGURE 3.94 – Courbe cumulée (en volume) de distribution des pores d'adsorption de l'échantillon stabilisé à 8% de mélasse de canne à sucre
<figure><img src="image_141.png" /></figure>

FIGURE 3.95 – Courbe dérivée de distribution des diamètres d’accès de pores d’adsorption de l’échantillon stabilisé à 8% de mélasse de canne à sucre

<figure><img src="image_142.png" /></figure>

FIGURE 3.96 – Courbe de dérivée logarithmique de distribution des pores d'adsorption de l'échantillon stabilisé à 8% de mélasse de canne à sucre
Annexe 1.3 : porosité d'adsorption par la méthode BJH du sol stabilisé à 12% de mélasse de canne à sucre

<figure><img src="image_143.png" /><figcaption>FIGURE 3.97 – Courbe cumulée (en volume) de distribution des pores d'adsorption de l'échantillon stabilisé à 12% de mélasse de canne à sucre</figcaption></figure>

<figure><img src="image_144.png" /><figcaption>FIGURE 3.98 – Courbe dérivée de distribution des diamètres d'accès de pores d'adsorption de l'échantillon stabilisé à 12% de mélasse de canne à sucre</figcaption></figure>
<figure><img src="image_145.png" /><figcaption>FIGURE 3.99 – Courbe de dérivée logarithmique de distribution des pores d'adsorption de l'échantillon stabilisé à 12% de mélasse de canne à sucre</figcaption></figure>

Annexe 1.4 : porosité d'adsorption par la méthode BJH du sol stabilisé à 16% de mélasse de canne à sucre

<figure><img src="image_146.png" /><figcaption>FIGURE 3.100 – Courbe cumulée (en volume) de distribution des pores d'adsorption de l'échantillon stabilisé à 16% de mélasse de canne à sucre</figcaption></figure>
<figure><img src="image_147.png" /><figcaption>FIGURE 3.101 – Courbe dérivée de distribution des diamètres d'accès de pores d'adsorption de l'échantillon stabilisé à 16% de mélasse de canne à sucre</figcaption></figure>

<figure><img src="image_148.png" /><figcaption>FIGURE 3.102 – Courbe de dérivée logarithmique de distribution des pores d'adsorption de l'échantillon stabilisé à 16% de mélasse de canne à sucre</figcaption></figure>
Annexe 2 : production scientifique

1- Modeling of deformations of fine clayey soils stabilized using sugar cane molasses : extension of the Ferber model. Publisher in the American Journal of Materials Science and Engineering (2021, Vol. 9, No. 1, 6-14).

American Journal of Materials Science and Engineering, 2021, Vol. 9, No. 1, 6-14
Available online at http://pubs.sciepub.com/ajmse/9/1/2
Published by Science and Education Publishing
DOI:10.12691/ajmse-9-1-2

<figure><img src="image_149.png" /></figure>

SciEP
sciepub.com

Modeling of Deformations of Fine Clayey Soils Stabilized
Using Sugar Cane Molasses: Extension
of the Ferber Model

Nice Ngouallat Mfoutou, Narcisse Malanda*, Jarlon Brunel Makela, Paul Louzolo-Kimbembe

Polytechnic National Superior School, Marien Ngouabi University, Brazzaville, Congo

*Corresponding author: nar6malanda@gmail.com

Received January 02, 2021; Revised January 07, 2021; Accepted January 26, 2021

**Abstract** This work presents a theoretical study based on the instability of fine soils stabilized with sugar cane molasses. Indeed, this stabilization is only effective during the dry season in the town of Nkayi due to the scarcity or non-existence of rainfall. This being the case, let us suppose that humidification influences the intrinsic parameters of the earth materials (suction, porosity) and even the stabilization capacity of the molasses, we can try to understand the instability phenomenon that occurs within the structural matrix of the material when it is solicited during periods of heavy rainfall. The current models which study the deformation of the proposed fine soils, relate the inter-aggregate voids, the intra-aggregate voids, the stability index, the suction of the soil material and the relative humidity of the environment. Also, the theoretical study of these models shows that the inter-aggregate voids increase with relative humidity, the intra-aggregate voids decrease with increasing relative humidity and the stability index decreases with increasing relative humidity.Similarly, inter-aggregate voids decrease with increasing suction, intra-aggregate voids increase with suction and the stability index increases with suction.However, with the extension of Ferber's model, the breaking point of the earth material is obtained using these same models, i.e. this minimum point beyond which the adhesion forces in the aggregate and between the aggregates become low to ensure cohesion between the aggregates in the material for a long time. All in all, this point is significant for Pr ($H_r$)

=35.768%, $e_{ing}=0.5262$, $e_{ag}=0.078$, $\frac{e_{ag}}{S} = 0.0005 262$), and S=146 MPa (suction value) and is defined as the breaking point below which the cohesion of the aggregates is not evident. This proposed model mathematically translates both the effects of relative humidity and suction on voids in earth materials. It also explains the deformations that take place in earth materials at the microstructure level (intra-aggregate voids and inter-aggregate voids) under the effect of moisture or suction.

**Keywords:** fine clay soils, sugar cane molasses, modelling, aggregate, void, deformation

**Cite This Article:** Nice Ngouallat Mfoutou, Narcisse Malanda, Jarlon Brunel Makela and Paul Louzolo-Kimbembe, "Modeling of Deformations of Fine Clayey Soils Stabilized Using Sugar Cane Molasses: Extension of the Ferber Model." *American Journal of Materials Science and Engineering*, vol. 9, no. 1 (2021): 6-14. doi: 10.12691/ajmse-9-1-2.

**1. Introduction**

Sugar cane molasses is dumped on dirt roads in Nkayi
town, including access roads to the production sites of the
agricultural sugar refinery company (Saris), to mitigate the
effects of raising soil dust as vehicles pass by. Molasses
showed remarkable cohesive behaviour on aggregates of
fine clay soils. Malanda et al (2017), for example,
observed an increase in the strength of compacted
raw earth briquettes stabilised with molasses [1,2].
However, molasses is soluble in water and soil
stabilisation using this product is only suitable in the
dry season, when rainfall is remarkably scarce given
the climate of the study area [3,4]. Thus, the stabilisation

is destroyed when it comes into contact with rainwater.
Malanda et al (2017) also observed dispersions of
characteristic compressive and tensile strength values
and data on drying kinetics, which are fairly acceptable
and reliable for bricks with the same amount of molasses
and the same curing time [1,2]. So, suppose that the
storage conditions of the bricks, especially relative
humidity, influence the intrinsic parameters of the
materials (suction, porosity) and even the stabilising
capacity of the molasses, what would be the effect of
humidification on the soil and the materials stabilised with
molasses?

This is because when stabilising soils or clay bricks,
molasses is added to the water content of the optimum
Proctor. We therefore consider that the molasses
constituent molecules circulating in the pores through the
<figure><img src="image_150.png" /></figure>

Full Length Research Paper

# Analyse macroscopique des effets de la mélasse de canne à sucre sur le sol fin argileux

Nice Ngouallat Mfoutou<fnref n="1" />, Narcisse Malanda<fnref n="1" />*, Paul Louzolo-Kimbembe<fnref n="1" />,<fnref n="2" />, Christ Ariel Ceti Malanda<fnref n="1" />

Received October 2020 – Accepted December 2020

<figure><img src="image_151.png" /></figure>

OPEN ACCESS

<figure><img src="image_152.png" /></figure>

Résumé:

Les analyses macroscopiques réalisées sur les galettes d'argile stabilisées à l'aide de la mélasse de canne à sucre et sur des galettes sans mélasse, montrent que toutes les galettes se contractent suivant le contour cylindrique des éprouvettes, en devenant plus petites horizontalement et verticalement. Aussi, elles gardent la forme cylindrique de l'éprouvette. Cela étant, ce type de sol fin argileux de la ville de Nkayi se contracte de manière uniforme. Toutes les galettes d'argile atteignent la limite de retrait en 48 heures. D'une part, les variations de volume sont plus grandes pour les galettes de 4%, 8% et 12% car leurs limites de retrait sont plus faibles. En conséquence, la limite de retrait augmente avec la quantité de mélasse. De même, la mélasse ralentit la variation de volume et le tassement induit par la dessiccation du sol étudié. Somme toute, celle-ci ralentit et empêche aussi la fissuration. Elle augmente la cohésion granulaire des particules du sol. Elle est aussi responsable de l'apparition des moisissures et des précipités sur les galettes d'argile. Cependant, le changement de teinture des galettes stabilisées montre qu'il y a eu probablement réaction chimique inopinée entre la mélasse et le sol fin argileux. Par ailleurs, les galettes d'agile sans mélasse, perdent plus vite l'eau interstitielle que celles contenant la mélasse

Mots clés : Analyse, Sol fin argileux, Mélasse de canne à sucre, stabilisation, Macroscopique

Cite this article:

Nice Ngouallat Mfoutou, Narcisse Malanda, Paul Louzolo-Kimbembe (2020). Analyse macroscopique des effets de la mélasse de canne à sucre sur le sol fin argileux. Revue RAMReS – Sci. Appl. & de l'Ing., Vol. 2(1), pp. 24-31. ISSN 2630-1164.

1. Introduction

La mélasse de canne à sucre, est un produit dérivé de la
production du sucre. Elle est disponible dans la ville de
Nkayi, grâce à la filière du sucre de la Société Saris
Congo.

Cependant, ce produit ne semble susciter que peu
d'intérêt économique et scientifique. Car, la mélasse de
canne à sucre est surtout considérée comme un déchet
résiduel à déverser au sol pour simplement attenuer les
effets de la poussière de terre. Or, le sol de la ville de
Nkayi est argileux. En effet ce type de sol a la
particularité de se dilater en présence d'eau et de se
contracter (retrait) sous l'effet de la température. Selon
les études menées par Malanda et al (2017), la mélasse
de canne à sucre apporte un gain de cohésion aux
briques en terre stabilisées à l'aide de la mélasse de
canne à sucre. En plus, la mélasse de canne à sucre,
additionnée à un peu d'eau, est souvent déversée sur le
sol fin argileux, le long des routes en terre, dans le but
de stabiliser le sol dans la ville de Nkayi [1].

Dans cette étude nous intéressons aux effets de la
mélasse de canne à sucre sur le sol fin argileux de la
ville Nkayi au niveau de la macrostructure, notamment:
le processus de séchage à l'air libre, la contraction, la
fissuration ... Pour cela, Le sol sous forme de pâte sera
additionné avec une certaine quantité de mélasse de
canne à sucre. La pâte obtenue de ce mélange est
placée dans les éprouvettes cylindriques et séchée à
l'air libre.

L'objectif est, en fonction de la quantité de mélasse de
canne à sucre, d'observer la morphologie de la surface
air-galettes, d'évaluer la perte de masse et de
dénombrer les fissures au cour du séchage à l'air libre.
En effet, ces paramètres semble être influencés par les
contraintes internes liées à la cohésion de la structure
granulaire.

2. Matériels et méthodes

2.1. Préparation des galettes d'argile stabilisées à l'aide de la mélasse de canne à sucre

<footnote n="1">¹Université Marien Ngouabie, Ecole Nationale Supérieure Polytechnique- Brazzaville, Congo</footnote>

<footnote n="2">²Université Marien Ngouabie, Ecole Normale Supérieure - Brazzaville, Congo</footnote>

<footnote>*Corresponding author. nar6malanda@gmail.com</footnote>

<footnote>Author(s) agree that this article remain permanently open access under the terms of the Creative Commons Attribution
License 4.0 International License.</footnote>
# Microstructure of Fine Clay Soils Stabilized with Sugarcane Molasses

Narcisse Malanda<fnref n="1" />, Nice Ngouallat Mfoutou<fnref n="1" />, Erman Eloge Nzaba Madila<fnref n="2" />, Paul Louzolo-Kimbembe<fnref n="1" />,<fnref n="3" />*

**How to cite this paper:** Malanda, N., Ngouallat Mfoutou, N., Nzaba Madila, E.E. and Louzolo-Kimbembe, P. (2022) Microstructure of Fine Clay Soils Stabilized with Sugarcane Molasses. *Open Journal of Civil Engineering*, 12, 247-269.

https://doi.org/10.4236/ojce.2022.122015

Received: March 21, 2022

Accepted: June 27, 2022

Published: June 30, 2022

Copyright © 2022 by author(s) and
Scientific Research Publishing Inc.
This work is licensed under the Creative
Commons Attribution International
License (CC BY 4.0).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

<figure><img src="image_153.png" /></figure>

Open Access

## Abstract

Sugar cane molasses has proved cohesive and excellent performance on soil aggregates (fine particles). However, the microstructure of consolidated soil by the molasses is not yet subjected to research. The analysis results of sample without molasses (0%) and consolidated samples at 8%, 12%, and 16% show that the molasses acts on the structure of clayey fine soil developing its microstructure of airy matrix type (sample without molasses (0%) to a microstructure of a qualified type, more solid. Consolidated samples to 8%, 12%, 16% of molasses). We also observe the presence of inter-aggregate pores (mesopores) of similar size in all samples. The results of porosimetrical analyses (BJH) of the sample without molasses and consolidated samples to 8%, 12%, and 16% show that simultaneous porous volumes of samples are reduced with the increasing of molasses quantity. This latter, therefore, acts on the porous volume (micropore < 2 nm and mesopore < 9 nm) by reducing them which really means, molasses occupies the porous volume of the sample. However, this sample seems not to have any effect on the size of mesopores 9 nm. Thus, this product induces the evolution of the soil structure towards the highly dense and condensed structure. Consequently, materials in consolidated soil by molasses will have mechanical properties far superior to those of materials consolidated soil without molasses.

## Keywords

Microstructure, Consolidated, Clayey Fine Soil, Molasses of Sugar Cane, Mesopore, Micropore, Specific Surface Area

<footnote n="1">¹National Upper Polytechnic School, Marien Ngouabi University, Brazzaville, Republic of Congo</footnote>

<footnote n="2">²Department of Chemistry, Biochemistry and Physics and Hydrogen Research Institute, University of Quebec in Trois-Rivières, Trois-Rivières, Canada</footnote>

<footnote n="3">³National Upper Education School, Marien Ngouabi University, Brazzaville, Republic of Congo</footnote>

<footnote>Email: *nar6malanda@gmail.com</footnote>
# Adsorption Isotherm of BET Nitrogen of Concretes with Consolidated Soil by Sugar Cane Molasses

Nice Ngouallat Mfoutou¹, Narcisse Malanda¹, Erman Eloge Nzaba Madila² and Paul Louzolo-Kimbembe¹,³

1. National Upper Polytechnic School, Marien Ngouabi University, Brazzaville BP. 69, Congo

2. Department of Chemistry, Biochemistry and Physics and Hydrogen Research Institute, University of Quebec, Trois-Rivières, Québec, G9A5H7, Canada

3. Upper School of Education, Marien Ngouabi University, Brazzaville BP. 69, Congo

**Abstract:** Sugar cane molasses is often poured out on roads with soil in the city of Nkayi, Republic of Congo in order to reduce the dust. Nitrogen physical adsorption has allowed us to collect information on the state of the accessible total area according to the quantity of sugar cane molasses. The adsorption isotherms, the specific area, the adsorbed quantity of nitrogen on a $Q_m$ mono layer, the number of molecules constituting the adsorbed sugar cane molasses ($n'$) have been examined. The obtained results show that the quantity of sugar cane molasses in the material does not modify the adsorption isotherm of nitrogen of type IV that remains and a hysteria loop of type H4 in all samples, this justifies the monocoat-multicoat adsorption mechanism with capillary condensation and mesopores presence in the structure of materials. Materials with elaborated raw soil by clayey fine soil used are mesoporous materials. More of 50×10¹⁸ molecules constituting sugar cane molasses occupy the extreme area accessible to soil clay, without occupying on accessible sites.

**Key words:** Isotherm, adsorption, BET (Brunauer, Emmet, and Teller) specific area, clayey fine soil, sugar cane molasses.

## 1. Introduction

Sugar cane molasses is used during the dry season to reduce the dust on roads by soil in the city of Nkayi, Republic of Congo (see in Fig. 1).

It has proved a cohesive excellent performance on aggregates (fine particles) of the soil of the city of Nkayi. Roads by treated soil with sugar cane molasses solution remain stable (no dust spreading) during at least 4 weeks while roads by soil dried with simple water remain are stable (no dust spreading) in a few time, about an hour or half hour time (report done on the ground).

The aptitude of sugar cane molasses consisting of bringing a seed of cohesion to the soil of the city of Nkayi, really finds its explanation at the ladder of the soil structure and at the chemical composition of sugar cane molasses.

Malanda et al. [1] have observed an increase of resistance of bricks by consolidated soil with sugar cane molasses that brings a seed of cohesion.

Ngouallat et al. [2] have observed a change of dye on the consolidated soils by sugar cane molasses and have suggested a possible reaction between organic constituents of sugar cane molasses and active constituents of soil. That is, the clay [2]. Now, the specific area of clays is the place of possible interactions in clayey materials [3-5], thus, between clay and sugar cane molasses.

Nitrogen physical adsorption is a method that can allow collecting information on the state of the total accessible area and the porosity distribution in soil according to the quantity of sugar cane molasses.

Experienced results of nitrogen physical adsorption are given in the form of curves linking quantity of adsorbed nitrogen according to the relationship between partial pressure and saturating vapor pressure for nitrogen. These curves are called isotherms [6].

<footnote>**Corresponding author:** Narcisse Malanda, Ph.D., professor assistant, research fields: materials sciences, transfer of pollutants through concrete, construction engineering and construction management.</footnote>