Le ciment, un matériau inorganique

DEFINITION ET HISTORIQUE DU CIMENT 

Le ciment est un liant hydraulique. C’est un matériau anhydre finement broyé qui, par simple mélange avec l’eau, développe des hydrates dont l’imbrication rigidifie le matériau granulaire non cohésif de départ en matériau cohésif présentant des propriétés mécaniques élevées. Il y a plus de 2000 ans, les Romains et les Grecs savaient déjà fabriquer du liant hydraulique en faisant réagir de la « chaux éteinte » 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 et des cendres volcaniques (riche en silice), notamment celle de la région de Pouzzoles (Naples en Italie). L’association des caractéristiques de ces matériaux avec une technologie très avancée semble être un facteur prépondérant dans le développement de l’empire romain. Elle a, entre autres, permis la construction de structures monumentales, inhabituelles pour cette période de l’histoire, et d’une durabilité exceptionnelle : le Panthéon avec sa coupole de 44 mètres de diamètre et le Colisée à Rome ainsi que le pont du Gard sont des monuments de plus de 1800 ans. L’utilisation et les secrets de fabrication de ce matériau se sont ensuite perdus à la chute de l’Empire face au retour de la maçonnerie en pierre [Ahmed Abdo Al-Eyani, 2016 /2017, p3]  Figure1 : le Panthéon avec sa coupole de 44 mètres de diamètre [W1] Figure2 : Le Colisée à Rome. [W2] 4 Figure 3 : Le Pont du Gard [w3] J. Smeaton redécouvre en 1756 les propriétés hydrauliques du mélange de calcaire avec de l’argile. En 1817, Vicat donne les proportions en calcaire et en silice pour constituer le mélange qui après cuisson sera un véritable liant hydraulique. J. Apsdin donne le nom de Portland au ciment qu’il fabriquait dans cette région et dépose un brevet en 1824. Mais la véritable industrialisation ne débute vraiment que dans les années 1850. Elle est motivée notamment par la possibilité d’avoir un matériau économique, moulable avec une bonne résistance à la compression et qui rend inutile la taille de la pierre. [YAHIA Mohamed, 2015/2016, p4] Tableau 1:Evolution de l ‘industrie du ciment : Evolution de l’industrie du ciment 1800-1900 Etude des propriétés hydrauliques de la chaux John Smeaton James Parker Louis Vicat Découvert du ciment Portland Joseph Aspedin Isaac Johnson Etude de la composition chimique et minéralogique Le Chatelier Tönebolm Proportion du standard pour le ciment Wilhelm Michaelis 5 Invention du four rotatif Atlas Portland cement 1900-1950 Préchauffage four Précalcinateur du four 1950-2011 Innovation dans les industries de mesure Réduction du coût et de la quantité de l’énergie Développement essentielle des ressources d’informations Développement du système de control a base informatique Avancement dans les régulations et les techniques pour contrôler la pollution.

NOMENCLATURE CIMENTIERE

Les constituants du ciment sont des oxydes. Pour les désigner, les cimentiers utilisent une notation abrégée, fondée sur la nature de l’élément oxydé, que nous utiliserons intensivement. En voici le code :[W4] Tableau 2:Nomenclature cimentière. Nom Formule chimique Notation symbolique La silice 𝑺𝒊𝑶𝟐 S La chaux 𝑪𝒂𝑶 C L’eau 𝐻2𝑂 H La ferrite 𝐹𝑒2𝑂3 F L’alumine 𝐴𝑙2𝑂3 A La magnésie 𝑀𝑔𝑂 M Le trioxyde de soufre 𝑆𝑂3 S̅ L’oxyde de sodium 𝑁𝑎2𝑂 N L’oxyde de potassium 𝐾2𝑂 K Le dioxyde de calcium 𝑪𝒂𝑶𝟐 𝐶̅ Cette notation permet d’écrire les réactions chimiques de transformation de ces éléments lors de l’hydratation, entre autre. L’expression en oxydes est une simplification d’écriture mais ne correspond pas à la réalité physique, ces éléments étant cristallisés pour la majorité d’entre eux. Il existe deux grandes familles de Ciments : 1. Les ciments Portland, constitués majoritairement de silice et de chaud et qui sont utilisés principalement dans les bétons et les ouvrages de génie civil ;   2. Les ciments alumineux qui se composent essentiellement d’alumine et de chaux. Ils ont été développés au début du 20éme siècle par Bied [Réf]. En raison de leur résistance aux attaques chimiques, de leur prise rapide ou de l’absence de chaux, ils sont utilisés en génie civil pour la confection de sols industriels, d’ouvrage d’assainissements ou des mises en service rapides, et dans la réalisation de réfractaires monolithiques utilisés dans l’industrie sidérurgique ou verrière.