vignette|Du ciment, fourni en sac, prêt à être mélangé avec de l’eau et des granulats.
Le ciment est un liant hydraulique (qui durcit sous l'action de l'eau), utilisé dans la préparation du béton, et aujourd'hui le plus souvent employé dans la confection des dallages, des parpaings, des enduits et des mortiers.
Il est fabriqué par chauffage à très haute température de calcaire (70 à 80 %) et d'argile (20 à 30 %) pour former, par réaction endothermique, le clinker, des nodules de silicates de calcium. Ils sont ensuite broyés finement, d'autres composants étant éventuellement ajoutés (jusqu'à 30 %) dont du calcaire à nouveau, non cuit. Le ciment est utilisé pur ou en mélange avec des granulats (sables, graviers) en ajoutant de l'eau qui participe à la prise de cette poudre en un maillage très solide de nanocristaux de silicates de calcium hydratés. vignette|Poste d'observation des cimenteries d'Obourg (Belgique) en 1986. vignette|Site des cimenteries d'Obourg (Belgique) en 1986. Connu des Romains qui l'utilisent par exemple pour la construction du Panthéon, le ciment est oublié (le mortier de chaux restant en usage) puis redécouvert à la fin du , les travaux de Louis Vicat lui donnant une nouvelle vigueur à partir de 1818.
Les ciments sont actuellement classés sous la dénomination « CEM » suivi d'un chiffre romain allant de à suivi d'une lettre majuscule en fonction de leur teneur en et d'autres composants (chaux, fumées de silice, pouzzolane, laitier de hauts fourneaux). Le terme « ciment Portland » est tombé en désuétude depuis la fin des années 1970, remplacé par les termes « CPA » (ciment Portland pur) et « CPJ » (ciment Portland composé), abandonnés à leur tour lors du passage à la norme européenne, mais qu'on trouve encore dans plusieurs pays.
En 2008, plus de deux milliards de tonnes de ciment étaient produites par an dans le monde, à 80 % produits et consommés dans les pays émergents, avec une croissance de plus de 5 % par an de 1991 à 2008Lafarge en Égypte et aux Émirats arabes unis , Dossier de presse, Lafarge, janvier 2009, 30.
En 2006, pour la seule Europe, ce sont de tonnes, soit de la production mondiale. Cette production est très énergivore, et la production du clinker, son principal constituantLe ciment Portland est composé de plus de de clinker., est responsable d’approximativement des émissions de gaz à effet de serre (GES) anthropiquesÉmissions du ciment quelles perspectives, sur construction-carbone.fr : « On estime que le ciment pourrait être responsable de de émissions de Gaz à Effet de Serre (GES) anthropiques ». de performance économique, sociale et environnementale ; « Construire un monde durable » , (encart : les réductions des émissions de ), Groupe Lafarge, 2001, contribuant au réchauffement climatiqueDans son sur le changement climatique, l'Académie des sciences conclut que .
Étymologie Du temps de la Rome antique, les Jean-Pierre Adam, La Construction romaine. Matériaux et techniques, , Grands manuels picards, 2011, (du latin , signifiant moellon, pierre de construction) désignaient les pierres ajoutées in situ à la chaux pour constituer l. Vers le , la Rome antique améliore la technique de la chaux par l’incorporation de sable volcanique de Pouzzoles ou de tuileaux broyés (, le mélange est appelé alors « opus signinum » dans la terminologie archéologique moderne). Comme le dit Vitruve dans son De architectura (, ), le mortier peut résister à l'eau et même faire prise en milieu très humide. Cette vertu est due à la présence d'une grande quantité de silicate d'alumine. En ajoutant à la chaux aérienne de la pouzzolane ou des tuileaux, on la transforme artificiellement en chaux hydraulique. Ce n'est qu'en 1818 que Louis Vicat expliquera les principes de cette réaction, dans sa théorie de l'hydraulicitéLouis Joseph Vicat, Traité pratique et théorique de la composition des mortiers, ciments et gangues a pouzzolanes et de leur emploi dans toutes sortes de travaux (lire en ligne) ouvrant la voie à la découverte du ciment Portland.
Il y a eu par la suite confusion, puis transfert de vocable, le ciment devenant le mortier, puis le liant seul. .
Un glossaire du début appelle « ciment », les tuiles, briques ou carreaux cassés et réduits en poudre. Le mortier mêle de la chaux, du sable et du ciment. En 1822, le chimiste allemand Johann Friedrich John, appelle « ciment » les parties étrangères qui donnent à la chaux la propriété de durcir dans l'eau, soit son hydraulicité. Il dit qu'il est possible d'améliorer les chaux qui ne contiennent point le ciment en l'y introduisant par voie sècheClément Louis Treussart, Mémoire sur les mortiers hydrauliques et sur les mortiers ordinaires, chez Carillan-Goeury, 1829 (lire en ligne).
Au , la comparaison des mortiers des anciens (et surtout ceux qui ont été faits par les Romains) aux mortiers des temps modernes, conduit à supposer que les premiers étaient meilleurs. Plusieurs constructeurs annoncent alors avoir trouvé le secret des mortiers romains mais d'autres remarquent avec raison qu'il n'a subsisté à travers le temps que les constructions faites avec de bonnes chaux dans de bons mortiersLes mythes ont la vie dure comme le prouvent certains éditoriaux récents (). En 1796, James Parker invente le ciment naturel prompt, qui est baptisé improprement « roman cement ». La marque est traduite dans toutes les langues, ce qui donne en français le ciment romain rebaptisé par la suite ciment prompt. Le ciment Portland inventé à cette époque est de même nature.
Définition Le ciment est un liant, une matière pulvérulente, formant avec l’eau ou avec une solution saline une pâte homogène et plastique, capable d’agglomérer, en durcissant, des substances variées appelées « agrégat » ou « granulat »La norme NF P 15-301 de 1994 donne la définition suivante : .
C'est une gangue hydraulique durcissant rapidement et atteignant en peu de jours son maximum de résistance. Après durcissement, cette pâte conserve sa résistance et sa stabilité, même sous l’eau. Son emploi le plus fréquent est sous forme de poudre, mélangée à de l'eau, pour agréger du sable fin, des graviers, pour produire du mortier, ou encore du béton.
Un ciment est dit naturel lorsqu'il résulte de la simple cuisson à température modérée () d’une marne ou d'un calcaire argileux (ciment prompt, ciment romain, et les premiers ciments Portland sont des ciments naturels) . Il est dit artificiel lorsqu'il résulte de la cuisson à plus haute température () d’un mélange moulu de calcaire, de marne ou d'argile« Pourquoi le prompt est un ciment naturel ? », sur cimentetarchitecture.com ou une autre définition : un ciment « artificiel » est un produit provenant de la cuisson de mélanges artificiels (de la main humaine) de silice, d'alumine, de carbonate de chaux, sur lesquels l'eau n'a aucune action, ou qu'une action très lente avant la trituration, et qui, réduits en poudre mécaniquement, font prise sous l’action de l'eau, dans un délai qui varie selon leur proportion.
vignette|redresse=1.3|Maçon mettant en œuvre du ciment.
vignette|La cimenterie d'Obourg (Belgique).
Historique
Mortiers anciens La fabrication de liants par calcination de la pierre (four à calcination) est plus ancienne que l'art du potier. Des sols en terrazzo incorporant de la chaux ont été construits dans les constructions du Néolithique précéramique (PPN A et B, environ 9000 à ) en Anatolie, à Çayönü et Nevalı Çori notamment. L'Égypte emploie un mortier de plâtre pour lier les pierres. Les mortiers auraient ensuite été améliorés par les civilisations suivantes par l'ajout de chaux à de l'argile. Les Grecs emploient le plâtre et la chaux, essentiellement dans la confection d'enduits, de stucs. C'est véritablement les Romains qui généralisent l'usage de la chaux comme mortier. Ils la renforcent avec des tuileaux ou des cendres pouzzolaniques (cendres volcaniques de la région de Pouzzoles ou « Pozzuoli » près de Naples)F. Davidovits, Vitruve et le mortier romain, étude archéologique et linguistique, mémoire de maîtrise de lettres classiques, Faculté des Lettres, Amiens, 1992 selon une recette donnée par VitruveG. Lugli, (1956), L'opus caementicium in Vitruvio, in Classica et Mediaevalia, , Copenhague.Frédéric Davidovits (1995), Les Cultures de l'Antiquité Classique, Les Mortiers de pouzzolanes artificielles chez Vitruve évolution et historique architecturale, université Paris X-Nanterre, 1992-1993, thèse de DEA, Geopolymer Institute, France , 95 (pas toujours respectée).
L'ajout de pouzzolanesScories volcaniques exploitées autour du Vésuve., dans un mortier mouillé à l'eau de mer, lui confère une solidité élevée à la suite d'une réaction impliquant l'aluminium d'origine volcanique qui stabilise le complexe d'hydrate de silicate de calcium, avant qu'un phénomène de carbonatation ne durcisse plus encore le mortier, lui permettant notamment de bien résister aux attaques de la mer, comme en baie de Naples où l'on trouve des maçonneries de plus de (mieux que le ciment Portland actuel).
Puis jusqu’à l'Époque moderne, le mortier consiste en un mélange de chaux, additionnée de tuileaux ou briques concassées, dont l'argile possède des propriétés hydrauliques. La pouzzolaneTerre volcanique de Pouzzoles, dans la région de Naples, en Italie. est très utilisée en addition.
Le mortier de chaux des Romains consommant moins d'énergie à la production, étant nécessaires pour la calcination du calcaire (contre les nécessaires pour le ciment PortlandGuillaume J., La redécouverte du ciment romain, Ecolopop, 25 juin 2013), le modèle économique d'une alternative à la chaux permettrait de réduire les émissions de gaz à effet de serre des cimenteries. En France, des gisements de pouzzolane sont d'autre part disponibles (Auvergne, Velay, Vivarais, Provence).
Découverte moderne Le ciment ne prit son acception contemporaine qu'au , lorsque Louis Vicat identifia le phénomène d'hydraulicité des chaux en 1817Louis Joseph Vicat, Recherches expérimentales sur les chaux de construction, les bétons et les mortiers ordinaires, Goujon, 1818, consultable en ligne sur : https://patrimoine.sorbonne-universite.fr/idurl/1/2048., et celle des ciments, qu'il appelait « chaux éminemment hydrauliques » ou « chaux limites », en 1840.
La recherche sur l'hydraulicité des chaux débuta à la fin du pour aboutir vers 1840, à la fabrication des ciments modernes. Elle concernait les chaux grasses, non hydrauliques, qui ne durcissent pas sous l'eau, les chaux hydrauliques qui durcissent même sous l'eau, les chaux éminemment hydrauliques (riches en argiles) qui se solidifient très rapidement, et les chaux limites (trop riches en argiles) qui se solidifient très rapidement puis se décomposent, si elles ne sont pas cuites au degré de fusion pâteuse.