Ciment

Composé de mélanges de silicates et aluminates de calcium, le cæmentum des romains forme avec l’eau un système complexe de dissolution précipitation qui conduit une pâte plus ou moins fluide qui peut lier entre elles sable, pierres, galets et autres éléments pour constituer les bétons de construction.

Il semble que les égyptiens et les grecs connaissaient le ciment.
Les romains, grands bâtisseurs, savaient les propriétés du sable et de la chaux mélangés à des cendres volcaniques issues de la région de Pouzzoles et s’en sont servis pour des ouvrages qui ont bravé l’usure du temps et des hommes (cf. l’aqueduc romain près de Nîmes, autrement dit le Pont du Gard des billets de 5 €).
Très curieusement le savoir fut perdu, le Moyen Age ne le connaissait pas et ce ne fut qu’au XIXe siècle qu’un français, Louis Vicat, élucida l’hydrolyse de la chaux en 1817 et l’hydrolyse des ciments en 1840, sans brevets hélas.

En 1824, l’anglais John Aspdin prend un brevet sur la chaux hydraulique et le ciment Portland (nom dû à la couleur grise qui le faisait ressembler à la pierre issue de la péninsule de Portland). Il fallu attendre encore 20 ans pour que le principe de la fabrication à haute température de 1 450 °C du clinker posa les bases des méthodes modernes d’élaboration.

Les matières premières sont principalement le calcaire (CaCO3) et l’argile (silicoaluminates hydratés). A partir d’un mélange homogène préparé par voie sèche ou voie humide, ces éléments progressent à travers un four tournant vers une flamme qui porte les composants progressivement à 1 450°C. Les réactions suivantes ont lieu :

CaCO3 ------> CaO + CO2
Al2O3 + CaO + SiO2 ------> Ca3Al2O7 + Ca2SiO4
Ca2SiO4 + CaO ------> Ca3SiO5

Au delà de 1 400 °C se forme le clinker qui est un mélange pâteux de silicates et d’aluminates fondus. Le clinker est ensuite trempé à la sortie du four, puis refroidi et broyé finement. On y ajoute environ 5 % de gypse (CaSO4,2H2O) qui est un régulateur de prise.

La fabrication du clinker demande beaucoup d’énergie : environ 3 000-4 000 kJ/t, beaucoup de gaz (CO2) et de fumées sont aussi dégagées et nécessitent des installations de dépoussiérage très importantes pour ne pas polluer l’environnement.
Par ailleurs, de nombreuses cimenteries à la demande de l’ADEME se sont adaptées pour brûler des combustibles de récupération.

La notation cimentière est abrégée en S pour SiO2, A pour Al2O3, C pour CaO, F pour Fe2O3. D’où la dénomination des composés du ciment : SC2, SC3, C3A, C4AF. Il y a divers types de ciments :

    • le ciment Portland le plus courant, à prise plus ou moins rapide en fonction de la teneur en SC3 et SC2,
    • le ciment au laitier qui comporte des ajouts de 20 à 70 % de laitiers métallurgiques, plus résistants en milieu marin,
    • le ciment aux cendres volantes, auquel on ajoute des cendres issues des centrales thermiques.

On confond souvent ciment et béton : le béton est constitué de ciment plus des charges (sable, gravier), des additifs tels que des polymères qui sont des fluidifiants pour améliorer l’ouvrabilité, des fumées de silice (cf. Silicium) pour les bétons haute performance, autorisant des formes architecturales inédites, des fibres végétales ou métalliques pour les bétons renforcés.

La production mondiale de ciment progresse : elle est proche de 3,5 Gt. Ce sont les pays émergents qui en produisent et consomment le plus. Le ciment est un produit pondéreux, peu cher, qui ne supporte donc pas des transports par route supérieurs à 300 km. L’installation de cimenteries précède toujours l’essor de l’industrie. Quelques grandes sociétés, dominent la production et le marché. Les ciments Lafarge (France, n°1), puis Holcim (Suisse, n°2), Cemex (Mexique, n°3), HeidelbergCement (Allemagne) et Italcementi (Italie).

Pensée du jour
« Au football une défense en béton cimente une équipe »

Sources

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