Ciment

Clinker
Constituant de base du ciment, il résulte de la calcination à haute température (1 450°C) d’un mélange homogène de calcaire et d’argile, appelé cru. Il entre dans la composition de tous les ciments courants.

Laitier de haut fourneau
Résidu de l’industriel sidérurgique, il est issu du refroidissement rapide de la scorie fondue provenant de la fusion du minerai de fer. Ce matériau présente des caractéristiques hydrauliques latentes.

Pouzzolane naturelle
D’origine volcanique, cet élément composé de silice, d’alumine et d’oxyde de fer, améliore la qualité hydraulique des ciments.

Cendres volantes
Elles proviennent du dépoussiérage des gaz de chaudières alimentées au charbon pulvérisé. Mélangées au clinker, elles se comportent comme les pouzzolanes.

Fumées de silice
Particules sphériques très fines, elles sont obtenues par broyage de quartz. Leur ajout permet de fabriquer des bétons très performants en terme de résistance.

Additifs
Autres constituants servant à améliorer la fabrication du ciment ou de ses propriétés. Leur quantité globale ne peut pas dépasser 1 % en masse de ciment. Cette limite est à 0,5 % pour les additifs organiques (extrait sec).

Selon les différentes applications, les ciments doivent présenter un certain nombre de caractéristiques originales : prise rapide, résistance, inertie face aux agressions chimiques, etc. Ces propriétés dépendent de la composition même du ciment dont le seul élément commun reste le clinker. Le pourcentage de ce constituant peut varier de 100 % à 5 %.

Entrée en vigueur le 1er avril 2001 en remplacement d’une norme nationale plus ancienne, la norme européenne EN 197-1 a introduit une toute nouvelle dénomination pour l’ensemble des ciments. Elle répertorie de manière précise la composition de base des ciments en les classant en cinq familles principales. En même temps, elle permet de dresser pour chacune d’entre elles les champs d’applications.

• CEM I
  Les ciments dits Portland sont désignés CEM I (anciennement CPA). Ils intègrent de 95 à 100 % de clinker. Ils conviennent pour des travaux de toutes natures en béton armé ou précontraint.
• CEM II
  Les ciments Portland composés se classent dans la catégorie CEM II (ex-CPJ) en version A ou B en fonction du pourcentage de clinker. Ces ciments sont adaptés pour les travaux de maçonnerie et la fabrication de béton armé ou précontraint.
• CEM III
  Les ciments de haut fourneau sont dits CEM III A, B (ex-CHF), ou C (ex-CLK). Outre le clinker, ils intègrent surtout une partie plus ou moins importante de laitier de haut fourneau (de 36 à 95 %). Ces liants sont destinés aux travaux hydrauliques, en eaux agressives et pour les ouvrages de masse (fondations, piles de pont, bétons lourds, barrages…).
• CEM IV
  La famille CEM IV regroupe les ciments pouzzolaniques (anciennement CPZ). La pouzzolane améliore la qualité hydraulique des ciments.<
• CEM V
  Enfin, les ciments au laitier et aux cendres sont répertoriés dans la catégorie CEM V (ex-CLC). Ils permettent le même type d’applications que les CEM III.

La profession considère aussi d’autres ciments particuliers, assujettis à d’autres normes : les ciments prompts naturels, les ciments à maçonner et les ciments alumineux.

Ciment prompt
Ciment prompt est un liant naturel obtenu à partir de la cuisson à température modérée (entre 500 et 1 200 °C) d’un calcaire argileux de composition régulière, suivie par un broyage très fin. Il se caractérise par une prise et durcissement très rapide (en quelques minutes), une bonne adhérence et une résistance aux eaux agressives. Il est de couleur jaune ocre à brune.
Le ciment prompt est utilisé pour les travaux de scellement, calage, enduits, montage de cloisons, réparation de sols, les travaux en milieu humide, les moulages, les pièces préfabriquées… En France, il est fabriqué par Vicat dans la région de Grenoble.

Ciment à maçonner
Ce ciment à base de clinker Portland est adapté à la réalisation d’enduits intérieurs ou extérieurs, ainsi que de mortiers de maçonnerie.

Ciment alumineux
Le ciment alumineux fondu est réalisé à base d’aluminates de calcium (contrairement au ciment courant qui est à base de silicates de calcium). Il est utilisé comme liant hydraulique ou comme réactif minéral associé à d’autres composants. Il résiste bien aux agents agressifs et aux hautes températures. Il est à l’origine de nombreux produits techniques tels que mortiers spéciaux, bétons réfractaires…

Ciment Fondu®
Ciment Fondu®, fabriqué à partir de bauxite et de calcaire, est le ciment alumineux le plus connu. Fabriqué par Kerneos (anciennement Lafarge Aluminates) [créer le lien www], il a une prise normale, mais un durcissement rapide et atteint très rapidement des résistances mécaniques élevées (résistance à la compression à 6 h supérieure à 30 MPa).
Ciment Fondu® est couramment utilisé sur tous les types de chantiers, du neuf à la rénovation, des travaux publics à l’artisanat du bâtiment.

NF EN 197-1
Norme européenne définissant les ciments courants. Elle est entrée en vigueur le 1er avril 2001 en remplacement d’une norme nationale, plus ancienne.

NF EN 197-4
Ciments de haut fourneau et à faible résistance à court terme.

NF EN 413-1
Ciment à maçonner (CM).

NF EN 14-216
Ciments à très faible chaleur d’hydratation.

NF EN 14-647
Ciment alumineux (CA).

NF P 15-314
Ciment prompt naturel (CNP).

NF P 15-317
Ciments pour travaux à la mer.

NF P 15-318
Ciments à teneur en sulfures limités pour précontrainte.

Pour plus d’informations, consultez le site de l’Afnor

La fabrication du ciment se déroule en plusieurs étapes :

• Extraction et concassage des matières premières.
• Préparation du « cru » : mélange par broyage de calcaire (80 %) et d’argile (20 %), corrections de composition si besoin par incorporation de bauxite, d’oxyde de fer, etc.
• Dans la voie sèche (la technique la plus employée), la matière première est préparée sous forme de poudre. Après préhomogénéisation, le mélange de matières est finement broyé dans des broyeurs sécheurs pour éliminer l’humidité résiduelle et obtenir une finesse nécessaire. Ensuite, le cru est homogénéisé dans des silos.
• Dans la voie semi-sèche, la matière agglomérée prend la forme de granules, et dans la voie semi-humide et humide, elle est transformée en une pâte fluide.
• Cuisson du cru (calcination) à 1 450 °C dans un four horizontal rotatif cylindrique pendant environ une heure. le produit obtenu, refroidi devient du clinker.
• Broyage du clinker avec du gypse (destiné à régulariser la prise). Le ciment Portland (CEM I) est prêt. Les ciments à ajouts reçoivent pendant cette phase d’autres éléments (laitier du haut fourneau, cendres volantes, fumées de silice, filliers calcaires, les pouzzolanes, etc.).

Monde
En 2006, la production mondiale de ciment a enregistré une progression de 12 % pour atteindre 2,5 Mdt (+ 6 % par rapport à 2005). Le marché asiatique continue à se développer de la manière la plus dynamique avec une augmentation de la production de 14,7 %, et en particulier en Chine, avec une augmentation de 19 %, suivie par l’Inde (+ 11 %). L’Europe a réalisé 13 % de la production mondiale en 2006 (+ 7 %), dont 10,6 % pour les 27 états membres de l’Union européenne. Le continent américain a connu un léger essoufflement de la croissance de la production de ciment avec une augmentation de 3 %. Quant aux États-Unis, la consommation est restée stable en 2006 (+0,3 %), mais les importations de ciment et de clinker ont atteint un niveau record de 36 Mt.

Répartition de la production du ciment dans le monde :

• Asie : 69,4 %
• Europe 13 %, dont Union européenne 27 : 10,6 %
• Amériques sans Etats-Unis : 5,8 %
• Afrique : 4 %
• Etats-Unis : 3,9 %
• CEI (CEI : Communauté des États) : 3,4 %
• Océanie : 0,4 %

Europe
En 2006, la production européenne du ciment s’est élevée à 325 Mt, soit 13 % de la production mondiale. L’Allemagne, l’Espagne et la Turquie ont enregistré une progression la plus dynamique avec + 7 %. Dans les pays de l’Union européenne, la production a atteint 269 Mt avec une croissance de 7 %.

Consommation de ciment en France

• 2005 : 22,5 Mt
• 2006 : 23,9 Mt

En France, cinq industriels assurent 94 % de la production et de la fourniture du ciment :
Ciments Calcia
Holcim Ciment
Kerneos (anciennement Lafarge Aluminates)
Lafarge Ciments
Vicat
(Cemex ne possède pas de cimenterie en France)

Principaux acteurs mondiaux (par ordre alphabétique) :
Cemex (Mexique)
Heidelberger (Allemagne)
Holcim (Suisse)
Italcementi (Italie)
Lafarge (France)
Taiheiyo Cement (Japon)

Institutions
France
SFIC : Syndicat français de l’industrie cimentière
Cimbéton : Centre d’informations sur le ciment et ses applications
Atilh : Association technique de l’industrie des liants hydrauliques
SFC : Société Française de Chimie

Europe
Cembureau : The European Cement Association
Febelcem : Fédération de l’Industrie Cimentière Belge
Gefic : Groupement des Entreprises Fournisseurs de l’Industrie de la Cimenterie
BCA : British Cement Association
VDZ : Verein Deutscher Zementwerke (Allemagne)

Monde
Association Canadienne du Ciment
Brazil Cement
Southeast Cement Association
Cement Industry Federation Australia
Cement China
Japan Cement Industry
Portland Cement Association (association nord-américaine)

L’ancêtre du ciment, inventé par les Egyptiens et perfectionné par les Romains, a été, jusqu’au début du XIXe siècle, le seul matériau connu capable de faire prise au contact de l’eau. Ce liant à base de chaux est mélangé à des tuiles ou briques concassées qui, grâce à l’argile contenu, lui apportent des propriétés hydrauliques. Les Romains rajoutaient aussi de la pouzzolane, terre volcanique de la région de Naples.

En 1817, Louis Vicat (1786-1861), ingénieur des Ponts et Chaussées de 32 ans, mène des travaux autour des phénomènes d’hydraulicité du mélange « chaux – cendres volcaniques ». Il est le premier à déterminer de manière précise les proportions de calcaire et de silice nécessaires à l’obtention d’un mélange qui, après cuisson à une température donnée et broyage, donne naissance à un liant hydraulique industrialisable : le ciment artificiel. Les premiers ciments issus de ces travaux avaient des caractéristiques de prise prompte, c’est-à-dire comprise entre 3 et 8 mn.

L’Ecossais Joseph Aspdin (1778-1855) affine la composition du ciment mis au point par Vicat et brevête en 1824 un ciment à prise lente. Il lui donne le nom de Portland, du fait de sa similitude d’aspect et de dureté avec la roche du jurassique supérieur de la région de Portland, dans le sud de l’Angleterre.
En France, la première usine de ciment est créée en 1846 à Boulogne-sur-Mer. Mais les premiers ciments (prompts) avaient été fabriqués dès 1823 à Pouilly, en Côte d’Or, puis plus tard à Vassy, dans l’Yonne, et à Port-de-France, dans l’Isère.
Dans les années 1850, la résistance du ciment artificiel atteint environ 1/10e de celle des ciments d’aujourd’hui, mais dépasse déjà les performances de la chaux et des ciments prompts. Le véritable essor de l’industrie cimentière coïncide avec le développement de nouveaux matériels de fabrication : four rotatif et broyeur à boulets en tête. Ainsi, en 1870, près de 40 h étaient indispensables pour produire 1 t de clinker contre 3 mn de nos jours !

Deux découvertes importantes marquent le début du XXe siècle. Il s’agit de la mise en évidence du principe de fabrication du ciment blanc, caractérisé par l’emploi de kaolin en lieu et place de l’argile. Le kaolin est exempt d’oxyde de fer, et n’entraîne aucune évolution des caractéristiques intrinsèques du matériau final. Celui-ci offre les mêmes capacités de résistance qu’un ciment gris comparable. En 1908, Jules Bied, directeur du laboratoire de la société Pavin de Lafarge découvre le Ciment Fondu®, mis au point à partir de calcaire et de bauxite.
Au fil des ans, d’autres ciments sont apparus, élargissant autant les domaines d’emploi possibles grâce à leurs propriétés particulières. Parmi les dernières nouveautés, le ciment sans poussière proposé par Lafarge et les ciments auto-nettoyants mis au point par Ciments Calcia (Italcementi Group).

A l’heure actuelle, il existe en France cinq familles de ciments comprenant 27 ciments courants. La norme européenne EN 197-1 en définit les champs d’application.

D’une production de 100 000 t en 1880, l’industrie cimentière française passe à 800 000 t en 1920. En 1938, ce chiffre atteint déjà 3,8 Mt et 7,4 Mt en 1950. La production culmine à 33,5 Mt en 1974, date du premier choc pétrolier. Depuis, le niveau s’est stabilisé aux alentours de 22 – 23 Mt.