Soutenance mémoire
Parmi les matériaux de construction, les matériaux hydrauliques présentent l’avantage d’être modelables. Vers 2600 ans avant J.C., les Egyptiens ont commencés à utiliser des mortiers pour les joints, parements et les fixations de céramiques : il s’agissait d’un mélange de chaux, d’argile, de sable et d’eau. Il y a plus de deux mille ans les Romains ont amélioré la prise et le durcissement de ce liant en ajoutant de la terre volcanique de Pouzzoles à de la chaux vive obtenue par cuisson du calcaire et ont ainsi inventé le béton [BUR NICOLAS, 2012]. L’invention du ciment portland est généralement attribuée à Joseph ASPDIN, un maçon anglais celui-ci obtient en 1824 un brevet pour son produit, qu’il nomma ciment portland parce qu’il produisait un béton qui avait la couleur de l’excellente pierre naturelle extraite de la presque ‘île calcaire de Portland située sur la Manche, à L’ouest de l’île de Wright en Angleterre le nom a été conservé et est utilisé partout dans le monde [SALHI KAMEL, 2007, p5]. Sous l’impulsion de la révolution industrielle, l’humanité s’est découverte une multitude de savoirs, de savoir-faire, de possibilités et de perspectives de développement économique notamment par l’apparition de métiers, de secteurs d’activités tels que celui de l’industrie cimentière. L’industrie du ciment occupe une place prépondérante dans les économies de toutes les nations. Elle est un élément nécessaire pour la réalisation des projets de construction dans les domaines industriels, économiques, sociaux et culturels tout en essayant de répondre aux exigences futures de la conservation des ressources naturelles et la protection de l’environnement. Ainsi, les procédés de fabrication n’ont pas cessé de se perfectionner.
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 » ??(??)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] .
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] .
CONSTITUANTS DU CIMENT
DEFINITION DES CONSTITUANTS
Les constituants du ciment sont :
● Soit des produits spécialement fabriqués à cet effet (Clinker, pouzzolanes artificielles) ;
● Soit des sous-produits d’autres industries qui subissent, en vue de leur incorporation dans les ciments, une sélection et une préparation plus ou moins élaborée (laitier, cendres volantes) ;
● Soit des produits naturels qui, en vue de leur incorporation dans les ciments, ne subissent pas d’autre traitement qu’un séchage et une pulvérisation (fillers, pouzzolanes naturelles).
PROPRIETES DES CONSTITUANTS
Les principales propriétés des constituants sont :
● Des propriétés hydrauliques (dans la zone verte), c’est-à-dire qu’ils forment, par réaction avec l’eau, des composés hydratés stables très peu solubles dans l’eau, présentant une forte adhérence entre eux et aux granulats, et créant ainsi progressivement une cohésion croissante des pâtes, des mortiers et des bétons. Parfois, pour se déclencher, ces propriétés hydrauliques nécessitent l’intervention d’un catalyseur constitué par une base forte (notamment chaux ou chaux naissante libérée par la prise du clinker) ;
● Des propriétés pouzzolaniques (dans la zone violette), c’est-à-dire qu’ils ont la faculté de former à température ordinaire, en présence d’eau, par combinaison avec de la chaux, des composés hydratés, stables, analogues à ceux formés par les constituants hydrauliques au cours de leur hydratation ;
● Des propriétés physiques, qui améliorent certaines qualités du ciment (accroissement de la maniabilité et de la compacité, diminution de la perméabilité…). Les principaux constituant entrant dans la composition du ciment sont situés sur le trait rouge, qui présente un rapport de Si/Al constant. [NORME CAMEROUNAISE NC 234, 2005,p5] .
CLINKER (K)
Le constituant principal des ciments industriels actuels est le clinker, mot anglais signifiant «scorie».Produit constitué en majeure partie de silicates et d’aluminates de calcium anhydres, obtenu par cuisson jusqu’à fusion partielle (clinkérisation) d’un mélange dosé et homogénéisé de matières crues ayant principalement comme composants de la chaux (???), de la silice (???2), et en proportions moindres, de l’alumine ,??2?3 et de l’oxyde de fer ??2?3, le clinker est un matériau hydraulique qui doit être constitué d’au moins deux tiers, en masse, de silicates de calcium (Silicates tricalcique (???)3, ???2 (Alite) et dicalcique (???)2, ???2) ( Bélite)),la partie restante contenant de l’oxyde d’aluminium (??2?3), de l’oxyde de fer (??2?3) et d’autres oxydes.
POUZZOLANE (P)
Les pouzzolanes peuvent être naturelles ou issues de la calcination d’argile (artificielle).
➤ POUZZOLANE NATURELLE :
Produit d’origine volcanique essentiellement composé de silice, d’alumine et d’oxyde de fer et ayant naturellement des propriétés pouzzolaniques. Les pouzzolanes naturelles ne durcissent pas par elles-mêmes lorsqu’elles sont mélangées avec de l’eau, mais elles réagissent à température ambiante habituelle, en présence d’eau, avec l’hydroxyde de calcium [??(??)2] dissous, pour former des composés de silicate de calcium et d’aluminate de calcium développant des résistances. Ces composés sont semblables à ceux qui sont formés lors du durcissement des matières hydrauliques.
➤ POUZZOLANE ARTIFICIELLE :
Toute matière essentiellement composée de silice, d’alumine et d’oxyde de fer ayant subi un traitement thermique pour lui assurer des propriétés pouzzolaniques.
CENDRES VOLANTES (V OU W)
Les cendres volantes sont de nature silico-alumineuse ou silico-calcaire. Les premières ont des propriétés pouzzolaniques ; les dernières peuvent avoir, en plus, des propriétés hydrauliques. La perte au feu des cendres volantes sèches doit, dans tous les cas, être inférieure ou égale à 7% en masse. De plus, dans cette limite, pour une usine donnée, une livraison de cendres ne doit pas présenter une perte au feu s’écartant de plus de 2 %, en absolu, de la perte au feu moyenne calculée sur l’ensemble des livraisons annuelles.
Les cendres volantes sont obtenues par dépoussiérage électrostatique ou mécanique de particules pulvérulentes provenant du courant de gaz des chaudières, alimentées au charbon pulvérisé.
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Table des matières
INTRODUCTION
I. DEFINITION ET HISTORIQUE DU CIMENT
II. NOMENCLATURE CIMENTIERE
III. CONSTITUANTS DU CIMENT
III.1. DEFINITION DES CONSTITUANTS
III.2. PROPRIETES DES CONSTITUANTS
III.2.1. CLINKER (K)
III.2.2. LAITIER POUR CIMENTERIE (S)
III.2.3. POUZZOLANE (P)
POUZZOLANE NATURELLE
POUZZOLANE ARTIFICIELLE
III.2.4. CENDRES VOLANTES (V OU W)
III.2.5. CENDRE VOLANTE DE HOUILLE (V)
III.2.6. CENDRE VOLANTE DE LIGNITE (W)
III.2.7. SCHISTES CALCINES (T)
III.2.8. CALCAIRES (L)
III.2.9. FUMEES DE SILICE (D)
III.2.10. FILLERS OU CONSTITUANTS SECONDAIRES
III.3. ADDITIFS
III.3.1. SULFATE DE CALCIUM
III.3.2. SELS SOLUBLES
III.3.3. AGENTS DE MOUTURE
IV. FABRICATION DU CIMENT
IV.1. PROCEDE DE FABRICATION
IV.2. PROCESSUS DE FABRICATION
IV.2.1. ÉTAPE 1 : FABRICATION D’UN CRU
IV.2.2. ÉTAPE 2 : LIGNE DE CUISSON
IV.2.3. ÉTAPE 3 : PROCESSUS DE FABRICATION DU CIMENT
IV.2.4. CONTROLE DE FABRICATION ET DE QUALITE
V. PROPRIETES DES CIMENTS
V.1. PROPRIETES MECANIQUES
V.2. PROPRIETES CHIMIQUES
VI. TYPES DE CIMENTS, COMPOSITION ET DESIGNATION NORMALISEE
VI.1. NORMALISATION, MARQUAGE CE ET MARQUE NF DES CIMENTS COURANTS
VI.1.1. CLASSES DE RESISTANCE
VI.1.2. EXIGENCES PHYSIQUES
VI.1.3. Exigences chimiques
VI.1.4. EXEMPLE DE DESIGNATION D’UN CIMENT COURANT
VI.2. LES CIMENTS PORTLAND CEM I – NORME NF EN 197 – 1
a) COMPOSITION
b) VALEURS LIMITES
c) PRINCIPAUX DOMAINES D’EMPLOI
d) PRECAUTIONS PARTICULIERES
VI.3. LES CIMENTS PORTLAND COMPOSES – CEM II NORME NF EN 197 – 1
a) COMPOSITION
b) VALEURS LIMITES
c) PRINCIPAUX DOMAINES D’EMPLOI
d) PRECAUTIONS PARTICULIERES
VI.4. LES CIMENTS BLANCS
a) COMPOSITION et CARACTERISTIQUES
b) DOMAINES D’EMPLOI
VI.5. LES CIMENTS COMPORTANT DU LAITIER DE HAUT FOUTNEAU NORME NF EN 197 – 1
a) COMPOSITION
b) VALEURS LIMITES
c) PRINCIPAUX DOMAINES D’EMPLOI
d) PRECAUTIONS PARTICULIERES
VI.6. LES CIMENTS MACONNIER MC – NORME NF EN 413 – 1
a) COMPOSITION
b) CLASSES DE RESISTANCE
c) VALEURS LIMITES
VI.7. LE CIMENT PROMPT NATUREL CNP – NORME NF P 15 – 314
a) COMPOSITION
b) PRINCIPAUX DOMAINES D’EMPLOI
c) CARACTERISTIQUES
d) PRINCIPAUX DOMAINES D’EMPLOI
e) PRECAUTIONS D’EMPLOI
VI.8. LE CIMENT D’ALUMINATE DE CALCIUM CA NORME NF EN 14647
a) COMPOSITION
b) CARACTERISTIQUES
c) PRINCIPAUX DOMAINES D’EMPLOI
d) PRECAUTIONS D’EMPLOI
VII. HYDRATATION DU CIMENT
VII.1. HYDRATATION DES PHASES PURS
a) HYDRATATION DES PHASES SILICATES
b) HYDRATATION DES PHASES ALUMINATES
c) HYDRATATION DU FERROALUMINATE TRICALCIQUE : ??(??,?? − ?)
VII.2. EFFET DES SULFATES SUR L’YDRATATION DU CIMENT
a) EFFET DES SULFATES SUR L’HYDRATATION DES ???
b) EFFET DES SULFATES SUR L’HYDRATATION DES ALUMINATES
VII.3. ÉVOLUTION DE L’HYDRATATION
a) LA PERIODE DE PRE-INDUCTION
b) LA SECONDE PERIODE
VII.4. LES PHASES HYDRATEES DU CIMENT PORTLAND
a) LA PORTLANDITE
b) LES C-S-H
c) LES ALUMINATES HYDRATES
VIII. L’INDUSTRIE CIMENTIERE : QUELQUE IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX ET SOCIETAUX
VIII.1. LE PAYSAGE DE LA CIMENTERIE SENEGALAISE
a) SOCOCIM
b) CIMENTS DU SAHEL
c) DANGOTE
VIII.2. MAITRISE DES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX DIRECTS
CONCLUSION
