Le ciment est une poudre minérale fine obtenue au terme d’un processus de fabrication très précis. Mélangée à de l’eau, cette poudre forme une pâte qui se fige et durcit, même sous l’eau. Selon la composition et la finesse de la poudre, les propriétés du ciment ne sont pas les mêmes.
C’est une poudre minérale fine, principal composant du béton, auquel il confère un certain nombre de propriétés, et notamment sa résistance. Il s’agit d’un matériau de construction de haute qualité, économique, utilisé dans les projets de construction du monde entier. La composition classique du ciment est de 80 % de calcaire et 20 % d’argile. Ces deux éléments sont broyés, cuits à très haute température (1 450 °C), puis le résultat (le clinker) est à nouveau broyé. Lors de ce second broyage, des ajouts peuvent être faits afin d’optimiser certaines caractéristiques comme la prise et les propriétés mécaniques du ciment.
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Processus de fabrication
La fabrication du ciment se fait en 6 étapes. L’extraction ; l’homogénéisation ; le séchage -broyage ; la cuisson ; le refroidissement – broyage.
Les matières premières vierges (le calcaire « 75 à 80 % » et l’argile « 20 à 25 %) sont extraites des parois rocheuses par abattage à l’explosif ou à la pelle mécanique à partir de carrières généralement à ciel ouvert. La roche est ensuite acheminée par des tombereaux, (dumpers), ou des bandes transporteuses vers un atelier de concassage où les matières premières sont échantillonnées, dosées et mélangées de façon à obtenir une composition chimique standard, stable dans le temps. C’est l’homogénéisation.
Composition chimique du cru :
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77 à 83 % de carbonate de calcium ;
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13 à 14 % de silice ;
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2 à 4 % d’alumine ;
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1,5 à 3 % d’oxyde ferrique.
Apres l’homogénéisation qui consiste à créer un mélange homogène aux proportions chimiques bien définies, les matières premières sont séchées et broyées très finement (de l’ordre du micron) dans des broyeurs à boulets, ou, plus récemment, dans des broyeurs verticaux à meules, plus économes en énergie.
La cuisson du mélange aboutit à l’obtention du clinker. Il se présente sous forme de granulés gris.
La température nécessaire à la clinkérisation est de l’ordre de 1 450 °C. Au sortir du four, le clinker doit être refroidi et broyé encore avant d’être entreposé dans des silos.
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Les différentes catégories de ciments
En fonction de l’utilisation finale du ciment : construction résidentielle, la construction d’ouvrages d’art, les travaux souterrains ou encore la réalisation de bétons soumis à des milieux agressifs, sa composition chimique diffère.
Ainsi, il existe cinq types de ciment, désignés par CEM I jusque CEM V, en fonction de la teneur plus ou moins élevée en ciment Portland et en laitier de haut fourneau (cendre volante). Ils sont subdivisés selon la nature et la proportion des constituants.
Les cinq types de ciments, selon les constituants utilisés et leurs proportions.
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Le Ciment Portland (CEMI) : contient au minimum 95 % de clinker et au maximum 5 % de constituants secondaires.
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Les Ciments Portland composés (CEMII) : contiennent un élément autre que le clinker (et parfois plusieurs) : fumée de silice (limitée à 10 %), laitier, pouzzolane, schistes calcinés, cendres volantes issues des centrales thermiques. Ces autres constituants représentent maximum 35 % du mélange et participent à la mise en œuvre d’une écologie industrielle sur les territoires en créant des synergies entre les industries.
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Le ciment de haut-fourneau (CEMIII) de catégorie A ou B : contient entre 20 et 64 % de clinker et 36 à 80 % de laitier de haut-fourneau. Le ciment de haut-fourneau de catégorie C contient quant à lui entre 5 et 19 % de clinker et au minimum 81 % de laitier.
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Le ciment pouzzolanique (CEMIV) : est composé de 65 à 89 % de clinker dans sa version A et de 45 à 64 % dans sa version B. Ce type de ciment n’est pas fabriqué en France.
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Les ciments composés (CEMV) : contiennent de 20 à 64 % de clinker, de 18 à 50 % de cendres volantes et de 18 à 50 % de laitier de haut-fourneau.
Des normes de référence décrivent avec précision la composition de chaque type de ciment. Ce nombre est passé à dix à partir de 1994 avec l’évolution de la norme NF EN 197-1. Aujourd’hui, on peut compter vingt-sept types de ciments courants depuis la parution de la norme EN 197-1 en 2001.
NB : Les ciments blancs rentrent dans la catégorie CEM I ou CEM II.
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Quel ciment pour quel usage ?
À chaque projet de travaux correspond un ciment spécifique. Le choix du type de ciment à utiliser ainsi que sa préparation sont à élaborer en fonction des caractéristiques et des résultats recherchés :
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CEM I (ciments Portland) et CEM II (ciments Portland composés) : ciments les plus couramment utilisés dans les ouvrages d’art, les bâtiments industriels et commerciaux et dans la construction résidentielle, pour réaliser des ouvrages classiques en béton armé. Certains de ces ciments, spécialement formulés, sont également utilisables dans les travaux souterrains en milieux agressifs ou sous la mer.
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CEM III (ciments de haut fourneau) et CEM V (ciments au laitier) : ciments usuels à faible dégagement de chaleur durant l’hydratation et à faible teneur en sulfates, utilisés dans les travaux souterrains en milieux agressifs ou dans les travaux à la mer.
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CEM IV (ciments pouzzolaniques) : ciments usuels utilisant des produits minéraux d’origine volcanique ayant des propriétés hydrauliques.
Certains ciments comme le Ciment Naturel Prompt (CNP) fabriqué à partir d’une seule matière première (calcaire argileux) est un ciment spécifique à prise et durcissement rapides. Il est utilisé pour les travaux de maçonnerie rapide, dans l’eau et l’assainissement, mais aussi pour la restauration et la décoration du patrimoine bâti ainsi que dans l’éco-construction.
Aujourd’hui, avec trois tonnes par personne et par an, le béton est le matériau manufacturé le plus consommé au monde. La majorité des infrastructures étant érigées à partir de ce composant, il se pose un réel problème environnemental.
Certains cimentiers commencent à réduire leur émission de gaz à effet de serre tout en misant sur les énergies renouvelables pour leur production.
Par ailleurs, la recherche devrait être poussée et encouragée dans le domaine des matériaux de construction de substitution au ciment pour endiguer l’exploitation accrue des ressources naturelles entrant dans la fabrication du ciment.
Mohamed KANTE
Sources:
www.infociments.fr
www.ecocem.fr
www.vicat.fr