Manuel de Reconstruction

Fabriquer du ciment et du mortier

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Fabriquer du ciment et du mortier

Abstract

Fabriquer du ciment et du mortier, c’est transformer la pierre calcaire et l’argile en poudre qui durcit avec l’eau — le liant qui permet de construire des murs, des fondations, des citernes et des routes qui durent des millénaires.

Qu’est-ce que c’est

Le ciment est une poudre fine qui, mélangée à l’eau, durcit en formant une pierre artificielle. Le mortier est un mélange de ciment, de sable et d’eau qui sert à lier les briques et les pierres. Le béton est un mélange de ciment, de sable, de gravier et d’eau qui forme un bloc monolithe.

Toutes les constructions durables — des pyramides d’Egypte au Panthéon de Rome, des aqueducs aux cathédrales — reposent sur un liant minéral. Sans ciment, on ne peut construire que des murs en pierre sèche (sans liant) ou en terre (torchis, pisé), plus fragiles et moins durables.

Il existe trois types historiques de ciment, du plus simple au plus résistant :

  1. Le mortier de chaux (le plus ancien, facile à faire) : chaux + sable + eau. Durcit lentement au contact de l’air. Assez solide pour les murs, trop faible pour les fondations immergées.
  2. Le mortier hydraulique (moyen) : chaux naturelle contenant de l’argile + sable + eau. Durcit sous l’eau. Utilisé pour les aqueducs et les ports.
  3. Le ciment Portland (le plus résistant, le plus difficile) : calcaire + argile cuits à très haute température + gypse. Durcit vite et très fort. Ciment moderne.

Pour la reconstruction, commencer par le mortier de chaux (simple et fiable), puis progresser vers le ciment hydraulique.

Les ingrédients

La chaux

La chaux est le composant clé de tout ciment traditionnel. Elle provient du calcaire cuit. Voir Construire un four à chaux pour la fabrication complète.

Les trois formes de chaux :

  1. La pierre à chaux (calcaire) : roche non cuite. Inerte.
  2. La chaux vive (oxide de calcium) : pierre cuite à 900-1000 degres. Blanche, réagit violemment avec l’eau (dégage beaucoup de chaleur). Corrosive.
  3. La chaux éteinte (hydroxyde de calcium) : chaux vive mélangée à l’eau. Poudre blanche ou pâte blanche. Non corrosive. C’est la chaux éteinte qu’on utilise dans le mortier.

Le sable

Le sable est le squelette du mortier. Il donne le volume et la résistance.

  1. Sable de rivière : rond, lavé, propre. Le meilleur sable pour le mortier.
  2. Sable de carrière : anguleux, contient des impuretés argileuses. Moins pur mais souvent plus disponible.
  3. Ne pas utiliser le sable de mer (contient du sel qui corrode les métaux et efflorescence les murs) sauf si lavé abondamment à l’eau douce.

La granulométrie : le sable idéal contient des grains de tailles variées (0 à 4 mm). Le sable trop fin (seul sable fin) donne un mortier qui se rétracte en séchant. Le sable trop grossier donne un mortier rugueux et difficile à travailler.

L’eau

L’eau doit être propre — potable. L’eau salée, l’eau sale, l’eau riche en mineraux donnent un mortier de mauvaise qualité. L’eau de pluie convient. Voir Trouver de l’eau potable.

Les pouzzolanes (pour le ciment hydraulique)

La pouzzolane est une roche volcanique (cendres, scories, tuf) qui, mélangée à la chaux, donne un mortier qui durcit sous l’eau. Les Romains l’ont découverte à Pouzzoles (Naples) et l’ont utilisée pour construire des ports, des aqueducs et le Panthéon.

Sources de pouzzolane :

  1. Naturelle : cendres volcaniques, scories, tuf volcanique, trachite. Se trouve près des volcans éteints ou actifs.
  2. Artificielle : brique cuite pilée, tuile pilée, poterie pilée. N’importe quelle argile portée à haute température (900 degres et plus) puis réduite en poudre fine devient une pouzzolane artificielle.

L’argile

L’argile sert à fabriquer le ciment Portland (chaux + argile cuites ensemble). Voir Fabriquer de la poterie pour l’identification des argiles.

Étapes détaillées

Étape 1 : Fabriquer la chaux

Voir Construire un four à chaux pour les détails complets. Résumé :

  1. Récolter le calcaire : pierre blanche, grise ou jaunâtre qui mousse au vinaigre (réaction acide = calcaire).
  2. Concasser : casser en morceaux de 10-15 cm.
  3. Cuire : chauffer à 900-1000 degres dans un four pendant 12-48 heures. Le calcaire perd son gaz carbonique et devient chaux vive.
  4. Extinction : verser de l’eau sur la chaux vive (prudemment — la réaction est violente et dégage beaucoup de chaleur). La chaux vive se transforme en poudre blanche (chaux éteinte) ou en pâte (chaux en pâte).
  5. Vieillir : laisser la chaux éteinte reposer au moins 2 semaines dans un seau d’eau. La chaux vieillie est plus fine, plus onctueuse, et fait un meilleur mortier.

Étape 2 : Fabriquer le mortier de chaux simple

C’est le mortier de base, le plus facile et le plus utilisé historiquement.

  1. Le dosage : 1 volume de chaux éteinte pour 3 volumes de sable. Ce ratio (1:3) est le dosage standard depuis les Romains.
  2. Le mélange à sec : mélanger la chaux en poudre et le sable à sec sur une surface plane (bâche, planche, sol bétonné). Retourner le tas 3 fois avec une pelle jusqu’à ce que le mélange soit homogène.
  3. L’ajout d’eau : creuser un cratère au centre du tas sec. Verser l’eau petit à petit. Mélanger du centre vers l’extérieur. Ajouter l’eau progressivement — la consistance finale doit être celle d’une pâte épaisse, ni trop liquide ni trop sèche.
  4. Le test de la truelle : le mortier doit adhérer à la truelle verticale sans couler. Il doit être lisse et facile à étaler.
  5. Ne pas trop mouiller : un mortier trop liquide perd sa résistance. Un mortier trop sec est impossible à travailler. Ajouter l’eau avec parcimonie.
  6. Quantité : pour 1 metre cube de maçonnerie, il faut environ 300 kg de chaux éteinte et 1 metre cube de sable.

Étape 3 : Fabriquer le mortier hydraulique (à la pouzzolane)

Le mortier hydraulique durcit sous l’eau — il est indispensable pour les fondations, les citernes, les aqueducs et tout ouvrage en contact permanent avec l’eau.

Avec pouzzolane naturelle :

  1. Dosage : 1 volume de chaux éteinte pour 2 volumes de pouzzolane concassée (0-5 mm) pour 1 volume de sable. Le ratio est 1:2:1.
  2. Broyer la pouzzolane : concasser la roche volcanique en poudre fine (grains de 0 à 5 mm). Utiliser un mortier en pierre ou entre deux meules.
  3. Mélanger : même procédure que le mortier de chaux simple.
  4. Durcissement : le mortier hydraulique commence à durcir en 2-4 heures et continue pendant des semaines. Il durcit même sous l’eau. C’est sa propriété magique.

Avec pouzzolane artificielle (brique ou poterie pilée) :

  1. Cuire l’argile : cuire des briques ou de la poterie dans un four (voir Fabriquer de la poterie, Construire un four de cuisson). La cuisson doit atteindre au moins 900 degres.
  2. Piler : concasser les briques cuites en poudre fine.
  3. Tamiser : passer la poudre au tamis de 5 mm. Ne garder que les particules fines.
  4. Mélanger : même dosage et procédure que la pouzzolane naturelle.

Étape 4 : Fabriquer le ciment Portland (niveau avancé)

Le ciment Portland est le ciment moderne. Il est plus résistant et plus rapide que le mortier de chaux, mais sa fabrication demande une température très élevée (1450 degres).

  1. Les ingrédients : calcaire (75 %) et argile (25 %). Mesurer les proportions en poids.
  2. Broyer : concasser le calcaire et l’argile séparément en poudre fine. Les mélanger intimement à sec.
  3. Ajouter de l’eau : former une pâte homogène avec de l’eau. Façonner la pâte en petites boules ou en briquettes (nodules).
  4. Sécher : laisser sécher les nodules au soleil pendant 2-3 jours.
  5. Cuire : placer les nodules dans un four à 1450 degres pendant 2 à 4 heures. Le four doit atteindre cette température — un bas fourneau à charbon avec soufflet puissant peut y parvenir. Voir Extraire le fer pour la technologie du bas fourneau.
  6. Le clinker : à la sortie du four, les nodules se sont transformés en petites masses grises très dures (clinker). Le clinker est le ciment non broyé.
  7. Broyer : concasser le clinker en poudre très fine. C’est l’étape la plus difficile sans machine. Utiliser une meule de pierre actionnée par un moulin ou un Construire un moulin à vent.
  8. Ajouter le gypse : mélanger 95 % de clinker en poudre avec 5 % de gypse (sulfate de calcium) pilé. Le gypse retarde la prise du ciment (sans gypse, le ciment durcit en 5 minutes et ne peut pas être mis en place).
  9. Stockage : conserver le ciment en poudre au sec dans des sacs ou des tonneaux fermés. Le ciment qui absorbe de l’humidité s’agglomère et perd sa qualité.

Étape 5 : Utiliser le ciment Portland

  1. Le dosage du béton : 1 volume de ciment + 2 volumes de sable + 3 volumes de gravier + 0,5 volume d’eau.
  2. Le mélange : mélanger le ciment, le sable et le gravier à sec. Ajouter l’eau progressivement. Le béton doit être humide mais pas liquide.
  3. La mise en place : couler le béton dans un coffrage (moule en planches de bois) de la forme souhaitée. Tasser avec une barre en fer (piqueuse) pour chasser les bulles d’air.
  4. La cure : le béton doit rester humide pendant 28 jours pour durcir correctement. Arroser la surface 2 fois par jour. Couvrir d’une bâche ou de paille humide pour retenir l’humidité.
  5. Le décoffrage : retirer les planches du coffrage après 3-7 jours (le béton est assez dur pour tenir mais pas assez pour supporter des charges lourdes). La résistance maximale est atteinte à 28 jours.

Étape 6 : La maçonnerie au mortier

Pour construire un mur en pierre ou en brique avec du mortier :

  1. Les fondations : creuser des fondations de 60 à 80 cm de profondeur (selon le gel du sol). Remplir de béton ou de pierres et mortier hydraulique.
  2. Le premier rang : poser les pierres ou briques sur le lit de mortier frais (2 cm d’épaisseur). Chaque pierre est posée, enfoncée légèrement dans le mortier, et ajustée au niveau.
  3. Les joints : remplir l’espace entre les pierres de mortier. Les joints font 1 à 2 cm d’épaisseur. Lisser les joints avec la truelle ou le doigt.
  4. Le chevauchement : les joints verticaux ne doivent jamais être alignés d’un rang à l’autre. Chaque rang commence par une moitié de brique (ou une pierre décalée) pour décaler les joints.
  5. L’horizontalité : vérifier l’horizontalité de chaque rang avec un niveau à eau (tube d’eau en U) ou un fil à plomb.
  6. Le séchage : le mortier de chaux sèche en 24 heures mais ne durcit complètement qu’en 28 jours. Ne pas charger le mur pendant ce temps.

Variations par climat

Climat tempéré

  • Le mortier de chaux convient parfaitement. Le climat tempéré n’est pas trop humide ni trop sec.
  • Les gels hivernaux peuvent endommager un mortier trop frais. Maçonner d’avril à octobre.

Climat tropical humide

  • La pluie constante lave le mortier de chaux avant qu’il ne durcisse. Protéger les murs avec des bâches pendant la construction.
  • Le mortier hydraulique (à la pouzzolane) est préférable car il durcit même détrempé.
  • La chaleur accélère le durcissement mais aussi le séchage. Garder le mortier humide.

Climat désertique

  • L’air très sec fait sécher le mortier trop vite, ce qui le fragilise. Arroser les murs 3 fois par jour pendant la première semaine.
  • Les nuits froides et les jours chauds créent des dilatations qui fissurent le béton frais.

Climat froid / boréal

  • Le gel dans le mortier frais le détruit. Ne pas maçonner en dessous de 5 degres.
  • Les fondations doivent descendre sous la ligne de gel (80 cm à 1,20 m en climat froid).

Pièges et erreurs

  • Mortier trop liquide : un mortier trop mouillé est faible, se rétracte en séchant et fissure. La consistance doit être celle d’une pâte épaisse.
  • Mortier trop sec : un mortier trop sec ne remplit pas les joints, adhère mal et laisse des vides. L’eau est nécessaire pour la réaction chimique de la chaux.
  • Chaux mal éteinte : si la chaux vive n’est pas complètement éteinte, les morceaux de chaux vive restants gonflent et éclatent dans le mortier en durcissant, créant des trous et des fissures. Toujours bien éteindre la chaux et la vieillir.
  • Pas de cure : le mortier et le béton doivent rester humides pendant au moins une semaine (28 jours pour le béton). Un béton qui sèche trop vite est fragile et poreux.
  • Mélange non homogène : un mauvais mélange à sec crée des zones sans chaux (faibles) et des zones trop riches en chaux (rétractiles). Mélanger soigneusement.
  • Température trop basse : la réaction chimique de la chaux s’arrête en dessous de 5 degres. Ne pas maçonner en hiver sans protéger le chantier.
  • Sable sale : le sable contenant de l’argile ou de la terre donne un mortier faible. Laver le sable si nécessaire.
  • Ne pas confondre chaux et plâtre : le plâtre (gypse cuit) durcit très vite (10-15 minutes) et ne résiste pas à l’eau. La chaux durcit lentement et résiste bien. Ne pas utiliser le plâtre comme mortier de maçonnerie (sauf pour les enduits intérieurs).
  • Protection : la chaux vive corrode la peau et les yeux. Porter des gants et des lunettes (ou se laver immédiatement en cas de contact). Ne pas respirer la poussière de chaux.

Une fois que vous savez faire ça, vous pouvez débloquer

Notes

  • Les Egyptiens utilisaient déjà le mortier de chaux il y a 4500 ans (gypse et chaux pour les pyramides).
  • Les Romains ont perfectionné le mortier hydraulique à la pouzzolane. Le Panthéon de Rome (dôme de 43 m de diamètre en béton non armé) tient depuis 1900 ans. Le secret : la pouzzolane.
  • Le ciment Portland a été inventé en 1824 par Joseph Aspdin en Angleterre. Il est nommé d’après la pierre de Portland, une pierre calcaire très prisée pour sa couleur.
  • Le béton armé (béton + barres de fer) a été inventé en 1867. Il est 10 fois plus résistant que le béton simple. Pour le ferraillage, voir Forger des outils en fer et Fabriquer des clous et rivets.

Ressources externes

  • Practical Action — Lime and Cement Production — guides PDF gratuits pour la production artisanale de chaux et de ciment. → Voir _Ressources et Outils
  • OneGeology — Carte géologique mondiale — carte interactive pour localiser les gisements de calcaire, argile et pouzzolane locaux. → Voir _Ressources et Outils
  • Earth Architecture — base de données mondiale des techniques de construction en terre (pisé, adobe, CEB, torchis). → Voir _Ressources et Outils
  • CEB Press (Open Source Ecology) — plans open source pour presse à briques en terre comprimée, sans cuisson nécessaire. → Voir _Ressources et Outils
  • Un bon mortier de chaux dure des siècles. Les murs des églises romanes tiennent depuis 900 ans.
  • Le mortier de chaux est « respirant » : il laisse passer la vapeur d’eau, ce qui évite les problèmes d’humidité dans les murs. Le ciment Portland est imperméable et emprisonne l’humidité. C’est pourquoi les restaurateurs préfèrent le mortier de chaux pour les bâtiments anciens.

Vue Graphique

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