CHAPITRE V

InJIuence réciproque des qualités de la Chaux et de la Pouzzolane ^ action de l'eau sur les parties du Béton quelle touche immédiatement.

Le tableau n° 4 nous présente, dans diverses combinaisons de quatre chaux avec quatre pouzzolanes différentes , plusieurs faits qu'il importe d'examiner. Ces pouzzolanes se rangent, relativement à chaque chaux, dans un ordic de supériorité différent; savoir :

Pour la chaux hydraidique moyenne, n° 8, i° schiste, 2° basalte, 3° argile et grès ferrugineux (égalité);

Pour la chaux commune, n° ii, i° argile ferrugineuse et basalte (égalité), 2° schiste, 3" grès ferrugineux;

(49) Pour la chaux commune très grasse, n" i3 , i° argile ferrugineuse, 2° schiste, 3" basahe, 4" 6>'ès ferrugineux;

Pour la chaux commune très maigre, n° i5, i" basalte, a" argile ferrugineuse, 3° schiste, 4" g'"*^^ ferrugineux.

Ces résultats prouvent déjà quiine pouzzolane peut donner un fort bon béton avec certaine chaux , et convenir beaucoup moins à telle autre (i).

Le tableau n° 5 nous montre ensuite, dans les limites des proportions ordinaires, une chaux commune très grasse l'emportant sur une chaux hydraulique moyenne, lorsqu'elles sont combinées l'une et l'autre avec du ciment de brique seul, et la chaux hydraulique reprenant l'avantage lorsque le ciment est mêlé avec moitié sable. On trouve d'ailleurs, dans les tableaux n°^ 6, 7, 8, 9, lo, 1 1 , 12 et i3, une foule d'exemples qui prouvent qu'une chaux commune convient mieux aux substances très énergiques qu'une chaux hydraulique. Nous voyons celle-ci constamment supérieure dans les bétons gras, et là chaux commune dans les bétons maigres. Tous ces faits s'enchaînent et s'expliquent les uns par les autres.

On ne peut contester qiie, parmi toutes les manières de combiner en diverses proportions les cinq ou six oxides qui constituent lesbétons , jj n'en soit une d'où doit résulter le composé le plus solide. Cela posé, plus les combinaisons fortuites des pouzzolanes et des chaux de construction s'approchent de ces proportions inconnues , plus aussi les bétons qui en résultent offrent de dureté, or il peut arriver que la chaux contienne déjà, et dans l'état convenable, une grande partie des oxides nécessaires, ou qu'elle n'en contienne que

(1) A l'appui de ces expériences, nous citerons celles qui furent faites a Pans en 1807 par une commission, présidée par M. Guyton de Morveau, pour constater le degré d'éaergie des schistes de Clierbourg. Nous trouvons, dans les résullats présentés par la commission , que le schiste ferrugineux de Ilaineville, qui a donné le plus mauvais béton avec une chaux grasse, en a fourni au contraire un des meil,-> leurs avec une chaux maigre (hydraulique).

tlès peu , et même pas du tout ; on conçoit que , dans le premiei cas, la présence d'une bonne pouzzolane peut amener une superfluité plus nuisible qu utile, tandis que, dans le second, elle produira tout 1 effet désirable : 1 influence des proportions s'explique de la même manière (i).

Le raisonnement et l'expérience indiquent donc, d'un commun accord, que si l'on range sur une même ligne, par ordre d énergie, toutes les chaux connues, il faudra placer les pouzzolanes sur une ligne parallèle, et dans un ordre inverse, pour que les termes qui se correspondent sur cette échelle donnent ensemble les meilleurs résultats possibles. Ainsi , les chaux hydrauliques de première qiialité seraient en présence des sables éminemment quartzeux, les chaux communes très grasses vis-à-vis des pouzzolanes douées d'une grande énergie.

Ce n'est que par de telles considérations qu'il est possible d'expliquer les contradictions que présentent divers Mémoires publiés sur les pouzzolanes : il résulte , par exemple , des expériences faites par M. Chaptal, et répétées en 1786, au port de Cette, par MM. les commissaires des états de Languedoc, que les pouzzolanes du Vivarais sont très inférieures à celles de l'Italie. On trouve ensuite, dans un Mémoire servant de supplément à celui de M. Faujas de Saint-

Ci) Nous ne connaissons point les proportions des principes constituants des pouzzolanes dont nous nous sommes servis; mais nous savons que le scliiste siliceux de Cherbourg et les pouzzolanes d'Italie, qui donnent de bien meilleurs résultats avec les chaux communes qu'avec les chaux hydrauliques, contiennent do 55 à 70 pour 100 de silice, tandis que les pouzzolanes du Vivarais et le schiste ferrugineux de llaineville, qui sont dans le cas contraire, n'en contiennent que de a6 à 32. Ainsi il paraîtrait que, dans la combinaison d'une chaux éminemment hydraulique avec une pouzzolane très énergique, il y a superfluité de silice. Mais l'expérience démontre, d'un autre côté, la convenance mutuelle des chaux éminemment hydrauliques et des sables siliceux; d'où il résuhe que la silice, telle qu'elle est dans le quartz, diffère essentiellement, par ses propriétés, de celle que le feu a combinée avec l'alumine et l'oxide de fer.

Fond (i), d'autres expériences qui paraissent avoir été faites aver beaucoup de soins, et qui démontrent précisément le contraire. Mais, d'une part, on s'est servi de la chaux de Montéliniart (tableau n° i ), qui est éminemment hydraulique, et de l'autre, de la chaux ordinaire des environs de Cette ; ce qui explique parfaitement les résultats contradictoires dont il est question.

Toutes ces idées, nous le savons, sont opposées aux idées assez généralement reçues; mais comme elles ne sont point conjecturales, qu'elles touchent pour ainsi dire aux faits, elles méritent quelque attention. En partant de cette supposition, que la chaux commune grasse ne convient pas même à la pouzzolane proprement dite, Gauthey (2) raisonne ainsi : " Si le mortier fait avec la chaux grasse no « prend point sous l'eau , c'est qu'en mêlant avec cette chaux les autres « matières, et même la pouzzolane ^ on ne peut parvenir à faire entrer « en même temps dans le mélange assez de chaux et d'oxides métal- " liques, etc. « La supposition nous semble gratuite; s il en fallait une autre preuve que nos expériences, nous ferions observer, avec JNIM. Sage et Rondelet, que la chaux des environs de Rome se fait avec un marbre très pur (le Travertin); qu'elle est par conséquent de nature grasse, et que c'est cependant de la combinaison de cette chaux et de la pouzzolane que sont résultés ces fameux ciments antiques des thermes, réservoirs, aqueducs, etc., qu'on polit aujourdhui pour en faire des boîtes. En second lieu, si les bétons oi'dinaires à chaux grasse et pouzzolane ne prennent point, ou prennent mal dans l'eau, c'est au contraire parcequ'on est dans l'usage d'y mettre toujours trop de chaux; de sorte que cette substance se trouve vraiment en excès par rapport aux autres oxides. Nous trouvons , en effet , que dans presque toutes les expériences (3) où la chaux grasse a donné de

(i) Supplément aux Recherches sur la pouzzolane, par M. Faujas de Saint-Fond. .(2) Traite' de la construction des ponts, tom. 11, pag. 284. (3) Voyez Je premier Mémoire de M. G. Lepère, et le Mémoire cité de M. Chaptal.

( 52 ) mauvais "résultats , le béton en contenait au moins autant (mesurée en pâte) que de pouzzolane, il y en avoit donc au moins la moitié dé trop (d'après nos expériences).

Nous avons vu (chap. V, sect. l""*^) à quelle cause Descotils attribue la propriété des chaux hydrauliques; une forte analogie nous porte à penser que c'est à la même cause , c'est-à-dire à 1 état de la silice dans les pouzzolanes, que celles-ci doivent la faculté de s'unir à la chaux d'une manière intime, et de faire prise avec elle dans l'eau. Cette opinion acquiert un nouveau degré de probabilité par le fait suivant : c'est que la silice se présente dans un état scmi- gélatineux lorsqu'on traite l'ocre par l'acide muriatique; ce qui prouve qu'elle y est en combinaison avec l'oxide de fer, ainsi que M. Uerzelius l'a fait voir (i).

Si , comme l'assure M. Chaptal (2), les argiles dépourvues de fer et soumises à la calcination, ne peuvent être employées comme pouzzolanes, c'est alors l'oxide de fer (3) qui agit principalement sur la silice et la modifie, à laide du feu, dans les argiles ocreuscs, comme le fait la chaux proprement dite, dans les pierres à chaux hydrauliques. L alumine paraît donc jouer le moindre rôle dans toutes ces réactions; elle fait cependant partie essentielle des bonnes pouzzolanes (4).

(1) Annales de Chimie , t. lxxxii , p. 19. '

(2) Mémoire sur les terres ocreuses.

(3) Quelques constructeurs ont une si haute idée de l'influence du fer, qu'ils l'ont regardé comme la cause principale de l'efficacité des pouzzolanes; on voit qu'uni à la silice et à l'alumine à l'état d'oxide, il détermine en effet les propriétés hydrauliques de ces substances; mais nous pouvons affirmer que lorsqu'il est isolé, soit à l'état de limaille, soit à l'état de battiture, son action sur la chaux se réduit à bien peu de chose.

(4) Il est des pouzzolanes dans lesquelles quelques centièmes d'oxides alcalins font les fonctions d'une certaine quantité d'oxide de fer; telle est la pierre ponce analysée par Klaproth, qui contient 77,50 de sihce, 17,50 d'alumine, 1 d'oxide de fer, et 3 de potasse et île soude; tel est sur-tout le produit qui résulte de la distillation de l'argile avec le nitrate de potasse, jjroduit dont l'cuergie est si remarquable.

Dans tous les cas, on voit qu'il ne suffit pas, pour raisonner juste en pareille matière, de considérer, comme on l'a fait jusqu'à présent, les pi'oporlions de tels ou tels principes isolés , mais qu il faut avoir égard à la nature des combinaisons dans lesquelles ils se présentent. 11 est bien certain, par exemple, que si l'on avait séparément i,oo de chaux pure éteinte en poudre, i,oo de silice, 0,80 d'alumine, et 0,01 de peroxide de fer, on n'obtiendrait, en amalgamant ces oxides à laide de l'eau , qu'un fort mauvais résultat; tandis que si l'on pétrit la même chaux avec 0,20 de silice, 0,10 d'alumine, et o,o5 de peroxide de fer; que l'on fasse également une pâte avec le reste des matières, et qu'après avoir soumis séparément les deux mélanges à un degré de cuisson convenable , on les divise , pour les combiner ensuite par la voie humide, on formera un bon béton.

Examinons actuellement sous d autres rapports l'influence réciproque des qualités de la chaux et de la pouzzolane.

Dans toutes les constructions hydrauliques où le béton joue un grand rôle, il faut distinguer les parties que l'eau touche sans cesse, de celles qui, enveloppées de toutes parts, ne peuvent être même que difficilement en communication médiate avec ce fluide, à raison de l'imperméabilité de l'enveloppe ( il est certain qu'une jatte de bon béton, pleine d'eavi, ne doit pas laisser apercevoir de transudalion). Or jusqu'à présent nous n'avons considéré que ce qui se passe intérieurement, et non ce qui a lieu sur les surfaces; aussi, tout ce que nous avons dit n'est-il point applicable, sans exception, à ce dernier cas.

Les chaux communes, combinées dans les proportions ordinaires avec certaines pouzzolanes, telles que celles qui résultent de la terre à brique, du schiste, de la houille, du basalte et du grès ferrugineux que nous avons employés, présentent tous les phénomènes suivants :

Les parties en contact immédiat avec l'eau acquièrent, à des époques variables pour chaque pouzzolane , une fermeté plus ou moins grande; bientôt après la couleur en devient de plus en plus foncée; au lieu de continuer à durcir, elles paraissent rétrograder, au point de perdre

quelquefois la consistance qu'elles avaient au moment rie Timmersion. Cependant ce dernier cas est assez rare, et n'a lieu que pour les bétons excessivement gras, ou pour ceux qui ne contiennent que du sable.

11 se forme ainsi une espèce d'enveloppe dont l'épaissevu- s'accroît sans cesse, et tend à gagner le centre; si on l'enlève avec une lame de fer, en raclant le béton jusqu'au vif, il s'en forme une seconde, et ainsi de suite; les progrès vers le centra deviennent alors plus rapides, sur-tout si la chaux a été éteinte par le procédé ordinaire.

Ces phénomènes, qui sont très remarquables dans les circonstances que nous venons d'indiquer, sont insensibles lorsqu'on fait usage de pouzzolanes énergiques. Us nont lieu dans aucun cas pour les chaux hydrauliques très maigres, et ne sont que faiblement prononcés dans les bétons il chaux hydrauliques moyennes (voj. le tableau n° i4) (i)-

Une boule de mortier hydraulique de cinq centimètres de diamètre, composée de chaux commune très grasse, de sable et ciment de brique en doses égales, s'est réduite à 0,0 1 de diamètre au bout de deux années dimmersion : l'enveloppe a été raclée plusieurs fois.

On conçoit toute l'importance de cette observation pour la durée des ouvrages exposés au battelage et aux frottements d un courant ou d'une eau agitée. Une colonne de béton de trois mètres de diamètre pourrait, dans le cas le plus défavorable^ disparaître entièrement au bout de cent ans.

Tous ces faits s'expliquent facilement par l'examen des parties détériorées; on y retrouve dans toute leur intégrité les matières dont on s'est servi, la chaux exceptée : l'eau a donc dissous ce qui manque; d'où il suit qu'elle peut décomposer en partie les bétons à chaux communes, mêlées avec les pouzzolanes de médiocre qualité.

Ajoutons à cela, qu'avec le sable ordinaire seul les chaux communes

(1) Cependant, lorsqu'on tient à connaître d'une manière précise la dureté d'une masse de béton quelconque, il faut toujours l'attaquera quelques cenlirnélrcs audessous de sa surfacej car ce n'est jamais à la croûte qu'est la plus grande résistance.

font ;i peine prise dans l'eau , encore faut-il pour cela qu'elles aient été éteintes à l'air, sans quoi le mortier resterait toujours mou , tandis que les chaux hydrauliques, naturelles ou factices, donnent de très hon hëton, et semblent même, lorsqu'elles sont douées d'une jurande énergie, préférer, comme nous l'avons dit, le sable à la pouzzolane. Elles ont, d'ailleurs, la faculté de durcir seules dans l'eau; ce qui permet de tenir les mortiers un peu gras , et par conséquent de les étendre, de les massiver, de les remanier, en quelque sorte, après les avoir immergés, sans avoir à craindre pour leur solidification futurej ce qu'on ne saurait attendre des bétons gras à chaux communes.

Par toutes ces raisons, les chaux hydrauliques seront toujours précieuses dans une foule de circonstances; mais il se présentera des cas où les chaux comnuines pourront être employées avec économie et avantage ; par exemple , dans toutes les fondations qui ont lieu au moyen des épuisements , il sera convenable de les faire servir à la fabrication du béton destiné aux parties intérieures où l'eau ne saurait parvenir, si ces parties sont bien enveloppées par un revêtement de briques ou de pierres posées et rejointoyées avec mortier à chaux hydraulique.

Nous terminerons cet article par quelques observations sur l'état des bétons que l'eau a commencé à décomposer. L'action dissolvante de ce fluide paraît s'arrêter lorsqu'elle a fait disparaître un excès de chaux qui était en faible combinaison, et peut-être même tout-à-fait libre dans le composé. Nous avons crvi remarquer , d'après divers essais , que la quantité qui reste ne s'éloigne guère des proportions que nous avons reconnues les meilleures; d'où résulterait cette règle singulière, que >< pour trouver, dans tous les cas possibles, les pro- « portions de chaux commune qui conviennent à telle ou telle pouz- "zolane, il faul^n composer une boule de béton, plutôt gras que « maigre, d'environ o"°,02 de diamètre; l'exposer pendant un an sous .< une eau pure, renouvelée fréquemment; chercher ensuite, par « l analyse ou autrement, la quantité de chaux qui aura disparu, la ' retrancher de la totahté de celle quon aura employée; et la diffé-

( -'^6 ) « ronce donnera, relativement à la dose de pouzzolane, les propori< lions cherchées. »

Ceci n'impliqtie point contradiction avec ce que nous avons dit de la délérioralion qui se nianitcste à la suite de la soustraction de la chaux ; on conçoit que les béions n'éprouvant aucune contraction , leur compacité doit se trouver considérablement diminuée; ce qui doit , en effet , leiu* ôter une partie de leur dureté , et même les en priver tout-à-fait dans certains cas; par exemple, lorsqu'ils sont très gras, lorsque la chaux a peu d affinité pour la substance avec laquelle elle est mêlée ; ce qui permet à l'eau d'en dissoudre la plus grande partie.

Il doit aussi arriver , par la même raison , que l'action de l'eau doit être inqiuissante sur les bétons qui n ont que juste la chaux qui leur convient; aussi avons-nous remarqué que plus on s approche des proportions exactes, moins cette action est sensible. Nous excepterons cependant les bétons à chaux communes et sables quartzeux seuls ; nous croyons que l'eau peut les décomposer dans toutes lès proportions possibles.

11 faut, au reste, de nouvelles expériences pour établir ces derniers faits d'une manière bien solide (i).

(i)M. Sage a remarqué que l'eau dissolvait une partie delà chaux des mortiers hydrauliques; mais il n'a tiré de cette remarque que des conséquences directement opposées à ce que l'expérience nous a démontré. Ce chimiste s'exprime ainsi : « Les bétons ou mortiers qui acquièrent de la solidité dans l'eau me B paraissent la devoir à la soustraction d'une partie de chaux; ce que j'ai reconnu « en metiant dans des vases remplis d'eau pure des briques de mortier. Je remar- « quai, au bout de deux ou trois jours, la surface de cette eau couverte d'une «pellicule de crème de chaux. Je renouvelai l'eau à dix reprises, pendant un « mois, jusqu'à ce que je ne visse plus de pellicules. Les briques de ce ciment, loin « d'avoir perdu, m'ont paru avoir acquis de la solidité. »