CHAPITRE PREMIER

DE LA chaux; état actuel de nos connaissances sue cbttk substance.

Lu chaux est employée depuis un temps immémorial. Méléc arec du sable ou d’autres matières, elle forme ce qu’ou appelle les mortiers. La solidité et la durée des maçonneries dépendent de leur bonté ; cependant on n’a encore fait que peu d’expériences sur la cbaux , et la manière de faire le mortier a presque toujours été abandonnée aux ouvriers. Ce n’est que depuis environ cinquante ans que quelques bouillies instruits se sont occupés de cet objet important. En comparant les mortiers des anciens, et surtout ceux qui ont été faits par les Romains, aux mortiers des temps modernes , on s’est aperçu que les premiers étaient beaucoup meilleurs que les nôtres , et l’on a en conséquence cherché les moyens de les imiter. Plusieurs constructeurs ont cru avoir trouvé le secret de faire des mortiers romains ; d’autres au contraire ont pensé que les Romains n’avaient point de procédés particuliers

pour faire leur mortier , mais qu’il n’est parvenu jusqu’à nous que les constructions faites avec de bonnes chaux. On verra que mes expériences tendent à conCrmcr cette opinion.

La chaux dont on se sert dans les constructions s’obtient par la calcination des pierres calcaires, qui sont très communes sur la surface du globe : on emploie à cet effet les marbres, certaines pierres h bâtir, des craies, des albâtres et des coquilles. L’effet de la calcination est de faire évaporer l’eau et l’acide carbonique qui se trouvent combinés avec ces substances. L’eau et les premières portions d’acide carbonique s’évaporent facilement ; mais pour chasser les dernières portions de cet acide il faut un feu assez fort et prolongé. La chaux que l’on emploie pourles constructions contient presque toujours une assez grande quantité d’acide carbonique.

Lorsque la pierre calcaire que l’on acalcinée est du marbre blanc, alors on obtient de la chaux pure par une calcination suffisante. D’après l’analyse qui a été faite du marbre blanc, cette substance contient sur ioo parties ce qui suit : chaux , 64; acide carbonique, 33; eau, 3. La chaux que l’on obtientaprès la calcination jouit des propriétés suivantes. Elle a une grande avidité pour l’eau, l’enlève à l’air et augmente de volume en s’en emparant. Si l’on jette une certaine quantité d’eau sur de la chaux récemment calcinée , alors elle s’échauffe fortement, se fend avec bruit, et une partie del’cau qu’on ajetée sur la chaux s’évapore parla chaleur qui est produitc.La vapeur qui se dégage entraîne avec elle quelques particules de chaux. L’eau en dissout environ rh de son poids, et forme alors ce qu’on appelle de l’eau de chaux. La chaux est caustique , et verdit fortement le sirop de violettes ; sa pesanteur spécifique est de a, 3 d’après Kirwan; elle attire l’acide carbonique contenu dans l’air, et finit par passer de nouveau à l’état de carbonate de chaux. Pour la conserver, on est obligé de la tenir dans des vases bien fermés. La chaux était autrefois rangée parmi les alcalis ; ce n’est que de nos jours qu’on a connu la nature de cette substance. M. Davy, chimiste anglais , est parvenu , en 1807, à décomposer le sulfate et le carbonate de chaux au moyen de la pile de Volta ; il en a retire par ce moyen une substance brillante qui a une si grande attraction pour l’oxygène qu’elle l’enlève rapidement à l’air et à l’eau, qu’elle décomposc.On regarde comme un métal la substance brillante que l’on a ainsi retirée de la chaux , et on lui a donné le nom de calcium. D’après cela , la chaux ne serait donc qu’un oxide métallique.

Il est rare qu’on emploie dans les arts de la chaux provenant des marbres blancs; celle dont on fait ordinairement usage , et qui provient des pierres à chaux ordinaires, contient presque toujours des oxides de fer, et quelquefois une certaine quantité de sable, d’alumine, de magnésie, d’oxide de manganèse, etc. Quelques unes de ces substances se combinent avec la chaux par la calcination : elle acquiert alors des propriétés qu’elle n’avait pas encore , et dont je vais parler.

Si l’on prend de la chaux provenant d'un marbre blanc ou d’une pierre à chaux commune , et qu’on la réduise en pile épaisse avec de l’eau à sa sortie du four , et

si l’on place ensuite cette pâte dans de l’eau ou dans de la terre liuroide , alors elle reste constamment molle. On obtient le même effet si l’on mêle ces chaux arec du sable ordinaire , et qu’on place le mortier qui en résulte dans les mêmes situations. On est dans l’usage de délayer la chaux commune dans beaucoup d’eau à sa sortie du four et de la couler dans de grands bassins; elle reste alors à l’état de pâte molle. Alberti dit ( liv. u, cbap. xi ) « avoir vu de la chaux dans une vieille fosse a qui avait été abandonnée depuis environ cinq cents ans , comme le faisaient a conjecturer plusieurs indices manifestes ; que cette chaux était encore si moite , « si bien délayée et si mûre , que ni le miel ni la moelle des bêtes ne le sont da- « vantage. »

Il y a une autre espèce de chaux qui jouit d’une propriété singulière : si on l’éteint à sa sortie du four comme ci-dessus, et si on la place à l’état de pète dans de l’eau ou dans de la terre humide , alors elle durcit plus ou moins promptement suivant les substances qu’elle contient. On obtient le même résultat en mêlant cette chaux avec du sable pour en faire du mortier , et en le plaçant dans les mêmes situations. Si on coulait cette chaux dans des bassins ainsi qu’on le fait pour la chaux commune , alors elle deviendrait dure au bout de peu de temps, et il serait impossible de s’en servir.

Lorsqu’on éteintla chaux commune avec de l’eau, àsa sortiedu four, pourla réduire en pâte, on trouve qu’elle augmenteconsidérablement de volume; cette augmentation est telle qu’une partie de chaux vive mesurée en volume en produit quelquefois plus de trois mesurée à l’état de pâte épaisse : c’est ce qu’onappellcle foisonnement. Il n’en est pas de même des chaux qui ont la propriété de durcir dans l’eau : elles produisent, lorsqu’on les éteint de la même manière , un volume beaucoup moinsgrand que les chaux communes. Quelquefois une partie de ces chaux mesurée vive produit à à peine un égal volume lorsqu’on la réduit à l’état de pâle comme ci-dessus. Pendant long-temps on a appelé chaux maigres celles qui avaient la propriété de durcir dans l’eau , et chaux grattes celles qui n’ont point cette propriété. Celte dénomination venait de ce que les premières augmentent peu de volume lorsqu’on les réduit â l’état de pâte , tandis que les dernières donnent un Tolurnc beaucoup plus considérable , et que les chaux communes forment avec la même quantité de sable un mortier plus gras que lorsqu’on emploie des chaux maigres. Mais celte dénomination est tout-â-fait impropre pour désigner les chaux qui ont la propriété de durcir dans l’eau , attendu qu’il y a des chaux qui augmentent très peu de volume lorsqu’on les réduit â l’état de pâte , et qui ne jouissent nullement de cette propriété. Belidor donnait le nom de béton à la chaux qui avait la propriété de durcir dans l’eau ; mais beaucoup d’ingénieurs continuaient à l’appeler chaux maigre. Cette dénomination n’est pas très convenable et n’est pins en usage. Je vais indiquer celles qui sont admises aujourd’hui.

En Angleterre , on a donné aux chaux qui durcissent dans l’eau le nom de

chaux aquatique» ; en Allemagne, on les nomme chaux pour l’eau; M. Vicat, ingénieur des ponts et chaussées , a proposé de les nommer chaux hydrauliques , et cette dénomination , qni est très bonne , a généralement été adoptée.' Ainsi j’appellerai chaux grasse celle qui donne un foisonnement considérable , chaux maigre celle qui foisonne peu et qui ne durcit pas dans l’eau , enfin chaux hydraulique celle qui a la propriété de durcir dans l’eau. On donne aussi assez souvent le nom de chaux commune à la première de ces chaux. On appelle chaux vive tou chaux qui n’a point été éteinte , qu’elle soit grasse , ou maigre , ou hydraulique. Les chaux maigres et hydrauliques cuites i> point sont en général plus lentes à s’éteindre que les chaux grasses et donnent moins de chaleur. Lorsque la chaux grasse a été trop calcinée , elle devient également paresseuse à s’éteindre , tandis que , si elle a été cuite & point , elle entre en fusion aussitôt qu’on y jette de l’eau. La suite des expériences ci-après fera voir que le fer h l’état d’oxide rouge rend les chaux grasses lentes h s’éteindre.

Depuis long-temps les meilleurs chimistes ont cherché quelles étaient les 'substances qui donnaient à la chaux la propriété de durcir dans l’eau.

Bergman, chimiste suédois, est, je crois, le premier qui ait donné l’analyse d’une pierre h chaux hydraulique. 11 a trouvé que celle de Léna en Suède contenait sur 100 parties les substances suivantes : chaux , 90 ; oxide de manganèse , 6 ; argile , 4 - Ce chimiste parait avoir attribué la propriété des chaux hydrauliques à l’oxide de manganèse , et cette opinion a été admise pendant long-temps. On trouve, d’un autre côté , dans la Bibliothèque britannique de 1 796 , tome 3 , page aoa , que Smealon , ingénieur anglais , qui fit construire le phare d’Edystone, en 1757, avait attribué la propriété des chaux hydrauliques à l’argile : car il dit que c’est une question curieuse qu’il laisse h décider aux chimistes et aux naturalistes que de savoir pourquoi la présence de l’argile dans le tissu de la pierre calcaire rend la chaux propre h se durcir dans l’eau, l’argile ajoutée à la chaux ordinaire ne produisant pas cet effet.

M. Guyton de Morveau, dans un mémoire publié en l’an 9, a annoncé qu’il avait reconnu la présence de l’oxide de manganèse dans toutes les pierres à chaux qui ont la propriété de durcir dans l’eau j il a de plus annoncé qu’en faisant calciner ensemble 90 parties de pierre à chaux ordinaire pulvérisée , 4 parties d’argile et G parties d’oxide noir de manganèse, on obtenait une excellente chaux maigre artificielle .On a dit ci-dessus que l'on donnait, à cette époque, le nom de chaux maigre à la chaux qui avait la propriété de durcir dans l’eau : le chimiste français est donc le premier qui ait fait de toute pièce de la chaux hydraulique ; mais il s’est trompé en pensant , comme Bcrgmann , que la présence de l’oxide de manganèse était necessaire pour obtenir ce résultat. 11 l’aurait obtenu en calcinant sa pierre à chaux pulvérisée avec l’argile seule.

M. de Saussure dit , dans son y 0 gage des Alpes , que la propriété qu’ont cer-

laines chaux de durcir dans l’eau n’est duc qu’à la silice et à l’alumine (c’est-à dire à de l'argile) combinées dans de certaines proportions.

M. Vitalis , chimiste de Rouen , a fait en 1807 l’analyse des pierres à chaux de Senonchcset de Ste-Catherine , près Rouen; elle se trouve dans le mémoire que M. Graticn le père, ingénieur des ponts et chaussées, a publié en 1807 sur les schistes de Cherbourg (page 58 ). Cette pierre à chaux contient, d’après M. Vitalis, sur 100 parties, les substances suivantes : eau, 12; carbonate de chaux , 68; alumine, 12; sable, 6; oxide de fer, a. En adressant ces résultats à M. Graticn le père , M. Vitalis s’exprime ainsi : « Il résulte de cette analyse que les pierres à « chaux de Scnonches et de Ste-Catherine sont de vraies marnes calcaires, dans « lesquelles la craie prédomine il est vrai , mais où l’argile joue un rôle très impor- « tant. C’est cette portion d’argile qui , suivant moi , rend maigre la chaux de ces « deux espèces de pierre : d’où il suit que la présence de l’oxide de manganèse n’est a pas du moins la seule condition pour obtenir une chaux de cette espèce , puisque « cette analyse prouve que les pierres dont il s’agit ne contiennent point d’oxide « de manganèse, qui aurait coloré le verre en violet. » J’ai dit ci-dessus qu’à cette époque on appelait chaux maigres celles qui avaient la propriété de durcir dans l’eau : on voit que l’analyse de ces pierres a confirmé l’opinion de M. Saussure, qui avait attribué à l’argile seule la propriété qu’ont certaines chaux de durcir dans l’eau. Tornson , chimiste anglais , avait aussi la même opinion..

M. Descotils, ingénieur des mines , a aussi fait l’analyse de la pierre à chaux de Senonchcs; cette analyse se trouve dans le Journal des Mines de i 8 i 3 , page 3 o 8 . Il en résulte que la pierre à chaux de Senonchcs contient un quart de silice disséminée en particules très fines , et seulement une si petite quantité de fer et d’alumine , que ces subtanccs ne peuvent avoir aucune influence sur la chaux : d’où cet ingénieur conclut que la propriété hydraulique de cette pierre à chaux est due à la silice. On a cependant vu plus haut que, d’après M. Vitalis, elle contenait deux fois autant d’alumine que de silice. M. Rerthier a également inséré dans le Journal des Mines une analyse de la pierre de Senonchcs, qu’on trouvera plus bas, et d’après laquelle cette pierre à chaux contient très peu d’alumine. Cette contradiction n’est point encore expliquée. Peut-être existe-t-il dans les carrières de cet endroit des pierres à chaux de différentes natures. Dans ce cas , il serait important de connaître quelle est la composition de celle qui est la meilleure.

L’analyse de la pierre à chaux de Senonchcs a fourni à M. Descotils l’occasion de faire une remarque bien importante sur la silice contenue dans les pierres à chaux : c’est que la silice contenue dans ces pierres ne se dissout point dans les acides avant leur calcination , tandis qu’elle s’y dissout après. Ce fait prouve que la silice est dénaturée par sa calcination avec la chaux , et qu’elle se combine par la voie sèche avec cette substance.

M. Vicat, ingénieur des ponts et chaussées, a publié en 1818 un mémoire très

important sur les mortiers hydrauliques. Cet ingénieur est parti de l’opinion , qui était généralement admise à cette époque , que c’était l’argile qui donnait à la chaux la propriété singulière de durcir dans l'eau. 11 a en conséquence pris de la chaux commune , qu'il a mélangée avec diverses parties d’argile , d’après le procédé suivant, qui est extrait de la page 7 : « L’opération que nous allons décrire (dit cet « ingénieur) est une véritable synthèse, qui réunit d’une manière intime, par l’ac- « tion du feu , les principes essentiels que l’analyse sépare dans les chaux hydrauli- « ques. Elle consiste à laisser se réduire spontanément en poudre fine , dans un ena droit sec et couvert, la chaux que l’on veut modifier; à la pétrir ensuite, à l’aide « d’un peu d’eau , avec une certaine quantité d’argile grise ou brune, ou simple- « ment avec de la terre à brique , et à tirer de celte pâte des boules qu’on laisse « sécher pour les faire cuire ensuite au degré convenable.

« On conçoit déjà qu’étant maître des proportions , on l’est également de donner « à la chaux factice le degré d’énergie que l’on désire , et d’égaler ou de surpasser à a volonté les meilleures chaux naturelles.

« Les chaux communes très grasses peuvent comporter o,ao d’argile pour 1,00; a les chaux moyennes en ont assez de o,i 5 ; 0,10 et même 0,06 suffisent pour celles a qui ont déjà quelques qualités hydrauliques. Lorsqu’on force la dose jusqu’à o ,33 a ou 0,40 , la chaux que l’on obtient ne fuse point ; mais elle se pulvérise facile- « ment, et donne, lorsqu’on la détrempe , une pâte qui prend corps sous ‘l’eau très r promptement. »

Tel est le procédé indiqué par M. Yicat. Mais cet ingénieur ne s’est point borné à faire des expériences en petit : un atelier a été établi par ses soins auprès de Paris, et l’on y a fabriqué en grand de la chaux hydraulique artificielle ; il a en outre fait tous scs efforts pour répandre l’usage des mortiers hydrauliques dans tous les pays, et il y a réussi. Il a donc rendu en cela un grand service à l’art des constructions , et je lui ai rendu cette justice dans les notices que j’ai publiées précédemment.

En 1818, M. le docteur John, de Berlin, a présenté à la société hollandaise de* sciences un mémoire qui a été publié en 1819. Ce mémoire, couronné en 1818, par la société hollandaise , répondait à la question suivante , mise au concours par cette société : « Quelle est la cause chimique en vertu de laquelle la chaux de a pierre fait en général une maçonnerie plus solide et plus durable que la chaux de « coquilles , et quels sont les moyens de corriger à cet égard la chaux de co- « quilles? » Le docteur John a remarqué que les coquilles demandent à être plus fortement calcinées que les pierres à chaux ordinaires ; il pense que cela tient à ce que les coquilles sont un carbonate de chaux plus .pur que les pierres à chaux ordinaires , qui contiennent des substances terreuses qui facilitent le dégagement de l’acide carbonique. En faisant l’analyse de diverses pierres à chaux, il a reconnu que celles qui étaient propres à fournir de la chaux hydraulique contenaient de

l'argile , de l’oxide de fer, etc. Il appelle ciment les parties étrangères qyi donnent à la chaux la propriété de durcir dans l’eau, et il dit qu’il est possible d’améliorer les chaux qui ne contiennent point le ciment en l’y introduisant par la voie sèche. C’est d’après ces considérations qu’il a fait les expériences suivantes. Il a mêlé de la poudre de coquilles d’huitres 1» avec ^ de sable siliceux, 2“ avec diverses proportions d’argile qu’il a fait varier entre et -j, 3" avec A d’oxide de manganèse. Il a pétri ces mélanges avec de l’can , les a moulés en boules , les a fait sécher à l’air, et enfin il les a fait chauffer dans un four à chaux pendant quatrevingt-seize heures. Voici les résultats qu’il a obtenus : le premier mélange était agglutiné , mais friable , et ne lui a pas offert un bon résultat ; les seconds mélanges lui ont présenté de bons résultats ; enfin il n’a obtenu aucune propriété particulière avec le troisième mélange. L’auteur a conclu que l’argile était la partie qui donnait aux chaux ordinaires la propriété de durcir dans l’eau , et il dit que rien ne sera plus facile que de procurer de bonnes chaux hydrauliques , soit avec des coquilles , soit avec des pierres calcaires pures , en suivant le procédé qu’il a indiqué ; il ajoute que c’est aux constructeurs à déterminer le meilleur mélange à faire dans chaque circonstance.

Le mémoire du docteur John renferme l’analyse de plusieurs mortiers anciens , et contient plusieurs observations importantes dont j’aurai l’occasion de parler.

On trouve dans la troisième livraison des Annale» de» Mine» de 182a un mémoire très intéressant de M. Berthier, ingénieur en chef des mines; il contient l’analyse de différentes pierres à chaux et plusieurs vues nouvelles qui contribueront à perfectionner la théorie des mortiers. J’aurai occasion plus d'une fois de citer les expériences qu’il a faites , et son opinion sur plusieurs faits importants.

M. Raucourt, ingénieur des ponts et chaussées, a publié à Pctersbourg, en 1822, un ouvrage dans lequel il rapporte les expériences qu’il a faites d’après le procédé dont s’est servi M. Vicat , et il en a ajouté plusieurs qui lui sont propres. M. le chef de bataillon du génie Bergère en a fait une analyse qui se trouve dans le tome 9 des Annale» de» Aline» de i 8 a 4 -

En 1825, M. Hassenfratz a aussi publié un mémoire sur les mortiers. Cet ouvrage, qui est volumineux , renferme beaucoup de détails pratiques sur la calcination des pierres à chaux dans différents pays, et rapporte l’état de nos connaissances sur l’art de fabriquer les mortiers jusqu’à l’époque où il a écrit.

Pour terminer de citer les ouvrages qui ont été faits jusqu’à ce jour sur les mortiers hydrauliques , je ferai mention d’un fait entièrement-nouveau, qui a été rapporté par M. Girard de Caudemberg, ingénieur des ponts et chaussées, dans une notice qu’il a publiée en 1827. Cet ingénieur rapporte que les propriétaires des moulins situés sur la rivière d'Isle, dans le département de la Gironde, ont découvert par hasard des espèces de sables fossiles auxquels on donne le nom d’ai enet , et qui ont la propriété singulière de pouvoir être employés à former, avec les chaux

grasses, dcsmorliers qui prennent corps dans l’eau, et qui y acquièrent une assez gTande dureté sans que l’on soit obligé de foire subir aucune préparation à ces produits naturels. J’aurai occasion de revenir sur ce fait important , et de rapporter ce qu’en dit M. Girard, ainsi que d’indiquer les principales expériences qui ont déjà été faites sur d’autres points, où l'on a rencontré des produits tout-à-fait semblables.

J’ai été employé à Strasbourg depuis 1816 jusqu’en 1 8 a 5 : on ne se serrait point de chaux hydrauliques dans cette place. J’appris qu'il en existait dans les environs. Presque toutes les manœuvres d’eau de la placeétaient à refaire, parce qu’elles avaient été mal construites du tempsde Vauban. Vingt-cinq ans d’expérience m’avaient fait connaître b grande supériorité des mortiers hydrauliques, tant pour les constructions à l’air que pour celles dans l’eau, où elles sont indispensables. Je fis donc l’essai des chaux hydrauliques qui se trouvaient dans les environs de Strasbourg, et je les trouvai très bonnes : elles ont, en conséquence, été employées tant pour les travaux dans l’eau que pour les constructions à l’air. Tous les revêtements qui ont été construits depuis la porte de Pierre jusqu’au pont Royal, et qui ont un développement de l, 5 oo mètres, ont été refaits ou réparés avec du mortier hydraulique. il en est de même de toutes les manœuvres d’eau; elles ont été refaites ou réparées avec la chaux hydraulique des environs. Un ingénieur qni ferait usage de la chaux commune, même pour les constructions à l’air, lorsqu’il y a aux environs de scs travaux des chaux hydrauliques naturelles, serait très blâmable , attendu que la dépense est à peu près la même , et qu’il y a une différence très grande dans la bonté et dans la durée des maçonneries, en faveur de celles qui sont faites avec du mortier hydraulique. Mais dans les pays où l’on ne trouve que de la chaux hydraulique très médiocre , et dans ceux où l’on n’en rencontre pas du tout , quel parti doit-on prendre? Doit-on alors employer le procédé de M. Vicat, qui consiste à faire de la chaux hydraulique artificielle ? Je répondrai positivement que je ne le pense pas : je crois que dans ce cas, qui arrive très souvent, il est préférable de faire directement du mortier hydraulique ainsi que je vais l’indiquer.

Il y a deux moyens d’obtenir du mortier hydraulique : le premier consiste à faire un mélange de chaux hydraulique naturelle ou artificielle avec du sable ; le second moyen consiste à mélanger de la chaux grasse ordinaire avec certaines substances, telles que b pouzzolane , le trass , certaines cendrées de houille et certains ciments. Je ne puis m’empéchcr de relever une assertion lout-à-fait inexaclcqui aété avancée à cet égard parM.Gautey, inspecteur des ponts et chaussées ; cet ingénieur dit, dans son excellent Traité de la construction des ponts ( tome 11 , page 278) ce qui suit : « La chaux grasse est très propre aux constructions qui se font hors de l’eau ; « mais elle ne peut servir à la composition des bétons qui sont plongés sous l’eau, < et les mortiers où on l’emploie en le mélangeant même avec b pouzzolane, jetés « dans l’eau au moment où ils viennent d’être faits, ne prennent point de consi- « stance et restent pulvérulents. » Ce que dit M. Gautey est bien loin d’être

exact : car de la chaux grasse mêlée avec de la pouzzolane forme un mortier qui durcit très vite dans l’eau, et qui acquiert en peu de teuips une très grande consistance. Ce fait était même connu des anciens, car Vitruve en parle, ainsi qu’on le verra plus bas. Je ne relèverais pas l’erreur dans laquelle M. Gautey rst tombé à cet égard, s’il ne jouissait pas d’une réputation justement méritée. Mais, son ouvrage étant très estimé , et ec trouvant entre les mains de tous les ingénieurs , il serait à craindre que ce qu’il dit empêchât plusieurs constructeurs de faire directement du mortier hydraulique en employant de la chaux commune et des substances analogues à la pouzzolane. La suite de mes expériences fera voir que, lorsque l’on sir trouve dans un pays où il n’y a pas de chaux hydraulique, il est préférable , au lieu d’employer le moyen proposé par M. Vicat , de faire directement du mortier hydraulique en mélangeant la chaux commune avec des substances analogues à la pouzzolane. On verra également que la chaux grasse est loin d'être toujours très propre aux constructions qui se font hors de l'eau , ainsi que M. Gautey le dit au commencement de sa phrase.

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