DEUXIÈME MÉMOIRE

Dans mon premier Mémoire, je crois avoir démontré que la théorie de l’hydraulicité fondée sur l’hydratation ne s’étend pas à tous les corps qui se forment dans la réaction de la chaux sur l’argile.

Produisant, en effet, des silicates de chaux ou des silicates d’alumine et de chaux dans les conditions les plus diverses, j’ai prouvé que ces sels ne s’hydratent et ne se solidifient jamais dans leur contact avec l’eau, s’ils ne contiennent pas de chaux libre. En m’appuyant sur les belles expériences de MM. Rivot et Chatonay, j’ai établi que, de tous les corps qui prennent naissance dans la calcination d’un calcaire argileux, l’aluminate de chaux est le seul qui ait la propriété de se solidifier dans l’eau en s’hydratant.

Or, comme l’aluminate de chaux ne se forme pas toujours dans la calcination des calcaires argileux, et que même sa production, dans certains cas, n’est pas nettement démontrée, il fallait chercher une théorie de la prise des ciments hydrauliques qui fût indépendante des phénomènes d’hydratation.

J’ai émis alors l’opinion que la prise des ciments pourrait être due à un phénomène pouzzolanique, et que les silicates contenus dans les ciments agissaient à la manière des pouzzolanes, sur la chaux grasse qui s’y trouve.

Je n’ai énoncé cette idée qu’avec une certaine réserve, parce qu’à l’époque de ma première communication, je ne connaissais pas encore tous les caractères des pouzzolanes et leurs différents modes de production.

Mais aujourd’hui, après avoir étudié les circonstances variées qui donnent naissance aux pouzzolanes et constaté toute l’énergie de leur hydraulicité, je me propose d’établir toute l’importance du phénomène pouzzolanique dans la prise des ciments hydrauliques.

Tel est le but des expériences que je vais résumer dans ce second Mémoire sur les ciments.

J’établirai d’abord que les seuls éléments de l’argile, lors même qu’ils ne reçoivent pas l’influence de la chaux, pendant la calcination, peuvent donner naissance à des pouzzolanes énergiques.

On sait qu’une pouzzolane est un corps qui, à l’état isolé, n’exerce aucune action sur l’eau, mais qui, mélangé à la chaux grasse, prend, sous l’influence de l’eau, une dureté comparable à celle de la pierre.

L’argile, prise à son état normal, c’est-à-dire hydratée, ne présente dans

aucun cas les caractères d’une pouzzolane. Mélangée à 20 pour 100 de chaux hydratée, elle ne durcit jamais dans son contact avec l’eau ; mais lorsqu’on la calcine à une température convenable, on la transforme en une pouzzolane qui, en agissant sur la chaux grasse, peut se solidifier complètement sous l’eau.

J’ai examiné avec le plus grand soin ce phénomène curieux qui avait déjà été étudié par Vicat et qui est fondamental pour la théorie de l’hydraulicité.

J’ai reconnu d’abord que la transformation de l’argile en pouzzolane par l’action de la chaleur est indépendante des corps étrangers que l’argile contient ordinairement, tels que la chaux, la magnésie, les alcalis, l’oxyde de fer.

Opérant sur des argiles réfractaires très pures, telles que celles de Forges et du Nord, qui contiennent 65 de silice, 25 d’alumine et 10 d’eau, et qui peuvent être représentées par la formule (Si0 2 ) 5 ,Al s 0 3 ,2H0, je les ai transformées, par la calcination, en pouzzolanes excellentes : les proportions de corps étrangers contenus dans ces argiles sont insignifiantes et sans action sur les propriétés hydrauliques du composé, comme je l’ai reconnu dans de nombreux essais.

Aussi la propriété pouzzolanique appartient au silicate d'alumine hydraté pur et n’exige pas, pour se manifester, comme on l’a quelquefois soutenu, l’influence de la chaux.

La transformation de l’argile en pouzzolane est, au contraire, fortement influencée par les conditions différentes de la calcination. Une simple dessiccation est insuffisante pour transformer l’argile en pouzzolane ; mais lorsque l’argile est chauffée à 700 degrés environ, c’est-à-dire au rouge naissant, elle se déshydrate complètement, et c’est alors seulement qu’elle se change en pouzzolane; ainsi le développement du caractère pouzzolanique dans l’argile concorde avec sa déshydratation.

En continuant à chauffer l’argile au rouge et même en l’exposant pendant plusieurs heures à la température élevée que produit un four Siemens, j’ai reconnu qu’on ne faisait pas disparaître les propriétés pouzzolaniques de l’argile calcinée, mais qu’on ralentissait leur manifestation.

Par des calcinations faites à des températures variables, on peut donc produire, avec de l’argile seule, des pouzzolanes qui seront à prises lentes ou à prises rapides.

Que se passe-t-il dans la calcination d’une argile ?

Pourquoi ce corps, qui à l’état hydraté n’agissait pas sur la chaux, a-t-il acquis, par la calcination, la propriété de se combiner à cette base?

Ce fait important peut être facilement expliqué.

J’admets d’abord que, par la calcination, l’argile a donné naissance à une sorte de tissu minéral poreux qui peut absorber la chaux; on sait que depuis longtemps M. Chevreul attribue la prise des ciments hydrauliques à l’affinité capillaire.

1 En second lieu, m’appuyant sur les propriétés de l’argile si bien étudiées par Vicat et sur des faits que j'ai développés dans mes Mémoires sur les acides métalliques, j explique d’une autre manière le pouvoir pouzzolanique que la chaleur développe dans les argiles.

Les deux éléments constitutifs de l’argile, c’est-à-dire la silice et l’alumine, étant une fois isolés de l’argile et se trouvant sous des états allotropiques particu-

liers, possèdent des propriétés pouzzolaniques incontestables qui ont été signalées par Vicat.

Or il est facile de prouver que la déshydratation de l’argile a pour effet de mettre en liberté une certaine quantité de silice et d’alumine.

Il suffit, en effet, de chauffer l’argile au rouge et de la traiter ensuite par les acides, pour enlever une proportion considérable d’alumine que les mêmes acides ne pouvaient pas dissoudre avant la calcination.

La chaleur met donc en disponibilité dans l’argile des éléments qui d'abord se trouvaient combinés entre eux. ;

Puisqu’il est établi en outre par des expériences directes que la silice et l’alumine isolées se comportent comme des pouzzolanes, il devient facile de comprendre la transformation de l’argile en pouzzolane par l’action de la chaleur

Cette décomposition de l’argile par la calcination ne doit pas surprendre ; elle s’accorde parfaitement avec un grand nombre de faits que j’ai développés dans des publications précédentes.

L’argile, en effet, est un silicate d’alumine hydraté : or, j’ai prouvé qu’il existe un grand nombre de sels hydratés dans lesquels l'eau est constitutive, et qui se décomposent entièrement par le seul fait de la déshydratation; cette propriété curieuse se constate surtout dans les sèls qui contiennent des acides faibles, tels que les acides métastannique, antimonique, antimonieux, plombeux, silicique, etc.

Dans un de mes derniers Mémoires sur la polyatomicité de l’acide silicique, j ai même signalé des phénomènes qui s’appliquent directement à l’argile et qui expliquent sa transformation en pouzzolane par îa calcination.

J’ai démontré que certains silicates alcalins de la formule (Si0 2 ) 5 ,M0,Aq se décomposent d’une manière si nette, lorsqu’on les déshydrate par la chaleur, que le produit de la calcination, qui d’abord était soluble, s’est transformé en une masse siliceuse insoluble et en alcali libre que l’eau peut enlever.

C est une décomposition de cette nature que l’argile éprouve par la calcination ; ses éléments se séparent, au moment de la déshydratation, comme les silicates alcalins dont j’ai parié.

On comprend donc facilement que, dans la calcination d’un calcaire argileux, les éléments seuls de 1 argile, isolés par la chaleur et se trouvant en présence de la chaux, puissent donner naissance à une prise hydraulique.

Mais cette explication de la prise des ciments hydrauliques serait incomplète, si je me bornais à faire jouer un rôle pouzzolanique à la silice et à l’alumine, qui sortent des argiles à la suite d’une calcination.

Il est incontestable que, lorsqu’on calcine un calcaire argileux, il se fait autre chose qu une simple élimination de silice et d’alumine, et que les éléments 1 argile se combinent à la chaux : ce qui le démontre nettement, c’est l’action de 1 acide chlorhydrique, qui d abord ne faisait pas gelée avec le calcaire argileux, et qui, après la calcination, produit une gelée abondante de silice.

S il existe des pouzzolanes binaires formées uniquement de silice et d’alumine, il s’en trouve aussi de ternaires contenant de la silice, de l’alumine et de la chaux ; il peut même s’en produire de plus complexes encore.

Ce sont ces pouzzolanes contenant plusieurs bases qui prennent naissance

lorsqu’un mélange naturel ou artificiel d’argile et de calcaire est soumis à une température élevée : les pouzzolanes naturelles appartiennent à cet ordre de composés.

Aussi, dans la calcination d’un calcaire argileux il peut se produire deux espèces différentes de pouzzolanes : les unes résultent de la seule modification que .l’argile éprouve par l’action de la chaleur; les autres sont formées par la combinaison de l’argile avec la chaux. Ces deux espèces de pouzzolanes se trouvant en présenee de la chaux libre qui existe dans tous les ciments, déterminent leur pi'ise hydraulique.

Pour confirmer cette théorie de l’hydraulicité, il fallait démontrer que tous les ciments sont formés effectivement de deux parties, l’une calcaire et l’autre pouzzolanique; il s’agissait en outre de prouver que leur prise dans l’eau était bien due à l’action mutuelle de ces deux corps.

Les expériences suivantes, que j’ai étendues à un grand nombre de ciments différents, me paraissent donner rigoureusement cette démonstration.

La présence de la chaux libre dans un ciment se démontre facilement en soumettant le ciment à l’action de tous les dissolvants de la chaux, tels que l’eau, l’eau sucrée, etc.

Pour établir la constitution pouzzolanique d’un ciment, je soumets à l’action de l’acide chlorhydrique étendu un ciment hydraulique très actif, comme celui de Pouilly, qui se prend dans l’eau aussi rapidement que le plâtre et dont l’hydraulicité a été attribuée à un phénomène d’hydratation de silicates : l’acide est employé en quantité suffisante pour dissoudre la chaux libre qui se trouve dans le ciment, mais il n’est pas assez concentré pour attaquer la pouzzolane que le ciment contient.

J’ai constaté que le ciment de Pouilly, ainsi privé de la cbaux libre qui s’y trouve, a perdu toutes ses propriétés hydrauliques : la partie insoluble dans l’acide se comporte dans l’eau comme un corps inerte ; elle fait gelée avec les acides concentrés et résulte de la combinaison de la silice avec l’alumine, la chaux et l’oxyde de for.

Mais si ce corps qui a résisté à l’action des acides étendus ne possède lui-même aucune propriété hydraulique, il l’acquiert immédiatement dès qu’il est mélangé à la chaux et constitue alors un corps qui présente toute l’hydraulicité du ciment de Pouilly.

On peut donc admettre que le ciment sur lequel l’expérience précédente a été faite est bien un mélange pouzzolanique, puisqu’on le paralyse en lui enlevant la chaux qu’il contient et qu’on le régénère en lui rendant la chaux que les acides ont dissoute.

En présence de tous ces faits, je suis donc conduit à énoncer de la manière suivante la théorie de l’hydraulicité des ciments :

1° Tout ciment hydraulique est un mélange de pouzzolane et de chaux ; sa prise est due à l’action de la chaux hydratée sur la pouzzolane qu’il contient, et non à 1 hydratation des silicates qui se sont produits pendant la calcination.

2° Les pouzzolanes présentent les compositions chimiques les plus diverses, elles peuvent être formées par de la silice et par de l’alumine sous certains états allotropiques, par de l’argile calcinée, par des silicates simples ou doubles, par

des aluminates; je ne parle pas ici des composés magnésiens, parce que leurs caractères hydrauliques ont été bien établis par H. Sainte-Claire Deville.

3° Dans la calcination d’un calcaire argileux, différentes pouzzolanes binaires et ternaires peuvent prendre naissance; les propriétés hydrauliques du composé dépendront alors de la nature ou de la proportion de l’argile qui se trouvait dans le mélange, et aussi de la température à laquelle la ealcinalion a été portée.

4° Lorsque dans la calcination d’un mélange d’argile et de carbonate de chaux il se produit de l’aluminate de chaux, ce sel peut alors, en s’hydratant, contribuer à la prise du ciment.

Ces idées diffèrent d’une manière notable de celles qui sont généralement admises : qu’il me soit permis d’indiquer, en terminant, l’influence qu’elles pourront exercer, selon moi, sur la pratique.

J’attribue les accidents que l’on observe dans l’emploi des ciments hydrauliques à l’incertitude que présente toujours leur composition : c’est un mélange qui contient des éléments variables ; on ne connaît jamais la nature de la pouzzolane qui s’y trouve, et c’est elle cependant qui constitue la qualité réelle du ciment.

En admettant même que l’analyse chimique ait déterminé avec précision la nature et la proportion des corps qui constituent un calcaire argileux, des différences de température dans la calcination pourront produire avec le même mélange les ciments les plus divers : c’est ce que la pratique constate journellement, puisqu’elle désigne sous les noms différents de Portland, de ciments, de chaux hydrauliques, etc., les parties différemment chauffées d’un même mélange d’argile et de calcaire, et qu’elle ne leur attribue pas la même valeur.

Pour faire disparaître toutes ces incertitudes, je voudrais que dorénavant, dans la préparation des ciments hydrauliques, on prit pour base des composés bien définis, dont la composition varierait avec les usages auxquels on les destine ; en un mot, je voudrais compléter la fabrication des ciments actuels par la production de pouzzolanes artificielles, présentant une constitution certaine, et qui seraient mélangées ensuite aux quantités voulues de chaux grasse.

Je suis persuadé qu’en agisant ainsi, on obtiendrait des résultats qui n’ont pas été constatés avec les ciments ordinaires.

Déjà, dans mes études sur les différentes espèces de pouzzolanes argileuses, j’en ai rencontré quelques-unes qui, loin d’être altérées par l’action des sels magnésiens, prennent sous cette influence une dureté exceptionnelle.

En poursuivant mes recherches, j’espère donc trouver le ciment hydraulique 'ésistant à l’eau de mer, que les anciens connaissaient, et que nos ingénieurs cherchent depuis si longtemps.