ABC de la fabrication du ciment
Le ciment portland est fabriqué à partir d'un mélange de matériaux qui sont parmi les plus abondants au monde.
La formule la plus courante combine calcaire, argile et sable. Ces matières sont broyées ensemble puis chauffées dans un four rotatif, dit aussi four de calcination, dont la température peut atteindre 1 500 ºC (2 732 ºF).
Cette chaleur intense déclenche des réactions chimiques qui convertissent les matières premières en fusion partielle en petits nodules qu'on appelle du clinker. Après l'addition de gypse et d'autres matières essentielles, le mélange est broyé en une poudre grise extrêmement fine, connue sous le nom de ciment portland .
Le procédé de fabrication
On peut fabriquer le ciment portland selon deux procédés : par voie sèche ou par voie humide.
Quand on utilise la pierre comme matière première principale, la première étape après l'extraction de la pierre de la carrière, dans les deux procédés, est le concassage primaire. Les concasseurs sont capables de broyer des pierres de la grosseur d'un baril à pétrole. Ce premier concassage réduit la pierre à un diamètre maximal de 15 cm (6 po) environ. Ensuite, des concasseurs secondaires ou broyeurs à marteaux la réduisent à environ 7,5 cm (3 po) ou moins.
Dans le procédé par voie humide, les matières premières, soigneusement dosées, sont alors additionnées d'eau et broyées à nouveau, puis malaxées pour donner une « boue de sciage » (contenant assez d'eau pour être fluide) qui est canalisée vers le four. Dans le procédé par voie sèche, les matières premières sont broyées, mélangées et acheminées à sec vers le four. Par ailleurs, les deux procédés sont essentiellement identiques.
Le cru (le mélange homogène de matières premières broyées) est chauffé à une température excédant 1 450 ºC (2 700 ºF) dans un énorme four rotatif en acier, dont l'intérieur est recouvert de briques réfractaires. Ces fours ont souvent jusqu'à 3,7 m (12 pi) de diamètre (une automobile pourrait y entrer) et une longueur équivalant à la hauteur d'un bâtiment de 40 étages. Leur axe est légèrement incliné par rapport à l'horizontale. Le cru finement broyé ou la boue de sciage y entre à l'extrémité haute. À l'extrémité inférieure du four brûle un feu intense produit par la combustion à tirage forcé, minutieusement contrôlée, de charbon pulvérisé, de mazout ou de gaz.
À mesure que le cru avance dans le four, certains éléments se dissipent sous forme de gaz. Ceux qui restent s'unissent pour constituer une substance dotée de nouvelles propriétés physiques et chimiques. Cette substance, qu'on appelle clinker, prend la forme de nodules de la grosseur d'une bille.
Le clinker sort chauffé au rouge à l'extrémité inférieure du four, puis est généralement refroidi dans divers types de refroidisseurs. L'air chaud provenant des refroidisseurs est acheminé vers les fours, ce qui économise le combustible et accroît l'efficacité de la combustion.
Le ciment portland, l'ingrédient de base du béton, est un mélange soigneusement dosé de calcaire, de silice, d'alumine, de fer et de petites quantités d'autres matières, auquel on ajoute du gypse au stade de la mouture finale pour régler le temps de prise du béton. La chaux et la silice font environ 85 % de sa masse. On utilise souvent aussi le calcaire, les coquilles, la craie ou les marnes, en combinaison avec le schiste, l'argile, l'ardoise ou le laitier de haut fourneau, le sable de silice et le minerai de fer.
Pour fabriquer du ciment portland, il faut quelque 80 opérations distinctes et continues, beaucoup de machinerie lourde et de matériel, des températures intenses et une grande quantité d'énergie. Les dépenses d'équipement par travailleur de l'industrie cimentière comptent parmi les plus élevées de tous les secteurs industriels.
Chaque étape de la fabrication du ciment portland fait l'objet de nombreuses vérifications chimiques et physiques dans les laboratoires des cimenteries. Le produit fini est également soumis à des analyses et essais pour vérifier sa conformité à toutes les spécifications.
Animation Flash sur le procédé de fabrication du ciment
Suivez le procédé de fabrication du ciment, depuis la carrière jusqu'à l'expédition du produit fini, dans une animation Flash interactive (en anglais) .