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Béton

 

Le béton est un assemblage de matériaux de nature généralement minérale. Il met en présence des matières inertes, appelées granulats ou agrégats (graviers, gravillons, sables, etc.), et un liant (ciment, bitume, argile), c'est-à-dire une matière susceptible d'en agglomérer d'autres ainsi que des adjuvants qui modifient les propriétés physiques et chimiques du mélange. Mêlé à de l'eau, on obtient une pâte, à l'homogénéité variable, qui peut, selon le matériau, être moulée en atelier (pierre artificielle), ou coulée sur chantier¹. Le béton fait alors « prise », c'est-à-dire qu'il se solidifie.

• Lorsque l'argile est employée, on parle traditionnellement de « pisé », de « torchis » ou, plus récemment, de « béton de terre² », probablement le plus ancien de tous les bétons.
• Lorsque le ciment est employé comme liant, on obtient un « béton de ciment ». Lorsque les granulats utilisés avec le liant hydraulique se réduisent à des sables, on parle alors de mortier. On peut largement optimiser la courbe granulaire du sable, auquel cas on parlera de « béton de sable ».
• Un liant hydrocarboné (bitume) peut également être utilisé, ce qui conduit à la fabrication du « béton bitumineux ».
• Une nouvelle classe de béton émerge qui prend le nom de géopolymère. La géopolymérisation remplace la chaux par des bases plus puissantes comme la potasse ou la soude qui réagissent avec les argiles pour former une matrice vitreuse qui lie les grains entre eux³.

Le coulis (ciment, eau et adjuvants) et le mortier (ciment, sable, eau et adjuvants éventuels) diffèrent du béton (ciment, sable, gravier, eau et adjuvants éventuels) essentiellement par la taille des granulats (sable et gravier). Selon l'époque et les circonstances, on a pu faire des rapprochement entre ces différents matériaux qui tiennent à leur proximité physico-chimique^4,5. On peut dire que les coulis et mortiers sont des cas particuliers simplifiés du béton, ou que le béton est un cas particulier de mortier.

Le béton de ciment associé à de l'acier permet d'obtenir le béton armé ; associé à des fibres, il permet d'obtenir du béton fibré. C'est, à l'heure actuelle, l'un des matériaux de construction le plus utilisé au monde (deux tiers des habitations neuves dans le monde⁶). C'est aussi le deuxième matériau minéral le plus utilisé par l'homme après l'eau potable : 1 m³ par an et par habitant⁷. Son utilisation énergivore est source de multiples dégradations de l'environnement : la production du clinker entrant dans la composition des liants est responsable d’approximativement 5 % des émissions de gaz à effet de serre (GES) anthropiques⁸, principaux responsables du réchauffement climatique. De plus, la quête perpétuelle d’agrégats adaptés dont le sable, a conduit à la surexploitation de 75 % des plages de la planète, détruisant nombre d'écosystèmes littoraux⁶.

Le béton de terre est un matériau qui a mal survécu à la révolution industrielle. Son usage est motivé par des raisons économiques (matériau gratuit disponible à même le sol), écologiques (ne nécessitant pas de processus chimiques de transformation énergivore ou polluant et ne générant pas de déchets indésirables) et politiques : n'intéressant ni l'industrie — car pas de processus de transformation complexe —, ni le commerce, à cause de sa disponibilité immédiate, il est une option notamment pour les pays du tiers-monde, soucieux d'indépendance, d'autonomie et d'autosuffisance².

Histoire

Le mot betun au sens de mortier est attesté dans le Roman de Troie (vers 1160-1170). Béton désigne d'abord (1636) une maçonnerie de chaux vive, gros gravier, blocailles, et cailloux, dont on fonde les bâtiments. Philibert Monet le traduit par le terme latin opus signinum dont la description originale est donnée par Vitruve au I^er siècle av. J.-C., sorte de bétonnage constitué de chaux, de sable et d'éclats de pierre, exempt de tuileaux, dont la compacité était obtenue au terme d’un damage intensif⁹. Il était en particulier employé dans des ouvrages de citerne.

« Le béton se pétrifie dans la terre et devient dur comme roc¹⁰. »

L'argile

Dans une définition plus large des bétons, les ouvrages de terre crue sont considérés comme étant des bétons. Le béton de terre est le premier de tous les bétons¹¹.

L'argile, ou à défaut une terre argileuse, sous la couche d'humus (les anciens parlaient de « terre franche » sous la terre végétale) est présente dans beaucoup de sols, et constitue un mortier (voir l'article mortier de terre) qui peut être facilement mis en œuvre par moulage dans des techniques de brique de terre crue ou de banchage.

Les premières cités découvertes dans l'ancienne Mésopotamie étaient construites en terre crue, avant même l'invention de l'écriture. Ce matériau se dégradant plus rapidement que la pierre, il existe peu de vestiges aussi marquants que les pyramides d'Égypte. Ainsi, le Moyen-Orient et l'Asie centrale comptent de nombreux sites exceptionnels tels que Tchoga Zanbil (Iran), Mari (Syrie), Shibam (Yémen) ou Merv (Turkménistan).

La chaux

On voit par la suite la chaux associée à d'autres matériaux. La première utilisation du ciment remonte à l'antiquité égyptienne. En effet, un des mortiers les plus anciens, composé de chaux, d’argile, de sable et d’eau, fut utilisé dans la conception de la pyramide d'Abou Rawash, érigée aux alentours de 2600 av. J.-C., sous la IV^e dynastie, mais également pour d’autres ouvrages.

La Rome antique et l'opus caementicium

Vers le I^er siècle apr. J.-C., la Rome antique reprend cette technique en l’améliorant avec l’incorporation de sable volcanique de Pouzzoles ou de tuiles broyées. La pouzzolane est associée à la chaux et maçonnée à des matériaux tout venant, les caementa. Elle forme une sorte de béton extrêmement résistant puisque beaucoup de bâtiments construits dans ce matériau présentent des vestiges encore debout. Comme le dit Vitruve dans son De architectura (livre II, chapitre 6), le mortier peut résister à l'eau et même faire prise en milieu très humide. Cette qualité 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 concassés, 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'hydraulicité¹².

L'opus caementicium est une maçonnerie de blocage, un conglomérat souvent réalisé entre deux parois de petit appareil. Il permet de réaliser les volumes considérables de maçonnerie des aqueducs, ponts, basiliques, etc. Ce système constructif est performant, économique, rapide, et ne nécessite aucune qualification de la main-d'œuvre, une bonne partie des matériaux étant employés sans préparation préalable¹³.

Le Panthéon de Rome est ainsi réalisé dans une sorte de béton¹⁴.

En souvenir de l'usage qu'on fit de la pouzzolane, les cendres volantes silico-alumineuses issues de la combustion des charbons schisteux brûlés en centrale thermique, employées dans la confection des ciments contemporains, sont appelées également « pouzzolane¹⁵ », de même que tous les matériaux et roches aux vertus pouzzolaniques.

La technique du béton, diffusée dans la Gaule romaine, est encore employée au début du Moyen Âge, même si elle est progressivement moins utilisée, au profit d'autres techniques, en particulier certains mortiers, ou des éléments plus décoratifs. Des exemples de sols en béton ont été observés par les archéologues dans des édifices de la fin du Xe siècle¹⁶.

Puis les artisans dédaignent cette pierre factice et oublient son usage. C'est seulement à partir des Lumières que quelques savants s'y intéressent à nouveau¹⁴.

La révolution industrielle et la chaux hydraulique

Du temps de Bernard Forest de Bélidor (XVIII^e siècle), on faisait dans l'eau beaucoup de fondations avec des pierres qu'on jetait à l'endroit où on voulait établir des bases ; on plaçait avec ces pierres du mortier susceptible de durcir dans l'eau (qu'on obtient alors toujours par un mélange de chaux aérienne, de tuileaux ou de pouzzolane, et de sable). On donnait le nom de « béton » à ce mortier et cette manière de fonder s'appelait « fondation à pierres perdues ». Cette méthode avait le grand inconvénient d'exposer à mettre trop de mortier à certains endroits et pas assez à d'autres puisque lorsqu'on fondait à une grande profondeur sous l'eau, la mauvaise visibilité empêchait de bien distribuer le mortier. Le versement du béton sous l'eau se faisait par différentes méthodes : trémies, caisses fermées pour éviter que le mortier soit délavé le temps de son immersion, etc.^17,18. Par la suite, Vicat donna le nom de « mortier hydraulique » à celui qui a la propriété de durcir dans l'eau (Vicat le nomme aussi « béton », mais il entrevoit qu'il conviendrait de donner ce nom uniquement au mortier hydraulique dans lequel on a introduit des cailloux ou de la pierraille). On a par la suite donné le nom de « béton » uniquement au mélange de ce mortier avec des pierres concassées. « Ainsi le béton n'est autre chose qu'une maçonnerie faite avec de petits matériaux ; et en faisant sur terre le mélange du mortier hydraulique avec les pierres concassées on a le grand avantage d'obtenir dans l'eau un massif bien homogène. On forme ainsi une maçonnerie très dure si le mortier hydraulique que l'on a fait est de bonne qualité. On voit donc que la qualité du béton dépend principalement de celle du mortier hydraulique »¹⁹.

La révolution industrielle et le ciment Portland

L'opinion généralement admise dans la seconde moitié du XVIII^e siècle est que c'est l'argile qui donne à la chaux la propriété singulière de durcir dans l'eau. L’Anglais John Smeaton l'expérimente dans la construction du phare d'Eddystone. Jusqu'au début du XIX^e siècle, la manière de faire le mortier, qui a presque toujours été abandonnée aux ouvriers, est l'objet de nouvelles expérimentations, éclairées par les progrès récents de la chimie, qui a été promue en science exacte. En 1796, James Parker découvre sur l'île de Sheppey, en Grande-Bretagne, un calcaire suffisamment argileux pour donner après une cuisson à 900 °C un ciment naturel à prise rapide qui est commercialisé sous la marque Ciment romain. Le ciment prompt est de même nature. Côté français, en 1818, Louis Vicat, ingénieur de l'École nationale des ponts et chaussées, expérimente les chaux hydrauliques et la possibilité de les fabriquer de manière artificielle. Sous son impulsion, en France, l'usage des chaux hydrauliques et ciments naturels se généralise et, à partir des années 1850, les ciments artificiels surcuits au nom de ciment Portland^[pas clair]. Toutefois, le nom de Portland vient du brevet déposé en 1824 par le briquetier Joseph Aspdin, « ciment de Portland », pour sa chaux hydraulique à prise rapide.

C’est dans les années 1830 que l’on voit apparaître les premiers développements de ce matériau, avec notamment la construction d’une maison de trois étages en béton à Montauban, par l'entrepreneur François-Martin Lebrun, puis, à partir de 1852, le béton-pisé ou béton-aggloméré de l’industriel François Coignet. À la même époque, Joseph Lambot, puis Joseph Monier, développent les ciments armés, amenés à devenir bétons armés sous l'impulsion de François Hennebique, ou encore de l'architecte et entrepreneur Auguste Perret au début du XX^e siècle. Ce dernier déclare : « Faisant au béton l'honneur de le tailler, de le boucharder, de le ciseler, nous avons obtenu des surfaces dont la beauté ferait trembler les tailleurs de pierre »¹⁴.

L'architecte Tony Garnier préconise l’usage du béton de mâchefer et le nouveau béton armé pour les travaux que lui confie le maire de Lyon Édouard Herriot ; il y réalise notamment le quartier des États-Unis. Pour sa part, Le Corbusier affirme dans sa charte d'Athènes : « Le béton est un matériau qui ne triche pas »¹⁴.

En 1929, c’est Eugène Freyssinet, ingénieur français, qui va révolutionner le monde de la construction en inventant le béton précontraint.

Pendant la Seconde Guerre mondiale, l'architecte nazi Fritz Todt utilise 17 millions de cubes d’Eisenbeton pour bâtir le mur de l'Atlantique. Après le conflit, il faut reloger rapidement les populations dont les habitations ont été détruites et reconstruire des villes rasées comme Le Havre ou Lisieux ; le béton est alors utilisé. De la même façon, le développement des grands ensembles lors des Trente Glorieuses (qui sont cependant rapidement décriés) et la démocratisation du tourisme dans les stations balnéaires comme La Grande-Motte mobilisent ce matériau¹⁴.

La célèbre scène d'ouverture du film Mélodie en sous-sol (1961) d'Henri Verneuil évoque les transformations des villes par le béton. Sorti de prison, le personnage joué par Jean Gabin revient à Sarcelles pour trouver, décontenancé, sa maison entourée par des immeubles de béton : « Merde alors. […] Et dire que j'avais acheté ça pour les arbres et puis pour les jardins. Ils appelaient ça la zone verte ! »¹⁴.

À la fin des années 1980, on voit apparaître les bétons hautes performances et par la suite, de nouvelles grandes innovations vont voir le jour avec notamment les bétons autoplaçants (BAP) et les bétons fibrés à ultra hautes performances (BFUP).

Le béton de ciment est, à l'heure actuelle, le matériau de construction le plus utilisé au monde.

Les bétons

Béton de terre

La désignation « béton de terre » est récente, ce matériau est plus connu sous les termes traditionnels de pisé ou de torchis.

Les matériaux de base d'un béton de terre sont : l'argile (la plus pure est le kaolin), sable, gravier, eau. Grâce à sa cohésion interne, l'argile joue le rôle de liant, le gravier et le sable sont le squelette interne, l'eau est le lubrifiant. Le béton de terre n'a cependant pas de résistance mécanique suffisante pour autoriser des applications structurales.

L'argile, qui est susceptible de présenter des variations de volume en cas de modification de la teneur en eau, peut être stabilisée par adjonction de ciment Portland, chaux, d'armatures végétales (paille sèche coupée, chanvre, sisal, fibres de feuilles de palmier, copeaux de bois, écorces), par adjonction d'asphalte, d'huile de coco, etc., pour assurer l'imperméabilisation, par traitement chimique (chaux, urine de bestiaux, etc.), géopolymérisation, etc.².

Le béton de terre est mis en œuvre dans les techniques de torchis (sur pan de bois et clayonnage ou dans la technique du pisé), de bauge, de brique de terre crue (ou adobe) ou dans les briques moulées mécaniquement², etc.

Béton de chaux

Dans le cas du béton de chaux, c'est la chaux hydraulique qui sert de liant. Ce type de béton est notamment utilisé pour réaliser des dalles.

Béton de ciment

Le béton de ciment, couramment appelé « béton », est un mélange de ciment, de granulats, d'eau et d'adjuvants.

Dénomination particulière des bétons de ciment

• béton armé : matériau composite, composé d'une armature en acier recouverte de béton ;
• béton extrudé : en technique routière, le béton extrudé est un béton coulé en place à l'aide de machines à coffrages glissants, dénommées machines à extruder ou extrudeuses. Il permet de réaliser des murets de sécurité, des bordures et des dispositifs de retenue sur des linéaires importants ;
• béton projeté ou gunite : béton propulsé, après malaxage, sur un support sous forme de jet ;
• béton autoplaçant : béton de ciment capable, sous le seul effet de la pesanteur, de se mettre en place dans les coffrages même les plus complexes et très encombrés sans nécessiter pour autant des moyens de vibration afin de consolider le mélange avec comme résultat un produit très homogène ;
• béton cellulaire : bloc isolant réalisé en autoclave ;
• béton cyclopéen : béton contenant des gros blocs de pierre, des moellons, des galets, etc. ;
• béton hautes performances : béton caractérisé par une très forte résistance à la compression ;
• béton translucide : matériau de construction en béton ayant la propriété de transmettre la lumière due à des éléments optiques intégrés ;
• bloc de béton : élément de maçonnerie moulé ;
• béton désactivé, dit aussi béton dénudé : nom donné à un béton dont la surface laisse apparaitre les granulats de couleur. Il est obtenu par pulvérisation d'un désactivant sur la surface fraiche d'un béton au moment de son coulage²¹. Ensuite, une fois séché, un rinçage à haute pression de la surface fait apparaitre les granulats²¹. Gardant la résistance du béton, il peut-être décoratif, coloré, et ce traitement lui confère des propriétés antidérapantes²².

Béton bitumineux

Le béton bitumineux (aussi appelé enrobé bitumineux) est composé de différentes fractions de gravillons, de sable, de filler et de bitume employé comme liant. Il constitue généralement la couche supérieure des chaussées (couche de roulement). L'enrobé est fabriqué dans des usines appelées « centrales à enrobés », fixes ou mobiles, utilisant un procédé de fabrication continu ou par gâchées. Il est mis en œuvre à chaud (150 °C environ) à l'aide de machines appelées « finisseurs » qui permettent de le répandre en couches d'épaisseur désirée. L'effet de « prise » apparaît dès le refroidissement (< 90 °C), aussi est-il nécessaire de compacter le béton bitumineux avant refroidissement en le soumettant au passage répété des « rouleaux compacteurs ». Contrairement au béton de ciment, il est utilisable presque immédiatement après sa mise en œuvre.

Le bitume étant un dérivé pétrolier, le béton bitumineux est sensible aux hydrocarbures perdus par les automobiles. Dans les lieux exposés (stations services) on remplace le bitume par du goudron. Le tarmacadam des aérodromes est l'appellation commerciale d'un tel béton de goudron (rien à voir avec le macadam, dépourvu de liant).

Géopolymère

Autres bétons

Le béton de chanvre est un béton isolant mêlant de la chaux formulée à de la chènevotte — du chanvre textile, chanvre industriel ou chanvre agricole — mis en œuvre sous forme de blocs préfabriqués, conglomérat isolant banché, ou projeté.

Le béton de copeaux est un mélange de copeaux de bois issu de scierie liés par de la chaux et/ou du ciment. Son avantage est son très faible cout découlant des copeaux de bois souvent mis à disposition gratuite par les scieries en tant que rebut. Ses performances isolantes sont équivalentes au béton de chanvre. Il peut aisément être mis en œuvre au niveau individuel et proposé aussi sous forme de briques ou panneaux prêts à l'emploi.

Le béton de mâchefer est constitué de granulats de type mâchefer, liés avec de la chaux et/ou du ciment²³. Prôné par l'architecte Tony Garnier, il eut son heure de gloire dans la première moitié du xx^e siècle, notamment pour la réalisation du stade de Gerland et du quartier des États-Unis²⁴.

Le béton tendre est un béton composé issu d'un mélange de ciment Portland et de granulats de roches tendres (calcaire, tourbe ou argile consolidés)²⁵, donnant au béton une consistance plutôt molle.

Impact environnemental

La bétonisation, l'action d'urbaniser à l'excès une zone caractérisée par le développement de surfaces minérales du type béton, asphalte, pierre ou acier, a des conséquences néfastes sur l'environnement et les paysages.

Consommation d'énergie

Le gros de la consommation d’énergie due au béton provient d'activités consommatrices d’énergie qui entraînent une émission plus ou moins forte de CO₂ :

• l'acheminement (dérivés du pétrole pour le transport en camion du béton ou des matières premières) ;
• la confection (dans le cas du béton de ciment, mazout ou autre combustible pour cuire la roche en ciment) ;
• la consommation électrique pour brasser mécaniquement de grandes quantités de béton.

Si la consommation d'énergie est importante pour du béton de ciment ou du béton bitumineux, l'énergie grise du bloc de chanvre (énergie nécessaire à l’ensemble de la fabrication d’un produit) est inférieure à tous les autres matériaux isolants dans la masse (un rapport de 4 par rapport à la brique terre cuite et 3 par rapport au béton cellulaire).

Émissions de gaz à effet de serre

L'impact carbone varie fortement selon le type de béton : de 95 kgCO2eq / m3 pour un béton C25/30 CEMIII/B, à 396 kgCO2eq / m3 pour un béton C60/75²⁶ CEMI.

Le poids carbone du béton vent principalement de l'utilisation de ciment de Portland dans les béton courants (en 2022). La production de ciment de Portland utilise la réaction chimique de décarbonatation qui émet du CO2 et est énergivore . dont la production est énergivore (production à 1450°C). La production du clinker qui broyé donne du ciment de Portland est responsable d’approximativement 5 % des émissions de gaz à effet de serre (GES) anthropiques⁸, principaux responsables du réchauffement climatique.

Des travaux tendent également d'évaluer la quantité de CO2 que le béton réabsorbera au cours de sa vie. Jusqu'à 40 % du CO₂ émis lors de la production de ciment, de 1913 à 2013, aurait été ainsi capturé selon une étude enthousiaste²⁷. Mais cela serait ignorer la production toujours croissante exponentiellement [archive], notamment depuis l'entrée de la Chine à l'OMC. Les échelles de temps ne sont bien entendu pas mises en évidence par ces études vantant la « carbonation », voulant ainsi atténuer l'impact environnemental du béton. On peut faire le même constat pour la compensation carbone en voulant planter des arbres ou des sols (cf. Félix Lallemand et Jonathan Guyot). La prise en compte de cette « carbonation » des matériaux contenant du ciment semble pourtant peu significative pour l'analyse de cycle de vie de ces produits²⁸.

Vide juridique autour du "béton bas carbone"

Si des solutions de « Béton bas carbone » sont de plus en plus mises sur le marché par les cimentiers, le terme « béton bas carbone » ne fait pas l’objet d’une définition officielle s’appuyant sur un cadre normatif ou réglementaire²⁹. Ainsi, plusieurs vides juridiques ont permis des abus autour du comptage du bilan carbone des laitiers et de la fuite carbonne. Dans le dernier cas, des entreprises comme LafargeHolcim ou la start-up Cem'In'Eu importent le clinker depuis le Maroc ou la Turquie, pays ou le bilan carbone n'est pas établi. Le ciment composé de ce clinker peut ensuite être vendu légalement dans l'UE sous le nom de Béton bas carbone en évitant les contraintes réglementaires du marché européen du CO₂^30,31,32,33.

Consommation de ressources naturelles

Disparition du sable

Dans le cas du béton de ciment, la quête perpétuelle d’agrégats adaptés dont le sable a conduit à la surexploitation de 75 % des plages de la planète, détruisant nombre d'écosystèmes littoraux⁶.

Durabilité

« Il convient de ne pas assimiler la durabilité d'un produit de construction à celle de l'ouvrage. En effet, il est inutile de formuler un béton intrinsèquement durable, si sa mise en œuvre au sein de la structure n'est pas conforme aux règles de l'art et si les diverses sollicitations auxquelles il est soumis n'ont pas été correctement appréciées, ce qui conduirait à ce que l'ouvrage ne remplisse pas durablement sa fonction pendant sa durée de service requise. »

— Infociment³⁴

« Un béton durable est un béton compact (présentant une faible porosité) dont les constituants de qualité ont été bien choisis conformément aux normes. »

— Infociment³⁴

La durabilité du béton est définie par la norme NF X60-500 — Terminologie relative à la fiabilité – Maintenabilité – Disponibilité. Octobre 1988 —:

« l‘aptitude d’un bien à accomplir une fonction jusqu’à ce qu’un état limite soit atteint »

— LERM³⁵

Certaines attaques réduisent la durabilité du béton : la carbonatation, la corrosion des armatures (danger majeur pour la durabilité des ouvrages en béton armé), les chlorures dans le béton, l'eau de mer, la lixiviation, l'alcali-réaction (ou ASR pour alkali silica reaction), la réaction sulfatique interne, le gel et le dégel, l'écaillage du béton³⁶.

Notes et références

• Cet article est partiellement ou en totalité issu de l'article intitulé « Béton de ciment » (voir la liste des auteurs).

• Dans le langage courant, « béton », sans précision, désigne le béton de ciment.
• René Vittone, Bâtir. Manuel de la construction, PPUR Presses polytechniques, 10 juin 2010 (ISBN 978-2880748357), consulter en ligne [archive].
• Rainer 2008, p. 223.
• Witier, p. 6.
• Treussart 1829, p. 21.
• « Nos plages à court de sable » [archive du 8 octobre 2014], sur future.arte.tv, 7 juillet 2014 (consulté le 7 novembre 2014).
• Amaury Cudeville, « Recycler le béton » [archive] sur pourlascience.fr, octobre 2011, p. 17-18 (consulté le 2 mai 2019).
• « Émissions du ciment, quelles perspectives » [archive] sur construction-carbone.fr (consulté le 2 mai 2019).
• L'archéologie assigne à opus signinum une autre signification, celle donnée par Pline, lecteur de Vitruve : un mortier étanche incorporant des tuileaux utilisé en application de la maçonnerie décrite plus haut. Voir à ce sujet Pierre Gros, Vitruve et la tradition des traités d’architecture. Frabrica et ratiocinatio, nouvelle édition en ligne [archive], Rome, Publications de l’École française de Rome, 2006 (ISBN 9782728310289).
• « Concrescit in petram signinum opus insudameris, et tupis durita cocipit, contrahit. » Dans Philibert Monet, Parallèle des langues latine et française, Guillaume Valfray imprimeur, 1636, consulter en ligne [archive].
• Le bois, le feuillage et les peaux d'animaux furent les premiers constituants de l'architecture naissante des pays tempérés. Pour les régions du globe où la végétation est rare, ainsi pour la plupart des rivages méditerranéens, ce fut l'argile qui fut le matériau le plus utilisé. Il est intéressant de retrouver ensuite l'argile et le bois associés, dans une architecture plus mûre, constituant les structures dites à maison à pans de bois. (Jean-Pierre Adam, La Construction romaine. Matériaux et techniques, Grands manuels picards, 6^e édition, 2011.
• Louis Joseph Vicat, Traité pratique et théorique de la composition des mortiers, ciments et gangues à pouzzolanes et de leur emploi dans toutes sortes de travaux [archive], Impr. Maisonville, 1856, 103 p. (consulté le 3 mai 2019).
• Stefano Camporeale, Hélène Dessales et Antonio Pizzo, Arqueología de la construcción [archive], CSIC, 2008.
• Philibert Humm, « Matons ce béton ! », Paris Match, semaine du 9 au 15 juin 2016.
• Fonds de formation professionnel de la construction, Bruxelles, 1992.
• Charles Lelong, « Bétons de sol et pavement de l'abbatiale de Marmoutier », Bulletin Monumental, vol. 150, n^o 1,‎ 1992, p. 39-47 (lire en ligne [archive]).
• Treussart 1829, p. x1.
• Joseph Mathieu Sganzin, Programme ou résumé des leçons d'un cours de constructions, avec des applications tirées spécialement de l'art de l'Ingénieur des ponts et chaussées, t. 1, 1840, p. 55 (consulter en ligne).
• Treussart 1829, p. x2.
• Le premier ouvrage a été construit en 1840 à Grisolles par l'architecte François-Martin Lebrun. Il a fait l'objet d'une présentation à l'Académie des sciences en 1842. Il a été démoli.
• « Béton désactivé » [archive] sur francebeton.com (consulté le 3 mai 2019).
• « Faire poser du béton désactivé : utilisation, conseils et prix » [archive], sur jardinage.lemonde.fr (consulté le 27 octobre 2020).
• « Fiche CEREMA - L’habitat en béton de mâchefer » [archive] [PDF], sur loire.gouv.fr (consulté le 17 janvier 2020).
• « Mâchefer et premiers bétons » [archive], sur patrimoine-terre-lyonnais.patrimoineaurhalpin.org (consulté le 8 janvier 2020).
• « A1-3.4 - Roches tendres (calcaire, tourbe ou argile consolidés) médiolittorales à bivalves foreurs et cryptofaune associée (Habitats marins benthiques d'Atlantique) » [archive], sur Inventaire National du Patrimoine Naturel (consulté le 17 août 2020).
• ADEME, Réaliser une analyse environnementale dans les Travaux Publics - Guide Sectoriel, 2015 (lire en ligne [archive] [PDF]), p. 110.
• (en) Zhu Liu, Ying Zhang, Carmen Andrade et Isabel Galan, « Substantial global carbon uptake by cement carbonation », Nature Geoscience, vol. 9, n^o 12,‎ décembre 2016, p. 880–883 (ISSN 1752-0908, DOI 10.1038/ngeo2840, lire en ligne [archive], consulté le 27 juin 2019).
• (en) Romain Sacchi et Christian Bauer, « Should we neglect cement carbonation in life cycle inventory databases? », The International Journal of Life Cycle Assessment, vol. 25, n^o 8,‎ 1^er août 2020, p. 1532–1544 (ISSN 1614-7502, DOI 10.1007/s11367-020-01776-y, lire en ligne [archive], consulté le 1^er avril 2021).
• « Béton bas carbone : Définition » [archive], sur unicem.fr, avril 2021 (consulté le 23 juin 2022).
• « L’arnaque des cimentiers pour polluer tout en spéculant sur le climat » [archive], sur reporterre.net, 27 avril 2016 (consulté le 23 juin 2022).
• « Greenwashing : comment certaines entreprises trompent leur clientèle » [archive], sur pressecologie.com, 23 juin 2022 (consulté le 23 juin 2022).
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• « Cem'In'Eu va lever 55 millions d'euros pour développer son réseau » [archive], sur lesechos.fr, 13 juin 2019 (consulté le 23 juin 2022).
• https://www.infociments.fr/betons/notion-de-durabilite-des-betons [archive]
• http://doc.lerm.fr/retour-durabilite/ [archive]

Voir aussi

Bibliographie

• Cédric Avenier, Jean-François Lagneau (dir.), Thierry Joffroy, Sophie Paviol, Béton(s) : Séminaire et colloque internationaux 200 ans de béton, Grenoble 2017, Cahier Icomos France #29, AE&CC Ensa de Grenoble, 2018, 181 p.

• Leslie Rainer, Angelyn Bass Rivera, David Gandreau, Terra 2008 : The 10th International Conference on the Study and Conservation of Earthen Architectural Heritage, Getty Publications, 14 juin 2011 (lire en ligne [archive]).
• Clément Louis Treussart, Mémoire sur les mortiers hydrauliques et sur les mortiers ordinaires, Carillan-Goeury, 1829 (lire en ligne [archive]).
• Pierre Witier et Gérard Platret, Analyse et caractérisation de matériaux de construction, Éditions Techniques ingénieur (lire en ligne [archive]).
• (en) Alan B. Poole et Ian Sims, Concrete petrography : a handbook of investigative techniques, CRC Press, 2016, 794 p. (ISBN 978-1-85617-690-3).

Articles connexes

• Béton à contenu recyclé (souvent dit béton ternaire)
• Béton bas carbone

Liens externes

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Métal

 

Liaison métallique et structures cristallines des métaux

Les électrons des matériaux métalliques purs ou alliés se distribuent dans des niveaux d'énergie formant un continuum entre la bande de valence, occupée par les électrons de valence, et la bande de conduction, occupée par les électrons libres injectés thermiquement depuis la bande de valence par-delà le niveau de Fermi. Ces électrons libres forment une liaison métallique délocalisée dans tout le volume du matériau. On peut se représenter un métal comme un réseau tridimensionnel de cations métalliques baignant dans un fluide d'électrons très mobiles. Le modèle de l'électron libre permet de calculer la conductivité électrique ainsi que la contribution des électrons à la capacité calorifique et à la conductivité thermique des métaux, bien que ce modèle ne tienne pas compte de la structure du réseau cristallin du métal. Certains matériaux, comme les intermétalliques, présentent des liaisons partiellement métalliques et sont donc à la limite des céramiques.

La nature électronique particulière d'une liaison métallique est responsable de plusieurs propriétés macroscopiques des métaux : le fluide d'électrons libres assure à la fois une conductivité électrique et une conductivité thermique élevées en permettant la circulation d'un courant électrique et en favorisant la propagation des phonons dans le matériau ; elle rend compte de la ductilité, de la malléabilité et de la plasticité des métaux en maintenant leur cohésion en cas de déformation brisant les autres liaisons interatomiques ; elle confère aux métaux leur absorbance et leur éclat particulier par son interaction avec les ondes électromagnétiques, ainsi que leur point de fusion et leur point d'ébullition plus élevés que les non-métaux en renforçant les autres types de liaisons interatomiques. Ces dernières, notamment les liaisons covalentes de coordination, sont responsables des différentes structures cristallines formées par les métaux solides : la plus fréquente est la structure cubique centrée, suivie de la structure hexagonale compacte et de la structure cubique à faces centrées.

Dans une structure cubique centrée, chaque atome est situé au centre d'un cube formé par ses huit atomes voisins. Dans les structures cubique à faces centrées et hexagonale compacte, chaque atome est entouré par douze autres atomes, mais l'empilement de ces atomes diffère entre ces deux structures. Certains métaux peuvent adopter des structures cristallines différentes selon la température et la pression auxquels ils sont soumis.

• Principales structures cristallines métalliques
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  Cubique centrée.

• 

  Cubique à faces centrées.

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  Hexagonale compacte.

Tous les métaux — notamment les alliages — ne sont cependant pas cristallins, et il peut se former des alliages métalliques amorphes par trempe rapide d'alliages métalliques fondus. On utilise pour ce faire des métaux fondus dont les atomes ont des tailles sensiblement différentes, ce qui limite la cristallisation lors d'un refroidissement rapide. Également appelés verres métalliques, les alliages métalliques amorphes présentent, par rapport aux métaux usuels, une meilleure ténacité, une moindre fragilité, ainsi qu'une plus grande résistance à la déformation et à la corrosion.

La force d'une liaison métallique dépend notamment du nombre d'électrons libres par atome métallique, et atteint un maximum au sein des métaux de transition vers le milieu du bloc d au niveau de la 5^e période et au-delà, parmi les métaux réfractaires. Les liaisons métalliques subsistant à l'état liquide, contrairement aux autres liaisons interatomiques, le meilleur indicateur de la force de la liaison métallique d'un métal donné est sa température d'ébullition plutôt que sa température de fusion.

Éléments chimiques métalliques

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Nature chimique inconnue

Dans le tableau périodique des éléments, les métaux occupent la gauche, le centre et une partie de la droite du tableau, séparés des non-métaux par les métalloïdes. Parmi les 110 éléments dont les propriétés chimiques ont été un tant soit peu caractérisées, on dénombre environ 86 métaux et 7 métalloïdes. La ligne de démarcation entre métaux et non-métaux du tableau ci-contre est conventionnelle : elle est arbitraire et ne marque pas une rupture nette des propriétés macroscopiques entre éléments, dont la transition entre métaux et non-métaux est relativement continue, donnant lieu à la superposition de propriétés métalliques et non métalliques chez certains métalloïdes. De plus, un même élément peut exister selon plusieurs variétés allotropiques aux propriétés davantage métalliques pour les unes et davantage non métalliques pour les autres : un bon exemple est l'étain, qui existe d'une part sous une phase α grise de structure cubique de type diamant, stable aux basses températures, aux propriétés métalloïdes proches d'un non-métal, et, d'autre part, sous une phase β blanche de structure tétragonale, dont les propriétés sont celles d'un métal pauvre.

Les propriétés des métaux eux-mêmes ne sont pas uniformes, et l'on a coutume de les classer en familles plus ou moins informelles qui rendent compte des différences de propriétés entre ces éléments. Du point de vue chimique, le caractère métallique est d'autant plus marqué qu'on se déplace vers la gauche et vers le bas du tableau. Ainsi, les éléments les plus métalliques sont les métaux alcalins, tandis que les moins métalliques sont les non-métaux diatomiques, notamment les halogènes. Entre les deux, d'autres familles d'éléments sont traditionnellement définies, comme les métaux alcalino-terreux, les lanthanides, les actinides, les métaux de transition et les métaux dits « pauvres », ces derniers étant les métaux dont les propriétés métalliques sont les moins affirmées.

Du point de vue pratique, il existe une grande variété de termes désignant des familles d'éléments métalliques et d'alliages. On parle de métaux ferreux et non ferreux selon qu'on considère les alliages contenant ou dépourvus de ferrite, respectivement. On parle de métaux nobles pour désigner les éléments métalliques résistants à la corrosion et à l'oxydation dans l'air humide : ce sont le ruthénium, le rhodium, l'argent, l'osmium, l'iridium, le platine et l'or ; le mercure est parfois également considéré comme un métal noble, tandis que le titane, le niobium et le tantale, qui sont pourtant très résistants à la corrosion, ne sont pas considérés comme des métaux nobles. On parle de métaux précieux pour désigner les métaux les plus rares et dont la valeur marchande est la plus élevée, comme typiquement l'or, l'argent, le platine et le palladium, qui ont chacun un code monétaire ISO 4217 : XAU, XAG, XPT et XPD respectivement ; les platinoïdes sont également considérés comme des métaux précieux. On parle de métaux réfractaires pour désigner les métaux particulièrement résistants aux températures élevées et à l'usure : ce sont typiquement le niobium, le molybdène, le tantale, le tungstène et le rhénium ; le technétium est également réfractaire, mais n'est généralement pas mentionné comme tel car il est synthétique et radioactif.

Propriétés des métaux

Propriétés physiques

Les métaux purs ont le plus souvent une conductivité électrique, une conductivité thermique et une masse volumique élevées. L'argent est ainsi le meilleur conducteur électrique (6,30 × 10⁷ S/m), suivi par le cuivre (5,96 × 10⁷ S/m), l'or (4,10 × 10⁷ S/m) et l'aluminium (3,50 × 10⁷ S/m). La conductivité électrique du fer est de 10⁷ S/m, tandis que celle de l'acier au carbone 1010 (fer à 0,10 % de carbone) est de seulement 5,9 × 10⁶ S/m, ce qui illustre l'effet des impuretés sur la conductivité des métaux.

Bien que la plupart des métaux aient une masse volumique supérieure à celle de la plupart des non-métaux, celle-ci est très variable selon les matériaux considérés. Parmi les corps simples métalliques, le lithium est le moins dense (0,534 g cm⁻³ à 25 °C) tandis que l'osmium est le plus dense (22,59 g cm⁻³). Les métaux alcalins (dont fait partie le lithium) et alcalino-terreux sont les moins denses des métaux ; ils sont également les moins durs, et les métaux alcalins ont un point de fusion particulièrement bas : hormis le lithium, ils sont tous liquides à 100 °C. La densité élevée de la plupart des métaux provient de leur structure cristalline compacte.

Les métaux sont en outre généralement caractérisés par une bonne malléabilité et une grande ductilité qui leur permettent de se déformer sans se briser. Ainsi, le cuivre pur peut être étiré pour former des fils électriques, des tuyaux (plomberie), être mis en plaque et martelé en forme de casseroles ; l'or pur peut également être mis sous forme de feuilles très fines. À l'inverse, certains éléments d'alliage permettent de durcir le métal : c'est par exemple le cas du carbone qui durcit le fer pour donner de l'acier, de l'étain qui durcit le cuivre pour donner le bronze, ou encore de l'argent et du cuivre qui durcissent l'or.

La force des liaisons métalliques est la plus élevée aux environs du centre de la famille des métaux de transition, au niveau des métaux réfractaires, car ces éléments ont un grand nombre d'électrons délocalisés dans leur structure. D'autres facteurs entrent cependant également en ligne de compte, comme le rayon atomique, le numéro atomique, le nombre d'orbitales liantes, la superposition des énergies des orbitales et le type de structure cristalline ; les structures cubiques centrées donnent ainsi des liaisons métalliques moins fortes que les structures cubiques à faces centrées et hexagonales compactes car ces dernières ont une coordinence plus élevée, c'est-à-dire qu'ils lient davantage d'atomes voisins que la première.

Les métaux ont une surface généralement brillante, et sont opaques dès que leur épaisseur dépasse quelques micromètres ; les feuilles d'or transmettent néanmoins une lumière verte.

Propriétés mécaniques

La déformation élastique des métaux peut être modélisée par la loi de Hooke lorsque la déformation est une fonction linéaire de la contrainte. L'application de forces supérieures à la limite d'élasticité ou le chauffage peuvent conduire à une déformation permanente de l'objet, ce qui correspond à une déformation plastique. Cette modification irréversible de la disposition des atomes du matériau peut résulter de l'application :

• d'une force ou d'un travail en tension, en compression, en cisaillement, en flexion ou en torsion ;
• d'un chauffage, ce qui affecte la mobilité des défauts structurels du matériau, comme les joints de grains, les lacunes, les dislocations vis et coin, et les défauts d'empilement (en) des solides cristallins et non cristallins. Le mouvement de tels défauts requiert une énergie d'activation et est donc limité par la vitesse de diffusion atomique.

L'écoulement visqueux autour des joints de grains, par exemple, peut donner lieu au fluage ou la fatigue du métal. Il peut également contribuer à d'importants changements dans la microstructure, comme la croissance des grains et l'accroissement localisé de la densité du matériau par élimination de la porosité intergranulaire. De plus, la nature non directionnelle des liaisons métalliques pourrait contribuer de manière significative à la ductilité des métaux solides.

Propriétés magnétiques

Quelques métaux présentent des propriétés magnétiques remarquables comme le ferromagnétisme. Ce sont notamment, à température ambiante, le fer, le cobalt et le nickel. Certaines terres rares (lanthanides dans la classification périodique) sont également ferromagnétiques à basse température. Les propriétés magnétiques varient avec les alliages, ce qui peut être mis à profit pour créer des aimants puissants ou annuler le magnétisme d'un métal comme le fer.

Propriétés des oxydes

Les métaux ont tendance à former des cations en perdant des électrons. Le sodium peut ainsi perdre un électron pour former le cation Na⁺, le calcium deux électrons pour former le cation Ca²⁺, le fer deux électrons pour former le cation ferreux Fe²⁺ ou trois électrons pour former le cation ferrique Fe³⁺. Ces ions métalliques se retrouvent en solution ou dans des sels, comme le chlorure de lithium LiCl ou le sulfure d'argent Ag₂S.

Les métaux réagissent avec l'oxygène de l'air pour former des oxydes de façon plus ou moins rapide : le fer forme de la rouille en plusieurs mois, voire années, tandis que le potassium brûle en quelques secondes. Les réactions suivantes sont des exemples d'oxydation de métaux :

4 Na + O₂ → 2 Na₂O ;

2 Ca + O₂ → 2 CaO (chaux vive) ;

4 Al + 3 O₂ → 2 Al₂O₃ (corindon).

Les métaux de transition tels que le fer, le cobalt et le nickel s'oxydent plus lentement car leur oxydation forme une couche de passivation qui protège l'intérieur du matériau. Certains forment une couche imperméable qui bloque complètement la progression de l'oxydation et permet de conserver pendant des décennies à la fois leur éclat métallique et leurs bonnes propriétés conductrices de l'électricité : ce sont par exemple l'aluminium, le magnésium, l'acier inoxydable et le titane. Les oxydes métalliques sont généralement basiques, par opposition aux oxydes des non-métaux, qui sont plutôt acides ; les oxydes métalliques acides se rencontrent avec les états d'oxydation très élevés, comme avec le trioxyde de chrome CrO₃, l'heptoxyde de dimanganèse Mn₂O₇ et le tétroxyde d'osmium OsO₄, qui présentent des réactions strictement acides. D'autres métaux, tels que le palladium, le platine et l'or ne réagissent pas du tout à l'air libre : pour cette raison, ils sont appelés métaux nobles.

La corrosion des métaux peut être empêchée par leur peinture, leur anodisation ou encore l'apposition d'un revêtement. S'agissant d'une réaction électrochimique, il faut, pour que la protection soit efficace, utiliser un métal plus réducteur que le métal, sinon le revêtement peut favoriser la corrosion, surtout en cas de rayures.

Alliages

Un alliage est un mélange de deux éléments chimiques ou davantage dont le principal constituant est un métal. La plupart des métaux purs sont trop mous, trop fragiles ou trop réactifs pour pouvoir être utilisés tels quels. Il est possible de moduler les propriétés des alliages en faisant varier les proportions relatives de leurs différents constituants. Il s'agit généralement de les rendre moins fragiles, plus durs, plus résistants à la corrosion, ou encore de leur donner une couleur et un éclat plus attrayants. De tous les alliages métalliques utilisés de nos jours, ceux du fer — acier, acier allié (en), acier à outils, acier au carbone, acier inoxydable, fonte par exemple — en représentent l'essentiel de la production, aussi bien en valeur qu'en volume. Le fer allié au carbone donne des aciers de moins en moins ductiles et résistants à mesure que le taux de carbone augmente. L'addition de silicium donne du ferrosilicium, souvent allié à la fonte, tandis que l'addition de chrome, de nickel et de molybdène à des aciers au carbone (à plus de 10 %) donne de l'acier inoxydable.

Outre les alliages de fer, ceux de cuivre, d'aluminium, de titane et de magnésium sont également importants d'un point de vue économique. Les alliages de cuivre sont connus sous forme de bronze depuis l'âge du bronze. Le billon était un alliage utilisé jusqu'au Moyen Âge pour faire des pièces de monnaie et constitué le plus souvent essentiellement de cuivre avec un peu d'argent et parfois de mercure. De nos jours, le bronze désigne spécifiquement un alliage de cuivre et d'étain, tandis que le laiton est un alliage de cuivre et de zinc, et que le maillechort est un alliage de cuivre, de zinc et de nickel. Ces alliages ont divers usages industriels, notamment dans les installations électriques. Les alliages d'aluminium, de titane et de magnésium ont été développés plus récemment, et sont intéressants en raison de leur grande résistance mécanique pour une masse volumique plutôt faible ; leur coût de revient est cependant élevé, ce qui restreint leur utilisation aux applications de haute technologie pour lesquelles les performances sont plus importantes que le coût. Parmi les différents alliages d'aluminium, on peut citer ceux pour corroyage et pour fonderie. Le zamak est formé de zinc allié à l'aluminium, le magnésium et le cuivre.

Outre des propriétés mécaniques remarquables, les alliages permettent également de faciliter la fusion des métaux, notamment les eutectiques. C'est par exemple le cas du système aluminium-silicium, avec un hypereutectique à environ 78 % d'aluminium, 17 % de silicium, 4 % de cuivre et 1 % de magnésium, utilisé dans l'industrie automobile, et l'alliage étain-plomb Sn₆₃Pb₃₇ qui fond à 183 °C — à comparer aux points de fusion respectifs de l'étain et du plomb, qui sont de 232 °C et 327 °C. L'un des alliages métalliques ayant le plus bas point de fusion est le galinstan, dont la composition massique est typiquement de 68 % de gallium, 22 % d'indium et 10 % d'étain, et qui est liquide à température ambiante. C'est également le cas de l'eutectique NaK, constitué de 77 % de potassium et 23 % de sodium, mais qui est corrosif et très inflammable à l'air libre, surtout en présence d'humidité, ce qui en limite l'usage à des applications très particulières.

Les alliages spéciaux destinés à des applications de pointe, dits superalliages, comme ceux des moteurs à réaction, peuvent contenir plus d'une dizaine d'éléments différents. Les alliages à mémoire de forme sont un autre type d'applications : les alliages Fe-Mn-Si, Cu-Zn-Al et Cu-Al-Ni, par exemple, sont assez bon marché, mais il en existe une très grande variété.

Minerais

Les métaux présentent le plus souvent un état d'oxydation positif, c'est-à-dire qu'ils tendent naturellement à former des cations. Il existe cependant des anions métalliques, avec un état d'oxydation négatif, par exemple avec certains complexes carbonyles comme Fe(CO)₅⁻ ou avec l'anion de sodium Na⁻¹.

Étymologiquement, un métal est une substance extraite d'une mine — μέταλλον en grec ancien. En pratique, les métaux sont généralement extraits sous forme de minerais contenant les éléments recherchés. Ces minerais peuvent chimiquement être de nature très diverse. Ce sont souvent des oxydes, comme la bauxite (minerai d'aluminium), l'ilménite (minerai de titane), l'hématite et la magnétite (minerais de fer), ou encore la pechblende (minerai d'uranium). Il peut également s'agir de sulfates, comme la chalcopyrite (minerai de cuivre), la sphalérite (minerai de zinc), la molybdénite (minerai de molybdène) ou encore le cinabre (minerai de mercure). Il existe par ailleurs des silicates, comme le béryl (minerai de béryllium), des carbonates comme la dolomite (minerai de magnésium), et bien d'autres types de composés.

• Quelques exemples de minerais métallifères
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  Béryl.

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  Dolomite.

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  Magnétite.

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  Chalcopyrite (dorée) sur sphalérite.

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  Molybdénite

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  Cinabre.

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  Uraninite.

Une fois extraits des mines, les minerais sont traités pour isoler le métal recherché, le plus souvent par réduction chimique ou électrolytique. La pyrométallurgie utilise des températures élevées pour convertir les minerais en métaux bruts, tandis que l'hydrométallurgie passe par au moins une étape où le métal est solvaté dans l'eau. Les méthodes employées dépendent des métaux et de leurs impuretés.

Lorsque le minerai est constitué d'un composé ionique du métal avec un non-métal, le minerai doit généralement être fondu, c'est-à-dire chauffé en présence d'un réducteur pour en extraire le métal pur. De nombreux métaux communs comme le fer sont fondus en présence de carbone comme réducteur. D'autres métaux, en revanche, ne peuvent être réduits de cette façon, et sont purifiés par électrolyse : c'est le cas de l'aluminium et du sodium notamment. Les sulfures ne sont pas réduits directement, mais sont d'abord grillés à l'air libre pour être préalablement convertis en oxydes, qui sont ensuite traités de manière classique.

Certains minerais sont des éléments natifs, les plus connus étant le cuivre natif, l'argent natif, l'or natif, voire le fer météorique, mais il en existe bien d'autres, plus rares, comme le fer natif, le nickel natif (dans des roches d'origine météoritique (nickel-fer)), le cadmium natif, l'indium natif, l'étain natif, l'antimoine natif, le tellure natif, le mercure natif, le plomb natif, le bismuth, par exemple. Ces minerais sont solides, à l'exception du mercure, qui se présente à l'état liquide au-dessus de −39 °C dans des poches généralement de petite taille ne dépassant quelques kilogrammes de métal et le plus souvent associées à des métaux nobles, avec lesquels il forme des amalgames. Les platinoïdes existent également sous forme minérale plus ou moins pure, comme le ruthénium natif, le rhodium natif, le palladium natif, l'osmium natif, l'iridium natif et le platine natif.

Applications

Certains métaux et alliages possèdent une résistance structurelle élevée par unité de masse, ce qui les rend utiles pour transporter des charges lourdes et résister à des chocs violents. Les alliages métalliques peuvent être conçus pour avoir une résistance élevée aux contraintes de cisaillement, de flexion et de déformation. Le même métal peut cependant être sujet à la fatigue à la suite de contraintes répétées ou d'un dépassement de la contrainte maximum. La résistance et la résilience des métaux a conduit à leur utilisation courante dans la construction des gratte-ciel et des ouvrages d'art ainsi que dans celle de tous types de véhicules, d'appareils et dispositifs, d'outils, de tuyaux, ou encore de voies ferrées.

Les deux métaux les plus utilisés, le fer et l'aluminium, sont également les plus abondants dans l'écorce terrestre. Le fer est le plus utilisé des deux : il est à la base de toutes les grandes constructions métalliques (poutre, rail, coque de navire). L'aluminium est presque toujours utilisé allié à d'autres métaux afin d'en améliorer les propriétés mécaniques, dans des applications tirant profit du fait qu'il est moins dense que le fer (2,70 g cm⁻³ contre 7,87 g cm⁻³) et meilleur conducteur électrique (3,50 × 10⁷ S/m contre 10⁷ S/m) ; l'aluminium est par exemple utilisé préférentiellement au cuivre dans les câbles électriques à haute tension aériens.

Le cuivre reste utilisé essentiellement pour ses bonne propriétés de conducteur de l'électricité dans les câbles électriques, et de conducteur thermique dans les ustensiles de cuisine. Les propriétés de conducteur de la chaleur font de certains métaux des matériaux intéressants pour réaliser des dissipateurs thermiques destinés à éviter les surchauffes. Les métaux les moins abondants sont utilisés dans des alliages (chrome, manganèse, titane), et les plus rares interviennent souvent comme catalyseurs (platinoïdes, notamment) et parfois comme placements financiers ou en joaillerie (métaux précieux). La réflectivité élevée de certains métaux, comme l'argent, en font des matériaux de choix pour la construction de miroirs, notamment ceux des télescopes. Elle est également à l'origine de l'attrait esthétique de certains métaux utilisés en joaillerie. L'uranium est un métal qui, après séparation isotopique, permet d'alimenter des réacteurs nucléaires pour libérer leur énergie par fission. D'autres métaux, trop réactifs à l'air et/ou à l'eau sont rarement utilisés à l'état métallique (sodium, potassium, calcium).

Dans un certain nombre de cas, les métaux tendent à être remplacés par d'autres matériaux, en général pour des raisons de légèreté (polymères, matériaux composites, céramiques) ou de résistance à la corrosion ou à l'usure (céramiques). Ces matériaux ont toutefois eux aussi leurs limites par rapport aux métaux, en particulier les polymères et composites à matrice polymère ne sont pas utilisables à hautes températures et sont souvent plus souples, tandis que les céramiques résistent mal aux chocs.

Les métaux peuvent être dopés avec des molécules étrangères, qui peuvent être organiques, minérales, biologiques, ou encore des polymères. Ces molécules confèrent au métal des propriétés nouvelles qui peuvent être mises à profit pour des applications aussi variées que les catalyseurs, la médecine, l'électrochimie et la résistance à la corrosion².

Spécification chimique

Les différents états d'oxydation, conformations, complexes ou formes transitoires représentent des espèces chimiques distinctes d'un élément et jouent un rôle majeur dans l'élaboration, la corrosion, ainsi que sur leur biodisponibilité et leur toxicité ou écotoxicité. Certaines espèces d'éléments traces métalliques (ÉTM) sont plus facilement assimilables par les organismes que d'autres, ce qui engendre des effets bénéfiques ou néfastes selon la nature et la concentration du métal (élément essentiel ou non).

Il ne faut pas confondre la spéciation chimique d'un élément avec son fractionnement ou sa partition. La littérature scientifique confond quelquefois ces concepts ce qui complexifie les recherches dans ces domaines.

• spéciation chimique : c'est la distribution d'un élément selon différentes catégories d'espèces chimiques dans un système ;
• fractionnement : c'est la classification d'un élément ou d'un groupe analysé par rapport à ses propriétés physiques et/ou chimiques (grosseur de particules, solubilité, force de liaison, etc.) ;
• partition : répartition d'un composé dans les différentes phases d'un système (solide, liquide, atmosphère, matière organique, etc.) selon des coefficients de partition spécifiques³.

Cette section décrit donc les principales catégories d'espèces chimiques relatives aux ÉTM et présente des exemples d'espèces chimiques de niveau toxique varié⁴.

Oxydation et réduction

Comme indiqué précédemment, les métaux se trouvent en général naturellement dans des minerais ; ils sont à l'état oxydé. Par exemple, le fer se trouve à l'état Fe(III) dans l'hématite, à l'état Fe(II) et Fe(III) dans la magnétite, l'aluminium dans l'état Al(III) dans la bauxite… La métallurgie primaire consiste essentiellement en la réduction du minerai pour obtenir un état d'oxydation (0).

À l'inverse, en réagissant avec l'environnement, le métal va s'oxyder et se dissoudre dans l'eau ou bien se lier à d'autres atomes ou ions, en particulier l'oxygène et l'ion hydroxyle. C'est un des mécanismes principaux de la corrosion.

L'état d'oxydation des métaux dans un système influence leurs effets sur les organismes. Par exemple, le chrome(III) est un élément essentiel (c'est-à-dire nécessaire pour le bon fonctionnement de l'organisme) et pénètre difficilement les membranes lipidiques des cellules. En revanche, le Cr(VI), qui s'avère toxique pour certains gènes, est cancérigène et pénètre facilement dans les cellules grâce à des transporteurs spécifiques. Dans d'autres cas, ce sont les formes moins oxydées qui sont toxiques, par exemple avec l'arsenic dont la toxicité est plus importante pour As(III) que pour As(V).

Composition isotopique

La composition isotopique de quelques éléments influence leur abondance ou leur toxicité dans l'environnement. Par exemple, le plomb comporte une vingtaine d'isotopes dont quatre sont stables : ²⁰⁴Pb, ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb et ²⁰⁸Pb. Les ²⁰⁶Pb et ²⁰⁷Pb proviennent de la dégradation de l'uranium et le ²⁰⁸Pb résulte de la dégradation du thorium, deux éléments radioactifs ; ainsi, l'abondance de ces isotopes s’accroît dans le temps, et la composition isotopique du plomb évolue donc selon les sources d'émission stimulées. Un autre exemple intéressant de variation de la toxicité est lié à la composition isotopique de l'eau (H₂O) : remplacer 60 % de l'eau du corps de rongeurs par de l'H₂¹⁸O est sans effet alors qu'une substitution de 30-40 % de cette eau par du D₂O⁵ engendre la mort de ces animaux.

On peut chercher à trier les isotopes, par exemple pour enrichir la matière en isotopes radioactifs, comme dans le cas de l'enrichissement de l'uranium pour produire du combustible nucléaire. On peut à l'inverse chercher à appauvrir le métal, comme dans le cas des munitions à uranium appauvri.

Les isotopes métalliques sont utilisés comme traceurs pour les phénomènes de diffusion : on élabore un métal contenant une quantité notable d'isotope radioactif, et le profil de radioactivité permet de suivre la progression de ces atomes.

Composé et complexe inorganique

Les métaux s'allient souvent à des ligands inorganiques⁶ pour former des composés ou complexes inorganiques possédant des propriétés physico-chimiques différentes. Par exemple, la charge, la solubilité, le coefficient de diffusion ou la force de liaison de ces composés influencent le transport et par conséquent la biodisponibilité et la toxicité des métaux dans les organismes. Par exemple, certains sels de nickel comme les chlorures (NiCl₂) et les sulfates (NiSO₄) sont solubles dans l'eau et de faible toxicité orale, alors que les sulfures de nickel (Ni₃S₂) sont pratiquement insolubles dans l'eau mais sont cancérigènes.

Composé organique

Les composés organiques tel les sucres, acides organiques, lipides ou autres composés organiques de faible poids moléculaire ont des affinités plus ou moins importantes avec les métaux. Certains d'entre eux, des acides organiques comme l'acide citrique et l'acide malique, contiennent un groupement fonctionnel (l'hydroxylcarboxyle) qui se lie facilement aux métaux et qui diminuent leur biodisponibilité; ces composés sont très étudiés en écotoxicologie terrestre car ils sont excrétés par les racines des plantes et les micro-organismes du sol, créant une synergie qui diminue la toxicité des métaux dans le sol⁷.

Certains composés organiques particuliers que l'on nomme chélateurs, comme l'EDTA, forment des complexes très stables avec les métaux. Les chélateurs sont des ligands solubles polydentés faiblement acides qui forment des complexes chélateur-métal thermodynamiquement forts ; ils sont quelquefois utilisés pour la restauration des eaux et des sols contaminés aux métaux ou dans les méthodes analytiques chimiques pour extraire les métaux d'une matrice.

Composé organométallique

Les composés organométalliques contiennent une liaison entre le carbone et le métal. Cette liaison peut être de nature covalente ou ionique; par exemple, les liaisons carbone-sodium et carbone-potassium sont fortement ioniques, les liaisons carbone-étain, carbone-plomb et carbone-mercure sont fortement covalentes et les liens carbone-lithium et carbone magnésium se situent entre la liaison ionique et la liaison covalente⁸.

Par exemple, la bioalkylation, c'est-à-dire la formation d'un alkyle (CH_x) avec un métal par des micro-organismes spécifiques, est un processus fréquent dans les sols et les sédiments. Or, bien que la méthylation des métaux (lien CH₃-métal) forme des composés plutôt toxiques, certains alkyles métalliques d'arsenic et de sélénium détoxifient le métabolisme de l'humain et d'autres organismes vivants. Néanmoins, la plupart des produits organométalliques résultant d'une bioalkylation sont d'origine anthropogénique, comme certains fongicides ou produits de combustion d'essence, et sont très toxiques pour le système nerveux central de certains organismes (comme les dérivés d'alkyles d'étain, de plomb ou de mercure et d'or).

Composé ou complexe macromoléculaire

Les composés ou complexes macromoléculaires sont à la limite de représentation des espèces chimiques. Ils forment malgré tout une catégorie distincte car ils jouent un rôle particulièrement important dans la biodisponibilité des métaux pour les organismes vivants. En effet, les acides humiques et fulviques résultant de la biodégradation de la matière organique sont des anions mobilisant les ÉTM contenus dans les sols et dans les eaux. Les acides humiques et fulviques ont des structures et une composition très variables et complexes mais joueraient un rôle significatif sur la spéciation des métaux.

D'autres particules organiques et inorganiques tels la biomasse et les colloïdes adsorbent les métaux et diminuent ainsi leur toxicité en réduisant leur biodisponibilité. Par contre, d'autres macromolécules anioniques des organismes vivants, comme certains acides nucléiques ou les glycosaminoglycanes, se lient involontairement aux ÉTM et provoquent des mutagenèses dommageables pour l'organisme.

Paramètres influençant la spéciation des métaux

La spéciation des métaux dans les phases aqueuses et solides est influencée par plusieurs paramètres (Voir aussi section Environnement de cette page) :

• le pH : en général, un pH acide tend à solubiliser les métaux alors qu'un pH alcalin favorise leur adsorption ;
• la matière organique : la matière organique adsorbe les métaux et est synonyme de stabilité (non biodisponibilité) ;
• la concentration des ligands : plus la concentrations des ligants inorganiques et organiques est élevée, plus le métal se lie à ce ligand et forme une espèce chimique populeuse ;
• la force du lien ionique ou covalent : plus le lien métal-composé est fort, plus l'espèce chimique associée à ce composé sera stable ;
• la stœchiométrie : les principes stœchiométriques doivent évidemment être respectés pour engendrer la formation des composés.

Cette spéciation implique que l'équilibre chimique est atteint. Or, la complexation des métaux avec les ligands inorganiques est très rapide car ils sont nombreux dans la phase aqueuse, mais la complexation des métaux avec les ligands organiques nécessite plus de temps car les sites d'adsorption ou d'attachement sont moins accessibles. Par conséquent, il est préférable d'analyser la spéciation d'une contamination métallique sur une matrice contaminée stable depuis plusieurs années qu'une matrice fraîchement contaminée avec une dynamique chimique évolutive, sans quoi les analyses risquent d'être biaisées.

De plus, la constante d'équilibre relative à la notion d'équilibre chimique peut être illustrée par la réaction :

Métalⁿ⁺ + Ligandⁿ⁻ → Métal-Ligand

La constante d'équilibre K_éq associée à cette équation varie selon le type de lien :

• Lien ionique: ~ 10⁰ < K_éq < 10⁴
• Complexe: ~ 10⁴ < K_éq < 10⁸
• Chélateur: ~ 10⁸ < K_éq < 10²⁰

Ainsi, puisque K_éq est relativement faible pour les paires ioniques et plus élevée pour les complexes, les métaux préfèrent s'associer à long terme aux complexes stables qu'aux paires ioniques de plus faible énergie de liaison.

Économie et géopolitique

Raréfaction des ressources

Le développement de nombreuses industries telles que l'électronique, les technologies de l'information et de la communication, et l'aéronautique, et le pari du « tout technologique » dans la recherche du rendement et de l'efficacité, ont conduit à une augmentation sans précédent de la production et de la consommation de métaux. La période de croissance de 1990 à 2010 a conduit à un doublement de la production des principaux métaux. Alors que dans les années 1970, on utilisait moins de 20 métaux dans la table de Mendeleïev, on en consomme environ 60 depuis les années 2000⁹.

Il y a une tendance à la baisse de concentration moyenne des minerais. Par exemple, la concentration moyenne des minerais de cuivre exploités est passée de 1,8 % dans les années 1930 à 0,8 % en 2010¹⁰. Parallèlement, les réserves, exprimées au niveau de production 2008, se situent pour la plupart des métaux entre 20 et 100 ans de production annuelle¹¹.

Géopolitique

Depuis très longtemps les mines de certains métaux (précieux ou communs mais indispensables à l'industrie), les installations de raffinage, voire certains secrets de fabrication étaient considérés comme d'intérêt stratégique par les États. Les raisons militaires et l'avènement des armes et munitions métalliques puis de l'énergie et de l'arme nucléaire ont accru l'importance de certains métaux. Même pour des métaux géologiquement non rares comme le cuivre, mais faisant l'objet d'un marché fluctuant, de fortes hausses de cuivre se traduisent aussi par l'accroissement de vols de métaux (à titre d'exemple, en France, en 2010, RFF et la SNCF ont subi 2 100 vols de cuivre (quatre fois plus qu'en 2009) qui ont causé des dysfonctionnements et plusieurs dizaines de millions d'euros de préjudice par an pour la SNCF¹².

La consommation de certains métaux autrefois sans valeur s'est fortement accrue au XX^e siècle, avec par exemple l'uranium (fortement demandé pour des usages militaires et civils), les métaux du groupe du platine (principalement utilisés pour les pots d'échappements catalytiques, comme catalyseur industriel ou pour les chimiothérapies anticancéreuses) la surexploitation des ressources minières les plus accessibles ou les plus « pures » et malgré les économies permises par un recyclage d'une partie des métaux constituant les produits en fin de vie ou les chutes de production, la notion de métaux stratégiques est encore prégnante. Ainsi, la France a créé¹³ en 2011 un « Comité pour les métaux stratégiques », chargé d'aider le ministère à élaborer et mettre en œuvre une politique rénovée de gestion de ces métaux, via notamment des approvisionnements mieux sécurisés. Le ministre chargé des matières premières en préside les trois collèges (administrations, organismes techniques et fédérations professionnelles et industriels). La FEDEREC (fédération des entreprises du recyclage) et la FEDEM (fédération des minerais, minéraux industriels et métaux non ferreux) y participent.

Environnement

Contrairement aux composés organiques, les métaux ne sont pas biodégradables par les micro-organismes. Cette caractéristique engendre certains problèmes de gestion de la contamination métallique. En effet, le sort des métaux dans l’environnement pose de grands défis analytiques ; les métaux se retrouvent sous plusieurs formes dans le sol et dans l'eau (complexe avec la matière organique du sol, avec les minéraux, précipitation, ions libres, etc.) complexifiant les prédictions de toxicité et d'écotoxicité^14,15.

Toxicité et écotoxicité terrestre

La toxicité et l'écotoxicité des métaux dans les sols sont étroitement liées à leurs caractéristiques propres (radioactivité éventuelle et type de radioactivité, métal lourd, toxicité chimique, micro ou nanoparticules, etc.), spéciation chimique et biodisponibilité ; plus l'espèce métallique est libre et mobile, plus elle est biodisponible et plus il y a un risque de toxicité sur les organismes vivants. En général, les ions métalliques libres (en solution) constituent la forme chimique la plus disponible pour les organismes et donc la plus susceptible d'être toxique. Cependant, d'autres espèces ou fractions de métaux peuvent être instables et mobiles (fraction labile ou liée aux oxydes libres par exemple) et engendrer un risque pour les organismes.

Certains métaux (fer, cuivre et zinc notamment) sont des éléments essentiels. Ils sont toxiques au-delà d'une certaine dose, mais une carence entraîne des troubles métaboliques graves.

Ainsi, plusieurs paramètres influencent la toxicité des métaux dans les sols^16,17:

• le pH : généralement, un pH acide solubilise les métaux normalement immobiles et augmente donc le risque de toxicité ;
• la composition du sol : les argiles et la matière organique du sol adsorbent les contaminants et les séquestrent sous forme de complexes stables faiblement mobiles, alors que les particules plus grosses comme le sable ou le gravier retiennent moins les métaux du sol ;
• le temps passé après une contamination aiguë, ou le temps durant lequel une contamination chronique a eu lieu : un site fraîchement contaminé ne présente pas nécessairement plus de toxicité qu'un site ayant subi une contamination diffuse mais étalée sur plusieurs années ou décennies ;
• le niveau de saturation des sites d'adsorption : plus les sites sont capables de fixer, les métaux approchent leur niveau de saturation, plus le métal aura tendance à se solubiliser ou se rendre biodisponible.

Empreinte énergétique

Pour aller de la mine à un objet façonné, il faut passer par de nombreuses étapes et utiliser beaucoup d'équipements qui consomment de l'énergie. Les métaux étant pratiquement tous sous forme d'oxydes ou de sulfures dans la nature, il faut, pour les obtenir sous forme métallique, fournir l'énergie nécessaire à casser les liaisons chimiques correspondantes.

L'empreinte énergétique d'un métal est la quantité d'énergie nécessaire pour obtenir du métal pur. Dans ce qui suit, la quantité d'énergie est mesurée en tep (tonne équivalent pétrole), pour une tonne de métal pur.

Pour obtenir l'énergie « contenue » dans un métal « neuf », issu de la première transformation du minerai, il faut prendre en compte :

• l'énergie d'extraction du minerai ;
• l'énergie des traitements pré-métallurgiques (minéralurgie) ;
• l'énergie de la métallurgie d'élaboration ;
• l'énergie de la première transformation (fonte et affinage) ;
• l'énergie du transport éventuel entre les différentes étapes¹⁸.

Énergie des métaux donnée par différentes sources

(en tep — tonne d'équivalent pétrole — par tonne de métal brut)

Métal	Norgate et Rankine (2002)	J.C. Prevot (*) (2005)	ADEME (**) (2006)	BRGM (2007)	R.U. Ayres (*) (2002)
Titane		10,5-13,6		9,9
Magnésium		10,0-10,2		8,6
Aluminium	5,0	6,4-7,4	3,8	5,8	2,5 (***)
Étain				4,6
Nickel	2,7-4,6		3,3
Cuivre	0,8-1,5	2,4-3,6	1,0	1,9	1,1-1,5 (***)
Zinc	0,9-1,1	1,7-1,9	1,0	1,6	1,5 (***)
Acier	0,5	0,8-1,4	0,4	0,8
Plomb	0,5-0,8	0,8-1,1	0,8	0,5	0,7 (***)

(*) Source en MJ / kg et 1 MJ = 2,38 × 10⁻⁵ tep.
(**) Source en tec (tonne équivalent carbone) ; conversion utilisée : 1 tec = 1,3 tep (valeur moyenne européenne).
(***) Énergie injectée dans les procédés uniquement : hors énergie d'extraction, des intrants (acides, solvants, etc.), de transport.

La consommation énergétique totale pour la production de métaux bruts est alors de 730 à 1 070 Mtep, soit 7 à 10 % de l'énergie primaire mondiale. L'acier et l'aluminium en représentent la plus grande part, soit respectivement 544-680 Mtep et 147-288 Mtep¹⁹.

Impact du recyclage

Les grands métaux sont globalement recyclables, et l'énergie nécessaire au recyclage est bien moindre que l'énergie nécessaire à la fabrication du métal neuf. Par exemple, pour l'acier, l'énergie nécessaire au recyclage représente 25 à 40 % de l'énergie nécessaire à la production du métal primaire. Le recyclage de l'aluminium ne nécessite quant à lui que 4 à 5 % de l'énergie requise pour la production de l'aluminium primaire²⁰.

Astronomie

Planétologie

En planétologie, les métaux sont les matériaux les plus « lourds », comme le fer ou le nickel, qui composent le cœur des planètes rocheuses. C'est la catégorie des matériaux les plus lourds à côté des « gaz » (hydrogène, hélium), des « glaces » (composés contenant du carbone, de l'azote et/ou de l'oxygène, comme l'eau, le méthane et l'ammoniac) et des « roches » (silicates).

Cosmologie

En cosmologie, on appelle métaux tous les éléments autres que l'hydrogène et l'hélium. La teneur en ces « métaux » s'appelle en conséquence la métallicité, notée Z (X et Y représentant respectivement la proportion d'hydrogène et d'hélium).

Notes et références

• (en) James L. Dye, « Alkali metal anions. An unusual oxidation state », J. Chem. Educ., vol. 54, n^o 6,‎ 1977, p. 332
• (en) David Avnir, « Molecularly Doped Metals », Accounts of Chemical Research, vol. 47, n^o 2,‎ 18 février 2014, p. 579-592 (PMID 24283194, DOI 10.1021/ar4001982, lire en ligne [archive])
• C.H. Walker, S.P. Hopkin et al., Principles of Ecotoxicology, Boca Raton: CRC PRESS, Taylor and Francis Group, 2006, 315 p.
• D.M. Templeton, F. Ariese et al., « Guidelines for Terms related to Chemical Speciation and Fractionation of Elements. Definitions, Structural Aspects, and Methodological Approaches », Pure Applied Chemistry, vol. 72, n^o 8,‎ 2000, p. 1453-1470
• Le deutérium est un isotope de l'hydrogène
• Sans atome de carbone
• S. Sauvé et D.R. Parker, « 14: Chemical Speciation of Trace Elements in Soil Solution », dans Chemical Process in Soils, vol. 8, Madison, Soil Science Society of America, 2005, p. 655-688
• G. Solomons et C. Fryhle, Chimie organique [« Organic Chemistry (John Wiley & Sons, Inc.) »], Mont-Royal, Modulo Éditeur, 2000, p. 483-484
• BG 2010, p. 24-25
• BG 2010, p. 29
• BG 2010, p. 39
• « Vols de cuivre » [archive], sur Environnement-online, 25 janvier 2011
• décret annoncé par le ministre chargé de l'énergie le 26 janvier 2011
• Y. Ge, P. Murray et W.H. Hendershot, « Trace Metal Speciation and Bioavailability in Urban Soils », Environmental Pollution, vol. 107, n^o 1,‎ 2000, p. 137-144
• B. Cances, M. Ponthieu et al., « Metal Ions Speciation in a Soil and its Solution : Experimental Data and Model Results », Geoderma, vol. 113, n^os 3-4,‎ 2003, p. 341-355
• R. Naidu, V.V.S.R. Gupta et al., Bioavailability, Toxicity and Risk Relationships in Ecosystems, Endfield: Science Publishers, Inc., 2003, p. 58-82
• L. L'Herroux, S. Le Roux et al., « Behavior of Metals following Intensive Pig Slurry Applications to a Natural Field Treatment Process in Brittany », Environmental Pollution, vol. 97, n^os 1-2,‎ 1997, p. 119-130
• BG 2010, p. 81-83
• BG 2010, p. 84-87

Voir aussi

Bibliographie

 : document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

• Philippe Bihouix et Benoît De Guillebon, Quel futur pour les métaux ? : Raréfaction des ressources : un nouveau défi pour la société, EDP Sciences, 2010
• Claude Birraux et Christian Kert, députés, Rapport sur les enjeux des métaux stratégiques : le cas des terres rares, Compte rendu de l'audition publique du 8 mars 2011 et de la présentation des conclusions, le 21 juin 2011.
• Christophe Bouillon et M. Michel Havard, Rapport d’information sur la gestion durable des matières premières minérales, Assemblée Nationale, octobre 2011, 146 p.
• Pierre-Noël Giraud et Thimothée Ollivier, Économie des matières premières, La découverte, 2015
• Michel Jebrak, Quels métaux pour demain, Dunod, 2015
• Bernadette Mérenne-Schoumaker et Claire Levasseur, Atlas mondial des matières premières : des besoins croissants, des ressources limitées, Autrement, 2015
• Philippe Chalmin, Cyclope : Les marchés mondiaux 2017, Economica, 2017 (édition annuelle)
• Guillaume Pitron, La guerre des métaux rares : La face cachée de la transition énergétique et numérique, Les liens qui libèrent, 2018

Articles connexes

• Matières premières minérales critiques
• Comité pour les métaux stratégiques

Liens externes

• Ressource relative aux beaux-arts
•  :
  • (en) Grove Art Online
• Notices dans des dictionnaires ou encyclopédies généralistes
•  :

  • Enciclopedia De Agostini [archive]
  • Encyclopædia Britannica [archive]
  • Encyclopædia Universalis [archive]
  • Encyclopédie Treccani [archive]
  • Store norske leksikon [archive]
• Notices d'autorité

•  :

  • Bibliothèque nationale de la Diète
  • Bibliothèque nationale tchèque
• [PDF] Rapport de la Commission européenne au Parlement européen, au Conseil, au Comité économique et social européen et au Comité des régions, sur la mise en œuvre de l’initiative « Matières premières » [archive]
• (fr) Minéralinfo, le portail français des matières premières minérales primaires et secondaires non énergétiques [archive]
• (fr) Base de données [archive] de la Société française de chimie (SFC)
• (fr) ADEME, Étude du potentiel de recyclage de certains métaux rares [archive]
• (fr) Animation, applications et recherches liées au point de vue quantique sur les métaux [archive] (Université Paris Sud)
• (fr) Les métaux dans la vie quotidienne [archive] (Université de Lorraine)
• (en) UNEP (2011) Recycling Rates of Metals - A Status Report, A Report of the Working Group on the Global Metal Flows to the International Resource Panel, Graedel, T.E. ; Allwood, J. ; Birat, J.-P. ; Reck, B.K. ; Sibley, S.F. ; Sonnemann, G. ; Buchert, M. ; Hagelüken, C. [archive]

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Parpaing

 

Un parpaing (du latin perpetaneus, « ininterrompu ») est à l'origine un élément de maçonnerie taillé qui présente deux faces lisses afin de réaliser en même temps les deux faces opposées d'un mur. L'expression « faire parpaing », « traverser le mur de part en part pour en assurer la solidité », vient de là¹.

Le parpaing peut varier en taille, mais est généralement d'un ratio de 5:22.

Le terme s'emploie également comme adjectif (masculin : parpaing, féminin : parpaigne) comme dans « boutisse parpaigne ».

Par analogie, le mot fut employé dès le début du XX^e siècle pour désigner le bloc de béton manufacturé que l'industrie produisait de plus en plus massivement à moindre coût.

Références

Voir aussi

Articles connexes

• Appareil
• Glossaire de l'architecture

Bibliographie

• Eugène Viollet-le-Duc, Dictionnaire raisonné de l'architecture française du XI^e au XVI^e siècle - Tome 7, art. « Parpaing »

• Portail de l’architecture et de l’urbanisme

Brique (matériau)

 

Une brique est un élément de construction généralement en forme de parallélépipède rectangle constitué de terre argileuse crue, séchée au soleil — brique crue — ou cuite au four, employée principalement dans la construction de murs.

Histoire

Le besoin de se protéger de façon durable des intempéries et des prédateurs impose à l'Homme de trouver des matériaux durs et résistants^{[Information douteuse][réf. nécessaire][Interprétation personnelle ?]}. La pierre naturelle ou les troncs d'arbre peuvent remplir cet office dans les régions où ils peuvent être facilement prélevés. Dans les pays où la végétation est rare et notamment tous les pays méditerranéens, l'argile constitue l'un des premiers matériaux de construction utilisés¹ : la brique est facilement réalisable à partir d'argile ou de terre crue, on a parlé au XIX^e siècle de « terre franche ». Cette brique de terre crue d’autre part, abandonnée au feu, acquiert solidité et dureté. On lui enlève surtout l'inconvénient de se délayer dans l'eau. Ce progrès profite aux briques aussi bien qu'aux tuiles, aux carreaux et à la céramique en général. Un grand et nouveau progrès est encore réalisé le jour où l'on a su recouvrir cette terre qui reste poreuse et absorbante, d'une couche vitreuse imperméable, d'une glaçure. Ce progrès profite toutefois plus aux tuiles et à la poterie, qu'aux briques pour lesquelles son usage reste marginal². La porte d'Ishtar dans l'actuel Irak, ou le palais de Darius I^er à Suze dans l'actuel Iran, montrent l'usage maitrisé des décors en brique de terre cuite émaillée et colorée, qu'avaient les Néo-Babyloniens en -580 et d'autre part les Achéménides vers -500. Au XV^e siècle, le nord de l'Italie deviendra maître dans l'art de la décoration des habitations et monuments avec des frises, des guirlandes et des festons constitués tout de briques émaillées.

D'abord modelée, la brique apparaît entre le huitième et le septième millénaire av. J.-C., dans la région du Tigre et de l'Euphrate. Les premières maisons en brique ont été découvertes en Mésopotamie — actuel Irak — et l'on estime que l'usage de la brique s'étend rapidement dans tout le Moyen-Orient³.

La brique crue est simplement moulée puis séchée au soleil, pour la rendre plus résistante. Elle permet de monter des habitations ou des monuments comme la pyramide d'Amenemhat III, mais reste fragile et résiste mal aux intempéries.

Son utilisation se généralise au quatrième millénaire, avec l'invention et l'emploi du moule à briques aux dimensions normalisées, donnant naissance aux premières cités urbaines⁴.

La cuisson de la brique est expérimentée en 2500 av. J.-C., en Mésopotamie et dans la vallée de l'Indus⁵. La cuisson permet de réaliser des constructions plus imposantes. La brique de terre cuite constitue la première pierre artificielle ou « pierre factice », longtemps avant le béton de ciment.

La Rome antique met en œuvre les briques crues dans l’opus latericium, et les briques cuites dans l’opus testaceum. Les briques sont carrées et peuvent être fractionnées en éléments rectangulaires ou triangulaires.

Si en France, Paris, tirant parti du calcaire lutécien du Bassin parisien, demeure une ville de pierre, beaucoup de villes et pays où la pierre à bâtir est rare seront des villes de brique. Le gothique de brique est un style spécifique de l'architecture gothique en Europe du Nord, en particulier dans le nord de l'Allemagne et les régions autour de la mer Baltique qui ne disposent pas de ressources en pierre naturelle, construiront en utilisant essentiellement la brique. Les édifices gothiques de briques se trouvent en Biélorussie, Danemark, Estonie, Finlande, Allemagne, Lettonie, Lituanie, Pays-Bas, Pologne, Russie et Suède. À Londres, la pénurie en pierre de taille de qualité fait de celle-ci une ville de briques.

Lors de la Révolution industrielle, les briqueteries se regroupent et forment de véritables usines. Des fours à charbon permettent d'augmenter la capacité de production : des fours plus grands, plus efficaces (le four Hoffmann, où la production de brique se fait en continu, le four Bull, etc.) et de grandes cheminées de briques deviennent les éléments caractéristiques de ces briqueteries. En France, Toulouse et ses 170 briqueteries devient un important producteur de briques⁶. Aujourd'hui, les briqueteries ont pratiquement disparu en Europe.

En 1830, Auguste Virebent dépose le brevet d'invention d'un système de presse à briques. Ceci est un jalon de l'industrialisation de la brique. Il met au point aussi la « plinthotomie », invention fonctionnant comme un emporte-pièce, pour découper diverses formes dans de la glaise fraîche. Cette technique permet de s'affranchir des sculpteurs, et d'industrialiser la fabrication⁷.

L'après-guerre marque le remplacement progressif de la brique par le béton de ciment et l'acier.

À la fin du XX^e siècle, les chocs pétroliers à répétition, la prise de conscience écologique consécutive au dérèglement climatique, conduisent l'industrie briquetière à des innovations majeures pour réduire la consommation énergétique et l'impact environnemental liés à la fabrication des produits. Ainsi :

• la récupération de l’air chaud lors du refroidissement des produits dans le four qui est redirigé vers les séchoirs, permet d’économiser près de la moitié de la consommation en énergie de ces derniers,
• l’utilisation de sources d’énergie alternatives : la biomasse (ex. : déchets de bois), le biogaz (issu de centre d’enfouissement) et l’énergie photovoltaïque ou éolienne en cours de développement permettent de réduire de moitié la consommation en énergie fossile de nombreuses usines,
• un suivi rigoureux du cycle de cuisson par voie informatique et la réalisation de bilans thermiques ont permis d’optimiser le processus.

Au niveau européen, l’énergie nécessaire à la fabrication des briques (1 m² de mur) a ainsi diminué de 39 % entre 1990 et 2007⁸. Enfin, dans les pays industrialisés, les coûts d’approvisionnement énergétique poussent certaines briqueteries à se diversifier dans la fabrication de briques en terre crue^9,10.

Fabrication en terre crue

On retrouve la technique de brique crue en Lorraine où — dit un manuel de 1825 — on construisait aussi avec des briques desséchées au soleil et posées avec un mortier d'argile, l'exécution étant facile et peu coûteuse. « On labourait en plusieurs sens une portion de terre dont la surface est calculée en raison de la dimension du bâtiment à construire ; on battait avec une masse cette portion de terre et la forme en surface unie ; puis, avec des règles et un tranchant, on coupait cette terre battue en lignes droites, espacées de 8 à 9 pouces, et par d'autres transversales de quatre à cinq pouces de distance. Tous ces carreaux ainsi tracés présentaient un champ couvert de briques. On laissait cette terre bien sécher et prendre le plus de consistance possible, et, après un temps convenable, on enlevait chaque carreau qui présentait alors la forme d'une brique de deux pouces environ d'épaisseur. C'est avec de pareilles briques qu'on élevait un bâtiment, en posant chaque assise, à la manière ordinaire, sur un lit de la même terre délayée en consistance de mortier¹¹. »

La technique prend le nom d'« adobe » sur les bords de la Méditerranée et par voie de colonisation en Amérique latine où elle est encore le patrimoine de beaucoup de familles pauvres, qui conservent cette tradition depuis des temps immémoriaux.

La terre crue est une alternative à une industrie briquetière énergivore. Les coûts d’approvisionnements énergétiques des fours à brique poussent d'ailleurs certaines briqueteries à une inévitable reconversion dans la fabrication de briques en terre crue^9,10.

Fabrication en terre cuite

Méthode traditionnelle

Avant la mécanisation, les hommes arrachaient l'argile à l'aide de fers, à plat. Une fois l'argile extraite, un travail de broyage permettait d'affiner la matière première. Ensuite, l'ajout d'eau en grande quantité permettait d'obtenir une pâte homogène, à la plasticité voulue. Le pétrissage, autrefois au pied, et désormais avec de puissantes machines, permettait d'éliminer les derniers cailloux. Cette préparation de l'argile se terminait par une phase de pourrissage, durant laquelle la terre glaise se « reposait¹² ».

Son façonnage se faisait dans un moule en bois dont les bords et le fond étaient ensablés afin que la glaise n'y adhère pas. Un morceau de glaise était placé dans le moule, puis aplani. La surface était égalisée et arasée de son excédent à l'aide d'un archet ou d'une plane humide (rasadou, rasador, en région toulousaine). Le tout était démoulé et déposé sur le sol, ou sur une grille pour une première phase de séchage. Une fois durcies, les briques étaient empilées en quinconce pour faciliter la circulation de l'air entre elles. Dans la région toulousaine, ces empilements de briques étaient nommés « châteaux » et étaient stockés sous un auvent entourant le four de la briqueterie.

La cuisson s'opérait quand le nombre de briques sèches était suffisant. Elles étaient alors empilées selon le même principe à l'intérieur du four, par une étroite ouverture verticale aménagée dans un des côtés. Des rainures horizontales recevaient une planche servant de support à l'ouvrier chargé de placer les briques jusqu'en haut du four. L'ouverture était ensuite obturée avec de la terre. Le feu était allumé dans le foyer situé en sous-sol du four, et entretenu pendant plusieurs jours, avec une surveillance constante.

Ce travail manuel a donné aux briques leur forme caractéristique. Aujourd'hui, ce travail est industrialisé et permet d'obtenir différents tailles de briques, parfaitement identiques. Un système de découpage automatique façonne des briques à partir de boudins de glaise. La brique subit ensuite une série de séchages qui éviteront les fissures et les éclats lors de la cuisson¹³.

Méthode moderne

La fabrication d'une brique moderne passe par les grandes étapes suivantes :

• extraction de l'argile rouge et de l'argile verte. On mélange environ 10 % d'argile verte avec 90 % d'argile rouge. La terre argileuse, généralement extraite à proximité de la briqueterie, ne peut pas inclure trop de sable ;
• broyage de la terre pour obtenir la granulométrie désirée ;
• humidification et mélange des divers types de terres ; ajout d'une faible quantité de lignosulfite, résidu de l'industrie du papier, dérivé de la lignine contenue dans les arbres ; le lignosulfite facilite l'extrusion ;
• extrusion au travers de filières correspondant à une forme donnée de brique ;
• coupage ;
• séchage dans un séchoir traditionnel ou moderne type ANJOU (durée entre vingt et cinquante heures) ;
• cuisson à environ 900 °C, pendant trente heures ;
• éventuellement rectification (fraisage des bords jointifs pour faciliter le montage).

Innovations et évolutions récentes

Grâce à de récentes innovations, la brique retrouve – depuis peu – ses lettres de noblesse. (Auparavant, elle était boudée au profit du bloc de béton, parce qu'elle souffrait d'une image de matériau du pauvre.) En perte de vitesse, elle est ainsi passée, en l'espace de quinze ans, de 4 à plus de 20 % du marché des constructions neuves^{[réf. nécessaire]}.

La principale innovation est la brique dite « à joint mince ». Celle-ci a des dimensions très régulières (tolérance de l'ordre du millimètre) qui permettent de les monter très facilement. L'assemblage ne se fait plus à l'aide de mortier, mais avec un simple joint de colle spéciale.

La brique creuse peut être caractérisée par son effet de résonateur qui permet de diminuer l'influence acoustique, si cette dernière est proche de la fréquence de résonance proprement dite. C'est-à-dire que le matériau vibre sous une gamme de fréquence acoustique bien définie ; d’où une perte d’énergie liée à ce mouvement. L'isolation acoustique est d’autant meilleure que l’on se trouve proche de la fréquence de résonance. Pour fabriquer un matériau résonateur, on construit celui-ci avec des caractéristiques géométriques particulières. On peut disposer perpendiculairement des cols à des briques pleines ou des briques ayant des cavités. Le principal intérêt de ce système est le réglage assez simple de la fréquence de résonance puisque, pour le cas des briques percées, la fréquence de résonance est directement liée au diamètre et à la profondeur des canaux. De plus, avec un ajustement correct, on peut balayer une importante gamme de fréquences pour isoler convenablement. En effet, le principal problème de ces résonateurs est le spectre sonore réduit pour lequel il est destiné.

En France

La brique a une forme caractéristique de parallélépipède rectangle. Mais sa forme peut varier en fonction de son utilisation : plus ou moins épaisse, selon qu'elle sera utilisée pour un mur ou pour une toiture. De plus, la taille de la brique est adaptée à la prise d'une seule main, ni trop grosse et ni trop lourde, tandis que l'autre main manipulera le mortier. On distingue en Europe deux grands types de briques : celles issues de la brique romaine (briques foraines du Midi toulousain par exemple), plus grandes et plus plates, et celles appelées « briques du nord » (majoritaires en France). Une caractéristique fondamentale des « briques du nord » est que « la longueur (la panneresse) est deux fois égale à l'épaisseur (la boutisse), plus un joint¹⁴ ».

Une brique d'un mur d'une épaisseur de 38 cm pèse environ 20 kg et peut supporter 200 tonnes.

La brique Dufayel est de couleur crème.

La "Brique de sable" est une dénomination pour une brique de couleur allant du blanchâtre au jaune, ayant notamment servi à la construction de certains édifices gothiques en brique du nord de la France.

Dimensions des briques

Selon les régions et les époques, les briques traditionnelles ont des dimensions variables (sauf indication, les dimensions sont exprimées en cm dans l'ordre suivant : longueur × largeur × hauteur) :

• brique de Ninive : 52 × 27 × 15 ;
• brique de Toulouse (appelée également « brique foraine ») : 42 × 28 × 4,5 ;
• brique de Bourgogne : 22 × 11 × 6 (c'est un arrondi dans le système métrique de 8 × 4 × 2 pouces) ;
• brique de Paris : 21,5 × 11 × 5,5 (c'est un arrondi dans le système métrique de 8 × 4 × 2 pouces). Selon qu'on considère ou non l'épaisseur du joint, ces dimensions peuvent être 21,5 × 10,3 × 6,5 cm
• brique de Rome : 38 × 15 × 10 ;
• brique Saint-Bernard : 33 × 16,26 × 8,13 (c'est un arrondi dans le système métrique de 1 × 1/2 × 1/4 pied) ;
• brique de Leers : 22 × 10,5 × 6 (ou 5 et 4).

Appareils

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  Appareil à l'anglaise.

• 

  Appareil sur chant.

• 

  Appareil à claire-voie.

• 

  Appareil en panneresses.

• 

  Appareil en boutisses.

La « brique du nord » pleine, par la régularité de ses dimensions, se prête à des dispositions variées :

• l'appareil en panneresses n'a qu'une brique d'épaisseur, il convient aux cloisons ;
• l'appareil à la française : alternance de lits de briques identiques deux à deux, un lit de boutisses et un lit de panneresses ;
• l'appareil à l'anglaise, les lits : alternance de boutisses et de panneresses ;
• l'appareil des moines, les lits : alternance d'une boutisse et de deux panneresses ;
• etc.

En revanche, de par leur format et leur forme plate, les briques issues de la brique romaine se prêtent mal à ces jeux d'appareil.

Typologie des briques

On distingue différents types de briques.

Brique crue

• La brique crue : constituée de terre crue et fibrée de paille, de lin, de crin,elle peut prendre aussi le nom d'adobe, de banco, etc.
• L'adobe.
• La brique de terre compressée.
• L'opus latericium (appareil en briques crues), mode de construction romain entièrement en briques crues.
• La latérite : terme attribué à Francis Buchanan-Hamilton (1807) pour décrire un matériau argileux servant à la construction, exploité dans les régions montagneuses de Malabar en Inde. Ce matériau y présente l'aspect d'un dépôt ferruginisé situé à faible profondeur dans le sol. Lorsqu'il est frais, il peut être facilement découpé en blocs réguliers à l'aide d'un instrument tranchant. Exposé à l'air, il durcit rapidement et résiste alors remarquablement aux agents météorologiques. Il en résulte son emploi comme matériau de construction comparable à celui des briques.

Brique cuite

• La brique cuite pleine, matériau traditionnel très ancien, avec une variante appelée brique pleine perforée (les perforations sont perpendiculaires au plan de pose de manière à ne pas diminuer sa résistance à la pression),
• la brique cuite creuse, inventée au XIX^e siècle, plus légère (et donc moins coûteuse à transporter) et plus isolante, est devenue la plus utilisée, Ses perforations sont parallèles au plan de pose.

La brique pleine peut être laissée apparente, ou être employée comme matériau de parement, tandis que la brique creuse, qui présente l'avantage d'être plus légère et plus isolante, est généralement en contre-façade et éventuellement enduite.

La ville de Toulouse doit son surnom de « ville rose » à l'utilisation de la brique apparente, dans la plupart de ses constructions. Le monument de briques le plus remarquable de France est la cathédrale Sainte-Cécile d'Albi (Tarn). Voir aussi la cathédrale de la Résurrection d'Évry.

En Allemagne, en Angleterre, en Belgique, en Écosse, aux Pays-Bas, dans les régions autour de la mer Baltique, ainsi que dans le Nord de la France, à partir des années 1930, la brique est employée en parement dans la technique du mur creux¹⁵.

• L'opus testaceum (de testaceus, en « terre cuite ») est un appareil de construction romain entièrement en briques cuites.

Brique de divers matériaux

• La brique de chanvre, ayant de très bonnes propriétés d'isolation thermique.
• La brique de verre, brique en verre.

Brique en fonction de ses propriétés

• La brique légère et isolante qui flotte sur l'eau (citée par Strabon, Pline et plusieurs autres auteurs anciens qui évoquent des « terres légères » exploitées à Pitane) et en Asie ou encore en Espagne (à Calento) ou des terres dites « farines fossiles » utilisées en Grèce et en Toscane. Le savant italien Fabroni a utilisé une terre silico-magnésienne sans consistance mais qui mélangée à un vingtième environ d'argile plastique produisait des briques aussi résistantes que des briques ordinaires, mais très poreuses, conduisant mal la chaleur ou le froid et flottant sur l'eau¹⁶.
• La brique non gélive, brique qui ne se dégrade pas par l'effet du givre.
• La brique réfractaire, pour la construction des fours, chaudières, foyers, cheminées, etc.
• Les briques creuses à petits alvéoles verticaux (comme Monomur©¹⁷), désormais devenues le principal produit des briquetiers français^{[réf. nécessaire]}, permettent, lorsque l'épaisseur du mur est suffisante, de se passer de toute isolation supplémentaire sous un climat tempéré européen.^{[réf. souhaitée]} Elles font de plus bénéficier les occupants de l'habitation de leur forte inertie thermique (conservation de la fraîcheur en été, de la chaleur en hiver) et des qualités propres à la terre cuite (régulation d'humidité, absence de fibres ou de produits chimiques…). Et à l'encontre de l'idée reçue selon laquelle une brique est fragile, certaines briques modernes sont appropriées pour la construction aux normes anti-sismiques.

Des briques de formes variées permettent de construire une maison quasiment entièrement en briques. Murs, planchers, linteaux, cheminées, cloisons (coupe-feu, coupe-bruit…) peuvent être faits en brique, seules les fondations sont coulées et la toiture en bois et tuiles et les ouvertures en bois ou verre.

Économie

Le métier de la fabrication de briques reste largement local (compte tenu de son poids, le transport de la brique sur longue distance n'est pas rentable) et souvent artisanal.

Le leader mondial de la fabrication des briques est la société autrichienne Wienerberger, qui possédait en 2008 deux cents sites de production dans vingt-six pays¹⁸.^{[Passage à actualiser]}

Illustrations

• 

  La polychromie peut jouer un rôle esthétique important.

• 

  Route de brique, Klein Behnitz (district de Nauen, Brandenburg, Allemagne).

• 

  Détail de l'appareil (district de Nauen, Brandenburg, Allemagne).

• 

  La brique peut être émaillée, colorée et moulée de manières variées, ce qui en fait un matériau de construction et de décoration facile à mettre en œuvre et souvent moins coûteux que la pierre.

• 

  Vue du four d'une briqueterie à Tozeur en Tunisie.

• 

  Four à briques, Tamil Nadu (Inde).

• 

  Maison en briques jaunes de L'Hôpital (Moselle).

• 

  Maison construite en briques, à Carling.

• 

  Façade de la cathédrale Notre-Dame de Munich, érigée en 1468-1488.

• 

  Architecture mudéjare : église de brique, à Teruel (XIV^e siècle).

• 

  La porte d'Ishtar au musée de Pergame à Berlin.

• 

  Hôtel du Vieux Raisin à Toulouse (XVI^e siècle). La pierre est utilisée en complément pour les décorations des fenêtres.

• 

  La cathédrale d'Albi.

• 

  Effondrement de briques.

Vocabulaire

• Briqueter : contrefaire la brique sur le plâtre avec une impression de couleur d'ocre rouge, et y marquer les joints avec un crochet, ou bien en détrempant de l'ocre avec le plâtre, tirer les joints au crochet et les remplir en plâtre blanc¹⁹

Notes et références

• Jean-Pierre Adam, La Construction romaine. Matériaux et techniques, Grands manuels picards, 2011, 6^e édition, 367 p. (ISBN 9782708408982).
• Louis Alphonse Salvétat, Leçons de céramique professées à l'École centrale des arts et manufactures, ou Technologie céramique : comprenant les notions de chimie, de technologie et de pyrotechnie, applicables à la fabrication, à la synthèse, à l'analyse à la décoration des poteries, Mallet-Bachelier, 1857, 458 p.. Consulter en ligne [archive].
• Sandrine Banessy et Jean-Jacques Germain, La Brique. L'or rouge du Midi Toulousain, Tourisme Médias Éditions, 2004 (ISBN 2-915188-04-1), p. 12-13.
• Philippe Roi et Tristan Girard, « Le moule à briques normalisé et la main », La Théorie sensorielle, vol. 1 : Les Analogies sensorielles, First Edition Design Publishing, 2013, 330 p. (ISBN 978-1-622874-85-9), p. 45-53.
• Sandrine Banessy et Jean-Jacques Germain, La Brique. L'or rouge du Midi Toulousain, p. 53.
• Sandrine Banessy et Jean-Jacques Germain, La Brique, l'or rouge du Midi Toulousain, p. 63.
• « La dynastie Virebent » [archive], mairie de Launaguet (consulté le 24 mai 2019).
• Transfert de technologies écologiquement rationnelles : études de cas extraites du portefeuille de projets du FEM sur le changement climatique, Global Environment Facility, 15 novembre 2012. Des fours à brique haut rendement énergétique pour le Bangladesh. Consulter en ligne [archive].
• Fermeture d'une briqueterie sur le site « Belgique : la briqueterie Wienerberger de Wanlin ferme » [archive], lesarchivesdelaterrecuite.blogspot.com (consulté le 24 mai 2019).
• « La briqueterie de Wanlin revit, sous le nom d’Argibat » [archive], www.lalibre.be (consulté le 24 mai 2019).
• A. Sénac et J. J. Jung, Bulletin des sciences agricoles et économiques, quatrième section du Bulletin universel des sciences et de l'industrie, vol. 3 1825, (consulter en ligne [archive].
• Sandrine Banessy et Jean-Jacques Germain, La Brique. L'or rouge du Midi toulousain, p. 48-50.
• Sandrine Banessy et Jean-Jacques Germain, La Brique. L'or rouge du Midi Toulousain, p. 52.
• Sandrine Banessy et Jean-Jacques Germain, La Brique. L'or rouge du Midi Toulousain, p. 51.
• André Bergeron, Rénovation des bâtiments, ouvrage réalisé sous la responsabilité du Cegep du Vieux Montréal, Presses de l'Université Laval, 2000. Consulter en ligne [archive].
• Bulletin de la Société de l'industrie minérale [archive], Dunod, juillet-septembre 1856 (consulté le 24 mai 2019).
• Marque déposée de la Fédération française des tuiles et briques.
• Les Échos, 13 novembre 2008, p. 21.

Bibliographie

• Philippe Araguas, Brique et architecture dans l'Espagne médiévale, Madrid, Bibliothèque de la Casa de Velazquez, 2, 2003.
• Daniel Baduel, Briqueteries et tuileries disparues du Val-d'Oise, Saint-Martin-du-Tertre, Office de tourisme., 2002, 298 p. (ISBN 2-9515713-1-3)
• Sandrine Banessy et Jean-Jacques Germain, La Brique. L'or rouge du Midi toulousain, Toulouse, Tourisme Médias Éditions, 2004, 96 p. (ISBN 978-2-915188-04-2 et 2-915188-04-1).
• James W. Campbell et Will Pryce, L'Art et l'Histoire de la brique. Bâtiments privés et publics du monde entier, Paris, Citadelles & Mazenod, 2004 (ISBN 978-2-85088-208-1 et 2-85088-208-9).
• Pierre Chabat, La Brique et la Terre cuite, Paris, 1886.
• Thomas Coomans et Harry van Royen, Medieval Brick Architecture in Flanders and Northern Europe, Coxyde, Ten Duinen, Novii Monasterii, 7, 2008.
• M. Kornmann et CTTB, Matériaux de construction en terre cuite, fabrication et propriétés, Paris, Septima, 2007, 275 p. (ISBN 978-2-904845-32-1 et 2-904845-32-1).
• J.-M. Morisot, Tableaux détaillés des prix de tous les ouvrages du bâtiment, Carilian, 1814 (lire en ligne [archive]).
• (en) Andrew Plumridge et Wim Meulenkamp, Brickwork : Architecture and Design, Londres, Seven Dials, 2000, 224 p., poche (ISBN 978-1-84188-039-6 et 1-84188-039-6).
• Martin Sauvage, La Brique et sa mise en œuvre en Mésopotamie. Des origines à l’époque Achéménide, Paris, Éditions recherches sur les civilisations, 1998, 482 p. (ISBN 2-86538-272-9).
• Série Studien zur Backsteinarchitektur, Berlin, Éditions E. Badstübner et D. Schumann, 7 vol., depuis 1997.
• Série Berliner Beiträge zur Bauforschung und Denkmalpflege, Petersberg, Éditions J. Cramer et D. Sack, 5 vol., depuis 2004.

Voir aussi

Articles connexes

• Bloc de béton
• Brique réfractaire
• Brique de terre compressée
• Four Hoffmann
• Glossaire de l'architecture
• Maison de la brique
• Mur
• Route de planches
• Terre cuite

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Tuile

 

Une tuile ^Écouter est un élément de construction utilisé dans le bâtiment comme pièce de couverture de bâtiment et de chaperon de mur. Ce terme dérive du mot latin tegere qui signifie « couvrir ». La forme tuile est due à la métathèse du i de tuile. Le terme toit a la même origine¹. Les tuiles sont généralement fabriquées dans des tuileries.

Les tuiles sont le plus souvent en terre cuite, quelquefois en béton de ciment voire autrefois en pierre (dans la Grèce antique, des temples furent couverts de tuiles en marbre, inventées selon Pausanias par un certain Byzès de Naxos, qui le premier tailla le marbre en forme de tuile²). Des tuiles de bronze doré couvraient la coupole et le fronton du Panthéon (I^er siècle av. J.-C.), aujourd'hui remplacées par des tuiles en terre cuite³.

Il existe plusieurs types de tuiles, décrits ci-après. Les régions où l'argile est abondante en utilisent le plus (en plaine, à moins de 500 mètres d'altitude en général). Elles sont assez lourdes pour ne pas s'envoler facilement sur des pentes de toit faibles et peuvent être clouées ou fixées par crochets ou des vis sur des toits pentus. Seule la tuile plate mince fixée est facilement utilisée jusqu'à la verticale. Depuis peu apparaissent des tuiles solaires captant la chaleur ou produisant de l'électricité photovoltaïque.

Différents types de tuiles

Il y a la tuile plate, la tuile canal, la tuile panne, la tuile à emboîtement, et la tuile en bois.

Tuile plate

La tuile plate de forme rectangulaire, garnie au dos d'un ergot permettant de l'accrocher aux liteaux, est la tuile historique du Bassin parisien, conçue pour des toits dont la pente fait 45° voire un peu plus, de même que l'ardoise qui la remplace dans les régions où existent des gisements (Bretagne, Maine, Anjou, Ardennes, Massif Central, ainsi que certaines régions pyrénéennes). Elle est présente sur la majeure partie du territoire français, y compris dans le Sud-Ouest (Périgord, Quercy et jusqu'en Béarn), hormis les zones de plaine où prédomine l'architecture de tradition méditerranéenne.

Elle survit à Paris même sur les plus anciennes constructions restées intactes au centre des anciens villages absorbés par la ville, comme le village de Vaugirard au cœur du 15^e arrondissement.

Cette tuile est fréquemment appelée « tuile bourguignonne » ou « tuile de Bourgogne », bien qu'elle ne soit aucunement spécifique à cette région et ne soit pas présente dans la totalité de celle-ci (à partir de Tournus en Saône-et-Loire apparaissent les tuiles canal et les toits à faible pente). En fait, la particularité bourguignonne réside dans l'utilisation, sur des bâtiments de prestige (églises, châteaux), de tuiles plates vernissées de différentes couleurs, appareillées de façon à produire des motifs géométriques variés, tels qu'on peut les admirer sur les toits des hospices de Beaune, de la cathédrale de Langres,…

La même tuile est également présente dans la plus grande partie de l'Angleterre (sauf, là encore, là où elle est concurrencée par l'ardoise), qui l'a transmise jusqu'aux États-Unis et en Australie.

Dans l'Est de la France, en Franche-Comté et particulièrement en Alsace, apparaît une variante généralement de plus grand format et de proportions plus oblongues, caractérisée par son côté inférieur arrondi (raison pour laquelle on parle alors de « tuiles en écailles » ou de Bieberschwanz (« queue de castor' »). Celle-ci domine également dans toute l'Allemagne centrale et du Sud, ainsi qu'en Suisse et dans pratiquement toute l'Europe centrale.

L´avantage de cette tuile, c´est que la pose peut se faire de plusieurs manières différentes :

1. La pose « simple » : les tuiles sont posées côte à côte, les jointures alignées dans le sens vertical. L'étanchéité du joint entre deux tuiles est assurée par une étroite et mince languette de châtaignier, l'échandole ou « Schendel ». Elle était utilisé de préférence pour couvrir les toits des granges et des dépendances (les surfaces non-habitées).

2. La pose « double » : Les tuiles se recouvrent de moitié en hauteur grâce à l´arrondi de la tuile, et les rangs sont également décalés de moitié latéralement, ainsi les interstices ou jointures des tuiles sont toujours recouvers par la tuile du dessus et dessous, on gagne ainsi en efficacité en supprimant le recours aux échandoles pour assurer l'étanchéité, une meilleure tenue au vent mais on augmente le poids, elle est souvent réservée pour la couverture de l'habitation principale (de la ferme).

3. La couverture « couronnée » ou à l'allemande : est une variante, plutôt rare, de la précédente : les lattes de toit étant plus espacées, le nez de la deuxième rangée de tuiles s'accroche non pas à la latte elle-même, mais aux talons des tuiles de la première rangée et ainsi de suite.

Tuile canal

La tuile canal, appelée aussi tuile ronde, tuile creuse ou tuile méditerranéenne, très utilisée dans le sud de la France, s'inspire des formes et surtout de l'aspect, une fois posée, des tuiles romaines telles qu'on peut encore en voir sur les toitures des vieux quartiers des villes italiennes. Ces tuiles étaient de forme différente selon qu'il s'agissait de la tuile du dessous, plate avec deux bords latéraux relevés, ou de celle de dessus, de section semi-circulaire (tegula et imbrex).

Les tuiles canal, qui ont voisiné en France avec les tuiles romaines, étaient fabriquées moulées à partir d'un à-plat de terre de forme rectangulaire et ensuite coupées sur les bords au moulage ou bien à partir d'un trapèze de terre. Un ergot moulé en bout extrême pour accrochage à la volige ou ergot en bout correspondant au pureau (partie découverte) permettait l'accrochage sur les pentes assez fortes (à partir de 30°). Ces tuiles historiques étaient scellées avec des patins de mortier, au mortier de chaux dans certains cas de froidure de climat. La tuile canal ne supporte pas la neige qui s'insère, les forts vents qui font refluer l'eau dessous⁴.

La tuile canal historique a un profil de creux plutôt fort et même ogival, ou assez aplati selon la région qui va de la Vendée (où elles sont toutes scellées ( pour résister au vent qui les déplacerait et la pluie battante) à l'Alsace (petit module au Moyen Âge) et Lorraine en passant par l'Aquitaine et la Provence, on en trouve aussi en Champagne orientale (sur des bâtiments ruraux construits en profondeur et dont les toits étaient à faible pente). La tuile canal est essentiellement une tuile méridionale⁴.

La tuile de courant historique est plus large que la tuile de couvert. Elle est en général posée simplement sur un voligeage horizontal calée par des morceaux de tuile (casseaux) posés creux vers le bas ou bien calée par des lattes verticales. Les tuiles canal voisinent traditionnellement dans l'architecture de certaines régions (Périgord par exemple) en toiture à plusieurs pans avec des pans couverts avec des ardoises ou des lauzes. La tuile est posée ordinairement en alignement des rangs et plus rarement en quinconce de rangs avec ressaut entre les rangs permettant une pente plus forte sans glissement (le bas du creux de la tuile de courant supérieure reposant sur le haut du dos de la tuile de couverture elle-même au-dessus des bords jointifs des tuiles de courant inférieures). La tuile canal historique est posée par des maçons expérimentés (qui utilisent fortement le mortier et rendent la toiture en général assez lourde et avec un risque de glissement) ou des couvreurs qui utilisent plutôt des cales faites de morceaux. On utilise donc soit du mortier soit une chanlate bois suivant son métier pour la tuile d'égout. Un chéneau peut être disposé en imbrication sous la tuile d'égout (peu courant). La rive de toiture quelle que soit sa façon est protégée par des tuiles de couvert mises en couches (jusqu'à trois)⁴.

La tuile canal historique couvre des toitures rampantes (8 % de pente maximum), ou des terrasses non accessibles cachées ou non par des murs acrotères, le matériau étant de faible estime pour les architectes classiques. Elles présentent des difficultés pour couvrir des pans coniques dont les alignements dans le sens de la pente se réduisent de deux à un à certains niveaux : cela demande des tuiles de rang supérieur plus larges pour en recouvrir deux. Elles rendent quasi impossible la couverture des dômes. Les tuiles peuvent être vernies ou émaillées et sont alors plus résistantes. Les tuiles historiques sont remplacées sur les monuments par des tuiles récupérées ou artisanales. Les tuiles canal associées aux carreaux (brique plate) permettent de constituer des avant-toits, les génoises⁴.

La légende veut qu'autrefois, pour lui donner sa forme, l'argile à l'état de pâte était moulée sur la cuisse, en précisant parfois « sur la cuisse de femmes... », ce qui pourrait avoir un rapport avec le qualificatif, encore attaché aux tuiles canal de grandes dimensions, de: « tige de botte ». En fait, on se servait de gabarits en bois sur lesquels la pâte, préformée en galette, était plaquée.

Les tuiles canal, telles qu'elles sont fabriquées de nos jours, sont en général identiques par leur forme, qu'il s'agisse de la tuile du dessous (tuile « de courant ») aussi bien que de la tuile du dessus (imbrice ou tuile « de chapeau » ou « de couvert »). Elles sont de section tronconique : le diamètre de base est plus petit à une extrémité qu'à l'autre (le diamètre de base extérieur du haut de la tuile est le même que celui de l'intérieur du bas de la tuile, ce qui permet de les emboîter). Elles sont fabriquées mécaniquement par extrusion (filées) au travers d'une filière de section demi-circulaire, puis par découpage des bords de façon à obtenir la forme tronconique requise. Des moulures préfabriquées imitent la frise donnée par la tuile canal.

L'assemblage généralisé actuel des tuiles canal est le plus simple. Il est fait sur voligeage horizontal ou bien sur lattes suivant la pente. Il est classique, fait deux par deux, une tuile dessous (de courant) avec le dos en bas et petit bout en bas, une tuile dessus (de couvert) avec le dos en haut, les alignements de tuiles superposées mises en tête-bêche. Ainsi l'eau qui ruisselle sur le dos des tuiles de dessus est recueillie par le canal que constituent les tuiles de dessous. L'égout peut être constitué des tuiles de courant, on y ajoute aussi une gouttière pendante. Des tuiles de rive standard existent pour les pignons.

L'étanchéité de ces toitures, généralement de faible inclinaison (15 à 30 %⁵), étant limitée par le manque de recouvrement, des films plastiques ou des enduits de bitume sont disposés en sous-face des tuiles qui doivent être ventilées.

Tuile panne

Fréquemment appelée aussi « panne flamande », c'est une tuile généralement de larges dimensions, caractérisée par sa section en S et son double emboîtement latéral et supérieur. Fortement associée à l'architecture flamande-néerlandaise et à la civilisation hanséatique, elle est répandue le long des côtes de la mer du Nord et de la Baltique, y compris dans les pays baltes et jusque dans le sud de la Finlande. On la rencontre également dans l'est de l'Angleterre. Elle est traditionnellement présente en France au nord de la Somme.

Tuiles à emboîtement

En 1841, Xavier Gilardoni invente une tuile à emboîtement (improprement appelée "tuile mécanique") et à canaux d'écoulement intérieur, inspirée du principe de la tuile flamande historique et économisant poids et surface en évitant la fixation individuelle de chaque tuile sur la charpente comme c'est le cas pour les tuiles plates. Facile d'emploi, stable au vent, elle peut s'adapter à toutes les pentes de toits. Souvent décriées pour leur aspect banal, ces tuiles industrielles ont été par la suite déclinées dans différents profils et coloris visant à leur conférer un meilleur aspect esthétique

Tuiles en bois

Les tuiles ou bardeaux en bois, comme l'essi (ou essie) utilisée dans les Vosges ou l'ancelle et le tavaillon, utilisés dans le Jura et les Alpes, ont été de tous temps très employées dans les régions de montagne, mais aussi en Normandie où elles sont appelés essentes. Une grande partie des maisons du Mont-Saint-Michel sont ainsi couvertes de tuiles en bois. L'église Sainte-Catherine à Honfleur dans le calvados est également protégée par des essentes en façade et sur son clocher séparé. Travaillé par fendage, le bois de châtaignier, fibreux et capable de résister très longtemps aux agents naturels, est préféré dans cette application, mais on emploie aussi le chêne, plus coûteux, ainsi que le robinier ou le mélèze.

Notons que les stavkirker de Norvège, églises entièrement en bois, sont toutes dotées de couvertures en bois dont certaines sont en place depuis des siècles.

Tuiles accessoires

Il s'agit de tuiles dont la forme permet une finition de la toiture, comme le faîtage (tuiles faîtières), le contour de cheminée, les bordures (tuiles de rive), les demi-tuiles pour une pose « croisée », les tuiles chatières de ventilation, les tuiles à douille pour raccorder les conduits de ventilation (cuisine, salle de bain...), les tuiles en verre pour laisser pénétrer la lumière du jour dans certaines parties du toit, etc.

Tuiles et environnement

Les tuiles et les briques cuites présentent de nombreux avantages environnementaux mais consomment une quantité significative d'énergie (avec émissions de gaz à effet de serre associées) pour leur séchage (30 % de la consommation d'énergie dans les tuileries industrielles) et cuisson.

De nombreux pays et entreprises veulent améliorer le bilan énergétique et environnemental des tuileries. Par exemple, le plan national français de réduction des émissions de gaz à effet de serre, limitait les émissions d'équivalent CO₂ dues au secteur « briqueterie et tuilerie » à 1,34 Mt/an pour la période 2005–2007. La production augmentant de 2 % environ par an, ceci correspond à une réduction de 15 % des émissions de CO₂. La FFTB (Fédération française des tuiles et briques), aidée par l’ADEME et l'UE dans un projet DIDEM Life ont visé à réduire de 30 % ce CO₂ par séchage dans de l'air saturé en humidité pulsé à haute température⁶.

Innovations

Différents modèles de tuiles transparentes et/ou de bardeaux solaires ont été mis au point pouvant contribuer à l'autoconsommation et au développement de bâtiments à énergie positive.

En 2008, Frédéric Marçais descendant de huit générations de couvreurs a inventé une tuile capable de transmettre la chaleur issue du rayonnement solaire vers un réseau caloporteur. Les tuiles conservent une apparence ordinaire et sont réalisées à l'aide de matériaux traditionnels⁷. Cette innovation a reçu la médaille d'or du salon des inventions de Genève en avril 2010. Des travaux réalisés par l'université d'Évry-Val d'Essonne ont mis en évidence les performances thermiques . Ils ont été présentés lors de la conférence du «  Sustainable Intelligent Manufacturing » organisée par le polytechnic institut of Leiria en juin et juillet 2011 ⁸. (Autre exemple, des tuiles de verre peuvent générer de 300 à 500 kWh/m²/an d'énergie thermique (récupérée par un fluide caloporteur sous-jacent) pour un coût évalué à 200 €/m²⁹)

Des tuiles peuvent aussi être photovoltaïques ; en France, Imerys¹⁰FranceWatts puis en 2013, SunPartner ont présenté leurs solution dont Wysips. Aux États-Unis en 2016, Elon Musk de Tesla a présenté plusieurs modèles de tuiles et ardoises photovoltaïques esthétiquement très proches des tuiles ou ardoises traditionnelles ¹¹.

En 2009, des ingénieurs récemment diplômés du MIT ont inventé une tuile modifiant son albédo pour passivement climatiser les bâtiments. Elle devient noire pour absorber la chaleur quand il fait froid et blanche pour renvoyer 80 % du rayonnement quand il fait chaud. Un polymère en solution est enfermé sous une couche de plastique transparent et au-dessus d'une couche noire ; le polymère reste en solution quand il fait froid, et il forme des gouttelettes blanches qui s'assemblent pour rendre la tuile blanche quand il fait chaud. Ses inventeurs estiment que cette tuile pourrait - sans autre source d'énergie - faire économiser 20 % des coûts de climatisation. Ces derniers ont annoncé aussi chercher à produire une peinture qui se comporterait de cette manière, pouvant être pulvérisée sur des toitures et murs existants¹².

Expressions

• C'est la tuile ! : Sur un toit, avec le temps, les tuiles peuvent casser sous l'effet de la grêle, du gel, d'une visite de la toiture, ou encore glisser. Il arrive qu'un morceau de tuile tombe sur un passant, d'où l'expression « c'est une tuile » (aussi « se prendre une tuile »), suggérant un malheur accidentel et inattendu.
• Tuile aux amandes : Par analogie, gâteau sec en forme de tuile ronde, moulé à l'aide d'un rouleau à pâtisserie.

Bibliographie

• M. Kornmann et CTTB, Matériaux de construction en terre cuite, fabrication et propriétés, édit. Septima, Paris (2005), (ISBN 978-2904845321)
• Guides de maîtrise d'ouvrage et de maîtrise d'œuvre [archive] : sur les ouvrages de couverture, tuiles plates

Références

• Définitions lexicographiques [archive] et étymologiques [archive] de « tuile » dans le Trésor de la langue française informatisé, sur le site du Centre national de ressources textuelles et lexicales
• Pausanias Description de la Grèce [archive]
• Des tuiles de bronze doré couvraient la coupole et le fronton, et des poutres du même métal soutenaient le toit du portique. En 663, Constance II, empereur d'Orient, transporta les tuiles à Constantinople, et Urbain VIII prit le bronze du portique pour couler l'artillerie du château Saint-Ange et les colonnes du baldaquin de Saint-Pierre. C'est au XVI^e siècle, au moment où florissaient les arts et l'érudition, sous les yeux des archéologues romains, que ce crime de lèse-antiquité fut commis ». Dans Jacques-Paul Migne. Encyclopédie théologique: ou, Série de dictionnaires sur toutes les parties de la science religieuse. 1851. books.google [archive]
• Traité de couverture traditionnelle, Pierre Lebouteux, Éd H.VIAL 2001
• Page de travaux.com [archive]
• (fr) Bilan Life Innovation [archive] (voir page 61) [PDF]
• Article revue Chaud Froid Performance N° 736 juillet-août 2010 intitulé: Associer tuiles solaires et réseau caloporteur pour produire de l'eau chaude
• Proceedings of SIM 2011 (ISBN 978-989-8481-03-0)
• Batiactu (2013), Des tuiles en verre pour capter la chaleur solaire [archive], publié le 13/09/2013
• BatiActu (2016), Imerys investit dans le solaire de toiture  [archive], publié 13/04/2016, modifié le 16/09/2016
• Batiactu (2016) Le toit solaire de Tesla veut marier esthétisme et performance [archive] G.N., publié 02/11/2016

Voir aussi

Articles connexes

• Couverture (construction)
• Panne flamande
• Pureau
• Terre cuite
• Toit
• Tuileau
• Tuilerie du Bois du Roi (Pargny-sur-Saulx)
• Tuile alsacienne
• Tuile vernissée de Bourgogne
• Tuile canal

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Canalisation

 

Une canalisation est un tuyau ou un canal¹ destiné à l'acheminement de matières gazeuses, liquides, solides ou polyphasiques.

Il s'agit d'un tuyau, dont le diamètre nominal (DN) peut aller de 30 mm environ (un pouce un quart) pour des fluides spéciaux jusqu'à plus de 3 m pour les adductions d'eau.

Le terme pipeline est utilisé pour les conduites de fluides sous pression et sur de grandes distances.

Pour une canalisation de petit diamètre (< 30 mm environ), on parle de tuyauterie.

Différentes types de canalisations sont fabriquées et posées par des entreprises et corps de métiers spécialisés pour l'eau potable, le gaz, le pétrole, l'oxygène, l'hydrogène, les eaux résiduaires et dégouts et divers autres fluides, dont caloporteur ou porteurs de frigories, pour les réseaux de chaleur et les réseaux de froid. Il existe en France une organisation professionnelle dénommée « les Canalisateurs » (rassemblant environ 300 entreprises en 2019), membre de la Fédération nationale des travaux publics (FNTP)².

Parmi les enjeux de ce secteur figurent la sécurité (ex. : risques d'explosion ou de feu pour les canalisations d'hydrocarbures ou de fluides sous très haute-pression, risques toxiques et écotoxiques avec les canalisations en amiante-ciment qui se dégradent plus vite que celles construites avec d'autres matériaux…) et la lutte contre les fuites, la cartographie des réseaux souterrains, la recherche de nouveaux matériaux, les réseaux intelligents, l'installation de canalisations « sans tranchées »…

Histoire et étymologie

Les plus anciennes canalisations répertoriées datent des civisalisations de l'Egypte à la Mésopotamie. Elles étaient constituées de tunnels creusés à même la roche (« qanat »), ou de conduites réalisées en bois, avec de troncs d'arbres évidés, taillées dans la pierre, formées d'éléments d'argile et de cuivre³.

Les romains utilisèrent le plomb à leur disposition. Malheureusement, celui ci est source de saturnisme notamment quand l'eau qui y circule est naturellement acide et/ou chaude et du fait des relargages de plomb induits par le potentiel électrochimique dú à la corrosion galvanique⁴.

En Europe, le plomb a été abondamment utilisé jusque dans les années 1960⁴, à l'avênement de « l'eau courante », c'est-à-dire l'eau distribuée sous pression ;

Sous Napoléon III, le plan d'urbanisation dirigé par le baron Haussmann comprend également un volet d'égénieire de l'Eau Destinée à la Consommation Humaine (EDCH). Le système d'approvisionnement en eau potable des immeubles avec évacuation des eaux usées d'Eugène Belgrand (1810-1878) est retenu. C'est le coup d'envoi de l'eau sous pression avec des stations élévatoires, des réservoirs construits sur tout le territoire pour acheminer et stocker l’eau captée des sources ou des rivières.

Toutefois, depuis bien longtemps le plomb donne mauvais goût à l'eau et l'habitude est prise d'y méler du vin ou du pastis. En France, le plomb est définitivement honni lorsqu'est démontré que le saturnisme lui est imputable. Il fut ainsi de moins en moins utilisé des années 1960 jusqu'en 1995, année à partir de laquelle l'emploi de tuyaux de plomb dans les nouveaux réseaux de distribution d'eau potable (EDCH) fut interdit par décret⁵. Ainsi subsiste-t-il de moins en moins de tuyaux de plomb dans les branchements entre réseaux privés et publics de distribution d’eau, dans les réseaux intérieurs du domaine privatif.

En 2012, une modélisation a estimé⁶ que 2,9 % environ des logements français recevaient encore une EDCH contenant plus de 10 μg/L de plomb et une étude de 2015, basée sur des prélèvement a montré que près de 4 % (3,9 %) des logements recevaient une eau non conforme chargée de plomb. Toutefois, dans 14 départements aucune non-conformité n'a été détectée⁴ mais force est de constater que les données sur le domaine privé sont très peu documentées et que les réseaux rénovés sont publics (régions, communes et établissements sous admnistration publique, tels que les écoles, crèches, hôpitaux, etc.)⁴.

Types de canalisation

En français, la désignation d'une canalisation dépend de ses caractéristiques physiques et du nom de la matière à acheminer. De manière générale, le suffixe -duc — de l'adjectif latin ductus, dérivé du verbe ducere, diriger — permet de construire le mot adéquat par adjonction de la matière :

• on appelle canal ou d'aqueduc les canalisations acheminant les eaux destinées à la consommation humaine (EDCH), qu'elle soit industrielle ou alimentaire; toutefois, lorsque l'écoulement se fait à l'air libre, on parle de conduite, de conduite hydraulique mais d'émissaire lorsque l'écoulement a lieu à travers des tuyaux ;
• on appelle égout les canalisations évacuant les eaux usées d'une agglomération ;
• on utilise le terme de saumoduc pour l'eau salée (saumure) ;
• concernant les arbres ébranchés non équarris (« grumes »), transportés par flottaison de l'abattage à la scierie on parle de canal de flottage ou d'arboriduc ;
• pour les différentes suspensions minérales, on parle de minéroduc et spécifiquement ;
  • pour le charbon transporté pulvérulent, mélangé à de l'eau, formant une boue liquide, le Schlamm, on parle d'hydrocarboduc⁷,
  • pour le pétrole et les hydrocarbures, on parle d'oléoduc ;

• pour le gaz naturel, on parle de gazoduc et spécifiquement :
  • pour l'oxygène, on utilise le terme d'oxygénoduc ou d'oxyduc,
  • pour l'hydrogène, on utilise le terme d'hydrogénoduc.

Matériaux constitutifs d'une canalisation

Les matériaux constitutifs d'une canalisation dépendent de la nature et de l'état des produits qu'elle doit acheminer.

• Les oléoducs et gazoducs sont le plus souvent construits à partir de tubes d'acier soudés bout à bout, revêtus extérieurement voire intérieurement et généralement enfouis dans le sol.
• Les saumoducs ainsi que les oléoducs et les gazoducs de transport à haute pression sont construits avec des tubes d'acier soudés bout à bout et revêtus.
• Les gazoducs de distribution de gaz moyenne pression sont généralement en polyéthylène haute densité (PEHD).
• Les canalisations d'eau, jadis en bois puis maçonnées ou en fonte grise à graphite lamellaire, sont aujourd'hui en fonte grise à graphite sphéroïdal (également appelée fonte ductile), en polychlorure de vinyle, le polyéthylène mais également en béton armé ou en acier ; Début XX^e siècle, des pipelines en bois ont été construits aux États-Unis.
• Les canalisations d'évacuation des eaux usées sont en polychlorure de vinyle, en polyéthylène ou en grès cérame.
• Les canalisations de produits alimentaires sont souvent en acier inoxydable.
• Les conduites en PRV.

Pour l'eau potable, selon une extrapolation à partir de l’étude des canalisations de 8 départements, environ 36 000 kilomètres de canalisations de France seraient en amiante-ciment, soit 4,2 % des installations totales ; mais 9 % dans l’Allier, 7 % dans la Manche et la Somme selon un rapport de 2002⁸.

Risques liés aux canalisations

Les canalisations en plomb et en amiante-ciment sont sources de toxicité de leur fabrication à leur mise en place, jusqu'à la destruction ou recyclage.

Les risques majeurs de défaillance physique des pipelines sont liés aux agressions (volontaires ou involontaires) et à la corrosion interne comme externe.

La corrosion externe des tubes en acier enterrés est contrôlée à l'aide de dispositifs de protection cathodique. La corrosion interne est ralentie à l'aide d'injection d'additifs (notamment des orthophosphates) destinés à déposer un film protecteur⁴.

Économie du transport par canalisation

Malgré leur cout initial élévé, l'utilisation de canalisations est moins coûteuse sur les petites et moyennes distances par rapport à d'autres formes de transport concurrentes.

Les canalisations de gros diamètre et ou de grande longueur sont coûteuses et difficiles à mettre en place selon les caractéristiques des terrains traversés par leur tracé. C'est le cas des ouvrages subaquatiques, des ouvrages enterrés au passage des fleuves, des ouvrages aériens sur du permafrost menacé de fondre, en zone sismique ou encore dans les zones politiquement instables.

En France, les canalisations d'eau potable — hors branchement — représentent 800 000 à 850 000 km (évaluations IFEN et ADF en 2002) ;

• 10 % ont plus de 50 ans ;
• 44 % ont plus de 30 ans.

Les canalisations installées avant 1970 sont majoritairement en fonte.

Les canalisations installées après 1970 sont majoritairement en plastique (PVC-PEHD).

La longueur des canalisations est en moyenne de 40 mètres par abonné.

Les communes rurales ont des réseaux plus longs, mais aussi moins performants. Le rendement primaire, défini comme le rapport exprimé en pourcentage entre le volume comptabilisé et facturé et le volume mis en distribution atteint 72 % en moyenne, mais seulement 55 % pour les communes de moins de 1 000 habitants. La différence entre le volume distribué et le volume consommé (définie par le rendement du réseau) est liée aux fuites et aux quantités consommées non facturées, telles que les eaux de lavage du domaine public ou les eaux utilisées pour la lutte contre l'incendie.

Dans le cas des communes rurales, l'écart vient du mauvais contrôle des canalisations et de la lenteur des interventions en cas de fuites⁹.

Le cas des tuyaux en amiante-ciment

Selon le rapport Cador de 2002, l'amiante-ciment (des tuyauteries) est « souvent dégradé et pose des problèmes techniques, en particulier en environnement agressif. De nombreux départements envisagent sa dépose systématique. Avec 4 % d'amiante ciment sur notre échantillon de huit départements, le linéaire national dans ces conditions représenterait 36 000 km, soit 3,6 milliards d'euros. Toutefois, il semblerait que des pratiques locales aient favorisé l'implantation de ce matériau en de large proportions dans quelques départements français⁸. »

En 2017, la question d'un éventuel risque sanitaire est évoquée de nouveau par l’Anses après que deux études récentes (2015, 2017) aient conclu à un lien entre exposition à l’amiante et le cancer du côlon et le cancer colorectal (avec une relation dose-réponse). Le cancer de l'estomac et celui de l'œsophage pourraient aussi être concernés, mais sous réserve de confirmation par d’autres études. À ce jour les études n'évoquent pas de lien direct avec l’eau potable ayant circulé dans des tuyaux en amiante-ciment, mais fin 2017 l'Anses a décidé de s'auto-saisir du sujet¹⁰.

Notes et références

• Définition du Larousse [archive]
• Site internet [archive] de l'organisation professionnelle les canalisateurs, consulté le 23 janvier 2018
• Henri Goblot, Les Qanats : une technique d'acquisition de l'eau, Paris, École des hautes études en sciences sociales, 1979.
• ANSES (2017) Impacts du traitement des eaux destinées à la consommation humaine par des orthophosphates pour limiter la dissolution du plomb [archive] ; Oct 2017, Edition scientifique ; Avis de l'Anses Saisine n^o 2015-SA-0094 Saisines liées n^o 2001-SA-0218, 2003- A-0042, 2003-SA-0096, 2003-SA-0314, 2003-SA-0378, PDF, 194p
• Décret n^o 95-363 du 5 avril 1995
• étude Plomb-Habitat par Lucas et al.(2012
• « Le grand dictionnaire terminologique » [archive], sur gdt.oqlf.gouv.qc.ca (consulté le 9 mars 2021)
• Cador J.M (2002). Le renouvellement du patrimoine en canalisations d'eau potable en France [archive]. Rapport technique, Université de Caen, France, 18. (voir notamment p. 14)
• La qualité de l'eau et assainissement en France (annexes) — Annexe 71 - Les canalisations du réseau d'eau potable [archive] sur Sénat.fr en 2002

Articles connexes

Lien externe

Bibliographie

• INERIS (2015) Guide méthodologique pour l’analyse des risques des canalisations de transport sous-marines et subaquatiques [archive] ; Rapport d'étude 10/06/2015 DRA-13-133667-03310 C

[masquer] v · m Transport par canalisation
Canalisation · Tuyau · Station de compression
Pipeline (...-duc et autres)	Aqueduc · Saumoduc · Oléoduc · Gazoduc · Hydrogénoduc · Oxyduc · Biéroduc · Lactoduc · Minéroduc · Tube pneumatique
Entretien	Piston racleur
Domaine d'expertise	Plomberie · Fontainerie · Hydraulique · Hydraulique urbaine · Écoulement en charge · Métallurgie · Protection cathodique

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Colle

 

Une colle, ou glu, est un produit de consistance liquide, gélatineuse ou pâteuse servant à lier des pièces entre elles par contact. Ces pièces peuvent être de même nature ou de natures différentes.

On a l'habitude de distinguer le collage de positionnement, qui ne nécessite pas de résistance particulière, et le collage structural, qui permet de réaliser des assemblages susceptibles de transmettre des efforts importants.

Historique

Le brai végétal est la plus ancienne colle utilisée par l'humanité. Il a été extrait de l'écorce de bouleau depuis au moins 200 000 ans¹, et jusqu'à la fin de la Préhistoire. Les hommes de Néandertal fabriquent une sorte de colle végétale pour emmancher leurs outils (têtes de hache, de lance). Ce « goudron » obtenu à partir d’écorce de bouleau peut être obtenu par plusieurs méthodes sans qu'il soit nécessaire d'utiliser de pots en céramique ou de contrôler précisément la température².

Dans l'Égypte antique, les ébénistes fixaient les pièces de bois avec des colles fabriquées à base de déchets de boucherie bouillis (sabots, cornes, os, peaux, tendons, etc.) : on parle de colle d'os. La colle de peau est employée au XIX^e siècle, elle se tire par ébullition de diverses peaux, telles que de la peau de mouton préparée pour les gants, de la peau de veau non préparée et que l'on nomme brochette, du cuir de lapin, du parchemin, etc.³

De nombreux peuples nomades des steppes de l'Asie centrale utilisaient des arcs composites faits de corne et de bois collés à la colle animale. Ces arcs ont contribué au succès militaire des Scythes, des Parthes, des Huns, des Mongols, entre autres.

Aujourd'hui, les colles naturelles sont la colle de poisson, la colle de peau (utilisées en peinture et en ébénisterie) et la colle d'amidon (utilisée pour les collages de papier) ; on y ajoute parfois des huiles (comme l'huile de lin ou l'huile d'amande amère) afin d'éviter les risques de moisissure.

Les colles dans le monde contemporain

Les colles synthétiques d'aujourd'hui permettent parfois des assemblages plus solides que les méthodes classiques comme les rivets ou les écrous. Citons la résine époxyde, utilisée dans des matériaux composites, le mastic polyuréthane (souvent appelé Sikaflex ou Sika, du nom d'une marque le commercialisant) ou encore la simple colle à bois (colle vinylique) dont les menuisiers disent qu'elle casse plus difficilement que le bois lui-même. L'arrivée de ces colles sur le marché a permis des procédés de fabrication nouveaux, impensables autrefois. Ceci a entraîné de grandes économies de temps et d'argent, et autorisé l'émergence de technologies nouvelles.

Composition

• Colles d’origine végétale : à base de gui, de sève de résineux, d'écorce de houx, d'huile de lin cuite, d'amidon (à la base des colles blanches utilisées par des enfants, sans danger, lavables et comestibles).
• Colles d’origine animale : obtenues par cuisson de matières riches en collagène : colle de peau de lapin, colle d’os, colle de nerf, colle de tendons, colle de poisson, etc. Un ébéniste pourra mélanger diverses colles pour obtenir un produit sur mesure. Ce sont des colles réversibles (décollage possible dans certaines conditions sans dégradation des matériaux).
• Colles de synthèse : ce sont les colles modernes : colle vinylique (colle blanche), acrylique, aliphatique, cyanoacrylate, polyuréthane, époxyde, néoprène, colle thermofusible (ou hot melt), silicone, etc.

Temps d'utilisation

Le mode d'emploi d'une colle contient souvent des termes techniques dont il faut tenir compte ; ils précisent, entre autres, les délais dont on dispose pour travailler :

• accostage : opération qui consiste à approcher et mettre en place les pièces à assembler dans leurs positions définitives ;
• temps d'assemblage ouvert (TAO) : période comprise entre l'ouverture du pot, l'assemblage des deux pièces et le début de la prise de la colle ;
• temps de gommage : période pendant laquelle la colle étalée s'épaissit et augmente son pouvoir d'adhérence. Les pièces à coller ne doivent pas être mises en contact ;
• temps de travail : période idéale pour effectuer l'assemblage. Passé ce laps de temps, le collage risque d'être défectueux ;
• tack (ou pégosité⁴) : pouvoir d'adhérence immédiat de la colle à l'instant où les deux pièces entrent en contact.

Adéquation de la colle au support

Il est important de bien choisir la colle en fonction du matériau à coller. Les solvants contenus dans celle-là peuvent par exemple attaquer celui-ci ; certaines matières plastiques sont en revanche pratiquement impossibles à coller, ce qui les rend irréparables. Certains milieux peuvent s'avérer hostiles : humidité, ultra-violets, hydrocarbures, températures élevées, entre autres, peuvent endommager la liaison et provoquer sa rupture ; assez pour entraîner de véritables catastrophes. Pour aider au choix de la colle, on peut procéder à des essais en laboratoire. On peut citer les essais de pelage, traction, cisaillement, fatigue, ou encore l'« adhésion par technologie de test centrifuge » (CATT) dont le principe est d'appliquer une force centrifuge croissante sur de petits assemblages collés avec différents matériaux ou adhésifs jusqu'à atteindre le décollement (rupture) des matériaux ou de la colle. L'avantage principal est de faire des essais en batterie en utilisant peu de colle et en testant toutes sortes d'assemblage.

Polymérisation des colles

Les colles polymérisent (parfois après ajout d'un catalyseur). Lorsqu'une colle se polymérise cela signifie qu'elle sèche en surface (formation d'une peau en quelques minutes à dizaines de minutes). Dans certains cas, elle ne durcit jamais totalement, conservant l'aspect compact et élastique d'un caoutchouc (ex : silicones). Les résines durcissent totalement.

La polymérisation sous vide (en expulsant les gaz de la résine) peut encore améliorer sa qualité.

Certains assemblages collés peuvent être renforcés par le chauffage des pièces sous presse. Cette technique pourrait notamment se développer pour le collage du bois dans l'architecture⁵.

Usages

Collage industriel

Le collage est une technique d'assemblage largement utilisée dans l'industrie automobile ou ferroviaire entre autres. Les pare-brise, moquette, joint, cache attelage sont des exemples de ce qui peut être collé. Il existe différents types de colles dans les industries : colle à bois… En moyenne il faut 80 kg de colles dans le montage d'une automobile et près de 700 kg dans le montage de certaines voitures ferroviaires.

Le collage est une technique fiable et reproductible pour peu que l'on soit rigoureux et attentionné. En effet, une simple modification de l'environnement, des produits de nettoyage, ou une pollution non maitrisée peut entrainer une catastrophe lors de l'assemblage.

Autres usages

Certains types de colles ont été utilisés pour la conservation de la viande et pour la chasse.

De la colle contenue dans un sac plastique ou une bouteille, consommée par le nez, est parfois utilisée comme drogue. Les dommages sont des maux de tête, de gorge, des essoufflements, la perte de connaissance, la désinhibition induisant des prises de risques ainsi que la destruction irréversible de cellules nerveuses (cerveau, yeux) ⁶.

Dans la seconde moitié du XX^e siècle, les écoliers reniflaient ou mangeaient la colle au parfum d'amande du traditionnel petit pot avec une spatule⁷.

Principes généraux

Plusieurs modèles ont été imaginés pour expliquer le fonctionnement de la colle. Aucun n'explique entièrement le phénomène, et il est probable que plusieurs coexistent. Le phénomène est appelé adhésion.

Les principales théories sur l’adhésion dans le cas d’un adhésif peuvent être regroupées en deux catégories : l’adhésion physico-chimique et l’adhésion mécanique.

L’adhésion physico-chimique regroupe la création de liaisons covalentes, électrostatiques et de van der Waals entre l’adhésif et le matériau.

L’adhésion mécanique s’intéresse aux surfaces de contact. Par exemple, la théorie de l’ancrage mécanique stipule qu’un matériau rugueux collera mieux qu’un matériau parfaitement lisse, jusqu’à une certaine limite où des bulles d’air se forment. Ceci implique que plus l’adhésif mouille le matériau, c’est-à-dire plus il occupe une surface importante sur le matériau, plus le collage sera résistant.

Un autre élément est la diffusion des polymères : si l’adhésif est composé de polymères, ceux-ci vont pouvoir passer d’un matériau à l’autre et vont pouvoir « accrocher » le matériau.

Les différentes théories

Adhésion physico-chimique	Adhésion mécanique
Création de liaisons entre l’adhésif et le matériau : covalentes (centaine de kJ/mol) électrostatiques (variable) hydrogène (10 à 20 kJ/mol) de van der Waals (< 10 kJ/mol)	Ancrage mécanique (selon la rugosité du matériau) Mouillage de l’adhésif sur le matériau (qui entraine une plus grande surface de contact) Interdiffusion des polymères (dans le cas d’une colle polymère)

On peut définir le collage comme le procédé permettant de maintenir de façon durable et solide deux substrats entre eux. La liaison entre ces deux supports est alors d’origine chimique, et non mécanique. La colle est déposée sur le ou les substrats, et suivant le process l’affichage s’effectue après une période définie et la réaction conduisant aux propriétés finales commence alors.

Mais pour obtenir de bonnes performances, la colle doit être compatible avec le support. L'adhésion sur un solide fait ainsi intervenir deux notions principales :

• l'interaction liquide solide, qui caractérise l'adhésion ;
• le mouillage, qui caractérise l'étalement du liquide sur le solide.

La mouillabilité représente l'aptitude qu’a un liquide à occuper la plus grande surface possible lorsqu'on le dispose sur une surface solide. Il est nécessaire d’appréhender le principe d’énergie de surface pour comprendre les mécanismes de collage.

L'énergie superficielle d'un liquide, aussi appelée tension superficielle, caractérise l'aptitude qu'a la surface d'un liquide à prendre la plus petite valeur possible dans un milieu donné. Elle caractérise également la cohésion d'un liquide puisqu'il faut vaincre les forces de cohésion interne de celui-ci pour accroître cette surface. Mécaniquement, elle s'exprime comme une force s'opposant à un accroissement de surface.

L'équilibre des forces donne l'équation de Young^{[réf. nécessaire]} :

E_lv cos q + E_sl = E_sv

où E_s, E_sl, E_l représentent l'énergie de surface du solide, l'énergie interfaciale liquide solide et la tension superficielle du liquide.

Énergie superficielle critique : l'étalement du liquide n'est parfait que si l'angle de contact A est nul. Cette valeur correspond à une valeur critique de l'énergie superficielle du solide qui permet de prédire que si :

E_l < E_c alors A=0, le mouillage est bon ;

E_l > E_c alors A est positif, le mouillage est mauvais.

L’ensemble des forces qui s'établissent entre l'adhésif et la surface du solide peuvent être traduite comme suit :

• théorie mécanique : l'adhésion a longtemps été considérée comme étant un simple problème mécanique, la solidité du joint résultant de la pénétration de l'adhésif dans les aspérités de la surface solide. Ceci expliquerait une partie de l'adhésion ;
• théorie électrique : l'adhésion serait due à l'établissement d'une couche électrique aux interfaces, les forces étant de nature électrostatique. Cette théorie reste très controversée ;
• théorie chimique : elle interprète la liaison par la formation de liaisons covalentes entre deux corps en présence. Ceci n'a lieu que dans certains cas ;
• théorie de la diffusion : il y a inter-diffusion entre les deux surfaces en présence. Elle suppose la solubilité mutuelle des matériaux. Le collage du PVC en est un exemple ;
• théorie thermodynamique : elle indique l'établissement de liaisons faibles (forces de van der Waals) entre les surfaces. Ces forces s'exercent sur de faibles distances et existent dans tous les cas de figure.

Les forces de van der Waals résultent de la dissymétrie de répartition des charges positives et négatives, entrainant la formation de dipôles aussi bien dans le polymère que dans le substrat et s'unissant tête-bêche. Ces différentes hypothèses montrent que les phénomènes d'adhésion ne sont pas encore bien élucidés.

Colle par destination

Colle à bois

Notes et références

• (en) P. Mazza, F. Martini, B. Sala, M. Magi, M. Colombini, G. Giachi, F. Landucci, C. Lemorini, F. Modugno, E. Ribechini, « A new Palaeolithic discovery: tar-hafted stone tools in a European Mid-Pleistocene bone-bearing bed », Journal of Archaeological Science, vol. 33, n^o 9,‎ janvier 2006, p. 1310-1318 (DOI 10.1016/j.jas.2006.01.006).
• (en) P. R. B. Kozowyk, M. Soressi, D. Pomstra & G. H. J. Langejans, « Experimental methods for the Palaeolithic dry distillation of birch bark: implications for the origin and development of Neandertal adhesive technology », Scientific Reports, vol. 7, n^o 8033,‎ août 2017 (DOI 10.1038/s41598-017-08106-7).
• J.M. Morisot, Tableaux détaillés des prix de tous les ouvrages du bâtiment. Vocabulaire des arts et métiers en ce qui concerne les constructions (Peinture dorure), Carilian, 1814 (lire en ligne [archive])
• « Pégosité » [archive], sur Futura-sciences (consulté le 15 février 2010)
• Communiqué de presse de l'Institut Fraunhofer de recherche sur le bois [archive], repris par Bulletin BE / ADIT Allemagne n° 466 [archive], 15 janvier 2010.
• Estelle Faure, « Avec les ados accros de la colle » [archive], sur medinapart.com, 13 mars 2012 (consulté le 20 février 2016)

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

• Notices d'autorité
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• Notices dans des dictionnaires ou encyclopédies généralistes

•  :

  • Encyclopædia Britannica [archive]
  • Encyclopédie Treccani [archive]
• Lettre de l'ARAMM n^o 6 - Le collage : une technique d'assemblage industrielle [archive]
• CNRS Thema : histoire des colles [archive], histoire de l'assemblage [archive], des bulles qui font pop dans les adhésifs [archive]
• Tableau de compatibilités entre 15 familles de colles et 30 types de supports différents [archive]

• Portail de la chimie

Ciment

 

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. Les ciments sont actuellement classés sous la dénomination « CEM » suivi d'un chiffre romain allant de I à V suivi d'une lettre majuscule en fonction de leur teneur en clinker et d'autres composants (chaux, fumées de silice, pouzzolane, laitier de hauts fourneaux, etc.). 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. Le mortier de chaux existe depuis l'Antiquité mais le ciment et ses nombreuses applications est une invention du XIX^e siècle^{[réf. nécessaire]}.

Il est le résultat, à l'origine, de la réaction endothermique entre du calcaire et de l'argile qui, mélangés à de l'eau, font prise et permettent d’agglomérer entre eux des sables et des granulats. Depuis, de nombreux autres éléments sont incorporés en fonction de l'utilisation du ciment, permettant ainsi de constituer de véritables roches artificielles, les bétons et les mortiers.

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 2008¹.

En 2006, pour la seule Europe, ce sont 267 millions de tonnes, soit 13 % de la production mondiale². Cette production est très énergivore, et la production du clinker, son principal constituant^{Note 1}, est responsable d’approximativement 5 % des émissions de gaz à effet de serre (GES) anthropiques^3,4, contribuant au réchauffement climatique⁵.

Étymologie

Du temps de la Rome antique, les caementa⁶ (du latin caementum, signifiant moellon, pierre de construction) désignaient les pierres ajoutées in situ à la chaux pour constituer l'opus caementicium. Vers le I^er siècle apr. J.-C., la Rome antique améliore la technique de la chaux par l’incorporation de sable volcanique de Pouzzoles — pulvere Puteolano, la pouzzolane — ou de tuileaux broyés (testam tunsam, le mélange est appelé alors « opus signinum » dans la terminologie archéologique moderne). Comme le dit Vitruve dans son De architectura (Livre II, chap. 6), 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'hydraulicité⁷ 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. « Comme il convient de respecter la terminologie maintenant strictement définie par la technique, il faut réserver ce mot à la désignation des ciments qui sont des mélanges artificiels de chaux avec de l'argile et des sels métalliques […] : de tels mélanges étaient évidemment inconnus des Romains »⁶.

Un glossaire du début XIX^e siècle appelle « ciment », les tuiles, briques ou carreaux cassés et réduits en poudre⁸. 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 sèche⁹.

Au XIX^e siècle, 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 mortiers^9,10. 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 »¹¹.

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 (500 à 1 200 °C) 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 (1 450 °C) d’un mélange moulu de calcaire, de marne ou d'argile¹² 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.

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 8000 av. J.-C.) 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)¹³ selon une recette donnée par Vitruve^14,15 (pas toujours respectée).

L'ajout de pouzzolanes^{Note 2}, 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 2 000 ans (mieux que le ciment Portland actuel¹⁶).

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 pouzzolane^{Note 3} est très utilisée en addition.

Le mortier de chaux des Romains consommant moins d'énergie à la production, 900 °C étant nécessaires pour la calcination du calcaire (contre les 1 450 °C nécessaires pour le ciment Portland¹⁶), 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 XIX^e siècle, lorsque Louis Vicat identifia le phénomène d'hydraulicité des chaux en 1817¹⁷, 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 XVIII^e siècle 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.

En 1796, James Parker découvrit sur l'Île de Sheppey, en Grande-Bretagne, le ciment prompt (une chaux éminemment hydraulique ou ciment naturel à prise rapide, cuit à 900 °C comme les chaux naturelles ordinaires) qu'il baptisa commercialement ciment romain. Ce ciment acquit par la suite, de 1820 à 1920 environ, une grande réputation. Il fut fabriqué dans toute l'Europe et servait à faire des moulages au gabarit, ou à fabriquer des pierres artificielles de ciment moulé. Au début du XIX^e siècle, toute l'Europe s'active, la France surtout, pour ne rien devoir aux Britanniques ni à la pouzzolane italienne. En 1817, le Français Louis Vicat découvrit le principe d'hydraulicité des chaux — concernant la proportion d'argile et la température de cuisson — et publia ses travaux sans prendre de brevet. En 1824, le Britannique Joseph Aspdin déposa un brevet pour la fabrication d'une chaux hydraulique à prise rapide qu'il appela commercialement le « ciment Portland », car la couleur de son produit ressemblait aux célèbres pierres des carrières de la péninsule de « Portland » situées en Manche. C'est un ciment similaire à ceux que décrivit Vicat, encore que son brevet soit imprécis. Mais il fallut attendre 1840, et la découverte des principes d'hydraulicité des ciments lents (dits aujourd'hui ciments Portland) toujours par Louis Vicat (Société des Ciments Vicat) — une cuisson à la température de fusion pâteuse soit 1 450 °C qui permit d'obtenir le clinker — pour voir une réelle fabrication de ces ciments modernes, et voir apparaître ensuite une architecture de béton coffré puis de béton armé.

La première usine de ciment a été créée par Dupont et Demarle en 1846 à Boulogne-sur-Mer (Ciments français). Le développement n'a pu se faire que grâce à l'apparition de matériel nouveaux, comme le four rotatif et le broyeur à boulets. Les procédés de fabrication se perfectionnèrent sans cesse, et le temps nécessaire pour produire une tonne de clinker, constituant de base du ciment, est passé de quarante heures en 1870, à environ trois minutes actuellement.

Principes et méthodes de fabrication

La fabrication de ciment se réduit schématiquement aux trois opérations suivantes :

• préparation du cru ;
• cuisson ;
• broyage et conditionnement.

Il existe quatre méthodes de fabrication du ciment qui dépendent essentiellement des matériaux :

• fabrication du ciment par voie humide (la plus ancienne), 2,5 % de la production européenne en 2008² ;
• fabrication du ciment par voie semi-humide (dérivée de la voie humide), 7,5 % de la production européenne en 2008 avec la semi sèche ;
• fabrication du ciment par voie sèche (la plus utilisée), 92 % de la production européenne en 2008 ;
• fabrication du ciment par voie semi-sèche (dérivée de la voie sèche).

La composition de base des ciments actuels est un mélange de silicates et d’aluminates de calcium, résultant de la combinaison de la chaux (CaO) avec de la silice (SiO₂), de l’alumine (Al₂O₃), et de l’oxyde de fer (Fe₂O₃). La chaux nécessaire est fournie par des roches calcaires, l’alumine, la silice et l’oxyde de fer par des argiles. Ces matériaux se trouvent dans la nature sous forme de calcaire, argile ou marne et contiennent, en plus des oxydes déjà mentionnés, d’autres oxydes.

Le principe de la fabrication du ciment est le suivant : calcaires et argiles sont extraits des carrières, puis concassés, homogénéisés, portés à haute température (1 450 °C) dans un four à calcination. Le produit obtenu après refroidissement rapide (la trempe) est le clinker.

Un mélange d’argile et de calcaire est introduit dans un four tubulaire rotatif légèrement incliné chauffé par une flamme aux environs de 2 000 °C. Cette flamme est alimentée par différents combustibles solides, liquides ou gazeux. Au contact des gaz chauds la matière s'échauffe progressivement. À l'entrée la température de l'ordre de 800 °C provoque la déshydratation des argiles et la décarbonation du calcaire pour produire la chaux (CaO). Puis la chaux se combine d'une part à l'alumine et à l'oxyde de fer pour former des aluminates et aluminoferrites de calcium, et d'autre part, à la silice pour former du silicate bicalcique (bélite). La température augmentant tandis que la matière progresse vers la flamme, les aluminates (1 450 °C) et aluminoferrites (1 380 °C) fondent : cette étape finale de fusion pâteuse (sintering, frittage) à la plus haute température atteinte par le four est essentielle car elle favorise la formation de silicate tricalcique (alite) à partir du silicate bicalcique (bélite) et de la chaux restante. Les cimentiers recherchent la plus haute teneur possible du clinker en alite, la phase minérale aux propriétés chimiques et mécaniques les plus utiles dans le clinker (voir plus loin l'explication concernant la résistance mécanique du béton après la prise du ciment). À cette fin, en sortie de four, le clinker doit être refroidi le plus rapidement possible afin de minimiser la transformation chimique exothermique non-souhaitée en sens inverse qui diminuerait la teneur du clinker en alite.

C₂S + C + chaleur → C₃S :   Formation endothermique de l'alite favorisée à haute température.

La réaction en sens inverse s'écrit comme suit :

C₃S → C₂S + C + chaleur :   Décomposition exothermique de l'alite survenant au refroidissement.

Note : les équations ci-dessus sont écrites en utilisant la notation cimentière. La formule chimique de l'alite en notation chimique normale est Ca₃SiO₅ ou 3 CaO • SiO₂.

En effet, plus tard, lors de la mise en œuvre du béton sur les chantiers de construction, c'est l'hydratation du silicate tricalcique (C₃S, alite) qui donnera l'essentiel de sa résistance au béton à base de ciment Portland. C'est pourquoi on cherche toujours à maximiser la formation de la phase alite à très haute température dans le four (1 450 °C) et à refroidir/solidifier ensuite le clinker le plus rapidement possible pour figer (solidifier, tremper) cette phase minérale et éviter qu'elle ne se décompose en bélite et oxyde de calcium. Une fois le clinker solidifié, sa composition minéralogique ne peut plus changer, les équilibres chimiques alite/bélite ne pouvant varier avec des vitesses significatives qu'en phase liquide fondue (nécessaire à la mobilité des espèces chimiques réactionnelles).

Fabrication par voie humide

Cette voie est utilisée depuis longtemps. C’est le procédé le plus ancien, le plus simple mais qui requiert le plus d’énergie.

Dans ce procédé, le calcaire et l’argile sont broyés finement et mélangés avec l’eau de façon à constituer une pâte assez liquide (28 à 42 % d’eau). On brasse énergiquement cette pâte dans de grands bassins de huit à dix mètres de diamètre, dans lesquels tourne un manège de herses.

La pâte est ensuite entreposée dans de grands bassins de volumes de plusieurs milliers de mètres cubes, où elle est continuellement malaxée et homogénéisée. Ce mélange est appelé le « cru ». Des analyses chimiques permanentes permettent de contrôler la composition de cette pâte et d’apporter les corrections nécessaires avant sa cuisson.

La pâte est ensuite acheminée à l’entrée d’un four rotatif, chauffé à son extrémité par une flamme intérieure. Ce four rotatif légèrement incliné est constitué d’un cylindre d’acier dont la longueur peut atteindre deux cents mètres. On distingue à l’intérieur du four plusieurs zones, dont les trois principales sont :

• la zone de séchage ;
• la zone de décarbonatation ;
• la zone de clinkérisation.

Les parois de la partie supérieure du four (zone de séchage — environ 20 % de la longueur du four) sont garnies de chaînes marines afin d’augmenter les échanges caloriques entre la pâte et les parties chaudes du four.

Fabrication par voie sèche

Après avoir été finement broyée, la poudre (farine) est transportée depuis le silo d'homogénéisation (voir paragraphe ci-dessous) jusqu’au four, soit par pompe, aéroglisseur (lit fluidisé) puis par aérolift ou élévateur.

Les fours sont constitués de deux parties :

• le préchauffage : dans une tour de préchauffage (structure verticale fixe) constituée de cyclones et d'échangeurs de chaleur, ou sur une grille Lepol (voir schéma p. 32 ²) ;
• le four ou tronçon rotatif.

Dans une tour de préchauffage, 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. Ce deuxième procédé est plus efficace et beaucoup plus rapide que les grilles. La farine chaude pénètre ensuite dans le tronçon rotatif analogue à celui utilisé dans la voie humide, mais beaucoup plus court.

La méthode de fabrication par voie sèche pose aux fabricants d’importants problèmes techniques :

La ségrégation possible entre argile et calcaire dans les préchauffeurs. Le système utilisé pourrait en effet être néfaste : il est de fait utilisé ailleurs pour trier des particules. Dans le cas de la fabrication des ciments, il n’en est rien. La poudre reste homogène. Ceci peut s'expliquer par le fait que l’argile et le calcaire ont la même masse volumique (2,70 g/cm³). De plus, le matériel a été conçu dans cet esprit et toutes les précautions ont été prises.

Le problème des poussières, dont les nuisances sanitaires et environnementales obligent 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 électrofiltres 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. Les problèmes rencontrés sont similaires à ceux rencontré dans l'application de peintures liquides ou en poudre : problèmes de pointes, d'angles concaves, d'amorçage. La température et l'humidité doivent être contrôlés et régulés, de même que l'usure mécanique (pièces de frappage) : l'entretien doit donc être régulier^18,19.
• les filtres à manches, que l'on retrouve dans d'autres industries (menuiserie industrielle mais aussi artisanale) : le problème est ici le colmatage nécessitant des procédés de décolmatage par inversion de flux, raclage, agitation...

Le choix entre les deux technologies n'est pas évident. Les contrôles par la DREAL sanctionnent tout dépassement¹⁸, avec arrêt de production possible...

Voie humide et voie sèche (suite)

Le clinker à la sortie du four, passe dans des refroidisseurs (trempe du clinker), dont il existe plusieurs types comme les refroidisseurs à grille, ou à ballonnets. La vitesse de trempe a une influence sur les propriétés du clinker (phase vitreuse).

De toute façon, quelle que soit la méthode de fabrication, à la sortie du four, on obtient un même clinker qui est encore chaud, d'environ 600 à 1 200 °C. Il faut ensuite le broyer très finement et très régulièrement avec environ 5 % (en poids) de gypse (CaSO₄ · 2 H₂O) afin de pouvoir maîtriser la prise du ciment lors de son hydratation au contact de l'eau. L'ajout de gypse est indispensable pour éviter la prise trop rapide et incontrôlable du ciment lors de l'hydratation de l'aluminate tricalcique (3 CaO · Al₂O₃ noté également C₃A), la phase la plus réactive et dont la réaction d'hydratation est la plus exothermique des 4 phases minérales constituant le clinker. Les ions sulfates libérés par la dissolution du gypse forment un fin film d'ettringite tapissant la surface des particules de C₃A. L'accès de l'eau aux grains de C₃A devient alors plus difficile ce qui ralentit leur hydratation et permet d'éviter une prise fulgurante (flash setting en anglais) du ciment.

Le broyage est une opération délicate et coûteuse, non seulement parce que le clinker est un matériau dur, mais aussi parce que même les meilleurs broyeurs ont des rendements énergétiques déplorables.

Les broyeurs à boulets sont de grands cylindres disposés presque horizontalement, remplis à moitié de boulets d’acier et que l’on fait tourner rapidement autour de leur axe (20 tr/min). Le procédé est le même que pour le broyage de pigments. Certains broyeurs ont des compartiments qui permettent d’affiner progressivement. Le clinker/ciment y atteint une température élevée (160 °C), ce qui peut nécessiter l’arrosage extérieur des broyeurs. On introduit le clinker avec des adjuvants dans la partie haute, puis on récupère la poudre dans la partie basse : on peut maintenant parler de ciment.

Lors du broyage à circuit ouvert, le clinker ne passe qu’une fois dans le broyeur. Lors du broyage en circuit fermé, le clinker passe rapidement dans le broyeur, puis à sa sortie, est trié dans un cyclone. La fraction fine correspondant à la granulométrie requise pour le ciment est séparée de la fraction grossière qui est renvoyée dans le broyeur. Le broyage a pour but de réduire les grains du clinker en poudre, et de permettre l’ajout du gypse (environ 4 %) et éventuellement d'autres adjuvants pour réguler quelques propriétés du ciment Portland, comme son temps de prise et de durcissement.

À la sortie du broyeur, le ciment est à une température environ de 160 °C, et avant d'être transporté vers des silos de stockage, il doit passer au refroidisseur à force centrifuge pour que sa température soit maintenue à environ 65 °C.

Le problème de l’homogénéité du cru est délicat. Voir ci-dessous comment il pouvait être résolu au moyen d’une préhomogénéisation puis d’une homogénéisation.

Fabrication

Elle se fait en six étapes principales :

1. l'extraction ;
2. l'homogénéisation ;
3. le séchage et le broyage ;
4. la cuisson ;
5. le refroidissement ;
6. le broyage.

Les adjuvants conduisant à la différentiation des produits et des gammes peuvent être adjoints lors du broyage ou après, dans des mélangeurs, et même en centrale à béton.

Extraction

L'extraction consiste à extraire les matières premières : le calcaire (CaCO₃) de 75 à 80 % et l'argile (SiO₂–Al₂O₃) de 20 à 25 %, à partir de carrières.

Les deux carrières peuvent être sur le même site (La Malle- Lafarge²⁰) ou distantes (Djebel Oust-Votorantim, Tunisie). Ces matières premières sont extraites des parois rocheuses par abattage à l'explosif ou à la pelle mécanique. La roche est acheminée par tombereaux (dumpers), ou bandes transporteuses vers un atelier de concassage. Elles sont mélangées en prélevant au chargeur dans les différents tas de matière première en tête de ligne des bandes de transport vers l'usine. Selon l’origine (plusieurs carrières, carrières hétérogènes) et la qualité des matières premières, ce mélange peut être corrigé au niveau du concassage²⁰ puis ultérieurement, par apport de bauxite, oxyde de fer ou autres matériaux fournissant le complément d’alumine et de silice requis.

Homogénéisation

La phase d'homogénéisation consiste à créer un mélange homogène aux proportions chimiques bien définies. Cette opération se fait soit dans un hall de préhomogénéisation (généralement des dômes de stockage²⁰), où on obtient le mélange homogène en disposant la matière en couches horizontales superposées (bandes à dépôt rotatif), puis en la reprenant verticalement à l'aide d'une roue-pelle ; soit dans un silo vertical par brassage par air comprimé.

Les matières premières sont échantillonnées en entrant (tour d'échantillonnage) et en continu ensuite, dosées et mélangées de façon à obtenir une composition chimique standard, la plus stable possible dans le temps :

Composition chimique d'un cru standard :

• 77 à 83 % de carbonate de calcium ;
• 13 à 14 % de silice ;
• 2 à 4 % d'alumine ;
• 1,5 à 3 % d'oxyde ferrique.

Une prise d'échantillons en continu permet de déterminer la quantité des différents ajouts nécessaires (oxyde de fer, alumine et silice).

Si la composition peut varier d'une cimenterie à l'autre, la composition chimique du cru doit rester dans des proportions ne variant que très peu en particulier pour la conduite du four (qualité du produit mais aussi combustibles, préservation du four et maîtrise des rejets)

Séchage et broyage

Le séchage et le broyage sont l'étape qui favorise 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.

On distingue trois types principaux de « voies » en fonction du type de préparation :

• la voie humide : c’est la technique la plus ancienne et la plus gourmande en énergie (énergie nécessaire à l’évaporation de l’excédent d’eau).

Dans les deux techniques suivantes, les matières premières sont parfaitement homogénéisées et séchées sous forme de « cru » ou « farine » ;

• la voie sèche : la farine est introduite dans le four sous forme pulvérulente après un préchauffage dans une tour à échangeurs thermiques ;
• la voie semi-sèche : avant introduction dans le four, la farine est transformée en « granules » par humidification dans des granulateurs : la farine est mélangée à de l'eau pour avoir environ 13 % d'humidité, puis ces granules sont préchauffées (350 °C) et décarbonatés (900 °C) avant de tomber dans le four.

Le cru est ensuite introduit dans un long four (60 à 200 m) rotatif (1,5 à 3 tr/min), tubulaire (jusqu’à 6 m de diamètre), légèrement incliné (2 à 3 % d’inclinaison).

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. Cette source de chaleur est alimentée au charbon broyé, fioul lourd, gaz, ou encore en partie avec des combustibles de substitution provenant d'autres industries, tels que le coke de pétrole, les pneus usagés, les RBA, les farines animales, les huiles usagées, ou de centres de recyclage tels que les DSB ou les DIB. On parle aussi de CSR (combustible solide de récupération).

La température nécessaire à la clinkérisation est de l'ordre de 1 450 °C. L'énergie consommée se situe entre 3 200 et 4 200 MJ/t de clinker, qui est le produit semi-fini obtenu à la fin du cycle de cuisson. Il se présente sous forme de granules grises.

À la sortie du four, le clinker doit être refroidi et broyé avant d'être entreposé dans des silos.

Le clinker résulte d'une suite de réactions physico-chimiques (clinkérisation) permettant :

• la décarbonatation du carbonate de calcium (donnant la chaux vive) ;
• la scission de l'argile en silice et alumine ;
• la combinaison de la silice et de l'alumine avec la chaux pour former des silicates et des aluminates de calcium.

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 progresser à l'intérieur du refroidisseur grâce aux à-coups répétés des grilles sur lesquelles il repose ;
• au travers des grilles, de puissants ventilateurs vont souffler sous le clinker afin de le refroidir ;
• à l'entrée ou à la sortie du refroidisseur, selon le modèle utilisé, un concasseur à un ou plusieurs rouleaux va le broyer de manière grossière.

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 à grilles. Il s'agit d'un cylindre légèrement incliné qui tourne sur lui-même et 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 au refroidisseur rotatif que le ciment peut rester blanc : le clinker doit être très rapidement refroidi en sortie du four, avant de s'oxyder au contact de l'air. La taille des refroidisseurs à grilles utilisés sur les lignes de ciment blanc est réduite, car le refroidisseur rotatif a déjà accompli une partie de leur travail.

Broyage

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

Lors de cette étape, le gypse (3 à 5 %), indispensable à la régulation de prise du ciment, est ajouté au clinker. On obtient alors le ciment Portland artificiel (CEM I)

Les ciments à ajouts (CEM II à V) sont obtenus par l'addition, lors de la phase de broyage, d'éléments minéraux supplémentaires contenus dans des matériaux tels que :

• le laitier de hauts fourneaux (résidus sidérurgique issu de la fusion du minerai de fer avec du coke en hauts fourneaux, aux propriétés hydrauliques proches de celles du clinker) ;
• les cendres volantes de centrales électriques ;
• les fillers calcaires (granulats) ;
• les pouzzolanes (naturelles ou artificielles).

Broyage très fin

EMC (Energetically Modified Cement)²¹ est un ciment produit selon un procédé breveté de co-broyage intense de ciment CEM avec différentes charges, comme sable fin, quartzite, pouzzolane ou cendres volantes. Il possède les mêmes caractéristiques physiques²² que les ciments Portland artificiels CEM, mais avec ≤50 % moins de ciment, énergie et émissions de CO₂.

Chimie

Phases cimentières

Pour désigner les phases cimentières, on utilise en général une notation abrégée dite « notation shorthand » ou « notation cimentière » utilisant l'initiale des oxydes à la place des symboles chimiques classiques : C pour CaO (chaux), S pour SiO₂ (silice), A pour Al₂O₃ (alumine), M pour MgO (oxyde de magnésium ou périclase) et F pour Fe₂O₃ (hématite).

Les phases couramment rencontrées dans l'industrie du ciment sont :

• alite ou silicate tricalcique C3S : (CaO)₃(SiO₂) ; cette phase est la plus importante. Elle consiste en environ deux tiers du produit final ;
• aluminate ou aluminate tricalcique C3A : (CaO)₃(Al₂O₃) ;
• bélite, silicate dicalcique ou silicate de dicalcium, C2S : (CaO)₂(SiO₂) ;
• calcaire (limestone) : CaCO₃ ;
• célite phases « interstitielles » « celite » C3A, impure et solution solide de ferrite « C4AF » ;
• chaux libre (free lime) : CaO, la teneur doit être en général inférieure à 2 % en masse dans le clinker (la quantité de chaux libre augmente lorsque la température du four baisse) ;
• ferrite, aluminoferrite, brownmillerite (en) ou ferro-aluminate tétracalcique (en) C4AF : (CaO)₄(Al₂O₃)(Fe₂O₃), on voit parfois la demi-formule (CaO)₂FeAlO₃ ;
• gypse : CaSO₄.2(H₂O) ; chauffé entre 60 °C et 200 °C, le gypse se déshydrate et donne le plâtre ;
• périclase : MgO ;
• portlandite : hydroxyde de calcium Ca(OH)₂, provenant de l'hydratation de la chaux libre ;
• sable, silice : SiO₂.

La composition chimique garantit les qualités du ciment à terme, c’est-à-dire pendant sa fabrication, et également des mois, voire des années après sa commercialisation. Des analyses sont donc effectuées sur des échantillons prélevés régulièrement tout au long du processus de la fabrication. On analyse également les matières premières et les combustibles afin de connaître leur teneur en différents composés, et de pouvoir ainsi les doser. Ces analyses sont devenues d'autant plus importantes que la fabrication du ciment a de plus en plus recours à des produits de recyclage, tant dans les matières premières (par exemple le laitier) que pour les combustibles (déchets ne dégageant pas de fumées toxiques, farines animales, etc.). Par ailleurs, cette analyse permet également un pilotage rétroactif du four : lorsque le taux de chaux libre (CaO) est trop important, cela signifie que le four n'est pas assez chaud.

La qualité finale est évaluée par des modules, c'est-à-dire des valeurs calculées à partir de la composition. On définit par exemple :

• le module de saturation de Kühl : L S F = C a O 2 , 8 ⋅ S i O 2 + 1 , 1 ⋅ A l 2 O 3 + 0 , 7 ⋅ F e 2 O 3
• le module silicique (MS ou SR) : M S = S i O 2 A l 2 O 3 + F e 2 O 3
• le module alumino-ferrique (AF ou AR) : A F = A l 2 O 3 F e 2 O 3

Contamination

La présence de chlore (chlorures) et de soufre (sulfates, sulfure) dans les matières premières est problématique. En effet, lors du chauffage, le chlore et le soufre se volatilisent et réagissent avec les composés alcalins pour former des chlorures et sulfures alcalins. En effet, les chlorures et les sulfates subissent un cycle (interne ou externe) et, en l'absence d'alcalin comme le potassium et le sodium (K₂O et Na₂O) avec qui réagissent les chlorures et les sulfates, des concrétions de sulfates en forme d'anneau se forment au niveau des tours de préchauffage.

Tests en laboratoire

Mesures physiques

Surface spécifique

La finesse de broyage d'un ciment est exprimée par sa surface spécifique, c'est-à-dire la surface développée par unité de masse ; cette valeur s'exprime en [cm²/g]. Elle est mesurée au moyen du test de Blaine, dit de perméabilité à l'air, selon la relation d'Arcy-Kozeny, qui établit que la traversée d'un lit de granules par un fluide est affectée par la surface spécifique de ces granules. Ainsi, en calculant la durée que met un gaz sous pression à traverser un volume donné de granules, on peut déduire la surface des granules. Plus le broyage est fin, plus la surface calculée est importante. Cette expérience se produisant dans un volume déterminé, on peut imaginer obtenir une surface développée infinie en broyant toujours plus finement le ciment. Il s'agit là d'une application industrielle d'un modèle expliqué par les mathématiques fractales : une dimension d'ordre n, finie, englobant une dimension d'ordre n-1, tendant vers l'infini.

Mesure du temps de prise

Granulométrie

La finesse du ciment produit est calculée, celle-ci diffère selon le type de ciment.

Essai mécanique

Mesures chimiques

En général, les analyses chimiques réalisées sur un ciment sont :

• la détermination de la perte au feu (loss on ignition) : c'est-à-dire déterminer la matière organique par incinération. Matière première → CO₂ + H₂O + éléments oxydables ;
• la teneur en soufre par gravimétrie ;
• la teneur en chlorures par dosage de Volhart ;
• la teneur en carbonates, CO₂ et chaux libre.

En industrie, ces tests sont réalisés manuellement mais aussi par spectrométrie toutes les heures afin de contrôler la production et de rester dans les valeurs attendues ;

• la spectrométrie utilisée est la spectrométrie de fluorescence des rayons X (XRF) pour la détermination des taux de : SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, TiO₂, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, SO₃, P₂O₅, MnO, Cr₂O₃ et SrO. Ces taux sont utilisés pour le calcul des différents modules mentionnés dans le chapitre précédent ;
• la diffractométrie de rayons X (XRD) pour mesurer la valeur en chaux libre.

En général, la XRF est couplée avec la XRD.

Réaction de prise

Le silicate de calcium hydraté est le principal produit de l'hydratation du ciment et est principalement responsable de la résistance des matériaux à base de ciment.

Catégories et types de ciment

Les ciments incorporent les composants suivants en diverses proportions : clinker et laitier de haut fourneau, éventuellement cendres volantes siliceuses et calcaires. Suivant la proportion de chacun de ces éléments, on peut les classer de manière standardisée. La désignation des ciments est en effet normalisée²³. Il existe cinq grandes catégories de ciments courants reconnus par la norme européenne EN 197-1 :

• ciment Portland pur (CEM I) ;
• ciment Portland composé (CEM II) ;
• ciment de haut fourneau (CEM III) ;
• ciment pouzzolanique (CEM IV) ;
• ciment composé (CEM V).

Les ciments blancs à faible teneur en oxydes de fer (et donc pauvres en phase C4AF) ne constituent pas une catégorie à part entière mais entrent dans la catégorie CEM I ou CEM II.

Le nombre de types de ciments est passé à dix à partir de 1994 avec l’évolution de la norme NF EN 197-1. Aujourd’hui, on peut compter vingt-sept types de ciments courants depuis la parution de la norme européenne EN 197-1 en 2001. La classification des types se fait par le rajout d'une lettre après la catégorie :

Les ciments de Portland CEM I

Les ciments CEM I sont classés selon leur résistance minimale absolue à la compression, mesurée en MPa, à 28 jours. La classe indique la résistance, ainsi un ciment 32,5 a une résistance de 30 MPa ; un 52,5, une résistance de 50 MPa, selon le tableau ci-dessous²⁴.

La lettre L, N, R indique la rapidité de prise, respectivement lente, normale, rapide. Ainsi, des réalisations au ciment 52.5 R, ayant acquis un résistance suffisante (28 MPa à deux jours), pourront être décoffrés tôt, alors que des réalisations équivalentes en 32,5 N (14 MPa à 7 jours) devront patienter plus longtemps avant décoffrage.

Classes	Résistance à 28 jours en MPa
32,5 L, N & R	30
42,5 L, N & R	40
52,5 L, N & R	50

Économie

Production

Principaux pays producteurs de ciment en 2018²⁵ :

		Pays		Production (Mt)	part %
	1	Chine		2 370	58
	2	Inde		290	7
	3	États-Unis		88,5	2,2
	4	Turquie		84	2,0
	5	Viêt Nam		80	1,95
	6	Indonésie		67	1,6
	7	Corée du Sud		56	1,4
	8	Japon		55,5	1,35
	9	Russie		55	1,3
	9	Égypte		55	1,3
	11	Iran		53	1,3
	12	Brésil		52	1,27
	13	Arabie Saoudite		45	1,1
	14	Autres pays		759
	Total monde			4 100	100

Demande

En Europe et en Amérique du Nord, elle a fortement augmenté au XX^e siècle. Le développement des cimenteries a répondu aux besoins des guerres mondiales (bunkers, fortifications, etc.) puis des reconstructions qui ont suivi, puis de la croissance du BTP, dopé par la démographie et l'urbanisation croissante (surtout jusque dans les années 1970 en France). La production a ensuite plus lentement augmenté dans les pays riches, mais a été soutenue dans les pays en développement jusqu’à la crise de 2008 qui a engendré une forte chute de production dans les pays riches, dont en France (en 2015 la production de ciment y atteignait son point le plus bas depuis 1964²⁶.

Entre-temps, après la Seconde Guerre mondiale et malgré une évolution cyclique, la consommation des pays industrialisés avait été multipliée par 6 à 8, jusqu’au choc pétrolier de 1975. Depuis, les marchés occidentaux dits matures ont décru de 20 à 40 %, les besoins en infrastructures lourdes ayant été en grande partie comblés, au profit de la consommation d'entretien.

Depuis les années 1990, quelques pays européens (Grèce, Portugal et Espagne, par exemple) ont doublé ou triplé leur consommation de ciment, dans un contexte de spéculation foncière et de taux élevé de croissance interne (PIB), brutalement interrompu par la crise de 2008.

Consommation de ciment par habitant

D’un pays à l'autre et selon les régions, elle varie suivant le relief (tunnels, ponts et barrages en zones montagneuses), les contraintes sismiques (Grèce, Turquie) et climatologiques (autoroutes en béton dans les pays du nord), selon les habitudes locales de construction, les densités de population et le type de croissance.

En 2004, selon l'association européenne des cimentiers (European Cement Association), CEMBUREAU), l'Europe consommait 528 kg par habitant et par an (moyenne avec des maxima à 1 221 kg pour le Luxembourg, 1 166 kg pour l’Espagne et 963 kg pour la Grèce, et des minima pour la Suède (192 kg), la Lettonie (200 kg) et le Royaume-Uni (216 kg)^{[réf. nécessaire]}.

Coût des installations

Pour produire un million de tonnes de ciment, il faut environ 150 millions d’euros, soit le chiffre d’affaires sur trois ans d'une entreprise de ce secteur^{[réf. nécessaire]}.

Le coût du transport routier devient équivalent au coût du produit au-delà de 300 km (25 t de charge utile par camion) et limite donc le rayon utile de l’acheminement terrestre. Cette contrainte fait du marché du ciment un marché régional. Néanmoins, le moindre coût du fret maritime en regard des volumes transportés (bateaux de 35 000 tonnes) permet les échanges intercontinentaux (par tonne transportée, il est moins coûteux de faire traverser l’Atlantique à une cargaison de ciment que de la déplacer de 300 km par voie routière).

Localisation/délocalisation

Le ciment est en grande partie produit à partir de matériaux naturels locaux, variants selon la région d'implantation de la cimenterie, mais le produit fini doit répondre aux mêmes standards. De ce fait, plus que la qualité d’un ciment, c’est sa disponibilité et le service au client qui sont déterminants dans l’acte de vente, après le prix de vente. L'industrie du ciment participe comme d'autres au phénomène de délocalisation, avec les grands ports comme « tête de ponts »²⁷. On y installe de plus en plus des stations de broyage comme à Nantes ²⁸ ou le Havre ²⁹présentant juste des silos à clinker, approvisionnés par bateaux, broyeurs et mélangeurs pour l'obtention des différentes qualités .

Prospective

Alors que le sable de qualité devient une ressource localement rare, et que l’économie circulaire est promue par de nombreux États (dont la France), le béton de granulat ou autres matériaux recyclés semble devoir se développer. Des procédés de recarbonatation sont à l’étude (qui pourraient stocker 150 kg de CO₂ par tonne de béton déconstruit, selon des essais de laboratoire²⁶. Les bétons spéciaux se développent (bétons de bois ou autres fibres, ou intégrant des nanoparticules, des fils métalliques, des capteurs, des nanotubes de carbone), bétons dits auto-sensibles, « intelligents » (smart concrete), connectés et/ou auto-réparants, capables de stocker de la chaleur ou de rafraichir ou de s’auto-nettoyer, voire de légèrement dépolluer l'air de certains polluants ; sujets par exemple à l’ordre du jour d'un colloque scientifique international, du 6 au 8 juin 2017 à l'Unesco à Paris³⁰.

À partir de mai 2017, la technologie des usines de mélange permet de produire des ciments de nouvelle génération ayant un impact carbone plus faible, compte tenu du taux moins important de clinker³¹.

En France

Au début des années 2010, la France en consommait environ 20 à 21 millions de t/an²⁶. Vers 2015, environ quarante sites industriels étaient la propriété de cinq groupes qui employaient moins de cinq mille personnes pour un chiffre d'affaires de 2,3 milliards d'euros en 2015³⁰. Avec 18,2 millions de tonnes vendues en 2014 en France (–5,5 % en un an et –30 % depuis 2007), Lafarge et les quatre grands cimentiers du marché français (Vicat, Ciments Calcia, Kernéos et Holcim) étaient en surcapacité²⁶.

En 2017, selon les cimentiers, l'ensemble de la filière béton (ciment, granulats, béton prêt à l'emploi) pèserait environ douze milliards d'euros et correspondrait à environ 65 000 emplois directs³⁰. Selon le Syndicat français de l'industrie cimentière (SFIC), à la suite de la reprise de la construction/BTP, la production de ciment en France serait à nouveau en croissance (3 à 4 % attendus pour 2017 plutôt que les +1,5 % antérieurement prévus), soit 17,9 à 18,1 millions de tonnes dans l’année³⁰.

Environnement et climat

Produire du ciment est très énergivore et émetteur de gaz à effet de serre. Chaque tonne de ciment requiert environ 60 à 130 kg de fioul, ou une moyenne de 1 100 kWh³². Le ciment n’est pas un bon isolant thermique, il fait donc face à des matériaux concurrents dont le bois et divers écomatériaux biosourcés.

Pollution de l'air

Les cimenteries comptent parmi les installations polluantes (fumées, vapeurs, envols de poussières^33,34, notamment des années 1950 aux années 1970³⁵, avant l'amélioration significative des électrofiltres³⁶ et autres systèmes de traitement des envols de poussière ou des fumées). Aujourd'hui, les principaux rejets dans l'atmosphère restent les poussières, les oxydes d'azote et le dioxyde de soufre. Les cimenteries sont souvent autorisées à brûler des déchets³⁷ (dont notamment certains déchets de pneus^38,39, farines de vache folle, déchets de tanneries⁴⁰, déchets de la pétrochimie ou de l'industrie chimique, etc.) En Europe, les cimenteries co-incinérant des déchets sont notamment soumises à la directive européenne 2000/76/CE (transcrite dans le droit français par les arrêtés du 20 septembre 2002 fixant des valeurs limites d’émissions spécifiques aux installations co-incinérant des déchets ; des autorisations d’exploiter sont délivrées par arrêté préfectoral qui, dans les environnements sensibles, peuvent diminuer les autorisations d'émissions).

Inversement, le ciment peut contribuer à inerter certains déchets toxiques⁴¹. Les hautes températures atteintes (1 450 °C) permettent en effet de détruire de nombreuses substances polluantes².

Émissions de gaz à effet de serre

La seule fabrication du ciment émet 2,3 milliards de tonnes de CO₂ par an, soit 6,5 % des émissions mondiales de CO₂⁴², dues :

• pour 40 % au combustible utilisé pour chauffer le cru (mélange de calcaire et d'argile) ;
• pour 60 % à la décarbonatation du calcaire même (CaCO₃ → CaO + CO₂).

Lors de la prise du ciment, il n'y a pas de CO₂ fixé, la prise se fait à l'eau contrairement à la prise de la chaux aérienne qui fixe la même quantité de CO₂ que celle émise lors de la décarbonatation.

La fabrication du ciment émet en moyenne 850 kg de CO₂ par tonne de ciment. Une nouvelle norme européenne adoptée en novembre 2018 autorise, pour le ciment courant, à réduire drastiquement la part de clinker, qui pourra tomber à 35 %, en remplaçant ce composant par du calcaire et des cendres volantes (un résidu des centrales à charbon), ou du laitier (un résidu des hauts fourneaux). D'autres substituts sont à l'étude : le béton issu des démolitions ou les « argiles calcinées » (métakaolin), cuites à une température beaucoup plus basse que le clinker⁴³.

Le 2 juillet 2018, l'Association mondiale du ciment (WCA) reconnaissait que les techniques utilisées en 2018 pour réduire la pollution des cimenteries « ne permettent d'atteindre que 50 % de l'objectif de réduction de CO₂ de l'accord de Paris », et appelle ses membres à « intensifier ses efforts pour adopter plus rapidement des nouvelles technologies » de réduction des émissions de CO₂ et ainsi mieux contribuer à l'objectif de l'accord de Paris sur le climat⁴⁴.

On sait depuis longtemps produire des ciments à froid, par exemple pour l'inertage des déchets et des ciments « à faible empreinte carbone » ; de tels ciments devraient être bientôt disponibles en quantité industrielle, encouragés par la taxe carbone (qui pour le ciment sera de plusieurs euros/tonne)⁴⁵. Ainsi en 2014 le chantier du nouvel aéroport de Brisbane (Australie) a testé un "béton géo-polymère" bas-carbone (30 000 m³ ayant évité l'émission de 6 600 t de carbone) produit par le groupe Wagners⁴⁵. En 2018, un cimentier français (Hoffmann Green Cement Technologies, HGCT) annonce pour 2019 en France une gamme de ciments dont l'empreinte carbone sera divisée par 4. Il sera destiné aux bétons préfabriqués, au béton prêt à l'emploi, aux enduits et mortiers et produit en Vendée par une première usine pilote en exploitant trois brevet d'activateurs et de sur-activateurs à froid, mis au point par le chimiste David Hoffmann, spécialisé dans les liants minéraux d'inertage de déchets toxiques. Ce ciment sera "sans clinker", à base de métakaolin "flashé à 750 °C pendant 5 secondes", de gypse et de laitier de hauts-fourneaux. Ce laitier est un déchet sidérurgique produit à raison de 300 kg/tonne d'acier et entre déjà dans la fabrication du ciment. La fermeture possible de certaines unités de production d'aciéries pourrait poser problème à certaines cimenteries. L'empreinte carbone annoncée est de 200 à 250 kg de CO₂/t de produit (au lieu d'une tonne pour le ciment traditionnel)⁴⁵. Cette cimenterie pilote, située à Bournezeau, en Vendée, a été inaugurée le 22 novembre 2018. Elle fonctionnera à sa pleine capacité de 50 000 tonnes en 2020. Elle a été financée à 30 % par des fonds publics. Le ciment produit coûtera le double d'un ciment classique, mais cela n'aura qu'un impact limité sur le prix final du béton car le ciment n'entre que pour 7 % dans la composition du béton⁴⁶. En mars 2021, Hoffmann Green Cement Technologies démarre la construction d'une deuxième usine de ciment sans clinker à Bournezeau, d'une capacité de 250 000 tonnes, qui quintuplera fin 2022 les volumes produits. HGCT prévoit de dupliquer cette usine au plus près des villes, d'abord en région parisienne fin 2023 puis ailleurs. Le ciment d'HGCT, selon les études du Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB), réduit les émissions de CO₂ à 188 kg/tonne contre 866 kg/t pour le Portland⁴⁷.

En 2017-2018 le prix des produits finis, préfabriqués, ou des mortiers de base, est estimé plus élevé de 5 à 15 % que les produits conventionnels. Ce prix pourrait être dans le futur compensé par une taxe carbone plus élevée sur les produits les plus émetteurs en CO₂⁴⁵.

En juillet 2019, un groupe de dix investisseurs, dont BNP Paribas Asset Management et Degroof Petercam Asset Management, lancent un appel, au nom du comité Climate Action 100+ (plus de 320 investisseurs à la tête de 33 000 milliards de dollars d'actifs), aux cimentiers CRH, LafargeHolcim, HeidelbergCement et Saint-Gobain pour qu'ils atteignent la neutralité carbone en 2050 ; le secteur cimentier est à l'origine de 7 % des émissions mondiales. En Europe, le prix des quotas de carbone, multiplié par quatre depuis le début de l'année 2018, pèse de plus en plus lourd sur les finances des cimentiers⁴⁸.

En décembre 2019, les trois pilotes du projet national FastCarb pour une production bas carbone du béton ont démarré ; ce programme teste trois manières de produire un béton bas carbone à partir de béton recyclé : la cimenterie LafargeHolcim de Val d'Azergues près de Lyon expérimente le fonctionnement d'un petit lit fluidisé ; Vicat teste dans sa cimenterie de Créchy (Allier) un tambour rotatif et Eiffage a installé la troisième technologie dans un conteneur en utilisant pour son test le béton de la déconstruction de l'École Centrale à Châtenay-Malabry (Hauts-de-Seine). En Allemagne, le projet « WestKüste 100 », au stade de l'étude de faisabilité, prévoit de tester dans la cimenterie d'Holcim à Lägerdorf la conversion de 100 % du CO₂ en méthanol en utilisant de l'hydrogène et de l'électricité éolienne⁴⁹.

Plusieurs expériences de récupération de chaleur ont été menées en Allemagne (Lengfurt, depuis 10 ans), Suède, Turquie etc. avec cogénération ou chauffage urbain² (p. 114). Mais les progrès limités en matière de récupération des flux gazeux et leur réutilisation dans le process rendent de plus en plus difficile la rentabilité de ce genre de projets.

La feuille de route assignée en mai 2021 par le gouvernement français à la filière ciment lui assigne l'objectif de 24 % de réduction de ses émissions carbone d'ici 2030, puis de 80 % en 2050, par rapport à 2015. Le 19 mai, le Comité européen de normalisation a publié la norme de deux nouveaux ciments « ternaires », à trois composants : une partie du clinker y est remplacée par deux ingrédients au choix dans un panel : ce peut être du calcaire, des scories de combustion comme le laitier (résidu des hauts-fourneaux) , les « cendres volantes » (résidu des centrales à charbon), la pouzzolane (roche volcanique basaltique), ou certaines argiles cuites à plus basse température que le clinker. L'un de ces nouveaux ciments permet de réduire en moyenne de 40 % les émissions de CO₂, car il ne contient que 50 % à 65 % de clinker, tandis que l'autre réduira les émissions carbone de 50 % à 65 %, comparé à du ciment classique, car il ne contient que 35 % à 50 % de clinker. Au-delà de 2030, les solutions pourront consister à utiliser des déchets comme combustible alternatif, à capturer le CO₂ des fours cimentiers pour le séquestrer ou l'utiliser, par exemple en le combinant avec de l'hydrogène pour produire du carburant ou du plastique⁵⁰.

En octobre 2021 est publiée la norme autorisant la vente en France de ciments « ternaires » permettant de réduire les émissions de CO₂ de 40 % à 55 %⁵¹.

En février 2022, deux cimentiers dévoilent des tests réussis de ciments zéro carbone : le mexicain Cemex a testé avec succès en Espagne la cuisson solaire d'un ciment classique (à 1 450 degrés), grâce aux concentrateurs de rayonnement de la start-up suisse Synhelion, constitués de miroirs qui concentrent les rayons du soleil sur une chaudière située au sommet d'une tour. Une cimenterie solaire industrielle de 300 000 tonnes/an nécessiterait un site de 1 km² et 300 000 m² de miroirs. Un pilote semi-industriel serait envisageable en 2025 et une échelle industrielle de 300 000 tonnes/an serait possible vers 2030. Le cimentier français Vicat a conçu un « ciment » mais biosourcé (végétal), en phase de pré-industrialisation ; Vicat prévoit un premier chantier test au printemps, pour une commercialisation début 2023⁵².

En mai 2022, la société vendéenne Hoffmann Green Cement Technologies, créée en 2014, signe un partenariat avec Bouygues Immobilier, après quatre opérations pilotes menées par le promoteur immobilier dans l'ouest de la France avec du béton à base du ciment décarboné conçu par la PME vendéenne, qui a créé le premier ciment sans clinker au monde à être validé par le Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB). Son empreinte carbone est cinq fois moindre qu'un ciment classique. Hoffmann vient aussi d'obtenir une autorisation d'occupation temporaire de quarante ans sur le port de Dunkerque afin de construire un troisième site de production, d'une capacité de 250 000 tonnes/an, qui sera la réplique du deuxième, située en Vendée. Hoffmann Green Cement Technologies portera sa capacité de production annuelle à 550 000 tonnes/an au premier semestre 2024⁵³.

En France : installation classée pour la protection de l'environnement

Selon la législation française, les cimenteries sont des installations classées pour la protection de l'environnement (ICPE). En effet, ce type d'installation est concerné par la rubrique n^o 2520 de la nomenclature des installations classées (« fabrication de ciments, chaux, plâtres »)⁵⁴.

Les installations capables de produire plus de cinq tonnes/jour sont soumises à autorisation préfectorale délivrée via un arrêté préfectoral imposant à l'exploitant certaines prescriptions techniques, dont celles d'un arrêté ministériel daté du 3 mai 1993⁵⁵, en vue de limiter leur impacts environnementaux et sanitaires.

L'instruction des demandes d'autorisation d'exploiter ainsi que le contrôle du respect des prescriptions techniques par les exploitants sont réalisés par l'inspection des installations classées⁵⁶.

Sociétés cimentières notoires

La production mondiale de ciment est dominée par quelques groupes internationaux occidentaux (classement à fin 2005)^{[réf. nécessaire]} :

• Holcim, Suisse, n^o 1 mondial ;
• Lafarge, France, n^o 2 mondial ;
• Cemex, Mexique, n^o 3 mondial ;
• HeidelbergCement, Allemagne, n^o 4 mondial ;
• Italcementi, Italie, n^o 5 mondial.
• Vicat, France

En 2015, Lafarge et Holcim ont fusionné pour donner LafargeHolcim⁵⁷ cédant une partie de leurs usines en conformité avec les règles encadrant les monopoles ⁵⁸. Ce sont en particulier Karsdorf (D, Lafarge) et Hemming (F- Holcim) et d'autres, cédées à Eqiom, HeidelbergCement et d'autres, en Europe et dans le monde.

Organismes internationaux et normes

Le premier résultat d’harmonisation européenne des ciments est apparu en 2000, développé par le Comité Européen de Normalisation (CEN) (www.cenorm.be [archive]). Le ciment est alors le premier produit européen normalisé (EN-197-1-2000) en accord avec la directive des produits de construction (Construction Products Directive, CPD). La norme définit vingt-sept ciments communs et leurs constituants, incluant des recommandations d’utilisation (proportions des mélanges), ainsi que les spécificités mécaniques, physiques et chimiques des différents ciments et de leurs composants. Les vingt-sept classes sont réparties en cinq groupes, selon leurs constituants, autres que le clinker. Depuis avril 2003, tous les ciments ont reçu le label CE, en accord avec la norme EN 197-1.

Les tests à pratiquer sur les ciments tout au long de la chaîne de production, pour mesurer leurs propriétés, ont été décrits dans une pré-norme européenne finalisée en 1989 (EN 196 series).

Le CEN se penche également sur la normalisation des six autres types de ciments suivants :

• ciments à faible chaleur d’hydratation ;
• ciments prompts à faible résistance ;
• liants hydrauliques routiers ;
• ciments calco-aluminates ;
• ciments sulfato-résistants.

Le comité C01 de l'ASTM est, quant à lui, consacré aux ciments hydrauliques.

La norme européenne suivante s'applique au domaine des ciments : EN 196.2 – analyse chimique par complexométrie.

Glossaire

Ciment alumineux

Le ciment alumineux fut mis au point par J. Bied, directeur scientifique des Ciments Lafarge, en 1908, et fabriqué industriellement en France à partir de 1918. C’est un ciment à base d'aluminates de calcium. Les ciments Portland, quant à eux, contiennent des silicates de calcium. Les aluminates ne libèrent pas de chaux en cours d'hydratation, et confèrent au béton ou au mortier alumineux des propriétés recherchées :

• une prise rapide ;
• une résistance chimique élevée ;
• une résistance élevée à l'usure ;
• une résistance aux températures élevées ;
• une accélération de la prise par temps froid.

Ciment artificiel

Le ciment artificiel, ou ciment Portland, est un mélange artificiel (de la main de l'homme) de 76 à 80 % de carbonate de chaux, et de 24 à 20 % d'argile, broyé et mélangé à cru, puis cuit à une température de 1 450 °C pour obtenir une roche artificielle très dure, le clinker, qui, broyé à nouveau très finement, donne le ciment artificiel. C'est un ciment lent, fabriqué en grande quantité à partir de 1850 environ, utilisé aujourd'hui pour les bétons et bétons armés courants, ainsi que pour les travaux de haute technicité comme ceux des ponts et chaussées ou les ouvrages d'art. Sa fabrication longue et compliquée l'a longtemps rendu coûteux. Il fut imité à moindre frais par ce que l'on peut appeler les « faux artificiels » (voir ce terme).

En 1897, la Commission de méthode d'essais des matériaux classa dans la même catégorie tous les ciments à prise lente, et à partir de 1902, la Commission des chaux et ciments, n'utilisa plus ce terme d'artificiel et l'engloba dans les ciments Portland.

Ciment blanc ou extra-blanc

Le ciment blanc, ou extra-blanc, est un ciment Portland à très faible teneur en oxydes de fer (Fe₂O₃, de teinte brune-rouge) et de manganèse (notamment MnO₂, noir), et donc pauvre en ferro-aluminate tétracalcique (4 CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃, noté en abrégé C₄AF en notation cimentière)⁵⁹. Il est produit à partir de calcaire blanc très pur et de kaolin. Le ciment blanc permet de réaliser des produits et bétons esthétiques et décoratifs^60,61. Il est notamment destiné à la fabrication des carreaux ciment, au rejointoyage blanc des installations sanitaires, à des moulages, au béton ciré, ou à certains bétons blancs utilisés en architecture architectonique. Il est remarquable par sa finesse et sa blancheur, ne produisant aucune gerçure sur la surface lisse. Il fut inventé en 1870. Sa prise se fait entre six et quinze heures.

Sa fabrication nécessite de très haute température (~ 1 750 °C) car son point de fusion pâteuse est beaucoup plus élevé en raison de l'absence quasi totale de Fe₂O₃ qui joue aussi le rôle essentiel de fondant pour le ciment Portland ordinaire: voir les diagrammes ternaires de Fe₂O₃ pour le système CaO et SiO₂. Par analogie, en sidérurgie c'est le CaO qui joue le rôle de fondant pour le système Fe₂O₃ et SiO₂.

Ciment brûlé (ou clinker)

Le clinker, cuit à 1 450 °C et non encore moulu, peut être utilisé comme ciment, on parle alors de ciment brûlé. Il est très dur. Sa prise est beaucoup plus lente que les ciments modérément cuits à 1 000 °C, mais il présente un durcissement et un degré de cohésion tout à fait extraordinaires. Broyé et mélangé à du gypse pour en retarder la prise, il est à la base de la fabrication courante des ciments ordinaires modernes (ciment Portland). Au XIX^e siècle en Dauphiné, les morceaux modérément cuits, souvent de couleur jaune, étaient appelés des « frittes jaunes » ou des « grumes ». Les morceaux surcuits s'appelaient des « frittes noires ». Le mot « clinker », importé du Royaume-Uni, désignait les frittes noires du ciment Portland artificiel.

Ciment aux cendres

Les ciments aux cendres furent produits pour la première fois en France en 1951, par P. Fouilloux.

Ciment fondu

Le ciment fondu est un ciment du début du XX^e siècle, très alumineux, à prise normale, dont le durcissement demande beaucoup d'eau, dégage beaucoup de chaleur et est très rapide. Il est indécomposable dans les eaux magnésiennes et séléniteuses, se mélange mal avec d'autres ciments et est d'un prix élevé.

Ciments de grappiers

La production de ciments de grappiers commence vers 1870. Les grappiers sont les éléments durs que l'action de l'eau ne peut faire tomber en poudre lors de l'extinction de la chaux, et que les bluteries rejetaient. C'étaient les incuits, surcuits, chaux limites et parties trop chargées en argile des calcaires argileux. Constituant une perte sensible pour le fabricant, on aboutit au Teil (Ardèche) à en tirer parti en créant le ciment de grappiers, dont la qualité pouvait être remarquable. Ce produit un peu bâtard a disparu définitivement du marché avec la Première Guerre mondiale, mais on le retrouve dans les manuels d'architecture des années 1930.

Ciment de laitier

Ciment appelé aussi « ciment pouzzolane », obtenu à partir de laitier de hauts fourneaux mélangé avec de la chaux grasse éteinte et de la chaux hydraulique. Le laitier, pour acquérir de la résistance, doit avoir été refroidi brusquement à la sortie du four en étant immergé dans l'eau. Il contient des sulfures de calcium qui s'oxydent à l'air, qui lui donnent une teinte verte, et désagrègent les mortiers, mais il durcit considérablement, bien que lentement, en milieu humide.

C'est aussi un mélange d'hydrate de chaux en poudre et de gangues hydrauliques pulvérisées ou pouzzolanes artificielles.

En Allemagne, le début de la fabrication du ciment à 30 % de laitier remonte à 1901, mais il ne fut agréé qu'en 1909. Dans ce même pays les ciments contenant jusqu'à 70 % de laitier furent produits à partir de 1907 et agréés en 1909. En France, avant 1914, on utilisait surtout le laitier à la chaux, provenant de la région Est. Les cahiers des charges français le mentionnent pour la première fois en 1928 et l'admettent pour les travaux au littoral, en 1930.

Ciment lent

Ciment à prise lente, plus de huit heures ; voir ciments naturels ou ciment Portland.

Ciment lourd ou surcuit

Ciment surcuit à 1 450 °C et lent à la prise.

Ciment mixte

Nom que donnaient les usines du nord de la France aux faux artificiels, et vendus ailleurs sous le nom de « Portland naturels », est composé de ciment naturel et de grappiers de chaux mélangés en proportions variables.

Ciments naturels

Les ciments naturels sont des ciments prompts ou lents, voire demi-lents. Ils sont obtenus par la cuisson de calcaire, argileux naturellement, de bonne composition. Ciment prompt et ciment romain en font partie. Les ciments naturels se divisent en deux classes :

• les ciments prompts, cuits à 900 °C comme les chaux, qui font prise en moins de vingt minutes ;
• les ciments lents, cuits à un état proche de la fusion pâteuse à 1 450 °C, qui font prise en une ou plusieurs heures.

Des variétés intermédiaires étaient obtenues directement ou par mélanges et étaient appelées « demi-lents ».

Vers 1880, les ciments naturels des environs de Grenoble (plus grande région productrice) résultaient de la cuisson de calcaire argileux contenant de 23 à 30 % d'argile, plus ou moins pure. Une fois cuits, ils renfermaient 35 à 45 % d'argile calcinée et 65 à 56 % de chaux. La proportion d'argile considérée comme la meilleure est de 23 à 24 % dans le calcaire et de 36 % d'argile calcinée dans le ciment. Ils donnaient suivant leur cuisson des ciments naturels lents ou prompts. Seul le ciment prompt naturel est encore produit.

Ciment Portland

Le ciment Portland est un ciment artificiel obtenu par la cuisson, proche de l'état de fusion pâteuse, à 1 450 °C, des chaux limites mélangées intimement (calcaires contant de 20 à 25 % d'argile) et longtemps appelées « chaux brûlées », ou de roches calcaires et de roches argileuses soigneusement dosées. C'est l'appellation courante des ciments lents. La dénomination de Portland vient des fabriques de Portland au Royaume-Uni, où le ciment avait la même couleur que les pierres de la région.

Ciment Portland naturel

Nom impropre des ciments naturels de l'Isère. Voir ciments naturels.

Ciment prompt (ou « ciment romain »)

Techniquement, le ciment prompt (ou « ciment romain ») est une chaux éminemment hydraulique, un ciment obtenu par la cuisson à 900 °C de calcaires contenant de 23 à 30 % d'argile et dont la prise s'effectue en dix ou vingt minutes. Le plus souvent, c'est un ciment naturel, un ciment provenant de la simple cuisson d'une gangue ayant naturellement les bonnes proportions de calcaire et d'argile. La pierre, à la sortie du four, reste quelque temps à l'air et absorbe de l'humidité, puis elle est blutée, conservée en silos et ensachée. Ce ciment atteint sa dureté maximale après quelques jours.

Le ciment prompt est fabriqué depuis la fin du XVIII^e siècle. Il a longtemps été appelé « ciment romain » dans le nord de la France, les pays anglo-saxons et d'Europe de l'Est, bien que cette qualification commerciale soit impropre. Les grands producteurs étaient sur l'île de Sheppey en Grande-Bretagne et à Vassy, Pouilly-en-Auxois et Grenoble (encore en activité), en France.

Le ciment prompt a longtemps été utilisé pour faire des moulages au gabarit, ou fabriquer des pierres factices de ciment moulé (de 1820 à 1920 environ). Il est encore utilisé comme ciment à sceller, comme adjuvant naturel dans les enduits de chaux, pour les travaux maritimes et pour la fabrication des moulages d'art, surtout dans les Alpes et en Italie du Nord (importation de ciment français, le prompt de la Pérelle et de la Porte de France de la société Vicat, dernier producteur).

Ciment sulfaté

Le ciment sulfaté fut mis au point en 1908 par Hans Kühl. Il fut peu fabriqué en Allemagne, mais exploité industriellement en Belgique et en France à partir de 1922, et jusqu'en 1965.

Ciment romain

Voir ci-dessus Ciment prompt.

Ciment sulfo-alumineux (CSA)

Le ciment sulfo-alumineux (CSA) a été inventé en 1936 comme additif expansif pour compenser le retrait du ciment Portland. Les ciments sulfo-alumineux sont constitués d’un mélange de clinker sulfo-alumineux et de gypse ou d'anhydrite. Ses caractéristiques chimiques proches des ciments alumineux sont adaptées à la formulation de mortiers spéciaux et à la réalisation de mélanges ternaires. Différents ciments sulfo-alumineux existent :

• le ciment sulfo-alumineux alitique contenant simultanément de la ye'elimite (en) et de l’alite (C₃S), mais sans bélite (C₂S) ;
• le ciment ye'elimitique est constitué d’un mélange de ye'elimite (15-50 %), de sulfosilicate de calcium ou sulfopurrite et d’anhydrite, mais ne contient pas d'alite ;
• le ciment sulfo-alumineux bélitique est principalement constitué de ye'elimite et de bélite et ne contient pas d’alite⁶².

Le ciment sulfo-alumineux est surtout utilisé en Chine depuis les années 1950. Initialement pour pouvoir bétonner rapidement et par temps froid. Le ciment sulfo-alumineux a pour caractéristiques :

• une montée en résistance rapide et une résistance à deux jours élevée ;
• une bonne résistance mécanique à long terme ;
• une faible alcalinité ;
• une faible perméabilité ;
• une durabilité éprouvée en environnent agressif (chlorures et sulfates) ;
• une insensibilité à de nombreux inhibiteurs de prise, notamment les borates, Pb et Zn, lorsqu'il est utilisé pour l'immobilisation des déchets radioactifs ou toxiques.

Les volumes consommés restent anecdotiques par rapport au ciment Portland. Aujourd'hui, seule la société Vicat est productrice de ciments sulfo-alumineux en France.

Commerce

En 2014, la France était nette importatrice de ciment, d'après les douanes françaises. Le prix à la tonne à l'import était d'environ 560 €⁶³.

Sources

• Walter H. Duda, Cement data book.
• Cédric Avenier, Bruno Rosier et Denis Sommain, Ciment naturel, Grenoble, Glénat, 2007, 175 p. (ISBN 2-7234-6158-0, OCLC 276310104).

Notes et références

Notes

• Le ciment Portland est composé de plus de 95 % de clinker.
• Scories volcaniques exploitées autour du Vésuve.

Références

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• Jean-Pierre Adam, La Construction romaine. Matériaux et techniques, 6^e éd., Grands manuels picards, 2011, p. 76
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• J.M. Morisot, Tableaux détaillés des prix de tous les ouvrages du bâtiment. Vocabulaire des arts et métiers en ce qui concerne les constructions (maçonnerie), Carilian, 1814 (lire en ligne [archive])
• Clément Louis Treussart, Mémoire sur les mortiers hydrauliques et sur les mortiers ordinaires, chez Carillan-Goeury, 1829 (lire en ligne [archive])
• Les mythes ont la vie dure comme le prouve certains éditoriaux récents (« Le ciment romain était plus solide ! techniques-ingenieur.fr [archive] »)
• La norme NF P 15-301 de 1994 donne la définition suivante : « Le ciment est un liant hydraulique, c’est-à-dire une matière inorganique finement moulue qui, gâchée avec de l’eau, forme une pâte qui fait prise et durcit par suite de réactions et processus d’hydratation et qui, après durcissement, conserve sa résistance et sa stabilité, même sous l’eau. »
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• Trois choses à savoir sur le ciment « décarboné » d'HGCT [archive], Les Échos, 19 mars 2021.
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• La course au ciment bas carbone est lancée [archive], Les Échos, 27 janvier 2020.
• Les cimentiers prêts pour la grande bataille du CO2 [archive], Les Échos, 27 mai 2021.
• Le ciment franchit une étape cruciale vers le bas carbone [archive], Les Échos, 25 octobre 2021.
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• Febelcem, « Les différents ciments, les types de ciment, sorte de ciment » [archive], sur www.febelcem.be (consulté le 5 juillet 2020)
• Philippe Souchu, « Les ciments sulfo-alumineux », Site documentaire du Lerm,‎ 11 avril 2011 (lire en ligne [archive], consulté le 24 août 2018)

Annexes

Bibliographie

• Sous la direction de Jean-Pierre Ollivier et Angélique Vichot (2008). La durabilité des bétons, Presses de l'École des ponts et chaussées, Paris, 868 pp. (ISBN 978-2-85978-434-8).

Articles connexes

• Béton
• Ciment de calcaire et d'argile calcinée
• Mortier
• Enduit
• Four à ciment (en)
• Broyeur à ciment (en)
• Louis Vicat
• Joseph Aspdin

Liens externes

• (en) Cembureau [archive], association européenne
• Syndicat français de l'industrie cimentière [archive] (SFIC)
• Fondation école française du béton [archive]
• Gefic [archive], Groupement des entreprises fournisseurs de l'industrie de la cimenterie
• (en) Portland Cement Association [archive] (PCA), association nord-américaine

• Notices dans des dictionnaires ou encyclopédies généralistes
•  :

  • Dictionnaire historique de la Suisse [archive]
  • Encyclopædia Britannica [archive]
  • Encyclopædia Universalis [archive]
  • Encyclopédie Treccani [archive]
  • Gran Enciclopedia Aragonesa [archive]
  • Gran Enciclopedia de Navarra [archive]
  • Hrvatska Enciklopedija [archive]
  • Store norske leksikon [archive]
• Notices d'autorité

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Plâtre

 

Le plâtre désigne principalement un matériau de construction à propriétés isolantes ou ignifuges, fabriqué industriellement à partir de la matière première rocheuse qu'est le gypse. Le terme désigne, dans la pratique, soit la poudre ou matière poudreuse industrielle de départ (le plâtre sec à aviver), soit la pâte constituée d'un mélange de poudre et d'eau à employer (le plâtre prêt), soit le matériau compact, par exemple sous forme de plaques, voire le revêtement de plâtrage ou l'enduit posé¹.

Les corps chimiques ioniques qui constituent ordinairement la poudre sèche de plâtre sont en réalité diverses formes complexes produites par la déshydratation thermique du gypse, à base d'hémihydrate de sulfate de calcium de formule CaSO₄· ½ H₂O, et/ou d'anhydrite CaSO₄ ou sulfate de calcium anhydre². Après gâchage à l'eau, cette poudre incolore à blanche, parfois jaune-pâle ou brune, permet l'obtention d'un matériau blanchâtre relativement dur après séchage, correspondant au gypse reformé qui n'est que du sulfate de calcium dihydraté, de formule CaSO₄· 2 H₂O. De nombreux adjuvants ou additifs, y compris des charges, pigments et colorants, peuvent aussi entrer dans la composition du plâtre.

Fabrication du plâtre

Le plâtre est un mélange pulvérulent préparé, depuis les temps antiques, à partir de la calcination du gypse, roche sédimentaire rassemblées en masses énormes d'évaporites, appelée autrefois pierre à plâtre ou pierre des plâtrières que l'on retrouve parfois sous forme d'albâtre ou de cristaux de sélénite. La pierre est généralement extraite de mines ou de carrières souterraines puis cuite et ensuite cassée, broyée et moulue pour donner la poudre blanche du plâtre.

Les trois étapes cruciales sont :

• le broyage du minerai de gypse dans une machine à concasser ;

• la calcination, pour obtenir des matières (micro)cristallines par chauffage et réactions de déshydratation parfois sévères ;
• la réduction en poudres fines dans un moulin. L'expression battre comme plâtre signifie réduire en poudre ou pulvériser le produit de calcination ou plâtre cuit à l'aide d'un broyeur.

Exploitation des mines de gypse (pierre à plâtre)

Les carrières de gypse peuvent être exploitées de deux manières, selon la structure du gisement.

Lorsque celui-ci se trouve à un niveau trop profond, on privilégie une exploitation souterraine. Il s’agit d’extraire les couches inférieures en creusant des galeries, qui sont ensuite comblées par des matériaux inertes une fois l’exploitation terminée. Mais cette méthode permet seulement d’exploiter un tiers du gypse, qui se déploie en plusieurs couches.

L’exploitation à ciel ouvert, permet d’extraire ces différentes couches.

Lorsqu’un gisement est épuisé, la plâtrière est réhabilitée pour recréer un ensemble le plus proche possible de l’état initial du terrain.

Résumé de sa fabrication industrielle, avec l'étape-clef : la cuisson ou calcination

Sa fabrication aujourd'hui industrielle nécessite plusieurs étapes minimales :

1. Extraction du gypse à l’aide d’explosifs, quand il s’agit de gisement à ciel ouvert : « des carrières ».
2. Acheminement depuis la carrière à l’aide de camions : le gypse subit un concassage, afin de réduire la dimension de ses grains.
3. Le gypse est transporté à l’aide d’un tapis vers le criblage. Cette opération consiste à ne sélectionner que les grains de diamètre inférieur à 40 mm.
4. Le gypse ainsi sélectionné est stocké en tas dans un local couvert avant d’être homogénéisé car le gypse extrait n’est pur qu’à 90 %. Aussi il sera mélangé à l’aide d’une machine composée de râteaux qui va mélanger les couches de gypse.
5. Toujours à l’aide de tapis, le gypse est conduit dans un four droit rotatif où il sera placé dans un moulin où, à l’aide d’une vis sans fin, il est broyé et écrasé (comme dans un moulin à café).
   • Selon les variétés locales, la poudre gypseuse était cuite à au moins 150 °C. Ce four permet de faire remonter le gypse cuit par le haut du four, tandis que les impuretés plus lourdes, restent au fond. D'autres types de four existent (four-culée, four droit, four marmite, sur-cuiseur, autoclave, etc.) qui donnent différentes qualités.
   • Après refroidissement à 60 °C il devient du semi-hydrate (le gypse a perdu une molécule d’eau et demi).
   • Les conditions opératoires restent complexes : selon la température du four et sa conception, apparaissent des phases de cristallinité variables, en nature et en proportions, dans le mélange : de 121 ou 132 °C à environ 150 °C, l'hémihydrate est le produit principal. Vers 200 °C, l'anhydrite soluble s'impose. Un chauffage limite vers 200 °C, avec différents paliers, donne une solution solide hexagonale qui correspond grosso modo aux premiers travaux des chimistes français pour concevoir le plâtre de Paris, soit un plâtre d'hémihydrate β mais ce matériau de faible résistance mécanique demeure un solide microporeux avec plus ou moins d'anhydrite soluble pour faciliter la prise. Si on chauffe à environ 400 °C, de l'anhydrite insoluble est obtenue. Il est alors possible, à ce stade, de préparer diverses phases cristallines qui seront utilisées pour formuler un plâtre idoine. L'ensemble des diverses préparations peut être réhydraté à 25 °C.
   • le traitement en autoclave permet d'obtenir du plâtre d'hémihydrate α, une variété microcristalline qui, soumise à réhydratation, confère au matériau plâtre consolidé une résistance mécanique élevée, souvent supérieure à 30 MPa.
6. Le plâtre est ensuite formulé, c'est-à-dire que les différentes variétés (micro)cristallines d'hémihydrates et d'anhydrites sont mélangées dans un malaxeur avec différents ajouts (souvent quelques parties pour mille) :
   • de l’amidon, pour améliorer l’adhésion entre le plâtre et le carton,
   • des adjuvants^{[Lesquels ?]},
   • des retardateurs pour modifier les temps de prise du plâtre
   • des colorants
   • des additifs divers, etc.

On comprend alors facilement qu'il existe un grand nombre de variétés, adaptées chacune à un usage. Par exemple, la qualité spéciale des plâtres de mouleurs exigeait autrefois une calcination modérée de plaques de gypse grenues et tendres, bien sélectionnées, dans des fours chauffés a minima au rouge-brun.

Cas du plâtre de récupération

Le plâtre artificiel provient de centrales thermiques. La désulfuration est l’élimination du dioxyde de soufre dans les rejets gazeux. Pour ce faire, on utilise de la chaux humide. Il en résulte la formation de cristaux de gypse qui serviront à la fabrication du plâtre synthétique utilisable dans la construction de bâtiments ou l'industrie (fabrication de moules, etc.) ; Très résistant, il peut toutefois être source de problèmes de corrosion, de l'acier notamment³ lorsqu'en contact avec certains métaux.

Conservation et test

Le plâtre doit impérativement se conserver dans un endroit sec ou alors il devient inutilisable. Pour le tester, il faut gâcher une petite quantité et observer le temps nécessaire à la prise et la solidité une fois durci.

Vocabulaire

Le feutrage est la prise du plâtre. La formation de cristaux fins et enchevêtrés en aiguilles dures de gypse explique l'augmentation de volume tout en permettant des montages.

Le gâchage est l'opération qui consiste à mélanger soigneusement le plâtre à l'eau jusqu'à obtenir une substance consistante, crémeuse et douce.

Le plâtre désigne autant la matière minérale fabriquée par l'industrie, que la préparation de l'artisan plâtrier, par exemple pendant ou après gâchage. Il correspond ainsi au crépissage et à son résultat par l'application, à tout ouvrage moulé, de quelques formes que ce soit ou même à une statue, un buste ou une œuvre de sculpteur. Notons que le pluriel est le plus souvent employé pour de légers ouvrages en plâtre, incluant les revêtements des murs neufs. Comme la matière humide peut être salissante, l'expression "essuyer les plâtres" se comprend aisément.

Usage du plâtre

Les applications sont très variées : enduits, scellement ou chape, mortiers, moules et matière de moulages, éléments de construction, comme des plaques ou des structures isolantes à parois plâtre, carreaux, carreaux de cloisons, cloisons, revêtement de maçonnerie intérieure, murs, etc. mais aussi usages médicaux spécifiques : moulage de maintien des os fracturés, plâtre chirurgical, consolidation de bandage, etc.

Elles expliquent la grande diversité des plâtres accessibles sur le marché. Autrefois, le plâtre avait un usage agricole assez important⁴. Le plâtre cru ou le plâtre cuit, parfois en mélange, étaient employés comme amendement dans les prairies artificielles, parfois à hauteur de 400 à 500 kg par hectares, bien plus rarement sur les autres terres arables.

Fabrication d’une plaque de plâtre

La chaîne de fabrication des plaques de plâtre s'étale sur 350 à 450 m, selon la vitesse moyenne de la chaîne. Cette distance permet à la plaque de plâtre de perdre une partie de son humidité et de devenir semi-rigide avant de passer dans le four, appelé sécheur.

Les plaques de plâtre sont enveloppées de deux plaques de carton qui prennent le plâtre en sandwich.

Le carton utilisé dans la fabrication des plaques est livré en rouleaux de 11 km, ce qui représente un poids de 3 tonnes. L’épaisseur est de 0,1 mm. Ils sont changés toutes les deux heures environ.

Suivant l’utilisation de la plaque de plâtre, il existe différents types de carton avec des classements au feu de M0 à M1.

Procédé de fabrication :

• À l’aide d’un tapis on place la première plaque de carton, puis on vient étaler le plâtre à l’aide de trois sorties.
• Le plâtre est préalablement mélangé avec de l’eau dans un malaxeur et sa température est maintenue à 70 °C.
• Le deuxième carton est ensuite posé et on laisse la plaque sécher.
• Enfin, après refroidissement, les plaques sont coupées aux dimensions voulues, puis elles sont stockées sur des palettes de manutention.

Plâtres de sculpture

Il existe plusieurs variétés de plâtre de qualités très différentes. Les sculpteurs préfèrent du plâtre à grains très fins qui permet de reproduire le plus fidèlement possible tous les détails du modèle. Le plâtre de synthèse est plus conseillé car il est difficile de le rayer avec l'ongle. Il offre une grande précision et une grande finesse dans la reproduction. Sec, il peut se polir à l'aide d'un simple chiffon.

Certains plâtres sont proposés déjà teintés : couleur chair, bis, imitant la pierre ou d'autres matières. On peut également employer des colorants : de la gouache ou tout colorant acrylique, à ajouter uniquement à l'eau.

Mise en œuvre dans le bâtiment et l'ornementation

Dans le domaine de la construction des bâtiments, la mise en œuvre du plâtre est réalisée par différents métiers du bâtiment :

• Plâtrier
• Stucateur
• Gypsier
• Staffeur (de staff, élément de construction à base de plâtre moulé et fibré)
• Plaquiste

Propriétés du plâtre

Les propriétés du matériau plâtre après consolidation imposent une résistance en compression de l'ordre de 10 MPa.

Le plâtre offre une souplesse qui a permis aux bâtiments de traverser les siècles, et son intérêt est tel, que les réparations modernes faites au ciment provoquent des « points durs » dans les murs, ce qui aboutit souvent à des fissures qui fragilisent la construction.^[pas clair]Le plâtre est un matériau ignifuge.

Résistance au feu

• Effet bénéfique du plâtre au cours des incendies: le plâtre est un matériau incombustible, classé M0. L'eau contenue dans le plâtre (ou dihydrate de sulfate de calcium CaSO₄(H₂O)₂), en se vaporisant au cours d'un incendie, absorbe ainsi la chaleur et retarde la montée en température. Au cours d'un incendie, le plâtre ne libère pas de produit toxique, mais seulement de la vapeur d'eau. Si Paris a échappé aux grands incendies depuis la fin du Moyen Âge, c'est que le plâtre y a fait son apparition dans les constructions, pour protéger les structures en bois⁵. Un an après le Grand incendie de Londres, l'ordonnance du 18 août 1667 rend obligatoire à Paris de recouvrir le bois des maisons avec du plâtre pour qu'elles résistent au feu.
• Caractéristiques structurales des plâtres exposés aux températures et incendies : les murs et enduits exposés à des chaleurs moyennes perdent doucement leurs caractéristiques mécaniques à mesure qu'ils perdent les molécules d'eau intégrées dans leur composition chimique. Voilà une réaction caractéristique parfaite des phénomènes d'adsorption et désorption à des températures supérieures à 100 °C. La cinétique de réaction dépend énormément des deux facteurs, durée et température d'exposition. Un autre élément très influent est le mode de diffusion de cette chaleur par : rayonnement, conduction, convection. Le rayonnement est le plus destructeur du plâtre. Ces phénomènes sont couramment perceptibles sur les murs exposés au rayonnement autour des poêles à bois. En effet ceux-ci ont intrinsèquement des phases peu contrôlées de fort rayonnement.

Résistance thermique

Le plâtre est un mauvais conducteur de la chaleur et un isolant thermique moyen. Cette propriété est due à la structure poreuse du plâtre, qui résulte du départ de l'eau lors du séchage. L'isolation thermique est caractérisée par le coefficient de conductivité thermique λ=0,35 W/m.K pour le plâtre en moyenne (à comparer avec la conductivité thermique de la laine de roche environ 0,04 W/m.K)

Plus précisément, λ varie avec la masse volumique et la teneur en eau, c'est pourquoi le λ du plâtre peut varier de 0,3 W/m.K à 0,6 W/m.K pour des masses volumiques comprises entre 800 et 1 300 kg·m^-36.

Résistance mécanique

Variation de la résistance en fonction du temps

Durée [jours]	Traction [MPa]	Compression [MPa]
1	4	5
2	7	12
4	8	28

La dureté du plâtre varie d'environ 55 à 80 sur l'échelle de dureté Shore. Elle dépend de la proportion d'eau utilisée lors du gâchage, de la qualité de cette eau et du plâtre et de la température et vitesse de séchage.

Recyclabilité, recyclage

Le plâtre est un matériau théoriquement totalement et indéfiniment recyclable ; une fois nettoyé et sec, il retrouve les caractéristiques du gypse, la roche originelle ; il peut alors être recuit pour être refabriqué, à condition que les déchets de plâtre soient correctement triés et ne contiennent pas trop d'additifs⁷ (certains plâtres sont colorés ou rendus étanches, ou contiennent un ralentisseur de prise). De plus, ce matériau très absorbant a pu retenir et fixer des produits issus des colles, peintures, solvants, liquides, avec lequel il aurait été en contact ; certains de ces produits pouvant être des inhibiteurs chimiques.

En Europe, une directive du 19 décembre 2002 du Conseil de l'Union européenne a introduit des critères et des procédures d'admission des déchets dans les décharges, y compris le gypse⁸. Cette directive précise que « les matériaux à base de gypse non dangereux doivent être éliminés uniquement dans des décharges pour déchets non dangereux dans des cellules dans lesquels aucun déchet biodégradable n'est admis ».

Parallèlement, la Commission encourage les conditions d’une économie circulaire pour le plâtre avec un projet dénommé « Gypsum to Gypsum » (projet de 3,5 millions d’euros cofinancé pour trois ans par la Commission via le programme pour l’environnement LIFE+ avec 17 partenaires démolisseurs, déconstructeurs, recycleurs et industriels (Eurogypsum, l’association européenne des producteurs de produits de plâtre) et avec les universités de Madrid et d’Athènes en soutien scientifique et technique)⁹.

En France, en 2003, seule une faible part des déchets de plâtre, de panneaux ou carreaux de plâtre¹⁰ était recyclée, le reste partant en décharge ou étant parfois utilisé comme amendement sur les champs.

Dix ans plus tard en 2014, selon la filière des industries plâtrières, environ 50 000 tonnes de déchets de plâtre issus de la déconstruction sont annuellement recyclées en France et collectées par environ 140 entreprises de collecte. Ceci nécessite aussi une pédagogie constante auprès des artisans, entreprises de pose et de démolition¹¹. Le recyclage a nettement progressé grâce à la mise en place d'une filière ad hoc en 2008¹². Il aurait été multiplié par 5 en quatre ans, depuis la signature en 2008 d'une « Charte de gestion des déchets du plâtre » mais pour atteindre les objectifs de 2020 pour l'Europe, il faut encore multiplier par 5 la quantité de plâtre recyclée (pour passer à 245 000 tonnes en 2020, le gisement potentiel étant estimé à 350 000 tonnes par an pour la France par les industriels)¹¹. Recycler est devenu moins cher que mettre en décharge¹¹ ; En 2013/2014, trois sites de Placoplatre (Vaujours, Cognac et Chambéry) ajoutent ainsi de 10 000 à 15 000 tonnes de ces déchets à leur 40 000 tonnes de déchets internes, permettant d'incorporer 20-25 % de recyclat dans le placo neuf (de même dans le groupe Siniat)¹¹.

Ne pas gaspiller et recycler le plâtre permet d'entrer dans une économie circulaire et de transition écologique, de limiter les émissions nocives et les lixiviats polluants des décharges de classe II ou III et d'allonger la durée de vie des carrières encore disponibles ou accessibles (la ressource française étant surtout localisée en région parisienne, de moins en moins accessible à cause de l'urbanisation¹¹).

Plâtre et environnement

Les impacts et enjeux environnementaux du plâtre¹³ sont liés aux activités extractives de gypse, puis à sa fabrication, son transport, son utilisation et son éventuel traitement ou recyclage en fin de vie (et in fine l'écobilan du plâtre produit par les industriels¹⁴). Le plâtre est réputé être un facteur de régulation de l'humidité de l'air intérieur, mais il peut aussi être source de très faibles quantités de radon¹⁵, nettement plus significatives lorsque du « laitier de phosphate » (déchet de l'industrie du phosphate) a été recyclé dans les matériaux constituant des panneaux de plâtre¹⁶ (Selon Métivier (1998), « On estime que le phosphogypse contenu dans les plâtres et ciments délivre, par inhalation du radon qu'il relargue, une dose efficace annuelle de l'ordre de 0,6 mSv, liée à la présence d'environ 900 Bq/kg de ²²⁶Ra dans le phosphogypse »¹⁷). Certains guides de bio-construction recommandent l'utilisation de plâtre ou de panneaux de plâtres sans phosphogypse ni radon¹⁸.

Le plâtre est aussi source d'hydrogène sulfuré toxique s'il est mis en décharge avec des ordures ménagères ou matières organiques en décomposition¹⁹.

Du plâtre artificiel peut aussi être synthétisé à partir de déchets industriels (gypse synthétique, parfois dit désulfogypse ou FGD gypsum pour les anglophones) issu de certains procédés de lavage de fumée et désulfuration de certains gaz)¹³.

Diverses tentatives d'utiliser le phosphogypse, qui est un déchet industriel abondant comme minerai pour la fabrication de ciment²⁰ ou de plâtre, se sont soldées par des échecs : ce produit est radioactif, trop humide, contient trop d'impuretés, et son utilisation consomme plus d'énergie que l'utilisation de gypse naturel¹³. Il est cependant plus facilement utilisé dans les plaques de plâtres²¹.

Toutes ces activités sont aussi plus ou moins sources d'émissions de gaz à effet de serre.

Fin 2013, la Commission européenne a ajouté ce secteur dans la liste des « secteurs et sous-secteurs considérés comme exposés à un risque important de fuite de carbone »²².

En France, le 27 avril 2016, des acteurs de la filière ont signé un engagement sur la croissance verte portant sur le recyclage et la valorisation des déchets de plâtre^23,24.

Une histoire du plâtre

La fabrication de liants par calcination de la pierre (four à calcination) est aussi ancienne que l'art du potier. Au néolithique, l’homme s’aperçoit probablement que certaines pierres constituant le foyer s’effritent à cause de la chaleur en produisant une poudre se solidifiant une fois humide: du plâtre, ou de la chaux.

L'Égypte antique se sert du plâtre pour assembler les pierres des édifices et pour réaliser des enduits (Vallée des Rois).

Les Romains se servent du plâtre pour les enduits et les sculptures. Pline l'Ancien en signale de multiples utilisations domestiques : pour fermer de façon étanche les couvercles des récipients destinés à la conservation²⁵, en badigeon pour conserver les pommes²⁶, en additif pour adoucir les vins²⁷.

Par leurs conquêtes, les Romains vont largement diffuser le plâtre dans tout l'Empire. Les murs des habitations sont enduits de plâtre et de chaux, les plafonds faits de bois et de plâtre. Il peut servir dans la maçonnerie pour unir les pierres les unes aux autres. Les artisans romains développent aussi son emploi comme revêtement extérieur : les tons d'ocre rouge proviennent d'un mélange de briques finement broyées, de pouzzolane, de plâtre et d'eau. Le stuc, fait de plâtre et de poudre de marbre, est utilisé pour l'ornementation des édifices.

La conquête de la Gaule par Jules César donne au plâtre racine dans cette région. Les Romains apportent aux populations celtes de nouveaux procédés de construction en maçonnerie et en plâtre. À Lutèce, sur les bords de la Seine, les huttes de la tribu des Parisii font place à des édifices plus solides. Le site est privilégié par la nature, car la colline de Montmartre regorge de gypse. Plusieurs vestiges des II^e et III^e siècles témoignent d'un « premier âge du plâtre » à Paris : dalles, carreaux de plâtre, colonnes, sarcophages, etc.

Au Moyen Âge, les bâtisseurs s’aperçoivent que le plâtre résiste mieux au feu que le bois, car c'est un produit ignifuge. Donc, on l’utilise comme enduit de protection (anti-feu). À cette époque, puis sous l'Ancien Régime, les petites carrières et plâtrières sont nombreuses, mais elles fonctionnent de manière intermittente. L'habitat local fait largement appel au plâtre. En Savoie, ce plâtre paysan (gypse cuit) est appelé « greya ».

Au XVIII^e siècle, Paris devient la ville du plâtre grâce à ses gisements souterrains et un édit de Louis XIV en 1667 rendra même le matériau ignifuge obligatoire en tant qu’enduit intérieur et extérieur, pour éviter la propagation d’incendies afin d'éviter à Paris le sort funeste de Londres lors du grand incendie de 1666. Au XIX^e siècle vient l’invention du four à plâtre industriel, ce qui permet d’augmenter la production. Aujourd’hui, le plâtre est commun en France.

Les travaux de Lavoisier vers 1764 permettent de mieux comprendre la chimie du gypse. Il met en évidence la perte d'une quantité d'eau constante lors de la transformation du gypse en plâtre ou en anhydrite, jetant les bases de la méthode d'analyse thermogravimétrique. Il explique le mécanisme de la prise du plâtre, montrant que ce plâtre (CaSO₄.1/2 H₂O) reprend son eau perdue lors de la cuisson pour reformer du gypse (CaSO₄.2H₂O) lors de la phase de solidification (prise). Il analysa également différentes variétés de gypse et détermina leur solubilité dans l'eau. Il communique ses travaux sur le gypse à l'Académie royale des sciences en 1765 et 1766. Par ses travaux, Lavoisier a mis en place les fondations de la physico-chimie du gypse et du plâtre, encore utilisées de nos jours par l'industrie du plâtre

En 1788, Goethe, dans sa description du Carnaval de Rome, décrit la fabrication du confetti, tel qu'il existait à l'époque. Il était fait de billes de plâtre, réalisées à l'aide d'un entonnoir. C'est seulement à partir de 1891 que ce confetti commença à être remplacé par sa variante moderne, en papier.

Le plâtre est proposé au XIX^e siècle pour la conservation de la viande.

Le plâtre est largement exploité dans la moitié nord de la région parisienne. Le « plâtre de Paris » acquiert sa renommée. Parmi ces nombreuses exploitations, les Carrières d'Amérique, de la Famille Cottin, rachetées par Jacques Laffitte, 1er président du conseil de Louis-Philippe Ier, puis de Cormeilles-en-Parisis. En 1832, une carrière à plâtre est créée par Pierre Étienne Lambert à Cormeilles. À partir de 1882, Jules-Hilaire Lambert industrialise la production. Dans les années 1930, avec les Frères Lambert, le cycle d'exploitation de la carrière de Cormeilles est complet. Cette carrière est alors la seule en France à alimenter à la fois la fabrication du plâtre, de briques, de chaux hydraulique, et de ciment artificiel par l'emploi des matières de « découverte » : argiles, calcaires, marnes. De 1930 à 1980, la carrière Lambert est la plus grande carrière d'Europe à ciel ouvert (Plâtres Lambert). Au début du XXI^e siècle, la carrière et la plâtrière de Cormeilles-en-Parisis sont exploitées par la société Placoplatre

Du gypse au plâtre

Dans le bassin parisien, le gypse s’est formé il y a environ trente-huit millions d’années par sédimentation au cours de l'évaporation de lagunes d'eau de mer.

Le plâtre s'obtient par cuisson et broyage de la « pierre à plâtre », le gypse, sulfate de calcium à deux molécules d'eau (CaSO₄(H₂O)₂). Au cours des temps géologiques, ce minéral s'est déposé dans les bassins sédimentaires en formant d'épaisses couches plus ou moins profondes. L'extraction du gypse se fait dans des carrières à ciel ouvert ou en galeries souterraines. Concassé, cuit dans des fours, il est enfin broyé finement pour obtenir le plâtre en poudre. Cette poudre blanche a la propriété de durcir très rapidement lorsqu'on la mélange à l'eau : c'est le phénomène de la prise.

La chute de l'Empire romain et les invasions barbares entraînent pour de longs siècles le déclin des constructions en pierre au profit de bâtiments en bois largement utilisés par les peuples du Nord et de l'Est de l'Europe.

Si aux premiers temps de l'Occident médiéval le plâtre régresse, il connaît au Sud de la Méditerranée un remarquable épanouissement, favorisé par les conquêtes arabes. La civilisation islamique a en effet abondamment utilisé le gypse et marqué sans doute l'un des sommets de l'art du plâtre ; dans un univers où le bois est rare, le plâtre permet de multiplier les motifs décoratifs des mosquées, madrasas (écoles religieuses) et palais. Sans doute trouve-t-on sa plus belle illustration dans l'Alhambra de Grenade où galeries, murs et plafonds s'ornent d'une profusion d'arabesques. Une exubérance très ciselée que l'on doit aux qualités plastiques du plâtre.

Au Moyen Âge, les grands bâtisseurs que sont les moines de Cluny et de Cîteaux remettent à l'honneur l'emploi du plâtre, dont l'usage se répand à nouveau.

La profession plâtrière s'organise et codifie son activité dans la capitale. Le Livre des métiers, commandé par Louis IX au prévôt de Paris, est le texte fondateur de nombre de corporations au XIII^e siècle. Le mot plâtrier désigne alors celui qui réalise l'extraction et la cuisson du gypse, c'est-à-dire le fabricant, mais aussi l'intervenant dans le corps du bâtiment. Maçons, tailleurs de pierre, plastriés et morteliers constituent un autre groupe de bâtisseurs, en face des maîtres des structures en bois, les charpentiers.

Origine du mot

C'est bien dans le Livre des mestiers d'Étienne Boileau paru en 1268 que les mots plastre et plastrier semblent apparaître aux lexicologues, soient respectivement notre terme plâtre avant qu'il soit refaçonné par une graphie savante au XVI^e siècle et le nom de l'artisan et ou du fabricant de plâtre. Comme le verbe plastrer attesté en 1160, signifiant "enduire de plâtre" leur est antérieur, il peut paraître acquis que plastre provienne de l'aphérèse du mot emplastre, signifiant un enduit à base de plâtre²⁸. Toutefois, le latin emplastrum, venu du grec emplastron, correspond aussi à un enduit alors que la signification le plus connu de l'ancien français emplastre, présent dans le Livre des Rois ouvrage médiéval en 1190, s'assimile à l'emplacement, l'endroit pour construire ou bâtir.

Le plastre en ancien français ne désigne pas que le matériau cuit et broyé, préparé à l'emploi sur des surfaces diverses, des parois ou pour confectionner des formes massives, ainsi que le résultat consolidé et sec, il correspond aussi à un sol dallé, un dallage ou plancher.

Le terme d'activité, plastrerie, soi la plâtrerie n'apparaît qu'en 1334 dans les actes normands. La plastrière, mines ou installation de fabrication de plâtre, ne surgit qu'au milieu du XV^e siècle.

Expressions

• Battre comme plâtre : battre avec une extrême violence, à coups redoublés. L'allusion à l'acte du plâtrier de pulvériser la matière peut être prise au second degré. La victime n'est plus qu'une loque.
• Essuyer les plâtres : inaugurer l'usage d'un bâtiment, en être le premier usager. Dans un sens plus étendu, recevoir les inconvénients ou subir les conséquences d'une visite, d'une démarche, d'une initiative quelconque.

Bibliographie

• Robert Perrin, Jean-Pierre Scharff, Chimie industrielle, Masson, Paris, 1993, 1136 p. en deux tomes avec bibliographie et index, (ISBN 978-2-225-84037-1) et (ISBN 978-2-225-84181-1) pour la partie industrielle, page 654.
• Gérard Rondeau, Stéphane Rondeau, Maurice Pons, Techniques et pratique du staff [archive] - voir staff (matériau)-, Eyrolles, 2004 (ISBN 978-2212115468)
• Jean Festa, Techniques et pratique du plâtre, 1998 (ISBN 978-2212072228)
• Jean-Claude Bidaux, Plâtre : murs, formes et volumes, 2^e éd., Eyrolles, 2008 (ISBN 978-2212123067)
• L'Encyclopédie des métiers : la plâtrerie, le staff et le stuc, édition les Compagnons du Devoir
• Georges Barthe (dir.), Le Plâtre, l'art et la matière, colloque de Cergy-Pontoise, Groupe de recherche sur le plâtre dans l'art, Créaphis, 2002
• Collectif, Gypseries, gypiers des villes, gypiers des champs, colloque de Digne-les-Bains, Éditions Créaphis, 2005
• Vincent Farion, Si la carrière m'était contée. La plâtrière et les usines Lambert, le quartier et ses habitants à Cormeilles-en-Parisis (1832-2008), édition Musée du Plâtre, 2008²⁹.
• Jacques Hantraye, L'Ascension de la famille Lambert de Cormeilles-en-Parisis ; Volume 1 : Aux origines de la pluriactivité (vers 1650-1836), édition Musée du Plâtre, 2007.
• Jacques Hantraye, L'Ascension de la famille Lambert de Cormeilles-en-Parisis ; Volume 2 : Les mutations de l'exploitation agricole et l'essor de l'activité platrière (1836-1882), édition Musée du Plâtre, 2008.
• Valérie Leroy, Philippe Bertone, Sylvie Wheeler, Les enduits de façades, chaux, plâtre, terre, Eyrolles, 2010
• Valérie Leroy, Philippe Bertone, Sylvie Wheeler, Les enduits intérieurs, chaux, plâtre, terre, Eyrolles, 2012

Notes et références

• Par métonymie, le terme « plâtre » désigne en médecine traumatologique ou orthopédique une immobilisation forcée d'un membre fracturé. Sur les autres significations du terme, lire la définition du Trésor de la Langue Française sur son site [archive]
• La bassanite ou l'anhydrite III réagit rapidement avec l'eau – de formule chimique H₂O. Le plâtre était autrefois considéré comme un sulfate de chaux, en partie asséché.
• Verdu, P., Garcés, P., & Climent, M. A. (1997). Metallic corrosion in contact with synthetic gypsum pore solutions and gypsum. ZKG international, 50(6), 340-345 (résumé Inist-CNRS [archive]).
• L'usage œnologique, dénommé également plâtrage, implique le sulfate de potassium, matière minérale qui était ajouté de l'ordre de 1 à 2 g par litre aux moûts de raisin vendangé ou aux vins , pour les clarifier ou en augmenter l'acidité. Ce procédé de plâtrage, à effet laxatif et irritant, sur la boisson a été remplacé par diverses phosphatations.
• http://www.creargos.com/articles/338/581/le-platre-et-la-resistance-au-feu.htm [archive]
• Une vie de plâtre, bulletin de l'union des physiciens n°790 [archive]
• http://www.terrevivante.org/203-le-platre.htm [archive]
• Section 2.2.3 de l'annexe de la directive
• Présentation du projet Life Gypsum to Gypsum - Life + Project [archive] par l'association platrière Eurogypsum [archive] et portail du projet [archive]
• Bachelerie L. (2003). Gérer les déchets de carreaux de plâtre. Bâtiment information, (57), résumé Inist-CNRS [archive])
• Batiactu (2014), Brève Le recyclage du plâtre, une filière bien rodée [archive]
• La filière de collecte et de recyclage des déchets plâtre de chantiers sur l’ensemble du territoire français [archive] fête ses 5 ans, communiqué de presse, septembre 2013
• Daligand D. (2002). Plâtre. Ed. Techniques Ingénieur ; voir chap 7.6 « Plâtre et environnement »
• Fourtier D. (2003). Écobilan sur la plaque de plâtre en France. Ciments, bétons, plâtres, chaux, (861), 36-38.(résumé Inist-CNRS [archive])
• Tedjani, A. (), Détermination de la concentration en uranium et l’émanation du radon à partir de certains matériaux de construction [archive], Mémoire de magistère (Physique), université Mentouri, Constantine, [PDF]
• Dumont, R. S., & Figley, D. A. CBD-247-F. Infiltration du radon dans les maisons.
• Métivier H. (1998). Sources d’irradiation par les rayonnements ionisants. Ed. Techniques Ingénieur.
• Boschetti, Bruno (1998), La bio-construction: une démarche environnementale pour un habitat de qualité [archive] ; (lien [archive].
• Kintz, P. (2012). Ordures ménagères et plâtre: le mauvais mélange propice à la formation d’hydrogène sulfuré. In Annales de Toxicologie Analytique (Vol. 24, No. 2, pp. 109-111). EDP Sciences (résumé [archive])
• CHARFI F. (1999) : Substitution du gypse naturel par le phosphogypse dans la fabrication du ciment, Thèse de Doctorat, Faculté des Sciences de Tunis, juillet 1999.
• FELFOUL, H. S., CLASTRES, P., Ouezdou, M., & Carles-Gibergues, A. Proprietes et perspectives de valorisation du phosphogypse, l’exemple de la Tunisie ; Proceedings of International Symposium on Environmental Pollution Control and Waste Management, 7-10 janvier 2002, Tunis (EPCOWM’2002), p. 510-520 [PDF]
• Décision de la Commission du 18 décembre 2013 modifiant les décisions 2010/2/UE et 2011/278/UE en ce qui concerne les secteurs et sous-secteurs considérés comme exposés à un risque important de fuite de carbone ; Texte du 18/12/2013, paru au Journal Officiel des Communautés européennes le 14/01/2014 [archive].
• « Les premiers engagements pour la croissance verte ont été signés » [archive], sur ministère de l'environnement, de l'énergie et de la mer (consulté le 18 août 2016)
• « engagement sur la croissance verte relatif au recyclage des déchets de plâtre » [archive], sur ministère de l’environnement, de l'énergie et de la mer (consulté le 18 août 2016)
• Pline l'Ancien, Histoire naturelle, XV, 18, 4 ; XX, 39, 1
• Pline l'Ancien, Histoire naturelle, XV, 18, 5
• Pline l'Ancien, Histoire naturelle, XIV, 24, 1; 25, 5 et XXIII, 24, 2
• Il existe aussi à la fin du XII^e siècle les verbes replastrer, déplastrer, etc.

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

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• Notices dans des dictionnaires ou encyclopédies généralistes

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  • Encyclopædia Britannica [archive]
  • Gran Enciclopedia Aragonesa [archive]
• Musée du plâtre [archive]
• Fiche plâtre de la Société Chimique de France [archive]
• Chimie de base, utilisation et article de l'Encyclopédie du plâtre [archive]

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Carrelage

 

Le terme de carrelage désigne à l'origine l'action de poser des carreaux, puis, par métonymie, le résultat de cette action. Il désigne alors un revêtement de sol ou de murs formé de carreaux de céramique - terre cuite, carreaux de faïence, carreaux de grès (souvent appelés grès-cérame) - ou bien carreaux de marbre ou de ciment ou encore carreaux de vinyle. Ces différents types de carreaux sont juxtaposés puis collés ou scellés. Un carrelage est couramment utilisé pour la finition et la décoration des sols et des murs pour les habitations et autres locaux, aussi bien à l'intérieur qu'en extérieur.

Dans la construction, le carrelage est réalisé par le carreleur.

Histoire

La première attestation de l'utilisation de la brique vernissée comme décoration est datée du XIII^e siècle av. J.-C. dans un temple dans la ville antique de Chogha Zanbil, un complexe élamite dans la province du Khouzistan en Iran.

Parmi les carreaux les plus connus, on peut citer les Azulejos, carreaux bleus d'Espagne, Portugal, Mexique.

Les carreaux sont depuis l'origine très utilisés dans la civilisation musulmane, en particulier les lieux de culte, en utilisant essentiellement les formes et les effets géométriques, les représentations humaines ou animales étant interdites par la religion.

Les premiers carreaux apparaissent en France dans les édifices religieux au VIII^e siècle et se développe dans les maisons de notables au XVIII^e siècle, l'application de faïence peinte sur les carreaux datant du XVI^e siècle¹ tandis que leur usage se démocratise à partir du XIX^e siècle. Concurrencé par les parquets de bois, il se destine alors aux lieux moins nobles (passages, pièces de service) des bâtiments².

Alors que la terre battue constitue, sauf exception, le sol des maisons rurales, elle recule devant le carrelage dans les villes européennes au XVI^e siècle mais le plus souvent les propriétaires continuent à joncher le sol de leurs chambres de paille en hiver et d'herbes fraîchement coupées en été. Le parquet ne fait qu'une timide apparition dans les maisons des plus riches et ne se répandra qu'au XVIII^e siècle³.

Carreaux

En Suisse, les carreaux muraux sont appelés catelles (cf. le Robert) ; on utilise aussi le mot planelles pour les carreaux destinés au sol.

Fabrication des carreaux en céramique

Composition

Argile ou terre, quartz, feldspath qui se vitrifie sous la chaleur, kaolin qui est un adjuvant et les émaux.

Fabrication

Les matières premières sont mélangées et broyées de manière à former une pâte fine et homogène appelée barbotine. Cette barbotine est ensuite séchée via un atomiseur qui permet d'en extraire l'eau pour n'en retenir que la poudre. Cette poudre est ensuite injectée dans un moule de la taille et de la forme recherchée du carreau, puis est enfin pressée. Après pressage, le carreau est nettoyé puis soumis à plusieurs étapes de séchage pour faire tomber son taux d'humidité de 5-6 % à environ 0,5 %.

Le carreau sera ensuite émaillé. Afin de lui donner l'aspect recherché, il existe trois types d’émaillage : l’émaillage à sec, l’émaillage humide et la sérigraphie. Le zircon (ou silicate de zirconium ZrSiO₄) est utilisé pour l'opacification des émaux⁴. Cet usage représente 53 % de la consommation mondiale de zirconium⁵.

Le carreau subit une dernière étape de cuisson au four avant d'être conditionné pour la vente.

Caractéristiques

Un carreau a toujours une forme géométrique convexe, généralement des carrés ou parfois des rectangles, mais les hexagones sont aussi historiquement assez fréquents. Les carreaux sont fins, autour d'un centimètre d'épaisseur. Plus les carreaux sont de grande dimension, plus leur surface est cassante.

Sur le plan industriel, plusieurs procédés de décoration sont utilisés. Un premier procédé vise à l'utilisation de sels migrants sur la surface du biscuit avant la cuisson. Cela a pour effet une répartition aléatoire des couleurs et effets sur les carreaux. Un second procédé utilise un "rouleau décor" : une sorte de cylindre vient appliquer un motif sur la surface du biscuit. La forme cylindrique de cette presse de production permet de faire en sorte que le motif ne se répète pas à l'identique sur les carreaux. D'autres procédés utilisent des applications d'émail par projection (pistolet applicateur) ou sous forme de film uniforme (émaillage à la cloche). Certains de ces procédés peuvent se combiner, et permettent la création d'un grand nombre de gammes de couleurs et d'effets sur les carreaux.

Les procédés modernes de décoration de carreaux utilisent des machines Industrielles à Injection Électronique d'Encres. Pilotées par ordinateur, elles permettent d'obtenir des impressions à très hautes résolution et des vitesses d'impression qui dépassent 40 ml/min.Aussi le changement de motifs et de couleurs sont instantanés et se font à partir du programme interface de commande sans aucune intervention sur la machine.

On trouve les classiques unis, marbrés, et nuagés. Depuis 2003 on note l'apparition de très fidèles reproductions de matériaux bruts avec notamment des imitations de parquet, du béton, de tôles rouillées, du cuir... Depuis 2006 environ, on voit parfois un apport de matière dans les carreaux avec un nouveau système d'insertion de billes de métal à l'intérieur du produit, et qui, après polissage en usine, donne une très fidèle imitation de l'inox, l'acier ou l'aluminium.

Il existe plusieurs types de cuisson, on distingue mono-cuisson et bi-cuisson. La mono-cuisson était utilisée principalement pour le carreau de sol, actuellement elle l'est aussi bien pour le carreau de sol que pour le carreau mural, cette opération consiste à cuire le biscuit décoré en une seule étape à une température avoisinant les 1100 degrés. Cette cuisson à forte température permet d'obtenir un biscuit plus résistant.

La bi-cuisson est le procédé utilisé pour la cuisson des faïences, et comme son nom l'indique, s'effectue en deux cuissons à 1000 degrés chacune, cela donne des produits moins résistants, mais diminue considérablement les coûts de fabrication, la consommation de gaz étant moindre à 1000 degrés qu'à 1100. Certains carreaux décorés avec des motifs particuliers (motifs métallisés, ajouts de verre...) peuvent faire l'objet d'une troisième, voire d'une quatrième cuisson.

Types de carreaux

Les carreaux peuvent être en grès émaillé, grès brut, grès cérame, grès cérame pleine masse, grès cérame rectifié, grès cérame poli (lalmatto), émaux, pâte de verre, ciment ou encore terre cuite.

• Tomette
• Opus incertum
• Azulejos
• Carreaux de Delft
• Carreau ciment

Pose

Les carreaux s'utilisent aussi bien en intérieur qu'en extérieur, mais il est vrai qu'à l'extérieur la pose de carrelage rencontre de nombreuses contraintes (intempéries, gel, amplitude thermique). En théorie le grès cérame qui est non gélif est plus adapté aux extérieurs qu'un grès classique. Il existe des mortiers et des solutions de drainage spécifiques pour l'extérieur.

Il existe plusieurs types de pose, les principaux sont les suivants :

• la pose droite (au carrement) qui comme son nom l'indique vise à poser le carrelage de manière rectiligne les joints formant un quadrillage parfait en parallèle au mur, comme sur la photo ;
• la pose au plafond. À réaliser avec la carrelette adéquate pour les découpes.
• la pose diagonale qui vise à poser le carrelage de manière rectiligne, les joints formant un quadrillage parfait avec un angle à 45 degrés par rapport au mur ;
• la pose décalée (pose en joint de pierre ou quinconce) qui est comparable à une pose de brique en croisant les carreaux, celle-ci peut être effectuée en droit ou en diagonal ;
• la pose en pipe composée de deux formats de carreaux, se compose d'un petit format autour duquel viennent tourner quatre gros formats, la ligne de joint formant ainsi un dessin de pipe entre chaque petit carreau et gros carreau ;
• le multiformat ou opus qui comme son nom l'indique est composé de plusieurs formats de carreaux (jusqu'à sept formats) il existe une multitude de multi-formats prévus en fonction des dimensions des carreaux choisis ;
• la pose à bâton rompus qui, comme un parquet, s'utilise avec des formats rectangulaires posés en équerre ;
• la pose en chevrons qui nécessite des carreaux spécifiquement créés à cet effet, ce sont des carreaux rectangulaires biseautés sur les largeurs afin de leur permettre de former un chevron ;
• l'opus insertum qui vise à poser des carreaux cassés, donc informes, afin de créer un motif.

Il existe plusieurs techniques de pose :

• La pose traditionnelle ou pose scellée. Il s'agit d'une pose directement sur chape. Il s'agit d'une chape « maigre » (200 à 250 litres de sable par sac de ciment) à peine humidifiée. Une fois la chape tirée, et sans la laisser sécher, on la couvre d'une fine épaisseur de ciment en poudre puis on pose le carrelage. On règle ensuite la planéité du carrelage en le battant à l'aide d'un maillet en caoutchouc et d'une batte en bois tout en mouillant la surface du carreau à l'éponge pour humidifier la poudre de ciment. La chape étant malléable, les déplacements se font en marchant sur des planches répartissant le poids du carreleur (idéalement, du contreplaqué de bonne épaisseur). Le carrelage étant ainsi scellé au support, il est soumis directement à la dilatation de celui-ci et de ce fait, il éclate plus facilement sur les supports soumis aux fortes dilatations comme en présence de chauffage au sol. Le DTU autorise la pose scellée en extérieur uniquement sur un support ayant préalablement été préparé avec une désolidarisation et une natte (natte de désolidarisation) drainante sous chape. L'avantage de la méthode est que la chape maigre est plus facile à régler qu'une chape talochée et qu'il est plus facile de régler un carrelage irrégulier. L'inconvénient principal est que la majorité des carreleurs préparaient le mortier à la main et qu'il pouvait y avoir des irrégularités dans la répartition du ciment dans le sable ce qui peut entrainer un "effondrement" local de la chape et le descellement des carreaux.
• La pose collée. C'est la pose la plus courante de nos jours. Un mortier colle est préalablement étendu sur le support (voire également sur le carreau quand il s'agit d'un carreau d'une taille de 30 x 30 et plus). Elle permet une meilleure désolidarisation des supports et offre une capacité d'adhérence durable sur tous les éléments intérieurs et extérieurs ou presque.
• La pose flottante en filière sèche (sans ciment colle ni eau), comme pour le parquet flottant. Sous chaque carreau est installée une sous-couche en élastomère d'environ 2 mm d'épaisseur. Sur les pourtours sont insérés des profilés en PVC en forme de T (inversé). Le carrelage n'est plus solidaire de la structure et de la chape tout en faisant corps avec la sous-couche. Les joints entre les carreaux (espacement de 1,5 à 2 mm) sont remplis à l'aide d'un mastic polymère de type silicone neutre. L'ensemble forme une structure en réseau, très résistante et étanche grâce au jointoiement à l'aide du silicone spécialement conçu dont les propriétés conviennent parfaitement à ce type de pose flottante (souplesse, résistance au poinçonnement, étanchéité).

ex. : Chape traditionnelle, chape anhydrite, ancien carrelage, plancher bois (avec natte ou panneau de désolidarisation), chauffage au sol, etc. Il existe autant de colles que de types de supports. De plus, la mise en œuvre est différente en fonction des types de colles. Ainsi, il est bon de différencier les colles « normales » des colles « fluides » et des colles « en pâte ».

Préparation des supports : le carrelage nécessite dans la plupart des cas une préparation du support afin d'améliorer l'adhérence de la colle ou d'améliorer les niveaux du sol. On utilise pour cela des primaires d'accrochages et des ragréages.

Organismes rattachés

Union Nationale des Entrepreneurs de Carrelage

Créée en 1942, l'Union Nationale des Entrepreneurs de Carrelage⁶ est une organisation rattachée à la Fédération Française du Bâtiment. Elle compte plus de 2 700 entrepreneurs et artisans spécialistes de la mise en œuvre des revêtements de sols et de murs. Ses principales missions sont :

• la technique ;
• la formation ;
• la promotion du métier.

Notes et références

• Les faïences stannifères [archive]
• L'histoire de la terre cuite à travers les âges [archive]
• André Corvisier, Précis d'histoire moderne, Presses universitaires de France, 1990, p. 10.
• Étude de l'opacification d'émaux pour carreaux céramiques par le silicate de zirconium [archive]
• Philippe Bihouix et Benoît de Guillebon, Quel avenir pour les métaux ? Raréfaction des métaux : un nouveau défi pour la société, EDP Sciences, p. 203

Voir aussi

Bibliographie

• Société française de céramique, sous l'égide de la Chambre syndicale du carreau céramique de France, Carreaux de France : céramiques pour sols et murs : classification, domaines d'emploi, mise en œuvre, réhabilitation, sols spéciaux, entretien et nettoyage, Paris, Éd. de la Nouvelle librairie, coll. « Natha », 1985, , 155 (ISBN 2-86479-970-7)
• Claude Hervochon, Le Carrelage dans l'habitat, Paris, Foucher, 2002, 127 p. (ISBN 2-216-08863-3)
• Michel Matana (dir.), Carrelage : pose des carrelages sur sol, carrelage mural, moquette, Paris, Éd. Alternatives, 1996, 125 p. (ISBN 2-86738-713-2)
• Marie-Pierre Dubois Petroff, Le carrelage, Paris, Massin, 2007, 96 p. (ISBN 978-2-7072-0571-1)

Articles connexes

• Revêtement immobilier
• Carreau (construction)
• Carreau à décor d'engobe
• Carreleur
• Coupe-carreaux
• Pince de carreleur
• Pathologie des sols carrelés

Liens externes

• « La simulation de carrelage arrive à Lille et dans le Nord ! » [archive], sur Carreleur à Lille, 24 mars 2021 (consulté le 4 avril 2021)

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Tapisserie

 

La tapisserie est un tissu fabriqué sur un métier à tisser ou bien à la main, dont le tissage représente des motifs ornementaux¹. Le tissage se compose de deux ensembles de fils entrelacés, ceux parallèles à la longueur, les fils de chaîne, et ceux parallèles à la largeur, les fils de trame¹. Les fils de chaîne sont mis en place sous tension sur un métier, et le fil de trame est transmis par un mouvement mécanique de va-et-vient sur tout ou partie de l'ouvrage. Souvent la tapisserie est une réalisation textile décorative d'ameublement, se classant dans les arts décoratifs. La tenture murale d'une pièce peut être constituée d'une seule ou d'un ensemble de tapisseries².

L'art de la tapisserie existe depuis l'Antiquité, et beaucoup de peuples l'ont pratiqué : Grèce antique, Chine impériale, Égypte antique, civilisations précolombiennes³. La tapisserie occidentale connaît un essor formidable pendant le XIV^e siècle, illustré par la tenture de l'Apocalypse commandée par le duc Louis I^er d'Anjou.

Un grand nombre de tapisseries sont parvenues jusqu'à nous directement. Elles sont parfois grandioses (tenture de La Dame à la licorne conservée au musée de Cluny, tenture de David et Bethsabée⁴ conservée à Écouen, tenture Les Chasses de Maximilien conservée au musée du Louvre), souvent plus modestes. Certaines tentures sont disponibles en plusieurs séries (tenture de l'Histoire du Roy dont une série complète se trouve au château de Versailles).

Techniques

La tapisserie (ou lice ou lisse⁵) est une œuvre tissée sur un métier à tisser à haute lice (tapisserie utilisant un métier où la chaîne est disposée verticalement) ou basse lice (tapisserie utilisant un métier où la chaîne est disposée dans un plan proche de l'horizontale)⁶. Les trois personnes se succédant de la conception à l’élaboration d’une tapisserie sont le maquettiste, peintre qui crée la composition, le cartonnier agrandit la maquette à grandeur d’exécution sur le métier, le licier ou lissier⁷ qui réalise la tapisserie⁸.

Quand plusieurs tapisseries sont créées sur le même thème, on appelle l'ensemble une tenture, et chacune des tapisserie une pièce (par exemple la tenture des Indes est une tenture de huit pièces). À ne pas confondre avec une suite de tapisseries, c'est à dire plusieurs tapisseries identiques tissées d'après le même carton (ainsi, huit séries de la tenture des Indes ont été tissées).

Matériaux

La laine est le matériau principal utilisé pour réaliser une tapisserie. La laine a été utilisée de préférence grâce à deux qualités, elle est facile à teindre et elle conserve bien la chaleur.

On utilise aussi la soie produite par le ver à soie et qui donne un aspect lumineux à la tapisserie. Son inconvénient vient de son prix élevé.

Dans les tapisseries les plus riches, on pouvait mélanger les fils de laine à des fils de soie, voire à des fils d'or ou d'argent.

Teinture

Les tapisseries étant destinées à décorer les murs, elles sont appréciées pour la richesse de leurs coloris.

Au Moyen Âge, il n'y avait que très peu de couleurs, toutes d'origine naturelle, souvent à base de plantes tinctoriales :

• la garance, la cochenille et le kermès donnent des rouges de différentes intensités ;
• le pastel, aussi appelé guède, donne du bleu clair, ou, plus précieux, l'indigo, venu d'Inde (d'où son nom) ;
• la gaude permet de teindre en jaune.

Avec les progrès de la chimie à partir du XVIII^e siècle, le nombre de couleurs s'est accru sensiblement et l'on a pu utiliser des tons de plus en plus fins. Alors que la tapisserie présentait une forme d'irréalisme en raison du nombre restreint de couleurs, au XVIII^e siècle, elle parvient à reproduire fidèlement des peintures. Malheureusement, ces premières teintures chimiques étaient très sensibles à la lumière et les tentures datant de Louis XIV et Louis XV ont des couleurs plus ternes que celles du Moyen Âge.

Le nombre de couleurs disponibles est passé d'une vingtaine au Moyen Âge, à une centaine au XVII^e siècle, 600 un siècle plus tard et aujourd'hui, plusieurs milliers.

Modèles et cartons

Au départ est créé un carton, qui est l'ébauche en dimensions réelles de la tapisserie. Le carton est une sorte de maquette peinte, qui indique la composition, les motifs et les couleurs. Au départ exécutée par les tapissiers, elle devient une activité à part entière, celle des peintres-cartonniers.

Le carton peut être fait à partir d'une peinture, comme on le voit à partir du XVI^e siècle avec la reproduction en tapisseries de tableaux de Raphaël.

Tissage

La technique de basse lice est horizontale et le métier se présente comme une table tandis que la technique de haute lice est exécutée sur un métier vertical. Le licier écarte les fils pour voir le carton placé sous les fils en basse lice ; en haute lice, il use d'un miroir car le carton est placé derrière lui. Au départ, des fils de chaîne de laine écrue, qui constituent la matrice, sont tendus sur des rouleaux appelés ensouples. Ils sont recouverts au fur et à mesure du tissage par des fils de trame, qui apportent le dessin et les couleurs. L'exécution peut se faire à plusieurs mains. Elle est longue et minutieuse. Pour exécuter la trame, le licier actionne des pédales, qui séparent la nappe de fils de chaîne en fils pairs et impairs, permettant le passage d'une navette avec son fil. Ce passage s'appelle une passée. Il y a autant de navettes qu'il y a de couleurs. Le licier peut procéder à des effets : le battage, sorte de hachure qui permet de faire des dégradés de couleur ; le relais, sorte de coupure entre deux zones de couleur. Le travail effectué s'enroule au fur et à mesure sur l'ensouple. Une fois achevé, on déroule l'ouvrage. Dans la tapisserie contemporaine, on peut multiplier les épaisseurs, effectuer des crevés (trous) ou laisser les fils pendre pour donner expressivité et matière. À noter l'invention, à la fin du XVIII^e siècle, du métier Jacquard, qui a permis la mécanisation et l'industrialisation du textile en général, et, dans une moindre mesure, de la tapisserie.

Les deux techniques d'exécution de la tapisserie de lices sont utilisées par plusieurs centres de productions : en France, manufacture des Gobelins à Paris, tapisseries de Beauvais, ainsi que les tapisserie d'Aubusson. En Belgique, la manufacture royale de tapisserie De Wit⁹, à Malines (Mechelen), et Chaudoir, à Bruxelles. Audenarde¹⁰ (Oudenaarde) ainsi que Grammont (Geraardsbergen) et Enghien, sont mondialement connues pour les « verdures », spécialité au départ également des ateliers d'Aubusson. Tournai possède encore un musée de sa tapisserie mais également une école dans laquelle sont rénovées de nombreuses tapisseries de toutes provenances.

La technique s'est internationalisée à partir du XVII^e siècle et les métiers sont devenus plus individuels au XX^e siècle, particulièrement après la Seconde Guerre mondiale, permettant une diffusion et une pratique plus importante et plus personnelle de la tapisserie.

Rentraiture

La dimension d'une tapisserie, ou l'existence de parties comportant des difficultés particulières, conduisent fréquemment à réaliser la création sur plusieurs métiers distincts. L'assemblage des différentes parties, le rentrayage, exécuté par des rentrayeurs, consiste à les réunir par des coutures grâce à des points rentraiture¹¹.

Le rentrayeur peut également intervenir pour la restauration d'anciennes tapisseries ou encore les transformer, par exemple pour les redimensionner à la place qu'elles doivent occuper.

Distinction entre tapisserie et broderie

La plus ancienne des tentures est la tapisserie de Bayeux, grandiose pièce historique de 70 mètres de long qui narre l'invasion de l'Angleterre par Guillaume le Conquérant au XI^e siècle. Cependant cette œuvre est injustement appelée tapisserie car c'est en réalité une broderie, exécutée « aux points d'aiguille » : alors qu'une tapisserie est tissée sur un métier manuel ou mécanique, la broderie est cousue sur une toile à l'aide de fils de couleur et d'aiguilles. Les fils de couleur ne couvrent pas la totalité de la surface, contrairement à la tapisserie. Jadis appelée « tapisserie aux points d'aiguille » cette technique use au départ d'une toile assez grossière qui est aujourd'hui un « canevas », d'où le nom actuel donné à la technique. La broderie est connue depuis des temps immémoriaux, contrairement à la tapisserie, plus complexe à mettre en œuvre, et dont le démarrage se situe à la fin du Moyen Âge. Ses points communs avec la tapisserie sont non seulement l'appartenance à la famille textile mais la représentation d'un sujet ou d'une scène. En cela, elle peut être considérée comme l'ancêtre de la tapisserie. Sous l'Ancien régime, on comptait des façonniers en tapisseries aux points d'aiguille. Les réalisations sont de taille modeste, ayant quelques applications. Ainsi les dessus de sièges réalisés au petit ou gros point constituent son usage le plus courant, voire des pièces de plus grande envergure comme des tentures de lits princiers ou murales, que l'on voit dans certains châteaux et musées. En raison de sa facilité d'utilisation, la technique du point d'aiguille est devenue un « ouvrage de dame », pratiqué par l'aristocratie et la bourgeoisie, avant de se populariser.

Histoire

La tapisserie dans l'Antiquité

L'art de la tapisserie existe depuis l'Antiquité, en particulier la tapisserie sur métier¹². Le rôle décoratif de la tapisserie s'affirme, tant chez les peuples nomades pour décorer leurs tentes, que dans les nations sédentaires pour aménager et rehausser l'éclat de leurs temples et de leurs palais.

Dans l'Égypte ancienne, les peintures d'un hypogée de Béni-Hassan, datées de 3 000 ans avant notre ère, renferment la représentation d'un métier à tisser de haute lisse¹³.

Les écrivains de l'antiquité sont unanimes à proclamer la magnificence déployée par Babylone et Ninive dans l'art textile.

L' auteur latin Pline l'ancien dans son Histoire naturelle (livre VIII, §74) rapporte que "Homère parle déjà des étoffes brodées d'où viennent les étoffes triomphales. Les phrygiens ont trouvé l'art de broder à l'aiguille; c'est pour cela que ces ouvrages sont appelés phrygioniens. C'est encore dans l'Asie que le roi Attale a trouvé le moyen de joindre des fils d'or aux broderies, d'où ces étoffes ont été appelées attaliques. Babylone est très célèbre pour la fabrication des broderies de diverses couleurs, d'où le nom de broderies babyloniennes. Alexandrie a inventé l'art de tisser à plusieurs lisses les étoffes qu'on appelle brocarts; la Gaule, les étoffes à carreaux."

L'auteur du Livre d'Esther (ch.I, v.6), décrivant le festin donné par Assuérus, nous décrit "des tentures suspendues de tous côtés, de bleu céleste, de blanc et d'hyacinthe, lesquelles étaient soutenues par des cordons de fil de lin, teints en pourpre et rattachés par des anneaux d'ivoire aux colonnes de marbres". Quelques siècles plus tard, Apollonius de Tyane, visitant Babylone, trouva le palais des rois tendu de tapisseries où étaient figurés des sujets historiques ou mythologiques¹³.

La Cour des Lagides devint ensuite le principal centre de l'industrie textile régénérée. Alexandrie n'eut plus rien à envier à Babylone. Le luxe déployé dès le règne de Ptolémée II Philadelphe (285-247 av.JC) donnait un essor nouveau à toutes les branches de la tapisserie. Un de ses successeurs, Ptolémée Philopator (222-205 av. JC), poussa le luxe jusqu'à recouvrir ses vaisseaux de tentures de pourpre¹³.

Les romains aussi considéraient la tapisserie comme une des formes de la peinture et y représentaient les sujets les plus variés. Ovide' dans ses Métamorphoses, décrit le travail de tapisserie ainsi : "Minerve et Arachne tendent chacune les fils légers qui forme la chaîne et les attachent au métier ; un roseau sépare les fils. Au milieu glisse la trame qui, conduite par la navette affilée, se déroule sous leurs doigts, s'entrelace à la chaîne et s'unit avec elle sous les coups du peigne aux dents aiguës."

L'Antiquité, pour se résumer, a connu tous les procédés de tissage et de teinture propres à donner à la "peinture en matières textiles" le plus haut degré de perfection¹³.

La tapisserie au Moyen Âge en Europe

Il reste peu d'éléments sur les débuts de la tapisserie en Europe. Des tentures ont été disposées dans les églises pour les décorer. Grégoire de Tours écrit dans son Histoire des Francs que lorsque Clovis a décidé de se faire catholique l'évêque est comblé de joie et les places sont ornées d'étoffes de couleur, les églises sont décorées de tentures blanches. L'abbé Lebeuf a écrit dans Mémoires concernant l'histoire civile et ecclésiastique d'Auxerre que l'évêque Angelelme (813-828) fait embellir l'autel de la cathédrale Saint-Étienne et « fit présent de plusieurs tapisseries très belles, pour orner le lieu où le clergé chantait »¹⁴.

Jean Mabillon écrit pour l'année 1009 que le règlement de Cluny prévoit que les murs de l'abbatiale soient couverts de tapisserie les jours de grandes fêtes. Luc d'Achery a écrit dans les Miracles de saint Benoît que l'église abbatiale de Fleury était ornée de tentures en soie le jour de Pâques 1095. Dans la Vie de saint Gervin, abbé de Saint-Riquier, le même auteur écrit qu'il a fait exécuter des tapis très remarquables en 1060 pour l'église de son abbaye¹⁵. Vers 1050 est réalisé une tenture de Saint-Géron tissée dans la région de Cologne et reprenant un répertoire ornemental byzantin avec des griffons et des taureaux associés. On retrouve des figurations humaines dans les Tentures de la cathédrale d'Halberstadt, réalisée vers 1170, produites en Basse-Saxe, qui devaient être une tenture de chœur avec des représentations d'Abraham, saint Michel terrassant le dragon, du Christ et des apôtres. Un vestige plus récent montre Charlemagne entouré de philosophes¹⁶.

En 1025, le concile d'Arras reprend le texte de la lettre de Grégoire le Grand à l'évêque Serenus de Marseille, en 599, dans laquelle il condamnait la destruction des images dans les églises arguant qu'elles permettaient aux illettrés de garder en mémoire l'histoire sainte, et que l’image était l’écriture des illettrés (lliterati, quod per scripturam non possunt intueri, haec per quaedam picturae lineamenta contemplantur).

Les tapisseries murales améliorent considérablement le confort dans les lieux de vie, en offrant une meilleure isolation thermique¹⁷, car elles conservent mieux la chaleur dans les pièces que les murs peints, et protègent des courants d'air dans les églises¹⁸. De plus, elles permettent de décorer une pièce, de donner un cadre aux conversations¹⁸. Les motifs représentés se composent souvent de fleurettes, d'animaux, émaillés de symboles héraldiques¹⁹. Les tapisseries n'étant pas fixées rigidement aux murs, elles sont facilement déplaçables d'un lieu de résidence à un autre.

La plus ancienne trace d'une commande de tapisserie, est celle faite par Mahaut d'Artois qui demande, le 4 juillet 1313, à Mathieu Cosset, receveur d’Artois, de faire confectionner six tapisseries par Isabelle Caurrée, marchande d'Arras²⁰.

À partir du milieu du XIV^e siècle on constate un étonnant développement de la tapisserie en Europe occidentale. Il est le résultat de la combinaison de plusieurs facteurs, économique, historique et culturel. Si les tapis restent une technique orientale, la tapisserie devient une technique occidentale. Les tapisseries sont pariétales / murales, c'est-à-dire accrochées aux parois / murs tandis que les tapis sont destinés à revêtir les sols. Le principal centre de production du tapis se situe en Asie mineure, en Turquie et en Perse (Iran actuel). La tapisserie, qui s'est d'abord développée à Paris, va se déplacer, probablement à cause de la guerre de Cent Ans, vers l'Artois (Arras), la Flandre (Tournai), le Hainaut, puis s'est déplacé vers le Brabant (Bruxelles) où existait une tradition drapière qui s'est trouvée en concurrence avec la production anglaise.

Jean II le Bon est couronné roi de France en 1350. Ses quatre fils, Charles V, Louis I^er, duc d'Anjou, Jean I^er, duc de Berry, et Philippe le Hardi, duc de Bourgogne, ont été des collectionneurs passionnés qui ont fait des commandes de tapisseries importantes :

• Louis d'Anjou possède 76 tapisseries en 1364, et l'exceptionnelle Tenture de l'Apocalypse, fournie en 1380 par Colin/Nicolas Bataille ;
• Philippe le Hardi s'est marié en 1369 avec Marguerite de Male, fille de Louis de Male, comte de Flandre, qui a hérité du comté de Flandre et du comté d'Artois à sa mort, en 1384. Ils vont progressivement étendre leur domaine et créer les Pays-Bas bourguignons. Les ducs de Bourgogne vont se servir des produits de luxe comme moyens pour affirmer leurs ambitions dans leurs actions diplomatiques. Les tapisseries leur servent de deux manières : en décoration des lieux de réunion pour montrer leur richesse, comme cadeaux aux hommes qui peuvent leur sont utiles dans leurs démarches ;
• Jean de Berry possédait des tapisseries dont certaines sont citées dans l'inventaire de 1422 des tapisseries de Charles VI qui représentent des sujets de la mythologie grecques et des Neuf Preuses^21,22.

Jusqu'au XVII^e siècle, le sud de la région des Pays-Bas (Flandres, Artois, Hainaut, Brabant) est la région la plus industrieuse d'Europe avec l'Italie du Nord, et s'est fait une spécialité de la production de draps à partir de la laine fournie par l'Angleterre. Les principaux centres de production de la tapisserie sont Arras, Tournai, Bruxelles, Audenarde et Enghien. La zone connaît une grande concentration de richesse. À côté des commandes des princes, il y a en même temps un développement de la demande de consommateurs urbains pour les produits de luxe. Les fournisseurs de Philippe le Hardi sont des marchands tapissiers résidant à Paris et à Arras. Arras était renommée pour la qualité de sa production textile de luxe au XV^e siècle. Cette suprématie d'Arras sur le marché de la tapisserie a fait que dans de nombreux pays le nom d'Arras était synonyme de tapisserie bien après la quasi-disparition des ateliers de tapisserie à Arras, comme en Italie, « arazzo », ou « arrasy » en Pologne. Il n'est pas toujours aisé de retrouver l'atelier d'origine d'une tapisserie médiévale. Après Arras, les centres les plus importants de production de tapisserie ont été Tournai, puis Bruxelles, Grammont, Bruges, Anvers et Audenarde. Ce marché du luxe était coordonné par de grands entrepreneurs, qualifiés de « marchands tapissiers » ou « marcheteur » comme Pasquier Grenier, qui étaient aussi des manieurs d'argent, prêtant de grosses sommes d'argent aux princes, finançant les ateliers de tapisserie, mettant en relation commanditaires, ateliers et fournisseurs de matière première²³. Quatre de ces marchands apparaissent régulièrement dans les comptes de Philippe le Hardi : Jacquet Dourdin, Jean Cosset, Colin/Nicolas Bataille et Pierre de Beaumez. On les trouve avec le titre de valet de chambre ou garde des tapisseries de ces princes. Dans le développement de leur marché, en Espagne et en Italie, les marchands tapissiers vont s'associer avec les banquiers italiens, en particulier avec la banque Médicis²⁴. Les mariages sont aussi un moyen pour développer le commerce. Ainsi, dans les clauses du contrat de mariage entre Charles le Téméraire et Marguerite d'York, il y a celle de l'ouverture du marché anglais aux produits manufacturés des Pays-Bas²⁵. À côté de la commande privée, le clergé continue à acheter des tapisseries, comme la tenture de Saint-Étienne²⁶, commandée par l'évêque d'Auxerre pour le chœur de sa cathédrale vers 1500.

Pendant la seconde moitié du XIV^e siècle, avec l'apparition d'une importante clientèle privée, se produit un changement dans les thèmes abordés en tapisserie²⁷. L'innovation majeure consiste à mettre en scène des histoires, qui sont plus élaborées, plus riches et surtout plus prestigieuses¹⁸. La tapisserie devient alors un objet de luxe, et commence à remplir trois grandes fonctions. Elles sont des objets d'ostentation, déployés dans les demeures des grands, ou à l'occasion de cérémonies publiques. D'autres ne sont pas présentées, mais entreposées à l'abri de la lumière. Les tentures sont aussi des cadeaux diplomatiques ou de mariage, pour faciliter des alliances entre maisons. Par exemple, pendant la guerre de Cent Ans, le duc de Bourgogne use de ce genre de présent, ce qui permet une rapide diffusion de ce produit à travers toute l'Europe occidentale¹⁹. De plus, les inventaires des puissants, laïcs ou ecclésiastiques, font état de nombreuses tentures qui font surtout office d'investissements. Celles-ci, parfois tissées de fil d'or et d'argent, constituent une réserve de capital, preuve du caractère précieux qu'elles renferment¹⁹.

En revanche pendant la même période, après le trépas de Charles VI, l'inventaire dressé par Jean Du Val²⁸ montre qu'un grand nombre des étoffes et tapisseries constituant le mobilier du palais capétien et du Louvre ont été détournées et vendues, par et au profit des Anglais, comme des gens de cour.

Comme les tapisseries sont le plus souvent destinées à des lieux de vie, les thèmes religieux sont moins fréquents, mais restent bien sûr très présents. Beaucoup représentent classiquement la vie de la Vierge Marie, ou la Passion du Christ. Un accent particulier est mis sur la manière de raconter la vie des saints, avec plus d'originalité, une iconographie recherchée, comme dans L'Histoire de saint Étienne de la cathédrale d'Auxerre²⁹. Des morceaux choisis de la Bible sont tissés, comme la tenture de L'Histoire de Gédéon commandée par Philippe le Bon à des tapissiers de Tournai pour les réunions du chapitre de l'Ordre de la Toison d'or, ou les scènes de repentir du roi David dans la tenture de David et Bethsabée réalisée à Bruxelles³⁰. L'idée est de créer un rapprochement entre le propriétaire de la tapisserie et ce qui est représenté accroché au mur³¹. Les tentures racontent aussi des scènes de bataille, souvent appréciées, des événements contemporains comme le voyage de Vasco de Gama dans La Caravane de chameaux, des événements passés (le couronnement de Clovis commandé par Charles le Téméraire), des épisodes historiques réactualisés comme L'Histoire de César qui représente des chevaliers³². La chanson de geste avec L'Histoire de Jourdain de Blaye ou la littérature courtoise avec Hommes sauvages et Château d'amour ne sont pas en reste³³. Enfin, d'innombrables scènes de chasse (Nobles chassant en costumes de sauvages), de travail des sujets (La Capture des lapins au furet) sont tissées³⁴.

Enfin, l'art de la tapisserie est aussi le témoin de l'art des peintres qui réalisaient les cartons préparatoires. C'est donc un aspect essentiel de l'histoire de l'art au Moyen Âge³⁵.

À partir du XVII^e siècle, la production des Pays Bas est concurrencée par la production française, jusqu'alors minoritaire, mais qui, grâce aux privilèges décernés par les rois de France à partir d'Henri IV, et grâce à leurs commandes somptueuses, vont pouvoir s'imposer face aux ateliers brabançons, hennuyers et flamands.

La tapisserie Renaissance

En France, vers 1530, François 1^er fonde à Fontainebleau la première manufacture royale de tapisserie. En 1601, une manufacture de tapisserie est créée dans l'enclos des Gobelins par Henri IV.

L'arrivée de la Renaissance va introduire le style italien dans les tapisseries européennes en particulier grâce à des artistes tels que Raphaël (1483-1520) qui introduit l’art de la composition, l’ordre, la clarté, la perspective, le décor, les riches bordures et arabesques qui donneront le «haut en couleur» propre à la Renaissance, Giulio Romano (1499-1546) disciple de Raphaël et Perino del Vaga (1501-1547). La tenture « des Actes des apôtres » de Raphaël sera dans l'art de la tapisserie l'Annonce de la Renaissance.

La tapisserie au XVII^e siècle

Au début des années 1660, Colbert restructure l'atelier des Gobelins pour en faire une manufacture regroupant l'ensemble des liciers parisiens, puis il crée Beauvais en 1664, également sous la protection du roi Louis XIV. Plus de 800 peintres et tapissiers sont réunis aux Gobelins, à Paris, sous la direction de Charles Le Brun dont l’idée est de spécialiser les artistes selon leurs dons et leurs affinités. C’est pourquoi il n’est pas rare de trouver un carton signé par plusieurs artistes différents.

Au XVII^e siècle, la tapisserie européenne imite la peinture, la couleur prenant désormais plus d’importance que les effets de tissages.

La tapisserie contemporaine

Des artistes contemporains créent des cartons pour qu'ils soient réalisés en tapisserie.

On parle alors d'artistes cartonniers qui, le dessin effectué sur une commande ou un travail personnel, font exécuter leurs œuvres par des liciers de manufactures de tapisseries comme celles d'Aubusson ou des ateliers indépendants.

Parmi les plus connus, on peut citer Pierre Saint-Paul, Jean Picart le Doux, Le Corbusier, Alexander Calder, Salvador Dali, Jacques Lagrange, Enrico Accatino, Marc Petit, Nicolas de Staël, Serge Poliakoff, Victor Vasarely, Charles Lapicque, Alfred Manessier, Jean Le Moal, Henri-Georges Adam, Édouard Pignon, Gustave Singier, Jean Labellie, Claude Lagoutte, Nicolas Carrega, André Lanskoy, Alberto Magnelli, Michel Seuphor, Ossip Zadkine, Anne Aknin, Olivier Debré, André Brasilier et, surtout, Jean Lurçat et Dom Robert qui ont grandement participé au renouveau de la tapisserie dans la seconde moitié du XX^e siècle.

Mais certains artistes comme Josep Grau-Garriga ont su faire évoluer la tapisserie vers un autre monde : d'une tapisserie figurative il est passé à une tapisserie en relief et abstraite jusqu'à aller vers une tapisserie-sculpture (ou tapisserie tri-dimensionnelle). Grau-Garriga a appris la tapisserie en 1958 auprès de Jean Lurçat. Il a considéré que pour être une véritable œuvre d'art, la tapisserie devait être créée et tissée par l'artiste lui-même, comme ce fut le cas pour André Barreau (créateur-lissier).

À l'Académie royale des beaux-arts de Bruxelles et à l'Académie des beaux-arts et des arts décoratifs de Tournai, il existe toujours un atelier de tapisserie où les étudiants-artistes peuvent profiter de métiers hautes-lices et basses-lices pour leur propre création.

Quelques tentures ou tapisseries remarquables

• La tapisserie de Bayeux, qui n'est cependant pas une tapisserie mais une broderie.
• La Tapisserie de Baldishol, datée de la fin du XII^e siècle ou du début XIII^e siècle, qui devait représenter les douze mois de l'année, mais dont le fragment conservé représente les mois d’avril et mai (Musée des arts décoratifs et du design d'Oslo, rattaché au Musée national de l'art, de l'architecture et du design).
• Les tapisseries de la Bataille des Trois Rois ou bataille de Oued al-Makhazin (Conquête de l'Assilah et de Tanger), quatre pièces flamands, se trouvent dans le Musée paroissial de la Collégiale de Pastrana, Guadalajara, Espagne.
• Les tapisseries de la Bataille des Trois Rois ou bataille de Oued al-Makhazin (Conquête de Ksar Sghir), deux pièces flamands, se trouvent au Musée paroissial de la Collégiale de Pastrana, Guadalajara, Espagne.
• Les tapisseries de La Tétrarchie (Alexandre le Grand), deux pièces flamands, se trouvent au Musée paroissial de la Collégiale de Pastrana, Guadalajara, Espagne.
• La tenture de l'Apocalypse, ensemble de pièces conservées au château d' Angers, réalisé à partir des cartons du peintre Hennequin de Bruges et commandé par l'entrepreneur Nicolas Bataille (vers 1377-1381).
• La tenture de l'Annonciation, tapisserie du musée des Cloisters, département du Metropolitan Museum of Art, New York.
• Les Neuf Preux, (vers 1385), atelier de Nicolas Bataille, Metropolitan Museum of Art, New York.
• La Chasse à la licorne, série de tapisseries se trouvant au musée des Cloisters, département du Metropolitan Museum of Art, New York.
• Le Dais de Charles VII, (vers 1440), attribué à Jacob de Littemont, musée du Louvre.
• La tenture de la Dame à la licorne, célèbre série de tapisseries du Moyen Âge, conservée au musée de Cluny.
• La tapisserie des Cerfs ailés se trouvant au musée départemental des Antiquités de Rouen.
• La tenture de David et Bethsabée exposée au musée national de la Renaissance d'Écouen est sans doute l'ensemble le plus connu de l'époque Renaissance. Cette œuvre de grandes dimensions fut tissée à Bruxelles entre 1510 et 1515. Constituée de dix pièces, elle est longue de 75 mètres et haute de 4,5 mètres (totalisant donc 340 m²). Le nom de ses auteurs demeure inconnu. Il s'agit d'un récit biblique. Le musée national de la Renaissance expose bien d'autres tapisseries du XVI^e siècle, provenant de toute l'Europe.
• La tenture des Valois.
• Scènes de la vie de Saint Martin (XIII^e siècle), musée de Cluny, Paris.
• Guerre de Troie, (v. 1465), tissée à Tournai par Pasquier Grenier, musée de la cathédrale de Zamora.
• Les douze pièces de la tenture de la Bataille de Pavie, tissées à Bruxelles en 1531 d'après des cartons de Bernard van Orley.
• La Tapisserie de la Création (Tapiz de la Creación) est une œuvre de broderie de la fin du XI^e siècle ou du début du XII^e36,37, faisant partie du trésor de la cathédrale de Gérone (Catalogne) en Espagne.
• La Les chasses de Maximilien, ensemble de 12 tapis tissés à Bruxelles vers 1528 sur des cartons de Bernard van Orley conservées au Louvre.
• Les douze tapis de la conquête de Tunis, tissées à Bruxelles chez Willem de Pannemaker, d'après Jan Cornelisz Vermeyen, en 1550.
• Les Amusements champêtres (1720-1730), un ensemble de 8 tapisseries tissé à la manufacture de Beauvais d'après les cartons de Jean-Baptiste Oudry.
• Les cartons de Goya, réalisés entre 1775 et 1792, et presque tous transposés sur tapisserie pour le palais du Pardo et l'Escurial, près de Madrid.
• Christ en Gloire (1962), pour la cathédrale de Coventry par les ateliers Pinton (tapisserie d'Aubusson), carton de Graham Sutherland.
• Le Bouquet, œuvre préférée de Marc Saint-Saens et a contribué à la renommée international de ce peintre et cartonnier français^{[réf. nécessaire]}.
• Le musée Jean-Lurçat et de la tapisserie contemporaine qui abrite le Chant du monde à Angers.

Manufactures et musées

Notes et références

• Coffinet 1977, p. 31
• Définitions lexicographiques [archive] et étymologiques [archive] de « tenture » dans le Trésor de la langue française informatisé, sur le site du Centre national de ressources textuelles et lexicales
• Coffinet 1977, p. 33
• Sur le site du musée de la Renaissance. [archive]
• « LISSE : Définition de LISSE » [archive], sur www.cnrtl.fr (consulté le 29 novembre 2018)
• Exemple célèbre de tapisserie de lices : L'Apocalypse à Angers.
• Les deux orthographes sont admises.
• « L'art de la tapisserie au Palais du Tau » [archive], sur cndp.fr (consulté le 30 août 2019)
• De Wit, « De Wit depuis 1889 : Manufacture Royale de Tapisseries » [archive], sur dewit.be (consulté le 11 mars 2018).
• Sur le site web de la ville est fournie une présentation des techniques de restauration. Cette activité joua un grand rôle dans l'histoire de la ville.
• Henry Havard, Les arts de l'ameublement. La tapisserie, Paris, Charles Delagrave, 1891-1897, 222 p., p. 25-33
• Joubert, Lefébure et Bertrand 1995, p. 10
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• Achille Jubinal, Recherches sur l'usage et l'origine des tapisseries à personnages dites historiées, p. 13-15.
• Tapisseries germaniques, dans sous la direction de Pascale Charron et Jean-Marie Guillouët, Dictionnaire d'histoire de l'art du Moyen Âge occidental, Robert Laffont (collection Bouquins), Paris, 2009, p. 904 (ISBN 978-2-221-10325-8)
• En outre, les tapisseries murales cachaient les fissures des murs et étaient facilement transportables, ce qui convenait à la vie encore itinérante de la noblesse. Enfin, l'isolation thermique du sol en terre battue était assurée par la jonchée. Cf Jean-Pierre Babelon, Le Château en France, Berger-Levrault, 1986, p. 249.
• Joubert, et Lefébure Bertrand1995, p. 11
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• Jean Lestocquoy cite deux suites de tapisserie commandées par Philippe le Hardi sur le thèmes des Neuf Preux et Neuf Preuses. La première est commandée à Jacques Dourdin, tapissier d'Arras, en 1389, pour la seconde suite, le duc s'est adressé en 1399 à Jean de Beaumetz, tapissier à Paris ([ Sophie Cassagnes-Brouquet, Les Neuf Preuses, l'invention d'un nouveau thème iconographique dans le contexte de la Guerre de Cent ans, dans Bulletin Monumental, 1982, tome 140, n^o 4, p. 372-373 [http://books.openedition.org/pur/15907 (lire en ligne) [archive])
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• Sur le site [archive] du musée du Moyen Âge.
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Annexes

Bibliographie

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• Lorraine Mailho-Daboussi, Les tapisseries : étude d’une collection publique, dans In Situ. Revue des patrimoines, 2010, n^o 13 (lire en ligne) [archive].

Articles connexes

• Tapisserie d'Aubusson
• Tapisseries de Bruxelles
• Tapisseries de Tournai

Liens externes

• CNRTL : tapisserie [archive].
• Centre des monuments nationaux : La tapisserie au fil des monuments nationaux [archive].
• Centre des monuments nationaux : La tapisserie de A à Z - Sept siècles d'histoire [archive].
• La tapisserie au musée de Cluny. Dossier enseignant [archive].
• L'art de la tapisserie au palais de Tau [archive].
• Inp : Conserver et présenter les tapisseries - Médiathèque numérique [archive].

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Parquet (construction)

 

Le parquet ^Écouter est un revêtement de sol composé d'un assemblage de lames de bois. C'est un système de plancher en bois composé d'une couche supérieure en bois massif d'au moins 2,5 mm d'épaisseur et comportant, ou non, une ou plusieurs couches supplémentaires¹.

Le parqueteur est l'ouvrier chargé de poser le parquet sur un sol, c'est-à-dire parqueter un sol.

Parquets anciens

Alors que la terre battue, sauf exception constitue le sol des maisons rurales, elle recule devant le carrelage dans les villes européennes au XVI^e siècle mais le plus souvent les propriétaires continuent à joncher le sol de leurs chambres de paille en hiver et d'herbe fraîchement coupée en été. Le plancher puis le parquet ne fait qu'une timide apparition dans les maisons des plus riches et ne se répandra qu'au XVIII^e siècle².

Le mot parquet proviendrait des petits parcs qui servaient de lieux de justice.

Début XIX^e siècle, on établit une distinction entre plancher et parquet. La différence tient essentiellement à la taille des matériaux employés leur finesse et la qualité de leur finition. Le parquet emploie des panneaux, de petites planches ou des éléments de marqueterie, le plancher des planches. Le parquet vient éventuellement se placer par-dessus un plancher sur lequel on a jeté des lambourdes et l'interstice est hourdé de plâtre³. Parquet peut désigner :

• Parquet en feuilles - Assemblage de bâtis et de panneaux arasés les uns avec les autres, qui sert à couvrir les aires (les chapes) ou planchers des appartements^{N 1}.

• Parquet sans fin - Assemblage de même que le précédent de bâtis et de panneaux par petites feuilles qui s'assemblent les unes dans les autres sur place comme le parquet en feuille. On donne aussi ce nom à un plancher dont les battants et panneaux sont posés parallèlement aux ouvertures de portes ou de croisées, et dont les bâtis et les panneaux s'assemblent séparément sur les doubles panneaux qu'on rapporte quelquefois au bas des portes cochères, portent aussi le nom de parquet^{N 2}.
• Parquet de glace - Menuiserie qui porte les glaces des cheminées et des trumeaux; ces sortes de parquets sont composés aussi de bâtis et panneaux qui sont en renfoncement sur les champs - On donne le même nom à tous les ouvrages qui sont de même construction, ayant ou non des moulures en parements; tels sont des derrières ou fonds d'armoire, de bibliothèque; des derrières et dessus de buffet, de comptoir, etc.^{N 2}. Un Fond de parquet est la place disposée à recevoir la glace, qui est formée par des bâtis et des panneaux^{N 3}.

Le plancher est lui une espèce de menuiserie composée de planches ou d'alaises jointes, et qui, comme les parquets, sert à revêtir les aires (les chapes) des appartements ou à couvrir le sol des pièces du rez-de-chaussée - On en distingue de plusieurs sortes par rapport à leur façon^{N 4}:

• Plancher ordinaire - Plancher qui est fait de planches entières, brutes ou jointes à rainures et languettes^{N 4}.
• Plancher de frise - Plancher dont les planches sont refendues en deux ou trois sur leur largeur, et qui sont jointes à rainures et languettes^{N 4}.
• Plancher de frise et à l'anglaise - Plancher, le même que le précédent, mais dont les bouts des frises sont chevauchés de deux l'une^{N 4}.
• Plancher à point de Hongrie, ou à fougère, ou à la capucine - Encore un plancher par frises, mais les frises sont plus courtes et coupées d'onglet à chaque bout, puis posées diagonalement et par travée^{N 4}.

La pose désigne l'action de mettre l'ouvrage en place, et notamment du parquet^{N 5}. On dit « Parqueter » pour couvrir un plancher de feuilles de parquet; Le Parqueteur est l'ouvrier qui fait et pose le parquet^{N 2}. On dit « Affleurer du parquet » pour le corroyer en place avec les rabots sur la rive des feuilles et des frises^{N 6}; On dit « Traverser » l'action de corroyer le bois en travers de sa largeur, soit avec la varlope ou le rabot ordinaire ou à dents - Par ce mot on exprime aussi l'action de replanir le parquet en feuille ou le plancher en frise ou à point de Hongrie sur place après sa pose; ce qui se fait au rabot à deux fers^{N 7}; On dit « Relever » pour déplacer un parquet pour le rétablir ou remettre des lambourdes^{N 8}; On dit « Replanir » pour finir l'ouvrage au rabot ordinaire, au rabot à dents et au racloir, après avoir été corroyé, soit au chantier soit sur place; ainsi que cela se pratique pour les parquets et les planchers^{N 8}. On dit « Poser en échiquet », c'est-à-dire poser les feuilles de parquet diagonalement avec les baies de portes ou de croisée, ou les murs de la pièce^{N 9}.

Parquet marqueté

Motifs des parquets

Les planches sont débitées sur dosse, sur quartier ou demi-quartier. Le motifs de la face s'en trouve changé.

Selon la coupe, l'orientation ou la largeur des lames, une grande variété de motifs peuvent être réalisés^4,5 :

• 

  Motif à chevron ou à bâtons rompus. Arne Jacobsen. Mairie d'Aarhus, Danemark. 1937-1942

• 

  Parquet point de Hongrie

• 

  parquet Versailles

• 

  Parquet de l'Abbaye de Saint-Sever-de-Rustan.

• 

  Salle des Tableaux. Palais Catherine. Parquet richement ouvragé

• À l'anglaise à coupe perdue¹ : le motif le plus commun, car le plus aisé à poser et causant le moins de pertes de bois. Les lames de mêmes largeur sont posées sans coupes excepté aux extrémités où les coupes sont réutilisées pour la rangée suivante
• À l'anglaise ou à coupe de pierre¹ : les lames de même largeur et de longueur uniformes, excepté aux extrémités sont posées en décalant les coupes à mi-longueur de lame
• À la française : similaire au parquet à l'anglaise où une alternance est effectuée avec différentes largeurs de lames par exemple 70/90 et 120 mm.
• En échelle : pose de lames courtes et parallèles, séparées par des lames longues posées à angle droit
• À bâtons rompus¹ (motif à chevron) : les lames de longueur et largeur uniforme sont posées à angle droit les unes par rapport aux autres formant un V en alternant le débord de chacune des lames. Herringbone : Nom anglais du Parquet à bâtons rompus ou les changements d'orientations des parquets des différentes pièces se font par l'intermédiaire d'une rosace
• En point de Hongrie¹ (en chevrons à la française) : similaire à la pose à bâtons rompus ou l'angle n'est pas fixé à 90° et la jointure du V se fait par une coupe à l'angle choisi. La majorité des parquets sont réalisés avec un angle à 45°.
• Fougères (en vannerie) : ce motif de parquet peut être vu comme un mélange entre le point de Hongrie et le motif en échelle.
• En damier : est composé de panneaux carrés fait de courtes lames parallèles.
• Carmen : ce parquet est similaire au parquet en damier, mais les panneaux comportent un encadrement.
• Mosaïque : composé de petits morceaux de bois assemblés de façon à former des motifs (mosaïque).
• Versailles : parquet d'assemblage par feuilles carrées, de dimensions variant entre 3 pieds et 4 pieds (97 à 130 cm) suivant la taille de la pièce, selon André-Jacob Roubo dans « L'art du menuisier » en 1770⁶. Le dessin de ce parquet est composé de petits carré embrevé dans des lames de bois entrelacées posés à 45° dans un encadrement, le tout tenu par des chevilles et des mortaises.

À l'origine, le format du parquet Versailles est de 1,0 × 1,0 m mais il existe d'autres formats, par exemple 600 × 600 mm.

• Chantilly : motif similaire au parquet de Versailles où le motif interne des panneaux alterne entre un alignement à 45° et un alignement à 90° par rapport à l'encadrement
• Aremberg : parquet d'assemblage par feuilles carrées, comprenant un motif interne
• Médiéval : parquet de coupe rustique, posé clous apparents
• À la rennaise : parquet est une pose en échelle mais avec des barreaux de largeurs différentes et des montants de petites largeurs 70/80 ou 90 mm.
• Grand Siècle : parquet damier avec un encadrement d'une frise égale à deux damier. Le modèle le plus courant est : damier 300 × 300 et une clavette de 660 mm.

Parquet moderne

• 

  Parquet dans un intérieur moderne.

• 

  Parquet moderne.

Le parquet massif est usiné dans une seule couche en bois massif¹. Selon son épaisseur, il pourra être posé cloué soit sur lambourdes, soit sur solives (la pose traditionnelle) à partir de 20 mm, ou collé, soit "en plein" soit "en cordeaux". La pose collée est impérative en cas de chauffage par le sol. Il est proposé en largeurs traditionnelles de 70 ou 90 mm et en grandes largeurs : 140, 180 mm et plus. Le parquet massif est un matériau noble mais susceptible de déformations s'il n'est pas usiné et posé selon les règles de l'Art (DTU 51.1 et 51.2).

Le parquet massif est proposé soit brut de rabotage, soit pré-poncé, soit fini en usine - vernis ou huilé, de même il existe des finitions spéciales vieillis, brut de sciage et cérusé.

Le parquet contrecollé est un parquet constitué en plusieurs couches de bois apportant chacune ses qualités. Le parement est en bois massif qui lui donne son aspect¹. Qu'il soit en « monolame » ou autrement « multifrise » (la frise est une planche usinée en lame de parquet), il est habituellement vendu avec une finition vernis ou huilé. Son procédé de fabrication industriel permet de le décliner en de nombreuses essences, teintes, variations d'aspects… En général, il est usiné pour une pose flottante rapide et économique. L'épaisseur de la « couche d'usure » doit faire au moins 2,5 mm. Une épaisseur de 3,2 mm est un standard dans la profession (rénovable 3 fois maximum). Les nouvelles générations de parquets contrecollés sont les parquets 2 plis sur support Contreplaque bouleau avec un parement de 4,5 mm qui offrent une très grande stabilité et la possibilité de poser des parquets en lames larges de 18 cm et 22 cm voir parfois 29 cm.

Le parquet flottant ou parquet contrecollé est un parquet dont la structure comprend plusieurs plis collés entre eux. À l'origine, le parquet dit flottant était assemblé en rainure et languette puis par assemblage clic.

Contrairement au parquet massif et au contrecollé, le parement du revêtement stratifié (que l'on ne peut pas appeler parquet) n'est pas en bois. Il est constitué d'une image de bois imprimée sur une sous couche composite et protégée par une résine. Ses avantages : dureté et résistance du parement sont normalisées (UPEC (classement)), usinage permettant en général une pose flottante rapide, aspect flatteur immédiatement après la pose, grand choix de coloris et de décors. Ses inconvénients : aspect dégradé à l'usage (jonction des lames, seuils, passages fréquents…) imposant un renouvellement complet : il n'est pas possible de le rénover par ponçage comme un vrai parquet en bois; le stratifié est un sol très sonore en pose flottante et froid à son contact; enfin, l'aspect ne trompe pas un amateur de belles matières.

Le parquet de salles de bains doit avoir 2 caractéristiques : Bois naturellement imputrescible (teck, wengé, iroko, afrormosia, mutenye, doussié et acacia), et une finition huilée protégeant le bois de l'humidité. Un joint entre les lames doit être effectué et il est obligatoire. De même, il existe des parquets huilés incluant ce joint pour pose en salle de bains. La maintenance de ces parquets est facile grâce à des huiles d entretien appropriées.

Quel que soit le type de parquet, il conviendra de laisser un jeu périphérique pour faire face à la dilatation du bois qui résulte des variations de la température et de l'humidité de la pièce⁷.

Pose et dépose

La pose désigne l'action de mettre l'ouvrage en place, et notamment du parquets. La dépose désigne l'action d'enlever le parquet^{[réf. nécessaire]}.

Environnement

Depuis quelques années, on voit apparaître dans les rayonnages de la grande distribution des parquets issus d'exploitation respectant l'un des labels de certification forestière⁸, PEFC ou FSC. Ces parquets garantissent l'origine non illégale du bois grâce à sa tracabilité qui permet de remonter la chaîne de production.

Norme

• EN 13226:2009: Norme européenne définissant les caractéristiques des éléments de parquet massif avec rainures et/ou languettes pour utilisation en intérieur comme plancher.

Références

• ISO 5323:2019(fr) Planchers en bois et parquets — Vocabulaire [archive]
• André Corvisier, Précis d'histoire moderne, Presses universitaires de France, 1990, p. 10.
• Manuel du menuisier en meubles et en bâtiments: Librairie encyclopédie de Roret, 1832. Consulter en ligne [archive]
• Les différents types de parquets [archive]
• Les styles de pose les plus courants [archive]
• Roubo, Le menuisier en bâtiment - tome II [archive]
• « Laisser un jeu périphérique ou comment éviter que sa pose parquet tourne à la catastrophe ? » [archive], sur Les Techniciens du Sol, 18 octobre 2016 (consulté le 19 novembre 2016)

Bibliographie

Morisot J.M., Tableaux détaillés des prix de tous les ouvrages du bâtiment (menuiserie), Carilian, 1814 (lire en ligne [archive])

• p. 37
• p. 38
• p. 25
• p. 40
• p. 44
• p. 1
• p. 53
• p. 48

Voir aussi

Articles connexes

• Parquet Versailles
• Parquet flottant
• Pavage

Autres revêtements de sol

• Carrelage
• Linoléum
• Moquette

Liens externes

• Guide didactique parquet et revêtements de sol [archive]
• Fiches sur le parquet [archive]
• Fiches pratiques sur les différents types de pose [archive]

• Portail du bois et de la forêt

Bois

 

Le bois est un matériau naturel d'origine végétale. Il est constitué par un tissu végétal formant la plus grande partie du tronc des plantes ligneuses. Le bois assure, chez la plante, le rôle de conduction de la sève brute des racines jusqu’aux feuilles et le rôle de soutien mécanique de l'arbre ou de l'arbuste. Il sert aussi parfois de tissu de réserve.

La norme NF B 50-003 (définissant la nomenclature du bois) le définit comme « un ensemble de tissus résistants secondaires (de soutien, de conduction, et de mise en réserve) qui forment les troncs, branches et racines des plantes ligneuses. Issu du fonctionnement du cambium périphérique, il est situé entre celui-ci et la moelle ».

Il s'agit d'un des matériaux les plus appréciés pour ses propriétés mécaniques, pour son pouvoir calorifique et comme matière première pour la production artistique ainsi que dans de multiples secteurs industriels. Il a de nombreux usages dans le bâtiment et l'industrie (industries papetières, industries chimiques…) et en tant que combustible¹. Certaines plantes (palmiers, bambous…) produisent des tissus lignifiés mais non issus d'un cambium secondaire : il ne s'agit donc pas de bois.

La discipline qui étudie le bois est la xylologie, une collection d'échantillons de bois s'appelle une xylothèque. On utilise l'adjectif « xyloïde » pour ce qui y ressemble^{N 1}. Le fait de collectionner le bois ou de se passionner pour cette matière s'appelle la xylophilie².

Paléobotanique

Deux fossiles de plantes vieux de 407 millions d’années, dont les tiges étaient faites de bois, ont été découverts dans la carrière de Châteaupanne (Massif armoricain, Maine-et-Loire). L'importance de cette découverte est double : elle recule de 10 millions d'années la date d'apparition du bois^{N 2}, l'amenant ainsi au début du Dévonien ; et parce que la plante ne mesurait que de 10 à 20 cm de hauteur, elle infirme la théorie jusqu'ici prévalente en prouvant que le bois est apparu avant les feuilles et les graines, et s'est développé à l'origine pour aider la circulation de la sève (liée à la forte diminution de gaz carbonique dans l'atmosphère à cette époque) et non pour soutenir la plante structurellement dans sa croissance comme on le pensait ; cette fonction de support est donc intervenue plus tard dans l'évolution globale des végétaux^{3,N 3,4}.

La carbonisation (bois carbonisé), l'immersion dans l'eau (bois gorgé d'eau), la minéralisation et fossilisation (bois pétrifié) sont les trois moyens par lesquels un bois va défier les temps historiques⁵ voire géologiques.

Structure

La structure se compose d'une section transversale, perpendiculaire au tronc ou à la branche. Le bois est dit « bois de bout » ou « bois debout ». Il y a deux sections longitudinales, dont : la section radiale, longitudinale et parallèle aux rayons. Le bois est dit « bois de fil » ou « bois en fil » ; et la section tangentielle, longitudinale et perpendiculaire aux rayons - également du bois en fil.

Étude macroscopique

Sur la coupe transversale on observe les différentes couches circulaires du bois qui vont du centre vers la périphérie⁶ :

• moelle : partie la plus centrale de l'arbre, est ce qui reste du xylème primaire. Importante dans les jeunes pousses, elle disparaît souvent avec l'âge pour ne laisser qu'un canal de faible section. La moelle est un ensemble de tissus spongieux qui évoluent en vieillissant ;
• bois : xylème secondaire lignifié, composé en régions tempérées de cernes. On distingue deux zones :
  • duramen : masse principale du tronc, formant le « bois parfait ». Formé par les cernes les plus anciens, il est composé de cellules mortes, lignifiées et imprégnées de tanin ou de colorants selon les essences, il se distingue en général de l'aubier par une couleur plus foncée. Ses vaisseaux ne sont plus fonctionnels,
  • aubier : couches concentriques de cellules non encore lignifiées formant un bois encore « imparfait ». Formé par les cernes les plus récents, il y circule les matières nutritives. Les cernes se transforment en duramen après une période de 4 à 20 ans ;
• écorce : partie la plus externe, composée de différentes parties :
  • cambium libéro-ligneux : zone de croissance ou méristème, c'est l'assise génératrice (de quelques cellules d'épaisseur) qui donne naissance au bois du côté interne et au liber (phloème secondaire) du côté extérieur. Le cambium libéro-ligneux produit plus de bois que de liber,
  • liber : partie interne et « vivante » de l'écorce. Le liber comporte un ensemble de vaisseaux dans lesquels circule la sève élaborée. Les cellules du liber meurent lorsqu'elles se différencient : l'écorce s'exfolie, et tombe ou se fend longitudinalement,
  • suber (ou liège) : partie la plus externe ayant un rôle de protection. Celle-ci contient une substance imperméable, la « subérine », qui protège les couches internes.

Entre le liber et le suber, il existe un second méristème : le cambium subéro-phellodermique (ou phellogène), qui produit le phelloderme du côté interne et le suber du côté externe. Cependant, contrairement au cambium libéro-ligneux le cambium subéro-phellodermique produit plus de suber (vers l'extérieur) que de phelloderme (vers l'intérieur). Il sert en effet à compenser l'expansion de la circonférence de l'arbre, et à limiter les fentes créées par cette expansion⁷.

On observe également des structures allant du centre vers la périphérie : les rayons. En observant plus précisément les couches annuelles appelées « cernes », on peut voir qu'ils sont eux-mêmes divisés en deux zones. Le bois de printemps est la première zone formée chaque année ; c'est un bois tendre et riche en vaisseaux. La seconde zone est faite de bois d’été, plus dense et résistant. La différence entre les deux types de bois est plus ou moins visible selon les essences de bois : très visible chez le chêne dont le bois est hétérogène, elle l'est moins pour les arbres dont le bois est homogène comme le hêtre⁸. Ces cernes sont le résultat d'une alternance des saisons, et sont absents chez les bois des arbres intertropicaux qui croissent de manière plus continue.

Étude microscopique

Le bois est constitué essentiellement de la paroi des cellules végétales. Il existe deux types de bois, composés de différents types de tissus végétaux :

Bois homoxylé

On le trouve chez les gymnospermes (dits résineux) :

• fibres trachéides, ayant à la fois les rôles de soutien et de conduction ;
• rayons médullaires : fibres trachéides et parenchymes horizontaux ;
• parenchyme vertical.

Bois hétéroxylé

On le trouve chez les angiospermes (dits feuillus). Les fonctions de soutien et de conduction sont effectuées par des cellules différentes :

• fibres (librifomes et trachéides) : faisceaux de cellules résistantes, disposées dans le sens axial, qui assurent la rigidité et la résistance mécanique du bois. Il s'agit d'un biocomposite constitué de cellulose, d'hémicellulose et de lignine ;
• vaisseaux conducteurs : formés d'éléments de vaisseaux, cellules creuses qui servent à conduire la sève brute depuis les racines jusqu'aux feuilles ;
• parenchyme vertical : des cellules parenchymateuses contribuent au transport des nutriments. Ces parenchymes, associés aux vaisseaux, donnent des motifs particuliers à chaque essence (particulièrement les essences tropicales) sur la coupe transversale (perpendiculaire à l'axe du tronc) ;
• rayons ligneux (ou médullaires) : parenchyme horizontal, constitué de cellules de réserve à parois épaissies et lignifiées, qui accompagnent le tissu vasculaire. Ces cellules participent en outre à la fonction de soutien. Leur orientation est transversale et rayonnante en partant de l'axe longitudinal de l'arbre. La photo de droite montre quelques rayons ligneux qui partent du centre du tronc.

La disposition des tissus, la forme et la taille des cellules, est appelée plan ou rayon ligneux. Celui-ci est caractéristique de chaque essence. Par exemple, il donne ce qu'on appelle « la maillure », qui est l'aspect de la coupe radiale du bois (coupe longitudinale dans le sens du rayon de l'arbre, les rayons ligneux étant observables sous forme de bandes, parfois décoratives). Cette maillure est caractéristique chez le chêne, le hêtre, le platane, le niangon et l'acajou⁹. Les cellules et les fibres sont orientées dans le sens axial, qui détermine le « fil du bois »,

Composition chimique

La composition chimique élémentaire du bois varie suivant les espèces, mais grossièrement le bois est constitué (en masse) d'environ 50 % de carbone, 42 % d'oxygène, 6 % d'hydrogène, 1 % d'azote et 1 % de minéraux¹⁰ (principalement Ca, K, Na, Mg, Fe, Mn). On trouve également du soufre, du chlore, du silicium, du phosphore, et d'autres éléments en faible quantité.

Le bois est constitué principalement de matières organiques (cellulose et lignine) et d'un faible pourcentage (de 1 à 1,5 %) d'éléments minéraux¹¹. Il contient également une part d'humidité variable.

• Cellulose (environ 50 %)
• Lignine (20 à 30 %)
• Hémicellulose (15 à 25 %)
• Autres substances organiques : polysaccharides, pentosanes, hexosanes, résines, tannins, colorants, cires, alcaloïdes, composés aromatiques volatiles, etc.

Cas particulier des bois pollués

Des arbres ayant poussé sur des sols pollués ou exposés à des retombées de certains polluants aériens peuvent avoir conservé certains de ces polluants (radionucléides éventuellement) dans leur bois.

Teneur en carbone

Connaître le taux de carbone du bois est important pour évaluer certaines qualités du bois et essentiel pour bien quantifier les stocks forestiers de carbone, et pour évaluer avec plus de précisions le rôle des arbres dans le cycle du carbone.

Une hypothèse générique communément admise et utilisée est que le bois comprend 50 % de son poids en carbone. Il a été montré en 2011 qu'elle pouvait être à l'origine de biais scientifiques. Cette assertion ne traduit en effet pas les variations de taux de carbone du bois existant dans le monde réel.

Ainsi l'analyse (publication 2011) de carottages de 59 essences forestières panaméennes provenant d'une même zone géographique a montré une grande variation de leurs teneurs en carbone (même parmi des espèces co-occurrentes). Ce taux varie significativement d'une espèce à l'autre (de 41,9 à 51,6 % dans cette expérience), sans lien phylogénétique ni corrélation à la densité du bois ou à la hauteur maximale des arbres, pas plus qu'aux caractéristiques démographiques de la parcelle (taux de croissance relatif, taux de mortalité…)¹².

De plus, la moyenne était de 47,4 ± 2,51 % S.D., significativement plus faible que les valeurs largement admises¹².

Enfin, les valeurs précédemment publiées négligeaient de tenir compte de la part de carbone volatil des bois tropicaux (Il y avait plus de carbone dans les échantillons de bois congelés que séché au four ; avec une différence significative de 2,48 ± 1,28 % S.D. en moyenne pour ces 59 essences panaméennes)¹². Si l'on admet sur ces bases les taux de carbone génériques utilisés pour évaluer les puits ou stocks de carbone en zone tropicale on surestime les stocks de Carbone forestiers d'environ 3,3 à 5,3 %, l'erreur de surestimation serait importante (ex. : de 4,1 à 6,8 Mg C par hectare pour une parcelle forestière de 50 ha (dynamique) sur l'île Barro Colorado (Panama)¹². Cette erreur s'ajoute aux erreurs/incertitudes de comptabilisation des modèles allométriques et d'évaluation de la biomasse souterraine¹².

Utiliser en zone tropicale des barèmes de taux de carbone plus fidèles à la réalité, par espèce, améliorerait les estimations locales et mondiales de stocks planétaires de carbone¹².

Propriétés physiques

• Hygroscopicité : pour le bois, il s'agit généralement de taux d'humidité noté H%, dite humidité sur sec (par rapport au bois anhydre). Son calcul est le suivant : H% = ((Masse humide moins Masse anhydre)divisée par la Masse anhydre)x100. dit : H% = (Masse d'eau pure/Matière sèche)x100. Le taux d'humidité varie de 50 à 120 % (ou plus) pour le bois saturé (bois vert), de 10 à 20 % pour le bois séché à l'air (pour le séchage il faut env. 1an/cm d'épaisseur de la planche^{[réf. souhaitée]}), et 10 % et moins pour le bois séché artificiellement (par air chaud climatisé, pompe à chaleur ou vide principalement)(séchage entre 1 et 3 semaines). Il existe trois types d'eaux dans les bois :
  • l'eau libre est l'eau présente dans le bois vert. De façon imagée, c'est l'eau qui sort de l'éponge quand on la presse. Lors de l'évacuation de cette eau, le bois ne prend pas de retrait ;
  • l'eau liée est l'eau qui entre dans la composition des fibres. Pour notre éponge, il s'agit de l'eau contenue entre les fibres de la matière mais que nous ne pouvons pas essorer. C'est l'eau qui est retirée entre 30 % et 0 % d'humidité, et c'est son évaporation qui provoque le retrait lors du séchage ;
  • l'eau de constitution est l'eau qui entre dans la composition chimique des molécules du bois. Son élimination entraîne la destruction du bois (par le feu par exemple).

• Résistance mécanique : résistance à la traction et à la compression (le bois a cependant une meilleure résistance à la traction qu'à la compression).
• Propriétés mécaniques du bois massif : soumis à des sollicitations mécaniques de faible intensité, le bois massif est susceptible de déformations réversibles qui peuvent être considérées comme élastiques (élasticité). Toutefois, comparé au comportement élastique de nombreux autres matériaux utilisés notamment en construction, celui du bois massif a des spécificités remarquables. Le comportement mécanique du bois massif est très fortement "anisotrope" et, dès que le temps d'application des sollicitations mécaniques devient important, la pièce sollicitée exhibe des déformations différées qui peuvent être décrites, lorsque les charges imposées sont inférieures à 30 % de la charge de rupture, dans le cadre d'un modèle de comportement "viscoélasticité linéaire anisotrope".
• Densité : la densité du bois est généralement inférieure à 1 (le bois flotte) en raison des vides dans sa structure. Cette densité varie fortement selon un certain nombre de paramètres : l'essence, son degré d'humidité, la situation géographique et son climat, la situation du prélèvement dans l'arbre. On exprime cette densité normalement pour un taux d'humidité égal à 15 % (la moyenne est entre l'état anhydre et l'état de saturation)¹³. La densité à 15 % se situe généralement entre 0,5 et 0,7, mais peut varier considérablement, de 0,1 pour le balsa, 0,4 pour les bois légers (sapin, épicéa, peuplier), 0,8 à 1 pour les bois durs (if, teck, olivier), 1,0-1,15 pour l'ébène, 1,1-1,2 pour l'azobé et 1,3-1,4 pour le gaïac (bois de fer)¹⁴.
• La densité influe sur la flottabilité du bois.
• Durabilité : bien qu'il s'agisse d'un matériau biodégradable, le bois peut durer dans certaines conditions plusieurs siècles, comme en témoignent de nombreuses charpentes de monuments anciens. Les paramètres favorables à la durabilité du bois sont le maintien en atmosphère sèche, la densité élevée, la composition chimique, (la période de coupe), liée à l'essence (présence de résines, d'oléo-résines, de tanins). Le bois de cœur est plus durable que l'aubier, plus riche en matières fermentescibles. Parmi les espèces les plus durables, on classe le cèdre, le sequoia, le robinier faux-acacia, le mélèze, le chêne, le châtaignier… et parmi les moins durables : le sapin, l'épicéa, le hêtre, le peuplier, le tilleul…

• Résilience
• Rétractibilité
• Propriétés isolantes : du fait de sa structure cellulaire, qui emprisonne de l'air sous forme de petits volumes, le bois est un mauvais conducteur de la chaleur. Cependant sa conductibilité thermique est très variable en fonction de son degré d'humidité, de sa densité et de l'essence considérée, ainsi que de l'orientation par rapport au fil du bois : il est meilleur conducteur dans le sens axial que dans le sens radial. On utilise couramment des panneaux agglomérés en particules de bois comme isolants thermiques.

Défauts des bois

Parmi les défauts techniques courants connus du bois, on rencontre les fentes avec la gélivure, la roulure, la cadranure, les gerçures et les fissures internes. Des modifications de la composition chimique des arbres peuvent entrainer une coloration anormale du cœur : le cœur noir pour le frêne ou rouge du chêne notamment¹⁵.

Des anomalies de croissance peuvent apparaître : irrégularité des couches annuelles, nœuds vicieux, entre-écorce, fil ondulé (le rebours), fibre torse ou bois vissé, bois madré ou ronceux, broussins (ou loupes)¹⁶… Les arbres exposés au vent, aux chocs thermiques, ayant été malades ou ayant poussé sur des glissements de terrain, présentent en général plus de ces « défauts » dont certains sont très recherchés en marqueterie.

Le bois peut également souffrir de blessures. Les plaies d'élagages regroupent les nœuds formés à la suite de cassures, naturelles ou non, de branches. Les frottures sont produites par l'arrachage de l'écorce. Les corps étrangers provoquent aussi une réaction de l'arbre avec la création d'un bourrelet de recouvrement¹⁶.

Poches de résine

Ces poches se créent dans le bois des résineux qui ont été fortement balancés par le vent¹⁷. Ces « défauts », réputés plus esthétiques que mécaniques, posent des problèmes pour le travail du bois (encrassement des outils) et pour son entretien (écoulements de résine par temps chaud). Les arbres les plus touchés ont généralement poussé sur des lieux secs et exposés au vent (arbres isolés, arbres de lisière ou ayant poussé en bordure de cloisonnements forestiers exposés au vent (on a montré que des arbres haubanés présentent moitié moins de poches de résine, et que ce risque augmente dans les années les moins pluvieuses). C'est donc un défaut qui pourrait devenir plus fréquent avec le dérèglement climatique.

Autres défauts

Le bois est un matériau combustible. En brûlant, il s'enflamme, produit de la fumée, et dégage des gaz combustibles. Cependant, en construction il est plus résistant au feu qu'une structure métallique¹⁸. En effet, il garde longtemps ses propriétés mécaniques avant de céder, tandis que le métal a tendance à se plier au bout de quelques minutes de combustion. Cet inconvénient se transforme par ailleurs en avantage quand il s'agit de se chauffer. Le matériau est sensible aux variations climatiques. Ceci aussi devient un avantage en matière de régulation de l’hygrométrie dans les bâtiments

Altération du bois

Organismes liés au bois

Les taxons ou groupements de populations associés aux bois sont des organismes dits lignicoles (du latin lignum, « bois », et colere, « habiter ») ou xylicoles (du grec xulon, « bois »), localisées principalement ou uniquement sur le bois (racine, tronc — espèce corticole —, cavité — espèce cavicole —, branche, rameaux ou fines ramilles, bois vivant ou bois mort). L'organisme épixyle ou épixylique (du grec épi, « sur » et xulon, « bois ») est localisé à la surface du bois, alors que l'organisme endoxyle ou endoxylique (du grec endon, « dedans » et xulon, « bois ») vit au cœur du bois²⁰.

Les organismes associés aux bois en décomposition forment des cortèges saproxyliques.

De nombreux insectes lignicoles (diptères, lépidoptères et surtout coléoptères) peuvent être xylophages et saproxylophages : ils consomment le bois à l'état adulte ou le plus souvent à l'état larvaire. Chez les espèces endoxyles, les femelles pondent sur des bois sains (insecte ravageur primaire)²¹ ou altérés (ravageur secondaire)²² des œufs, anfractuosités de l'écorce du tronc ou des branches donnant naissance à des larves lignivores qui creusent des galeries dont la section et le tracé sont caractéristiques des espèces et permettent souvent de les identifier. Les coléoptères épixyles, « imparfaitement protégés des variations des températures extérieures par l'épaisseur de l'écorce, se localisent, en général, mais en fonction des régions, sur certaines faces du bois, évitant les expositions au soleil ou aux intempéries. Leurs galeries sont souvent larges, serpentant dans l'étroit espace entre l'écorce et l'aubier. La nymphose se fait dans une loge superficielle »²³.

Attaque de champignons

Divers champignons dits lignivores s'attaquent à la lignine et à la cellulose. Ils peuvent s'introduire dans l'arbre à la faveur de blessures, de coupes ou de piqures d'insectes. Ces champignons peuvent être responsables (avant ou après la coupe ou la mise en œuvre du bois) de différentes altérations ; visuelles, mécaniques ou les deux à la fois. Beaucoup de bois résineux et feuillus bleuissent lorsqu'ils restent exposés aux intempéries. Cette altération est uniquement esthétique et n'altère en rien les propriétés du bois attaqué. En revanche la pourriture fibreuse, la pourriture cubique (aspect de bois calciné brun), ou la pourriture molle, sont des altérations mécaniques du bois causées par des champignons lignivores qui dégradent la lignine et/ou la cellulose du bois. En règle générale, l'attaque d'un bois par les champignons peut se mesurer simplement. Toute attaque est caractérisée par une perte de masse du bois (perte pouvant atteindre 80 % de la masse initiale).

Le champignon le plus connu et redouté est peut-être la mérule pleureuse qui se présente typiquement sous la forme d'une grosse tâche duveteuse blanche qu'on trouve par exemple sous des sols étanches posés sur des planchers de bois qui ont été exposés à l'eau ou sur les poutres ancrées dans un mur très humide. Les champignons ne peuvent se développer dans le bois que s'il contient plus de 20 % d'humidité. Un bois sec (< 20 % d'humidité) n'est jamais attaqué par les champignons.

Attaques d'insectes xylophages

De nombreux insectes s'attaquent au bois ; quelques espèces s'attaquent au bois sur pied, d'autres plus nombreux s'attaquent aux grumes après l'abattage en forêt (xylophages des forêts) et quelques-uns au bois sec une fois mis en œuvre (xylophages de bois secs). Ce sont les larves qui creusent des galeries dans les bois. Les insectes adultes pondent dans le bois et les larves se développent dans celui-ci en mangeant ses composants, généralement prédécomposés par des champignons et bactéries. Au stade ultime de son développement, la larve devient adulte et sort de son habitat pour se reproduire. C'est à ce moment que l'insecte creuse le trou de sortie que l'on voit sur les bois attaqués. En général, quand le bois apparaît déjà vermoulu, le travail des insectes est presque terminé. La taille, la géométrie et la nature des galeries et vermoulures permettent de définir quel insecte a attaqué le bois.

On lutte préventivement contre ces insectes par l'application d'insecticides en trempages, pulvérisations… Pour ce qui est de la démarche curative, deux cas se présentent. Si le bois est encore mécaniquement viable (dans le cas d'un élément porteur), un traitement curatif peut être appliqué. Il peut s'agir d'injection ou de pulvérisation après sablage. Si les bois sont très attaqués, il faut les remplacer et brûler les bois infestés. Certains bois, riches en principes actifs (insecticides, fongicides naturels), sont naturellement résistants aux attaques d'insectes et de champignons. On parle d'essences naturellement durables. Ce sont cependant souvent des bois durs à croissance lente, dont le renouvellement est donc lent. Les arbres à tanins comme le châtaignier en premier lieu, également le chêne, et certains résineux, sont très résistants. De nombreuses essences résistantes sont d'origine tropicale.

Parmi les principaux insectes xylophages de bois secs, citons²⁴ : le capricorne des maisons, le lyctus, les vrillettes, et les termites (espèce introduite et devenue envahissante en Europe depuis quelques décennies. En France, l'occupant d'un immeuble qui constate une infestation par les termites doit le déclarer immédiatement en mairie^{N 4}.

Il est possible de protéger le bois des altérations causées par les champignons et les insectes. Il s'agit d'appliquer un traitement préventif qui contient une base insecticide et fongicide. Ce traitement se fait principalement par trempage (immersion dans un bac contenant le produit). Pour les bois de structure, le traitement obligatoire est un traitement classe 2. Le produit utilisé peut être incolore, jaune, vert ou rouge. Il peut aussi être en phase solvant ou en phase aqueuse. Pour finir, le traitement préventif est quasi inutile si les bois utilisés sont secs. En effet, les insectes (et les champignons) s'attaquent principalement à des bois au-dessus de 20 % d'humidité. En Europe, la France est une des seules nations à imposer un traitement préventif des bois de structure.

Utilisations

L'économiste Werner Sombart (1863-1941) a qualifié la période préindustrielle – « Hölzerne Zeitalter », d'âge du bois, à juste titre, car le bois était une ressource essentielle pour les sociétés des débuts, et le début des sociétés industrielles. C'était le principal fournisseur de combustible et de carburant. Le charbon de bois a servi à forger le fer. Sans la potasse récupérée des incinérateurs, les textiles ne pouvaient être lavés, blanchis et teints, pas de savon bouilli et pas de verre fondu. Les artisans spécialisés dépendaient des propriétés matérielles particulières de certains bois, par exemple pour la construction de meubles, car tous les types de bois ne conviennent pas. De nombreux objets, outils et équipements de tous les jours, les métiers à tisser et même la mécanique d’usine étaient en bois. De nombreux bâtiments de ferme ruraux étaient en grande partie en bois, mais le bois était également présent dans les maisons en pierre: poutres, planchers et parquets, escaliers et portes, encadrements de fenêtres en bois. La plupart des moyens de transport - navires, bateaux, chariots et charrettes - étaient principalement en bois jusqu'à la fin du XIX^e siècle. Le bois a accompagné l’homme toute sa vie du berceau qui était en bois, jusqu'au cercueil²⁵.

Le bois est encore employé à de multiples usages et sous de multiples formes. C'est une matière renouvelable appréciée par les constructeurs de bâtiments modernes et/ou écologiques, et c'est aussi une source d'énergie renouvelable (Bois-énergie).

Le bois est aussi connu pour son usage dans les arts. Des instruments à vent sont fabriqués pour la musique (hautbois, clarinette, flûte – à bec ou traversière…) ou à cordes (violon, alto, violoncelle, contrebasse, etc).

Selon son usage, le bois peut être classé comme suit^26,27 :

Produit de base	Classe du bois	Transformation du produit de base	Produit intermédiaire	Produit fini	Usage
Grumes	Bois d’œuvre	Sciage	Planche	Bois panneauté, bois massif abouté (BMA), bois massif reconstitué (BMR ou contrecollé), bois lamellé-collé (BLC), bois lamellé croisé	Palette de manutention, coffrage, charpente, menuiserie, meuble
		Déroulage ou tranchage	Placage	Contreplaqué, Lamibois (LVL), Parallel Strand Lumber (PSL), Laminated Strand Lumber (LSL)	Emballage, Bois de structure, agencement, plancher de camion
Petit bois, branches, copeaux, sciures, farine de bois et déchets de scierie résultants de la transformation du bois d'œuvre	Bois d'industrie	Trituration	Pâte à papier, lamelles, particules, fibres	Papier, carton, panneau de particules, panneau de fibres (MDF), panneau de grandes particules orientées (OSB), waferboard, laine de bois	Mobilier de cuisine et de salle de bain, agencement de magasin, contreventement (notamment maison ossature bois), revêtement de sol stratifié, moulure, lambris, jouets
	Bois d’énergie			Bûche, granulé de bois	Chauffage

• Les panneaux composites plastique-bois.

Source énergétique

L'utilisation du bois comme combustible est sa première utilisation au niveau mondial : il apporte 3,5 kWh/kg (kWh par kilogramme) (1 stère de bois équivaut à 0,147 tonne équivalent-pétrole = 1 480 kWh). Sa combustion se déroule en trois étapes : le bois est d'abord séché à une température pouvant atteindre 150 °C, ce qui permet d'évaporer l'eau qu'il contient. Puis entre 150 et 600 °C a lieu la pyrolyse (décomposition sous l'action de la chaleur). Les composés gazeux du bois sont alors libérés et il se forme du charbon de bois. Enfin, de 400 à 1 300 °C, l'amenée d'air (oxygène) entraîne l'oxydation, qui constitue le processus de combustion. Ce sont les gaz dégagés par la pyrolyse et le charbon de bois qui brûlent qui libèrent de l'énergie.

En France, le chauffage domestique a produit 7,4 millions de tonnes équivalent pétrole en 2006, soit plus des trois quarts de la production d’énergies renouvelables. Cependant, cela ne représente que 3,5 % des besoins énergétiques du pays^{28,N 5}.

Bois d'œuvre

Le bois d'œuvre est celui qu'on utilise pour la construction de charpentes de maisons et pour la fabrication d'une multitude d'autres produits, souvent reliés à la construction et à la rénovation résidentielles²⁹.

• Bois brut sous forme de poteaux et rondins, après sciage ou refente généralement.

Scié à partir de grumes

• Bois de structure: charpentes, maison en bois (bois empilé, maison à ossature bois ou poteaux poutre) et bardages, terrasses, traverses de chemins de fer. Ces bois peuvent être bruts de sciage ou rabotés. Il s'agit généralement d'un choix charpente (choix 2 ou ST II en France). Les maisons à ossature bois représentent 8 % du marché des constructions neuves par an. La progression est très rapide avec des taux de croissance annuels de 20 à 25 %³⁰. Le bois permet de réguler le taux d’humidité et la température à l’intérieur. C’est un excellent isolant acoustique. En cas d’incendie, le bois transmet la chaleur 10 fois moins vite que le béton et 250 fois moins vite que l’acier.
• Bois de marine, bois tors, bois de mâture: membrures, bordés, espars (mât, bôme…), pièce de quille.
• Bois aéronautiques : structures des premiers avions. Le contreplaqué est une invention de l'aéronautique. Aujourd'hui plutôt utilisé pour les petits avions de tourisme en construction amateur ou industrielle.
• Sciages bruts, bois à usage domestique : coffrages à béton, échafaudages, palettes, emballages…
• Bois rabotés : lambris (frise murale), parquets, menuiserie, clin, lame de terrasse, etc.
• placages : Bois déroulés ou tranchés. Essences fines ébénisterie…
• Bois d'ingénierie, bois de la seconde transformation : lamellé-collé, reconstitué, abouté, contreplaqué, laminé, poutrelle en "I"…
• Bois de tournage : boules, quilles, manches à outils, jouets…
• Bois de tranchage : contreplaqués…
• Bois de fente : merrains pour la tonnellerie, tavaillons (bardeaux de toiture)…
• Bois cintré : chaises « Thonet ».
• Éléments de structure : Bois lamellé-collé, bois contrecollés, bois aboutés (fingerjointed), poutres en I.
• Panneaux : Panneaux de grande particule (OSB), Panneaux de particule ou aggloméré, panneaux de fibre moyenne densité (MDF) ou haute densité (HDF).
• Autres usages : encadrement dont châssis de fenêtre ; boiserie ; lutherie ; allumettes…

Panneaux

• 

  Contreplaqué

• 

  Panneau de particules (dit Agglo).

• 

  Panneau de fibres à densité moyenne MDF (dit Médium).

• 

  Latte (charpente)

Pavés en bois

Usages artisanaux

• Le bois est un moyen d'expression artistique dans la marqueterie et la sculpture sur bois.
• C'est un support traditionnel pour la peinture à l'huile ou à tempera sur panneau de bois. Depuis l'Égypte ancienne le bois est recouvert de gesso poli avant d'être peint.
• En cuisine, certaines parties d'arbres sont consommées dans divers pays (pousses de bambou, cœur de palmier, etc.).

Autres usages

La chimie verte cherche à tirer des molécules d'intérêt (pharmaceutiques notamment) du bois. Quelques molécules d’intérêt alimentaire en sont extraites dont par exemple la molécule qui donne le gout artificiel de la fraise aux yoghourts. On a utilisé des copeaux ou sciures de chêne (plus ou moins légalement) pour donner un goût de tonneau ou de tannin à certains vins. Certains bois sont utilisés en médecine traditionnelle, ainsi que des écorces (dont dans des cosmétiques modernes (ex. : extrait d'écorce de bois de Panama (Quillaja saponaria), et extraits d'écorce d'épinette³¹.

Économie

La production de bois est le plus souvent le résultat de la sylviculture. La filière bois couvre les secteurs de l’imprimerie, la construction, l’énergie ou encore l’ameublement, où la France est la 4^e producteur européen³². La construction bois est également un secteur qui se développe avec une hausse de la demande de 20 % en 5 ans. Le bois y est plébiscité pour ses qualités environnementales, en tant que régulateur de l’hygrométrie à l’intérieur du bâtiment mais aussi pour ses qualités thermiques et acoustiques. Le bois transmet la chaleur 15 fois moins vite que le béton et 400 fois moins vite que l’acier²⁸.

Production mondiale par type

La récolte mondiale de bois et son utilisation sont stables depuis 1990 (~ 3 500 Mm³/an). Alors que la production de bois dans les régions développées (Océanie, Europe et Amérique du Nord) a diminué au cours de la période, son utilisation a été principalement pour les bois industriels. En revanche, si la production de bois dans les régions en développement (Amérique du Sud, Afrique et Asie) a augmenté, son utilisation a été principalement pour le bois de feu (figure ci-contre)³³.

D'après l'Organisation des Nations unies pour l'alimentation et l'agriculture (FAO), la production mondiale de bois rond a atteint 3 694 millions de m³ en 2014³⁴.

• Bois de chauffage : 1 862 millions de m³.
• Bois en grumes pour sciage et placage : 1 025 millions de m³.
• Bois de trituration : 408 millions de m³.
• Autres bois ronds industriels : 169 millions de m³.
• Sciages : 440 millions de m³.

Production mondiale par pays

Les principaux pays producteurs de bois rond en millions m³ en 2014³⁴ :

	Pays	Production	% mondial
1	États-Unis	398.693	10,8 %
2	Inde	356.690	9,7 %
3	Chine	336.645	9,1 %
4	Brésil	267.653	7,2 %
5	Russie	203.000	5,5 %
6	Canada	155.997	4,2 %
7	Indonésie	113.020	3,1 %
8	Éthiopie	109.683	3 %
9	RD Congo	85.900	2,3 %
10	Nigeria	74.865	2 %
11	Suède	73.300	2 %
12	Chili	58.712	1,6 %
13	Finlande	57.033	1,5 %
14	Allemagne	55.613	1,5 %
15	France	52.968	1,4 %
16	Ouganda	46.190	1,3 %
17	Ghana	44.912	1,2 %
18	Myanmar	44.286	1,2 %
19	Mexique	44.204	1,2 %
20	Pologne	40.862	1,1 %
Total monde		3 694.316	100 %

Source FAOSTAT [archive]

Production de masse et investissement

La production de masse et les prix à la hausse du bois se traduisent par un nombre d'investissement dans le bois augmentant constamment (Cameroun, Brésil, Panama, etc.). Ce processus se démocratise maintenant dans un nombre important de pays européens, dont la France, l’Autriche mais aussi l’Allemagne, en passant par les pays nordiques. Il permet de diversifier ses revenus et surtout d’échapper à l'impôt sur la fortune³⁵.

Des parcelles de forêts sont vendues à des investisseurs (ou groupe d'investisseurs) qui exploitent ainsi de nombreux hectares afin de tirer profit du nouvel or brun. Achetés au bon moment, les hectares ne coûtent que très peu, il faut néanmoins un certain capital pour les restaurer (plantation, protection contre la faune et la flore pouvant porter atteinte aux nouveaux arbres) et pouvoir en tirer profit par la suite³⁶. Il faut en moyenne cinq ans pour que les parcelles achetées commencent à porter leurs fruits, et le double pour rembourser le prix d'achat. L'achat de parcelles forestières rapporte à la fois avec la vente du bois en lui-même (plus le prix du pétrole est haut, plus le bois est cher), mais aussi avec le prix de l'hectare qui a par exemple pris 19 % en 2010, et 11 % en 2011³⁷.

Ces investissements permettent à la fois d'assurer une production de bois soutenue sans pour autant endommager les ressources naturelles disponibles puisque les plantations sont entretenues dans l'espoir d'avoir une rentabilité sur le long terme (en moyenne 5 ans pour rentabiliser un achat en Amérique du Sud).

Deux certifications forestières encadrent d'ailleurs l'exploitation et la commercialisation du bois. Le PEFC (majoritaire sur le territoire français) et le FSC.

Santé humaine et environnementale

Diverses huiles essentielles, gommes, résines et autres extraits de bois ont une utilisation médicinale depuis l'antiquité, de même que l'inhalation de la fumée de certains bois^{[réf. souhaitée]}. Certains bois tropicaux sont toxiques³⁸ et d'ailleurs utilisés par des populations autochtones pour produire des poisons (utilisés pour des formes de pêche et chasse dites « traditionnelles »).

Certaines sèves (dont les sèves de type latex^39,40) ou écorces peuvent être violemment et parfois mortellement toxiques.

La poussière de bois (cf. sciage, ponçage⁴¹…) ou issues des champignons (dont moisissures), acariens ou insectes le consommant peut être un puissant allergène, cause de cancers des voies respiratoires⁴², et provoquant ou aggravant notamment l'asthme du travailleur^43,44 ou certaines allergies^41,45. La poussière de bois est classée dans le groupe des cancérogènes certains pour l'homme par le CIRC. Les scieurs, menuisiers, bricoleurs et parfois les bûcherons y sont les plus exposés, souvent affectés de rhinites et plus rarement d'asthme, avec rares cas d'urticaire de contact (par exemple avec le Mukali (Aninger robusta)⁴⁶. Quand l'allergie est bien installée, l'asthme ne disparait plus durant le week-end ou les congés⁴⁷. Les pesticides utilisés pour le traitement du bois (fongicides, insecticides), notamment à base d'arsenic peuvent aussi être à l'origine d'intoxications et/ou d'allergies.

Certains bois exotiques contiennent des alcaloïdes ou autres molécules fongicides, bactéricides et insecticides, qui les rendent naturellement résistants aux champignons et insectes. Certaines de ces molécules (composés organiques) sont parfois rémanentes et toxiques ou volatiles^48,49. Ils peuvent dans certaines circonstances quitter le bois, qui est donc à éviter pour les plans de travail (en cuisine notamment^50,51). Ces molécules sont souvent solubles dans le gras, avec passage percutané possible. Elles peuvent même causer des allergies par contact (dermatites), en particulier à partir du bois de Ramin^52,53 ou du bois de rose⁵⁴, Frullania⁵⁵ ou d'autres essences. Pour mieux gérer le risque allergique, il est important que l'étiquetage inclue le vrai nom botanique de l'essence⁵⁶ et que ces essences soient répertoriées dans les bases de données toxicologiques ou relatives aux allergies et à la santé au travail⁵⁷.

Contact alimentaire

Le bois est mis en contact d'aliment depuis des millénaires à des fins de stockage, notamment via l'usage de tonneaux par les Celtes dans l'Antiquité⁵⁸.

Dans de nombreux pays et en Europe⁵⁹, des lois ou règlements précisent quels sont les bois autorisés ou interdits pour le contact alimentaire, pour tout ou partie des aliments en cours de préparation ou préparés (pour des raisons de sécurité alimentaire, les matériaux et objets mis ou destinés à être mis au contact des denrées alimentaires doivent être inertes vis-à-vis des denrées alimentaires).

En France, la DGCCRF a réuni des experts et élaboré des fiches sur la réglementation et les modalités de contrôle de l'inertie des matériaux pour contact alimentaire⁶⁰. Pour la DGCCRF ; « en l'absence de réglementation spécifique au domaine du bois, les essences prévues par l'arrêté du 15 novembre 1945^60,61, sont admises (sous réserve que le bois ne soit pas moisi ou dégradé, et ne soit pas traité par certains biocides⁶²), par extension, pour tout type de contact alimentaire, dans les conditions de contact alimentaire prévues dans cet arrêté »⁶⁰ : « pour tout type d'aliments : chêne, charme, châtaignier, frêne, robinier »^58,60 ; « pour les solides alimentaires : noyer, hêtre, orme, peuplier »^58,60 ; d'autres essences, « traditionnellement utilisées en France au contact alimentaire et/ou qui ont fait l'objet d'une évaluation, ont été depuis reconnues comme aptes au contact alimentaire pour tout type d'aliments : Sapin, Épicéa, Douglas, Pin maritime, Pin sylvestre, Peuplier, Hêtre, Platane, Tremble, Aulne, Olivier, Bouleau »^60,63.

Un article de revue de 2016 prenant en compte les résultats de travaux menés dans les deux décennies précédentes a malgré certaines idées reçues conclu à l’innocuité de l'usage du bois par rapport aux autres matériaux disponibles tant pour les planches à découper que pour le cerclage de certains fromages (comme le mont d'Or) dans des conditions normales d'hygiène⁵⁸.

Médias

Symbolique

• Les noces de bois symbolisent les cinq ans de mariage pour les Français.
• Le bois est le 3^e niveau dans la progression de la sarbacane sportive.
• Le bois est un des cinq éléments de la philosophie chinoise, associé à l'Est⁶⁴.
• Le bois de la Sainte Croix est une relique fondamentale de la Chrétienté car il symbolise l'instrument du salut que le Christ offre aux Hommes à travers sa mort. Il a été retrouvé à Jérusalem par Sainte Hélène. La symbolique du bois de la Sainte Croix est reprise dans de nombreuses représentations artistiques : Piero della Francesca, Giambattista Tiepolo etc.

Expressions

Le mot « Bois » est très fréquent dans la toponymie et les noms de famille.

Il est utilisé dans différentes locutions qui en orientent le sens: « trompette de bois » (inaudibles), « heures de bois » (heures non payées), « chèque en bois » (non payable), « rester de bois » (sans réaction), « gueule de bois » (abruti après beuverie), « croix de bois », etc. L'expression « langue de bois » a eu son heure pour décrire la phraséologie stéréotypée soviétique, ou communiste, là où ils étaient au pouvoir⁶⁵, avant d'être élargie au discours politique creux ou faux.

« Bois vert » décrivant la qualité hygrométrique du bois, se retrouve aussi dans des expressions comme « volée de bois vert »; fracture en bois vert décrit une fracture incomplète à la manière d'une branche de bois vert quand on la casse⁶⁶.

Grenant, en 2004⁶⁷, notait que le mot Bois est utilisé par les langues vernaculaires créoles (Caraïbe, Guyane, Réunion) pour désigner de nombreuses espèces ligneuses (arbres et arbustes) dont certaines parties (écorce, feuilles et plus rarement le latex, le bois lui-même, les «tiges», les rameaux feuillus, les racines, les fleurs et/ou les graines) ont une utilité connue, marquant par ce mot « Bois » une opposition aux « herbes » et aux « radiés » (plantes des milieux ouverts en créole guyanais). L'adjectif associé au mot « Bois » peut décrire un goût (ex : Bois amer, Bois doux), une couleur (Bois jaune, Bois noir), une odeur (Bois puant, Bois de senteur), sa rigidité (Bois dur, Bois cassant) ou un aspect (ex : Bois canon) ; une caractéristique marquante (ex : Bois piquant qui nomme plusieurs espèces de Zanthoxylum dont le troncs est garni d'énormes épines⁶⁸) ; Bois d'ortie, qui à la Réunion désigne une espèces buissonnante urticante (en voie de disparition), un usage domestique (ex : Bois à balais, Bois à fumer) ou médicinal (Bois dartres, Bois d'effort, Bois néphrétique ou Bois de demoiselle supposé traiter l'aménorrhée primaire ou secondaire⁶⁹. Le bois jacquot est un arbre dont les fruits sont appréciés des perroquets⁷⁰). Plusieurs Apocynacées sont dits Bois à lait, Bois de lait ou Bois di lait en référence au latex (toxique) qu'elles contiennent⁷¹).

En Afrique, le Bois bandant est utilisé en cas de dysfonction érectile⁷². En Amérique du Nord, on trouve le Bois à canots (Liriodendron tulipifera)⁷³, le Bois à enivrer (Piscidia erythrina)⁷⁴

En Europe, Le bois-joli toxique, mais aux fleurs roses précoces à l'odeur délicate a pour synonyme jolibois, verdelet, vert-bois, Daphné bois-gentil, bois-gentil. Le « bois d'oreille » désignait un fragment d'écorce apposé dans le lobe des oreilles des enfants comme exutoire⁷⁵.

Les noms de Bois bénit et de Bois de la Sainte-Croix ont des connotations religieuses claires, alors que le Bois de Sainte-Marthe faitait en réalité référence par son nom au fait qu'il était (autrefois) fréquent dans les forêts de Sainte-Marthe, dans la Sierra Nevada au Mexique ⁷⁶.

Le Bois à lardoire (Euonymus europaeus) ⁷⁷, le Bois à poudre (Frangula alnus, souvent autrefois fréquent aux abords des poudreries, où le charbon de bois d'aulne était un élément indispensable de la poudre noire ⁷⁸, le Bois à quenouille (Viburnum opulus) ⁷⁹.

Galerie

Quelques essences courantes :

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  Acajou

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  Bouleau

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  Cerisier

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  Chêne

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  Ébène

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  Érable

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  Érable (broussin)

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  Noyer (loupe)

• 

  Palissandre

• 

  Peuplier

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  Pin

• 

  Cèdre

• 

  Ramin

• 

  Teck

Notes et références

Notes

• Xyloïde sur https://fr.wiktionary.org [archive].
• Les fossiles trouvés à Châteaupanne sont plus vieux que celui trouvé au Canada par la scientifique américaine Patricia Gensel (397 millions d’années).
• C'est le géologue Hubert Lardeux qui a trouvé ces fossiles en 2002. L'équipe internationale avec laquelle il travaille a annoncé la découverte en 2011.
• Loi n° 99-471 du 8 juin 1999 tendant à protéger les acquéreurs et propriétaires d'immeubles contre les termites et autres insectes xylophages.

Références

• Julius Natterer, Jean-Luc Sandoz et Martial Rey, Construction en bois, Matériau, technologie, et dimensionnement, EPFL Press, 1996, 560 p. (ISBN 9782880749491)
• « xylophilie » [archive], sur Universalis.fr (consulté le 10 mai 2021).
• « Le bois le plus vieux connu à ce jour découvert en Anjou » [archive], sur le site de l’université d'Angers, consulté le 2 novembre 2011.
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• Ponte dans les anfractuosités de l'écorce du tronc, des branches. Les femelles Scolytes pionnières, incapables de vaincre la résistance naturelle de l'arbre, émettent des phéromone d'agrégation qui provoquent l'arrivée massive de leurs congénères. Lorsqu'un seuil critique d'attaques est atteint (il varie de 40 à 850 attaques par m² d'écorce selon les essences, les espèces de scolytes et les conditions locales, et il est fortement influencé par les facteurs génétiques et l'état de santé de l'arbre), les mécanismes de résistance sont épuisés. Après fécondation dans une loge nuptiale sous l'écorce, les femelles pondent des œufs donnant naissance à des larves xylophages. cf Paul-André Calatayud, Interactions insectes-plantes, IRD Éditions, 2019, p. 500
• Les insectes sont attirés par les composés organiques volatils émis par les bois pourris, les parties les mieux exposées des souches, des branches coupées, des troncs abattus assez fraîchement, et par les tissus ligneux malades ou dépérissants à la suite de stress abiotiques (attaques d'autres insectes, d'un incendie, etc.).cf. Léon Schaefer, Les Buprestides de France, E. Le Moult, 1949, p. 19
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• Arrêté du 15 novembre 1945 fixant la liste des matériaux susceptibles d'être utilisés, sans inconvénient pour la santé publique, dans la fabrication des instruments de mesure (texte étendu, par une circulaire du 28 novembre 1980) aux récipients destinés au stockage et à la conservation des boissons et denrées alimentaires ; Voir aussi Avis de l'administration parus au BID (Bulletin d'information et de documentation) : notamment avis n° 81-046, 82-331, 83-341, 87-168, 88-497, 90-387, 92-338, 97-132, 97-306.
• Une liste [archive] existe par exemple en France des préparations fongicides de traitement des bois autorisées pour la fabrication de conteneurs pour fruits et légumes.
• Direction générale de la concurrence, de la consommation et de la répression des fraudes ; Fiche Bois [archive], destinées aux « laboratoires travaillant dans l'analyse des matériaux au contact, des industries de fabrication et de production des matériaux et objets pour contact alimentaire, des industries agroalimentaires, et des services officiels de contrôles »
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Annexes

Articles connexes

• Forêt - Sylviculture -
• Xylothèque : collection d'échantillons de bois
• Filière bois : données économiques
• Bois pétrifié
• Bois de Spa

Bibliographie

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• Pierre Détienne, Cours illustré d'anatomie des bois, Éditions Quae, 1988 (ISBN 978-2-85411-006-7, lire en ligne [archive])
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Liens externes

• Le bois et ses usages en construction et aménagement [archive]
• Comité National pour le développement du bois [archive]
• Annuaire francophone de la filière bois [archive]
• Conférence expérimentale sur le bois [archive] de l'espace Pierre-Gilles de Gennes de l'ESPCI ParisTech
• Notices dans des dictionnaires ou encyclopédies généralistes
•  :

  • Brockhaus Enzyklopädie [archive]
  • Encyclopædia Britannica [archive]
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Polychlorure de vinyle

 

Le poly(chlorure de vinyle), connu sous le sigle PVC (sigle venant de l'appellation anglaise polyvinyl chloride)¹⁰, est un polymère thermoplastique de grande consommation, amorphe ou faiblement cristallin, principal représentant de la famille chloropolymères.

Il est préparé à partir de deux matières premières : à 57 % de sel de mer (NaCl) et à 43 % de pétrole ; c'est la seule matière plastique constituée par plus de 50 % de matière première d'origine minérale¹¹.

Le PVC rigide est surtout utilisé pour la fabrication de profilés et tubes par extrusion. Le PVC souple (ou PVC plastifié) sert par exemple dans l'industrie des vêtements et des tapisseries¹².

Formule moléculaire

De formule chimique —(CH₂—CHCl)_n—, il est obtenu par polymérisation radicalaire du monomère chlorure de vinyle (sigle VCM, formule CH₂=CHCl). Le PVC est un matériau organique.

Historique

Le poly(chlorure de vinyle) a été découvert par accident à au moins deux occasions au cours du XIX^e siècle, d'abord en 1835 par Henri Victor Regnault puis en 1872 par Eugen Baumann. Dans les deux cas, le polymère est apparu comme un solide blanc dans des bouteilles de chlorure de vinyle après exposition à la lumière solaire. Au début du XX^e siècle, les chimistes russes Ivan Ostromislensky (en) et Fritz Klatte (en) ont tous deux tenté d'utiliser le PVC dans des produits commerciaux, mais leurs efforts ne furent pas couronnés de succès à cause des difficultés de transformation du polymère. En 1926, Waldo Semon (en), en collaboration avec la société B.F. Goodrich, a développé une méthode de plastification du PVC en le mélangeant avec des additifs. Ceci a permis de rendre le matériau plus flexible et plus facile à fabriquer, genèse du succès commercial du PVC.

Synthèse du VCM et du PVC

Historiquement, le chlorure de vinyle était produit par réaction de l'éthylène avec du chlore gazeux. Aujourd'hui, il s'agit d'une réaction opposant l'éthylène avec l'acide chlorhydrique, en présence d'oxygène, qui est généralement utilisée. Le produit intermédiaire, le dichloroéthane se transforme en chlorure de vinyle sous l'effet de la chaleur.

La polymérisation du VCM est amorcée par des radicaux. Le procédé le plus courant est celui en suspension. Divers additifs permettent de contrôler sa polymérisation (amorceurs de polymérisation, shortstoppers, emergency killers, agents gonflants, etc.).

Remarque : le PVC est insoluble dans son monomère.

• 

   
• 

  Production du PVC (procédé en suspension).

Formulation

Certains additifs permettent d'améliorer sa stabilisation chimique, face aux ultraviolets, à la chaleur, aux chocs, etc., et stabiliser sa couleur et son aspect. Par exemple, des stabilisateurs dits « Hals » (pour Hindered Amines Light Stabilizers) le rendent plus résistant à la lumière en inhibant l'activité des radicaux libres.

Le PVC peut intégrer de nombreuses charges, qui sont surtout des minéraux tels que le carbonate de calcium naturel ou précipité, le talc, le kaolin, ou des métaux destinés à améliorer ses propriétés mécaniques, son état de surface et aussi à en diminuer le prix de revient^{[réf. nécessaire]}. En moyenne, le PVC contient 10 % d'additifs^13,14.

Le PVC doit résister à la chaleur ou au feu. Or il est combustible et libère naturellement à 170-180 °C du chlorure d'hydrogène et dès 70 °C, du chlorure d'hydrogène lors d'une réaction auto-entretenue une fois qu'elle est amorcée. Des additifs stabilisants empêchent ou limitent cette libération¹⁴ :

• stéarates de cadmium et laurates de cadmium : très toxiques et autrefois très utilisés, ils ne sont plus utilisés dans quinze pays de l'Union européenne depuis 2001 et depuis 2007 pour les vingt-sept pays de l'UE où le taux de cadmium du PVC destiné à la construction ne doit plus dépasser 0,1 %, car il est difficile de l'éliminer quand on utilise du PVC recyclé¹⁴ ;
• sulfates de plomb, stéarates de plomb et phtalates de plomb : toxiques, ils sont maintenant interdits dans les emballages, et tendent ailleurs à diminuer dans l'UE de 2007 à 2012, et ne doivent plus être utilisés depuis 2015¹⁴ ;
• calcium et zinc sous forme de carboxylates : ils sont utilisés comme alternative aux produits précédents (cadmium, plomb hautement toxiques)¹⁴. Les emballages PVC doivent en contenir moins de 0,2 % et les autres PVC devraient ne plus en contenir plus de 0,5 % ; en Europe de l'Ouest (Turquie comprise), leur usage a augmenté (passant de 18 000 t en 2000 à 80 000 t en 2011) ;
• carboxylates de baryum : comme certains carboxylates de zinc, ils sont un composant (0,1 % environ) des PVC souples (mais interdits dans les emballages alimentaires)¹⁴ ;
• organoétains : des mono- et dibutylétain, octylétain, dialkylétain diisooctylthioglycolates sont également utilisés (à hauteur de 0,1 à 0,2 % du PVC) dans les emballages et jusqu'à 1 % dans divers autres types de PVC¹⁴.

Usages et formes commerciales

Il existe de nombreuses utilisations du PVC dans l'industrie. On trouve principalement quatre types de PVC :

• le PVC rigide, typiquement les tuyaux de canalisation, a un aspect lisse. Les tuyaux représentent plus de 40 % de la consommation de PVC. On fabrique aussi des cartes « format carte de crédit » (cartes de membre, fidélité, réduction, client, etc.). Elles peuvent être aussi en poly(téréphtalate d'éthylène) (PET) ou en polycarbonate (PC). On utilise également le PVC pour les emballages des comprimés, les blisters, et est souvent accolé à une fine feuille d'aluminium ;
• le PVC souple, qui recouvre certaines pièces telles les manches de pinces, a un aspect brillant. On peut aussi le trouver dans les sols plastiques, les revêtements muraux PVC, dans des types de plafonds tels les plafonds tendus, ainsi que dans la fabrication des sex toys ;
• les films de PVC plastifié (commercialisés en bobines) utilisés (sous forme de film adhésif) comme lamination ou pour le marquage publicitaire, ou (sous forme de film étirable) comme emballage ;
• le PVC expansé (souvent appelé Forex), utilisé pour faire de la publicité sur le lieu de vente (PLV), ou des enseignes.

Hygiène et sécurité

La polymérisation du PVC est irréversible. Certains plastifiants entrant dans sa composition peuvent présenter un risque pour la santé.

Le PVC permet l'utilisation du chlore rejeté lors de la fabrication de produits tels que le savon, la lessive. C'est aujourd'hui une des solutions pour éviter des stockages importants et dangereux de chlore. Ce polymère se présente sous la forme d'une poudre blanche.

Si le PVC a été autant décrié, c'est parce qu'il est soupçonné de contribuer :

• aux pluies acides ;
• au rejet de dioxines. Voir l'étude de Greenpeace montrant les effets dévastateurs en matière de rejets dans l'atmosphère à la suite de la combustion du PVC¹⁵ ;
• aux cancers. Le CIRC a classé le polymère dans le groupe 3 : « L'agent (le mélange, les circonstances d'exposition) ne peut pas être classé quant à sa cancérogénicité pour l'homme »⁷.

Avant les années 1980, la technique de fabrication du PVC n'assurait pas l'absence de chlorure de vinyle monomère (CVM), qui pouvait atteindre de 200 voire 1 000 ppm. Son emploi dans la fabrication de canalisation d'eau potable oblige à un contrôle du CVM résiduel sur les canalisations en PVC d'avant 1980 car un certain nombre de cas de dépassement des limites de qualité ont été observés¹⁶.

Plastification et risque toxique

On ajoute très souvent au PVC des plastifiants (pour former par exemple des plastisols) afin d'améliorer certaines caractéristiques (souplesse, allongement à la rupture, tenue au froid et aux chocs, etc.) ou de faciliter la mise en œuvre. Le PVC souple (plastifié) représente environ 30 % de la consommation de PVC.

Parmi les plastifiants utilisés, certains phtalates sont nocifs. Au cours du temps, ils peuvent migrer (permanence non assurée, en raison d'une incompatibilité avec la matrice polymère) et se déposer en surface (phénomène d'exsudation) des objets souples en PVC. Pour cette raison, leur usage est limité dans les jouets par une directive européenne.

D'autres plastifiants sont autorisés, dans la famille des adipates ou même des huiles végétales (par exemple l'huile de soja). Ils permettent depuis de nombreuses années la fabrication du film étirable alimentaire. Cependant, au contact des corps gras des aliments, certains plastifiants hydrophobes migrent dans la nourriture. D'autres alternatives sont en développement pour remplacer à terme le PVC dans les films alimentaires.

Transformation

Le PVC est le plus souvent mis en forme par des procédés en continu (extrusion, enduction). L'extrusion est utilisée notamment pour la fabrication des profilés des fenêtres et des tubes en PVC. L'injection est moins utilisée en raison des risques de dégagement d'acide chlorhydrique, mais de nombreux articles sont cependant produits industriellement : pièces de canalisation, équipements électriques, etc. Pour assembler différentes pièces en PVC, les méthodes les plus couramment utilisées sont le collage et différentes techniques de soudage, notamment le thermosoudage.

Incinération

Brûler du poly(chlorure de vinyle) dégage majoritairement de l'acide chlorhydrique en présence de la vapeur d'eau contenue dans l'air. À l'heure actuelle, toutes les usines d'incinération d'ordures ménagères homologuées sont munies de filtres anti-acides, car il y a des chlorures dans de nombreux déchets. Brûler des déchets en plein air est une atteinte grave à l'environnement. En outre, la combustion du PVC génère des dioxines et furanes en quantité variable suivant les conditions de combustion.

Pour reconnaître du PVC, il faut porter un fil de cuivre à l'incandescence. Puis il faut mettre ce fil en contact avec l'échantillon de matière plastique puis l'exposer à une flamme. Si celle-ci devient verte, il s'agit généralement de PVC. Les fumées piquent les yeux (dégagement d'acide chlorhydrique HCl) et la flamme s'éteint d'elle-même. Voir Test de Beilstein.

Recyclage

Avant les années 2000, le PVC était perçu comme un matériau non recyclable, destiné à finir en décharge ou à être incinéré. En 2000, l'industrie du PVC en Europe a décidé de lancer Vinyl2010¹⁷ : un plan d'actions qui avait pour objectif principal de mettre sur pied des filières de collecte et de recyclage adaptées aux différents types de déchets en fin de vie à traiter. L'engagement volontaire Vinyl2010 (2000-2010) a permis de recycler annuellement 260 000 t de PVC post-consommation¹⁸, au lieu des 200 000 t prévues initialement.

La création de l'initiative Recovinyl¹⁹ et le développement de procédés de recyclage tels que Vinyloop²⁰ et Texyloop^21,22 ont permis d'atteindre cet objectif. Le procédé Vinyloop²³ est une méthode de recyclage chimique qui permet de recycler le PVC sous forme de déchets composites. Ce procédé diffère du procédé plus répandu de broyage. Le PVC usé, qui peut provenir de différentes sources telles que les câbles et les profilés, est plongé dans un solvant et est filtré par la suite.

En 2013, plus de 444 000 t de PVC ont été recyclées en Europe, contre 362 000 t en 2012²⁴.

L'industrie européenne du PVC a décidé de reconduire un nouvel engagement volontaire, VinylPlus, afin d'être en phase avec les objectifs européens 2020. Cette fois-ci, elle vise à recycler 800 000 t de PVC par an d'ici 2020²⁵.

Commerce

En 2014, la France exportait en moyenne 70 000 t de PVC (base, plastifié et non-plastifié confondus) par mois, et importait en moyenne 25 000 t. Le prix moyen observé aux frontières du PVC obtenu par suspension (S-PVC) brut (non additivé) est de 950 €/t²⁶.

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• (en) J.G. Speight et Norbert Adolph Lange, Lange's handbook of chemistry, McGraw-Hill, 2005, 16^e éd., 1623 p. (ISBN 0-07-143220-5), p. 2.807.
• « Chlorure de polyvinyle - Propriétés toxicologiques » [archive], sur le site du CSST, Service du répertoire toxicologique, 5 mai 1998 (consulté le 12 juin 2014).
• (en) CIRC, « Agents classified by the IARC monographs, Volumes 1–109 » [archive] [PDF], sur monographs.iarc.fr, 31 mars 2014 (consulté le 12 juin 2014).
• « Chlorure de polyvinyle [archive] » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009.
• Nom et abréviation selon la norme EN ISO 1043-1, Plastiques - Symboles et termes abrégés - Partie 1 : polymères de base et leurs caractéristiques spéciales.
• Jean Dumont et Jean Guignard, Le PVC et ses applications, p. 19, Nathan, 1996.
• (en) W.V. Titow, PVC technology, Springer, 31 décembre 1984, 6– (ISBN 978-0-85334-249-6, lire en ligne [archive]).
• Société chimique de France, lire en ligne [archive].
• Jean-Louis Vigne, « Polychlorure de vinyle » [archive], Société chimique de France, mai 2017.
• (en) Pat Costner et al., PVCː A primary contributor to the U.S. dioxin burden [archive] [PDF], Greenpeace, février 1995 (consulté le 6 décembre 2015).
• Franceinfo: Sud Sarthe : le chlorure de vinyle monomère rend l'eau du robinet impropre à la consommation [archive]
• Vinyl2010 - 10 ans - Rapport sur les activités de l'année 2010 et résumé des étapes‑clés et des objectifs des 10 dernières années [archive] [PDF], 2011.
• Florence Roussel, « 260 000 tonnes de déchets en PVC ont été recyclées en 2010 en Europe » [archive], sur actu-environnement.com, 12 avril 2011 (consulté le 30 août 2015).
• (en) « Recycling increase » [archive], sur GGP Magazine, 23 juin 2014 (consulté le 30 août 2015).
• D^r Charles E. Wilkes, D^r James W. Summers, D^r Charles Anthony Daniels, PVC handbook, p. 673, Carl Hanser Verlag, 2005.
• Stuart Patrick, Practical guide to polyvinyl chloride, p. 136, Rapra Technology Limited, 2005.
• « Texyloop » [archive], sur texyloop.com (consulté le 2 février 2013).
• TNO, Chemical Recycling of Plastics Waste (PVC and Other Resins), p. 37, 1999.
• « Le PVC de plus en plus recyclé » [archive], sur decouvrirlepvc.org (consulté le 1^er mars 2014).
• Alexandre Couto, « Les industriels veulent recycler davantage » [archive], sur e-plasturgy.com, 23 juin 2011 (consulté le 30 août 2015).

Annexes

Articles connexes

• Ignifugation
• Poly(chlorure de vinyle) surchloré
• Perturbateur endocrinien, pour les effets des phtalates sur la santé.
• Découpe vinyle

Liens externes

• (en) The European PVC Portal (European Council of Vinyl Manufacturers) [archive]
• (de) Kevin Voigt, Platten aus PVC [archive]
• (en) VinylPlus [archive]
• Découvrir le PVC [archive]

• Portail de la chimie
• Portail des sciences des matériaux

Peinture

 

• Peinture, matière appliquée sur un support :
  • peinture routière, signalisation routière au sol,
  • peinture anti-Wi-Fi.
• Peinture, tâche de finition colorée des éléments de construction, intérieurs et extérieurs.

Arts

Dans les arts, « peinture » peut désigner :

• la peinture, une discipline des Beaux-Arts ;
• une peinture, l'œuvre artistique réalisée, l'ouvrage achevé peint sur un support comme une toile (peinture de chevalet), un mur (fresque)…
• par extension, une technique picturale, par exemple la peinture à l'huile, la peinture sur toile ou la peinture à la chaux ;
• c'est aussi la désignation globale d'un ensemble d'œuvres partageant des caractéristiques esthétiques communes : peinture animalière, peinture française, peinture de la Renaissance, peinture-peinture, etc. ;

• par extension, les techniques d'animation telles que la peinture cache, la peinture animée et la peinture ombre.

Œuvres

Peinture ou Peintures est un titre d'œuvre notamment porté par :

• Peinture, titre donné par Joan Miró à plusieurs toiles réalisées notamment en 1930, 1925/1964, 1927 et vers 1973 ;
• Peinture (La Tache rouge), toile de Joan Miró réalisée en 1925 ;
• Peinture (Le Cheval de cirque), toile de Joan Miró réalisée en 1927 ;
• Peinture (Le Fou du roi), toile de Joan Miró réalisée en 1926 ;
• Peinture (Tête), toile de Joan Miró réalisée en 1927 ;
• Peintures, un recueil de poèmes en prose de Victor Segalen ;
• Peintures, septième album d'Herbert Pagani.

Toponymie

• Les Peintures, commune française.

Notes et références

Voir aussi