IL — MATÉRIAUX ARTIFICIELS

Les matériaux artificiels desquels nous nous occuperons d’abord, sont les rlmux, les cianaeaits et en général les mortiers. Nous leur réunirons les divers matériaux qui servent à la fabrication des mortiers, tels que la

pouzzolane, le trass , 1 arène , etc.

Le grand nombre des exposants qui ont envoyé de ces produits àl’Exposition Universelle, témoigne del’importance qui est attachée maintenant à la recherche et à l’emploi de ces matériaux artificiels de construction. On comptait, en effet, 92 exposants, sur lesquels hl appartenaient à la France, 9 à la Prusse, 5 à l’Autriche et 5 au Royaume-Uni.

Les chaux et ciments sont des produits dont la qualité ne saurait être appréciée par une simple inspection ; aussi, à l’Exposition universelle de Londres, le Jury mixte avait-il eu le soin de les soumettre à différentes recherches. M. Mary, président de la XIVe Classe, jugea de même que des expériences spéciales devenaient indispensables pour reconnaître quels étaient, parmi ces produits, ceux qu’il convenait de récompenser, et M. Le Play* Commissaire général, s’empressa de mettre à sa disposition le crédit qui était nécessaire.

Ces expériences sur les chaux et les ciments ont été faites au laboratoire de l’École Impériale des Potits et Chaussées, avec le concours de notre collègue, M. Hervé-Mangon* et dans toutes les opérations nous avons été secondés avec beaucoup de zèle et d’intelligence par M. Brivet* aide du laboratoire.

Comme il n’était pas nécessaire de faire des analyses

exactes , mais simplement quelques essais rapides propres à éclairer le Jury, voici quelle a été la marche suivie :

Composition chimique. — Deux grammes de la chaux ou du ciment qu’il s’agissait d’examiner, étaient réduits en poudre et attaqués par l’acide chlorhydrique. On évaporait la liqueur à sec, de manière à séparer la silice. Cette silice était quelquefois mélangée d’un peu de sable qui reste inerte dans le durcissement du mortier ; on a eu soin d’indiquer cette circonstance quand elle se présentait.

Dans la liqueur mère, on a précipité l’alumine et l’oxyde de fer par l’ammoniaque, en évitant autant que possible d’entraîner la magnésie. On n’a pas séparé l’alumine de l’oxyde de fer.

La chaux a été précipitée par l’oxalate d’ammoniaque et dosée à l’état de chaux caustique.

La magnésie a été précipitée par le phosphate de soude et d’ammoniaque.

Le peu de temps qu’il était possible de consacrer à ces essais ne permettait pas de doser les alcalis, qui n’entrent d’ailleurs qu’en petite quantité dans les chaux et les ciments.

On a dosé cependant l’acide sulfurique, qui se trouve à l’état de sulfate de chaux, quelquefois à la proportion de plusieurs centièmes. Pour cela on a fait bouillir deux grammes de matière avec une dissolution de carbonate de soude ; on a fdtré la liqueur alcaline qu’on a saturée avec de l’acide chlorhydrique ; puis on y a versé du chlorure de barium et on a cherché l’acide sulfurique correspondant au sulfate de baryte obtenu.

Le sulfate de chaux contenu dans les chaux et les ciments provient des pyrites qui se trouvent dans les calcaires servant à leur fabrication ; il provient aussi de la houille ou du combustible qui est employé pour la cuisson. Lorsqu’il est en quantité notable, il nuit à la durée et à la résistance du mortier.

La perte au feu qui consiste en eau, accompagnée quel-

quefois d’acide carbonique, était déterminée par une forte calcination : cette perte était variable et dépendait souvent d’altérations accidentelles subies pendant le voyage ; il était donc préférable de rapporter toutes les analyses à la matière calcinée. Aussi on a représenté par 100 la somme des différentes substances , puis on a calculé la composition de la matière calcinée. A la suite de chaque analyse, on a d’ailleurs fait connaître, d’après M. Yicat, quelle était la classe à laquelle la chaux et le ciment appartenaient.

Propriétés diverses. — Les essais qui précèdent avaient pour but de connaître la composition chimique : dans les expériences desquelles nous allons parler maintenant ; nous avons fait des recherches sur quelques autres propriétés des chaux et des ciments.

Poids. — Nous donnons le poids du mètre cube de la chaux, du ciment, de la pouzzolane, pulvérisés et non tassés, à l’état sous lequel ces matériaux sont livrés au commerce. Pour quelques-uns d’entre eux, ce poids a été déterminé par une expérience directe.

Changement de volume . — Lorsque la chaux ou le ciment sont gâchés avec l’eau, leur volume change d’une manière très-notable. Avec certaines chaux ce volume augmente, et il y a foisonnement ; avec les ciments il diminue, et il y a au contraire contraction. Il nous a paru qu’il était utile de déterminer ces changements de volume dans le gâchage, car ils représentent le rendement des matériaux employés.

Nous avons procédé de la manière suivante : une tôle trèsflexible a été coupée suivant un rectangle et enroulée de manière à former un cylindre droit. Deux cercles de fer passés aux extrémités de ce cylindre servaient à le maintetenir. Suivant une arête du cylindre , on avait marqué les volumes correspondant aux différentes hauteurs.

La chaux ou le ciment dont il fallait déterminer le changement de volume était introduit sans tassement dans le cylindre de tôle ; on agitait la matière de manière à rendre sa surface supérieure horizontale, et on prenait

alors son volume. Ensuite on faisait le gâchage en évitant de mettre un trop grand excès d’eau. Avant que la matière eût fait prise, on rendait de nouveau sa surface supérieure horizontale, puis, quand on l’avait laissée sécher, on déterminait son volume. La différence entre le volume primitif et le volume après le gâchage, étant divisée par le volume primitif, donne ce que nous appellerons le foisonnement ou la contraction.

Pour que les résultats obtenus fussent rigoureusement comparables, il faudrait que toutes les matières essayées fussent réduites au même degré de finesse et tassées de la même manière. Nous avons opéré sur les chaux ou les ciments blutés et tels qu’on les livre dans le commerce. Comme nous le verrons d’ailleurs, on obtiendrait des résultats différents en opérant sur ces matériaux non pulvérisés et tels qu’ils sortent du four.

Augmentation de poids. — Il était encore intéressant de déterminer la quantité d’eau absorbée par la chaux ou par le ciment. Pour cela, on pesait la matière avant de la mettre dans le cylindre de tôle; après qu’elle avait fait prise, on enlevait les cercles de fer du cylindre de tôle, on la laissait s’égoutter et sécher un peu à l’air, puis on la pesait de nouveau.

La différence entre le deuxième poids et le premier, divisée par le premier poids, représente l’augmentation de poids Cette augmentation est due à de l’eau qui est entrée en combinaison dans le mortier et aussi à de l’eau hygrométrique, la dessiccation n’ayant pu être complète.

L’augmentation de poids a été déterminée sur la matière blutée, telle quelle est livrée au commerce. Si l’on avait opéré sur la matière sortant du four, ou calcinée au moment de l’expérience, les résultats auraient nécessairement été différents.

Prise. — Il fallait encore déterminer le temps nécessaire à la prise pour les chaux et les ciments essayés. On a toujours opéré sur la matière pure qui a été gâchée, sans addi-

tion de sable, avec la quantité d’eau nécessaire. On en a fait deux petits cylindres ou gangues ayant 3cent-,5 de diamètre à la base et 2cen\5 de hauteur. On a chassé l’excès d’eau en comprimant légèrement ces gangues ; ensuite chacune d’elles a été mise dans un verre ; l’une a été immergée au bout de 10 minutes , l’autre au bout de 12 heures, Avec M, Yicat, nous avons admis que la prise avait lieu lorsque la gangue pouvait supporter une aiguille de l,pillim-, 2 carré de section, chargé d’un poids de 300 grammes,

On sait d’ailleurs que le temps nécessaire à la prise est très-variable; qu’il est quelquefois moitié moindre en été qu’en hiver ; qu’il est plus petit pour le ciment frais que pour celui qui est fabriqué depuis plusieurs mois; qu’il dépend aussi de la quantité d’eau employée dans le gâchage.

On a cherché à préparer toutes les gangues de la même manière, mais il n’était pas possible de tenir compte de l’âge des chaux ou des ciments essayés.

Résistance. — Enfin, à l’aide d’un petit appareil installé par M. Hervé41angon,nous avons fait quelques expériences pour déterminer la résistance à la traction. A cet elïet, on a collé des briques en croix, en interposant entre elles une couche suffisamment épaisse de la chaux ou du ciment qui était à essayer. Le huitième jour, on a cherché quel était le poids nécessaire pour produire l’arrachement. Il n’a pas été tenu compte des essais dans lesquels les briques se sont décollées. L’impossibilité d’obtenir des quantités suffisantes de toutes les chaux envoyées à l’Exposition n’a pas permis de multiplier davantage ces essais. Ils donnent seulement des résultats comparables entre eux : on sait en effet que la résistance d’un mortier varie beaucoup avec l’époque de sa fabrication. Elle varie aussi avec les conditions dans lesquelles il a été placé ; ainsi , elle n’est pas la même lorsqu’il est resté exposé à l’air, et lorsqu’il a été plongé dans l’eau douce ou dans l’eau de mer.

Nous avons opéré sur du mortier gâché sans addition de sable et exposé à l’air pendant huit jours. Sa résistance

rU0 CHAUX, CIMENTS ET MORTIERS.

à la traction sera toujours donnée en kilogrammes et pour un centimètre carré.

Nous avons réuni d’ailleurs plusieurs expériences, qui nous ont été communiquées par divers observateurs, et qui font connaître la résistance à la traction ou à l’écrasement de quelques mortiers qui avaient été exposés.

Toutes les expériences dont nous donnerons plus loin les résultats ont été exécutées d’après la marche qui vient d’être indiquée et sur les produits mêmes envoyés à l’Exposition. Lorsque nous aurons recours à des expériences antérieures, nous aurons soin de le mentionner.

La Commission delaXIV6 Classe, chargée plus spécialement de l’examen des chaux, ciments et mortiers, se composait de MM. Léonce Reynaud, Courtier, E. Trélat, Love, Delesse.

Dans les propositions de récompenses quelle a faites au Jury, elle a eu égard, non-seulement aux expériences de laboratoire, mais encore aux certificats et aux témoignages d’un grand nombre d’ingénieurs, d’officiers et d’architectes qui avaient eu l’occasion de faire usage des produits exposés. Elle a tenu compte aussi des titres que certains exposants s’étaient acquis, soit par un nouveau procédé de fabrication, soit par la découverte d’un gîte de ciment ou de chaux hydraulique.

Enfin elle a encore attaché une importance spéciale aux quantités de chaux et de ciment produites annuellement dans chaque usine, et par suite, aux services déjà rendus dans les constructions.

FRANCE

M. Vicat (n° 4348). — Le Jury ne pouvait s’occuper de l’examen des chaux hydrauliques sans avoir à tenir compte des nombreux et importants travaux de M. Yicat, Inspecteur général des ponts et chaussées, à Grenoble. Aussi, bien que M. Yicat ne fût pas exposant, le Jury crut devoir user de la faculté qui lui avait été laissée, et il lui a décerné une récompense comme inventeur.

Les travaux de M. Vicat sont trop connus pour qu’il soit nécessaire de les énumérer. La récompense qu’il a obtenue à l’Exposition Universelle est la consécration de toutes celles qui lui ont été décernées antérieurement par la Société d’ Encouragement et par l’Académie des Sciences.

Le Gouvernement lui-même a donné à M. Vicat une récompense nationale exceptionnelle, et une loi promulguée le 20 juin 1845, sur le rapport d’Arago et de M. le baron Thénard, lui accorde une pension de 6,000 francs.

Pour faire apprécier l’importance des travaux de M. Vicat, il nous suffira d’ailleurs de reproduire une partie du rapport présenté en 1846 à la Société d’Encouragement, par un membre illustre de la Commission Impériale. Voici, en effet, comment s’exprimait M. Dumas, en proposant pour M. Vicat le prix de 12,000 fr., fondé par M. le marquis d’Argenteuil :

« Grâce à M. Vicat, partout on peut construire sous l’eau; » partout on peut bâtir sur des terrains submergés , aussi » facilement, aussi sûrement qu’on s’élève hors du sol.

» Ces privilèges de quelques chaux justement célèbres, » ces propriétés si recherchées des pouzzolanes antiques de » l’Italie, de quelques ciments rares et chers, tout cela s’ex- » plique de la manière la plus simple, se reproduit à volonté » avec une extrême facilité et avec des matériaux que la na- » ture a prodigués sous nos pas.

» Tout cela s’obtient avec de la chaux et de l’argile diver- » sement mélangées; M. Vicat l’a dit le premier, l’a prouvé » le premier, l’a mis en pratique en grand le premier. »

» Sans argile , la chaux donne un mortier qui durcit , il » est vrai, lentement à l’air, à mesure qu’il en absorbe » l’acide carbonique, mais qui se délaye ou se dissout dans » l’eau avec une telle promptitude, que toute tentative pour » bâtir sans son aide sous l’eau serait désastreuse.

» Mêlée d’argile, la chaux fait au contraire sous l’eau une » prise prompte et sûre ; elle y acquiert la dureté de la pierre » elle-même ; seulement, il faut savoir cuire le mélange à » propos.

IG

m CHAUX, CIMËNÎS ET MORTIERS.

» M, Vicat nous a donc appris en quoi diffèrent les chaux » quon nomme depuis longtemps chaux grasses, chaux » maigres et chaux hydrauliques.

» Les premières sont des chaux pures ; elles donnent des » mortiers qu’on doit employer seulement dans les travaux » aériens d’une faible épaisseur. Pour que ces mortiers se » solidifient, il faut que l’air les pénètre et leur fournisse » l’acide carbonique, principe de leur dureté.

» Les chaux maigres contiennent de la magnésie; elles » n’ont aucune qualité particulière.

» Mais les chaux hydrauliques , produites par des cal- » caires argileux, fournissent au constructeur des mortiers » dont la dureté finit par s’élever au même degré que celle >! de la pierre calcaire elle-même.

» Avec 10, 15, 35 p. 100 d’argile, les chaux deviennent » de plus en plus hydrauliques.

» Si la chaux ne renferme pas cette argile, il suffît d’en » faire le mélange avant la cuisson, pour quelle devienne » plus ou moins hydraulique, selon la proportion.

» Si l’on porte l’argile à 33 p. 100, on obtient ces produits » singuliers, si importants, qui font une prise presque in- » stantanée sous l’eau ou à l’air, et qu’on désigne très-im- » proprement aujourd’hui dans le commerce sous le nom de » ciment romain, mais que les Romains n’ont jamais connu.

» Après avoir appris de quelles substances se composent » les chaux hydrauliques, comment on peut les faire de » toutes pièces, M. Yicat n’a pas tardé à démêler la nature » de tes argiles naturelles qu’on nomme pouzzolanes ou » trass, et dont les Romains faisaient tant d’usage comme » moyen de durcir leurs mortiers.

» Ce sont des argiles qui ont été calcinées par les feux » des volcans avec des alcalis ou même avec un peu de » chaux , et qui ont acquis la faculté de rendre la chaux » grasse instantanément hydraulique par leur mélange avec » elle.

» En effet, en calcinant une argile quelconque avec de la

)> chaux ou des alcalis , on en fait une véritable pouzzolane.

» M, Yicat a donc tout vu, tout analysé, tout démontré » par l’expérience du laboratoire, tout contrôlé par l’épreuve » de la grande pratique dans ce vaste sujet. Par lui, la » science moderne a tout d’un coup égalé, tout d’un coup » surpassé le génie tant célébré des constructeurs de l’an- » cienne Rome.

» Mais après le savant est venu le citoyen dévoué, l’in- » génieur infatigable.

» Convaincu que la nature avait déposé presque partout » des calcaires propres à fabriquer des chaux hydrauliques, » M. Vicat a parcouru la France, presque toujours à pied; » il a désigné aux ingénieurs , aux entrepreneurs de nos » constructions plus de 300 carrières capables de fournir » des chaux hydrauliques. »

Ajoutons encore que depuis 18A6, M. Vicat n’a cessé de poursuivre ses recherches avec la même activité, et que sa grande expérience est tous les jours mise à profit pour les travaux considérables qui s’exécutent en France dans ce moment. De plus, il a trouvé dans son fils un collaborateur zélé auquel il a transmis les traditions d’une longue pratique, traditions qui ne sont pas moins nécessaires que les études théoriques pour la solution des questions si délicates se rattachant à la fabrication des mortiers. Le Jury a donc pensé que par ses recherches théoriques et pratiques sur les chaux hydrauliques et les mortiers, M. Vicat était digne de la plus haute récompense, et il lui a décerné la grande médaille d’honneur.

M. J. -B. Gariel.

Si M. Vicat occupe tûïé position éminente et exceptionnelle parmi les ingénieurs et les savants qui se sont occupés de l’étude des chaux hydrauliques et des ciments, M. Gariel n’est pas moins supérieur à tous les producteurs de ciments qui ont pris part au concours de l’Exposition Universelle.

Ciment de Vassy . — Depuisl832, M. Gariel exploite le ciment

naturel de Yassy, près Avallon (Yonne) . Le nombre de ses ouvriers est très-considérable, et il suffira de le faire connaître pour faire apprécier toute l’importance de sa fabrication :

200 ouvriers exploitent le calcaire qui produit le ciment ;

150 ouvriers fabriquent le ciment;

120 ouvriers confectionnent les fûts , etc. ;

500 ouvriers sont, d’ailleurs, journellement employés en France ou en Algérie, notamment dans les grands travaux de construction pour les Ponts et chaussées et pour le Génie militaire.

Il faut y joindre encore environ 1,500 ouvriers appartenant, pour ainsi dire, à tous les corps de métiers, tels que charpentiers , forgerons ; en sorte que le personnel occupé par jour est à peu près de 2,500 ouvriers.

Le salaire des ouvriers qui travaillent à Yassy varie de 1 fr. 75 c. à 3 fr. 50 c. ; il est , en moyenne, de 2 fr. 15 c. Le salaire des autres ouvriers est plus élevé ; sa moyenne est de 3 fr. 50 c.

75 chevaux servent au transport du ciment à l’usine, puis de l’usine au port d’embarquement, hk chevaux écrasent le ciment : sur ces Ixh chevaux , 11 travaillent en même temps et mettent en mouvement onze meules ainsi que deux blutoirs. On peut s’étonner que dans une usine aussi importante, le mouvement ne soit pas donné par une machine à vapeur, mais on a préféré conserver les chevaux , parce qu’ils produisent des engrais qui servent à l’amélioration des propriétés de l’usine.

La cuisson du ciment a lieu dans cinq fours à feu continu qui sont chauffés à la houille.

Onze meules roulant verticalement sur des gîtes circulaires opèrent ensuite le broyage; tandis que le tamisage a lieu dans deux blutoirs cylindriques en toile métallique.

Le ciment de Yassy pèse 900 kil. au sortir du blutoir : lorsqu’il est tassé dans les barriques , son poids est de 1.200 kil. Le ciment des bancs supérieurs fait prise en 2 ou 3 minutes; celui des bancs inférieurs demande 6 minutes.

Quand on élève la température de la cuisson, la durée de la prise est de lx à 5 heures. Au bout de 6 mois, la résistance à la traction est environ de 18 kil. Il s’altère à la mer.

La composition du ciment de Vassy a été déterminée par M. Yicat :

Chaux . 57,85

Magnésie . 2,10

Silice .... J f 20,62

Alumine. . . J . Zt0,05 < 13,19

Oxyde de fer. ) ( 6,2/i

C’est un ciment qui se rapproche des ciments limites inférieurs.

Tout le monde sait, d’ailleurs, que le ciment de Vassy est de bonne qualité , mais il exige un triage dans la carrière puis à la sortie des fours ; aussi n’est-ce pas l’un des moindres mérites de M. Gariel, d’avoir su maintenir à un même niveau un produit naturellement irrégulier, qu’il fabriquait sur une aussi grande échelle.

La valeur du ciment qui est fourni annuellement par l’usine de Vassy s^élève à 800,000 fr. Un dixième de ce ciment est exporté, et le reste se consomme en France, conformément aux indications du tableau suivant :

1° France.

Vente au commerce .

Ponts et Chaussées .

Service maritime .

Génie militaire . .

Bâtiments publics et chemins vicinaux.

2° Pays divers.

Algérie .

Égypte .

Allemagne, notamment Baden , Carlsruhe , Manheim , Fri bourg- en- Brisgau ,

Francfort, Heilbronn, etc .

Brésil, notamment Babiaet Rio-Janeiro. .

Suisse , Turquie , Espagne , Belgique ,