CIMENT

Élaboration du clinker

Le constituant principal des ciments industriels actuels est le clinker, mot anglais signifiant « scorie ».

Le clinker est obtenu en cuisant, vers 1 450 ⁰C, des mélanges appropriés de calcaire et d' argile, appelés crus. L'argile, principalement composée de silicates d'alumine, se scinde sous l'effet de la chaleur en ses constituants, silice et alumine, qui se combinent ensuite à la chaux provenant du calcaire pour donner des silicates et des aluminates de chaux.

La fabrication du ciment comporte tout d'abord une extraction du calcaire et de l'argile dans de grandes carrières, bien équipées mécaniquement. Des problèmes délicats sont parfois posés par les carrières peu homogènes ; dans les cimenteries modernes, ils sont résolus par la préhomogénéisation. Cette opération s'effectue dans de vastes hangars où le cru est rationnellement analysé et mélangé. Ce dernier est ensuite broyé très finement, les réactions chimiques qui se développent dans la zone de « clinkérisation » ne pouvant avoir lieu que pour des grains de quelques micromètres de grosseur. Le cimentier peut alors choisir entre quatre voies : humide, semi-humide, semi-sèche et sèche, voie la plus employée aujourd'hui.

Dans la voie humide, le cru est broyé et malaxé avec suffisamment d'eau (de 30 à 40 p. 100) pour constituer une pâte liquide. Ce procédé est simple et sûr, mais consomme beaucoup de combustible pour évaporer l'eau excédentaire ; c'est pourquoi on lui préfère, la fabrication par voie sèche. Le malaxage s'effectue mécaniquement dans de très grandes cuves cylindriques en béton, où le cru peut être corrigé chimiquement par des additions appropriées de calcaire ou d'argile et où une homogénéisation finale est assurée.

La voie semi-humide commence comme la précédente, puis le cru est débarrassé d'une partie de son eau dans des filtres-presses.

Dans la voie sèche, le cru est séché s'il y a lieu, puis broyé très finement après avoir été homogénéisé et, éventuellement, corrigé chimiquement dans de grands silos équipés pour un malaxage pneumatique ; il est introduit sous forme pulvérulente dans le four. Dans la voie semi-sèche, il ne l'est qu'après avoir été aggloméré, sous forme de boulettes, dans de grands granulateurs.

On utilisait autrefois des fours droits dérivés des fours à chaux ; il en subsiste quelques-uns qui emploient la voie semi-sèche. Les fours modernes sont généralement tournants, constitués par de grands cylindres métalliques, tapissés intérieurement de réfractaires, ayant quelques mètres de diamètre et atteignant plus de 100 mètres de longueur. Ils sont légèrement inclinés et tournent lentement, de façon à faire progresser le cru introduit dans la partie haute. Une flamme alimentée au charbon pulvérisé, au fuel ou au gaz est allumée à l'autre extrémité du four. C'est à celle-ci qu'est recueilli le clinker, sous forme de nodules incandescents.

De profondes modifications chimiques des constituants du cru se produisent au fur et à mesure que la matière progresse dans le four. Le ferro-aluminate tétracalcique apparaît le premier, avec une consistance pâteuse ou liquide ; lorsque le fer est épuisé par cette réaction, il se forme de l'aluminate tricalcique fondu. Ces deux corps fondus constituent le liquide des fours à ciment. Celui-ci dissout la silice et la chaux qui se combinent alors et cristallisent sous forme de silicates de chaux ; ce phénomène progressif constitue la « clinkérisation ». Si la silice et la chaux existaient seules dans le cru, il faudrait chauffer bien davantage, au-dessus de la température de fusion de la silice (1 900 ⁰C), pour obtenir la formation de silicates de chaux.

Des échangeurs de chaleur tant à l'amont qu'à l'aval du four permettent[...]