L'origine du ciment / BTP

Visite de la cimenterie Calcia de Gargenville pour suivre tout le parcours de réalisation d'un sac à ciment.

Les 6 étapes principales de la fabrication du ciment:

L'Extraction:

L'extraction consiste à extraire les matières premières vierges (comme le calcaire "75 à 80%" et l'argile "20 à 25%") à partir de carrières naturelles à ciel ouvert.
Ces matières premières sont extraites des parois rocheuses par abattage à l'explosif ou à la pelle mécanique.
La roche est acheminée par des dumpers ou des bandes transporteuses vers un atelier de concassage. Les matières premières doivent être échantillonnées, dosées et mélangées de façon à obtenir une composition régulière dans le temps.
La prise d'échantillons en continu permet de déterminer la quantité des différents ajouts nécessaires (oxyde de fer, alumine et silice).

La Préhomogénéisation:

La phase de préhomogénéisation consiste à créer un mélange homogène. Cette opération peut être réalisée soit dans un hall un mélange préhomogène en disposant la matière en couches horizontales superposées, puis en la reprenant verticalement à l'aide d'une roue-pelle soit dans un silo vertical par brassage par air comprimé.

Après avoir été finement broyée, la poudre est transportée depuis le silo d'homogénéisation jusqu'au four, soit par pompe, aéroglisseur puis par aérolift ou élévateur.

Les fours sont constitués de deux parties:
la structure verticale fixe: la tour de préchauffage constituée de cyclones et d'échangeurs de chaleur.
le four ou tronçon rotatif.

Les gaz réchauffent la farine crue qui circule dans les cyclones en sens inverse, par gravité. La farine en s'échauffant au-delà des 800 °C environ va se décarbonater (partiellement) en libérant du dioxyde de carbone (CO2) et son eau. La farine chaude pénètre ensuite dans le tronçon rotatif analogue à celui utilisé dans la voie humide, mais beaucoup plus court.

Le problème des poussières:

Ce problème est rendu d'autant plus aigu, que les pouvoirs publics, très sensibilisés par les problèmes de nuisance, imposent des conditions draconiennes. Ceci oblige les fabricants à installer des dépoussiéreurs, ce qui augmente considérablement les investissements de la cimenterie.
Les dépoussiéreurs utilisés pour traiter les gaz du four sont:
les électrofiltre constitués de grilles de fils métalliques mis sous haute tension électrique et sur lesquels viennent se fixer des grains de poussière ionisée. Ces grains de poussière s'agglomèrent et, sous l'action de vibreurs ou de marteaux qui agitent les fils, retombent au fond du dépoussiéreur où ils sont récupérés et renvoyés dans le four. En dehors des pannes, ces appareils ont des rendements de l'ordre de 99%, mais absorbent une part importante du capital d'équipement de la cimenterie.

Séchage et broyage:

Le séchage et le broyage est l'étape visant à favoriser les réactions chimiques ultérieures. 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:

Le cru va suivre différentes étapes de transformation lors de sa lente progression dans le four vers la partie basse à la rencontre de la flamme.

La température nécessaire à la clinkerisation est de l'ordre de 1 450 °C.
L'énergie consommée se situe entre 3 200 et 4 200 kJ par tonne de clinker, qui est le produit semi fini obtenu à la fin du cycle de cuisson. Il se présente sous forme de granules grises.
A la sortie du four, le clinker doit être refroidi et broyé avant d'être stocké dans des silos de clinker.
Le clinker est le résultat d'un ensemble de réactions physico-chimiques progressives (clinkerisation).

Le Refroidissement:

Dans le cas des ciments gris, le clinker est refroidi dans la plupart des cimenteries actuelles par un refroidisseur à grilles:

le clinker va avancer a l'intérieur du refroidisseur grâce aux a-coups répétés des grilles sur lesquelles celui-ci repose, au travers des grilles, de puissants ventilateurs vont souffler sous le clinker afin de le refroidir.

Dans le cas du ciment blanc, plus fragile que le gris car il doit rester immaculé, un refroidisseur rotatif est inséré entre le four rotatif et le refroidisseur a grilles. Il s'agit d'un cylindre légèrement incliné qui tourne sur lui-même à l'intérieur duquel de l'eau est pulvérisée à l'aide de multiples buses. Bien que sa composition chimique soit légèrement différente, c'est grâce aux refroidisseur rotatif que le ciment peut rester blanc : en effet, son but est de refroidir très rapidement le clinker en sortie du four avant que celui-ci ne se soit oxydé au contact de l'air.

Le Broyage:

Le clinker est ensuite finement broyé pour donner un ciment aux propriétés hydrauliques actives. Ce broyage s'effectue dans des broyeurs à boulets, dispositifs cylindriques chargés de boulets d'acier et mis en rotation.