Un matériau roi : le béton de ciment Portland
Nanotechnologies et nanomatériaux pour la construction - Génie civil — ouvrages d’art

Avec environ 1 m³ par habitant et par an, le béton est le matériau industriel le plus utilisé au monde. Avec le pétrole pour l’énergie et le silicium pour les technologies de l’information et de la communication, le béton – pour la construction – est l’un des trois piliers matériels de notre société actuelle. De manière générale, un béton est un matériau composite constitué de granulats et d’une colle, ou liant, destinée à assurer la cohésion des granulats (figure 1). La terre crue, compactée, peut être considérée comme un béton naturel, la fraction fine - l’argile - jouant le rôle de liant des fractions plus grossières, limon, sable, cailloux. Mais le béton le plus connu est incontestablement celui que nous appelons « le » béton, dans lequel la colle n’est autre que le ciment Portland, dont la base a été mise au point il y a plus d’un siècle et demi par Vicat et Smeaton. Le béton bitumineux des « enrobés » qui couvrent nos routes dispute au précédent la place de matériau roi dans nos infrastructures. À eux deux et de manière complémentaire ils constituent l’ossature du territoire. Sans eux, pas de routes, rues, ponts, viaducs, tunnels, réseau d’assainissement, pas d’infrastructures portuaires ou aéroportuaires, pas de centrale de production d’électricité.

Quasi-entièrement minéral (la partie organique, ultra-minoritaire, n’en est pas moins essentielle et source de progrès, comme nous le verrons), le béton de ciment Portland peut être considéré comme une roche artificielle. La magie du béton est que, pendant un certain temps, il s’agit d'une roche liquide, sans qu’il soit besoin de le chauffer. Cela lui donne une aptitude exceptionnelle à être transporté, pompé et coulé dans des coffrages de forme quelconque. Avec une formulation granulaire optimisée, sa résistance en compression peut approcher celle de l’acier, ce qui signifie qu’un pilier de béton haut de quatre kilomètres, qui ne s’écroulerait pas sous son propre poids, est une chose parfaitement concevable.

Le ciment Portland est obtenu par chauffage d’argile et de calcaire à 1 450 °C. La réaction, partiellement en phase solide et partiellement en phase liquide, produit après refroidissement un matériau appelé clinker qui est une masse frittée, partiellement...