CHAPITRE V

ne LA PRÉPARATION DES POl'ZZOLANES FACTICES, ET P AUTICU LI ÈflLM ENX DE CELLE DE SABLE DE GNEISS.

Des différentes espèces de pouzzolanes.

§ 68. ï..e rôle important que les pouzzolanes jouent dans la confection des mortiers hydrauliques indique assez l'intérêt que nous devons apporter dans l'examen de la question énoncée. On ne connaissait jadis (|ue ce seul moyen d'avoir des mortiers susceptibles de faire prise sous l'eau ; et même , depuis qu'on a fait une <'tude particulière deschaux hydrauliques, on n'a pas moins continué celle des pouzzolanes, parce que les chaux hydrauliques ne se trouvent pas, à beaucoup près, dans toutes les localités, et qu'il n'est pas toujours possible ou économique d'en fabriquer de toutes pièces; parce qu'enfin, dans plus d'une circonstance, elles ne donneraient que de médiocres résultats, si on ne les mêlait avec une certaine dose de pouzzolane.

On peut ranger les pouzzolanes en deux catégories principales : les unes sont naturelles, et les autres artificielles.

Parmi les premières, les plus cncrgi(|ucs sont gënefralcment des matières volcaniques de composition analogue à celle des argiles. On en a découvert d'abord en Italie, où leur usage remonte à un temps immémorial , et plus tard dans les pays de volcans éteints, tels que l'Auvergne, le Vivarais, ia Guadeloupe, etc. Les corps dont elles proviennent ont subi par l'action du feu un cban2;ement dans le mode de combinaison primitive de leurs éléments; mais comme l'intensité de celte action n'a pu être partout identique, il en est résulté des produits d'une coliésion trcs-variable ; et l'on conçoit sans peine comment il se trouve des différences très-grandes dans leurs qualités, lors même qu'il n'en existe pas dans leur composition chimique.

Néanmoins il est possible qu'une pouzzolane ne soit médiocre que, comme on le dit vulgairement, parce qu elle est encore trop jeune. Certaines influences peuvent agir avec le temps , et amener une désagrégation, là où il y avait une cohésion trop grande. Ce phénomène n'est pas sans exemple dans la nature : la plupart des roches feldspathiques sont dans ce cas, et donnent alors naissance à une seconde variété de pouzzolane. Tels sont pat ticulièrement les grauwackes de Carhaix, les arènes du Périgord et nos sables de gneiss. Le gisement de ces substances, ou du moins du gneiss que nous avons à Brest sous nos yeux , ne permet d'admettre aucune action ignée. La désagrégation se produit peu à peu , et on prend en quelque sorte la nature sur le fait; car dans les carrières, depuis les parties supérieures qui sont à l'état de sable, jusqu'à celles qui sont à l'état de roche bien vive , il n'est pas rare de trouver une série de couches à tous les degrés intermédiaires de cohésion.

Ces nouvelles pouzzolanes sont peu énergiques ; mais en les torréfiant, on parvient à les rendre, sinon égales aux premières, du moins susceptibles de presque tous les mêmes usages : elles p;!ssent alors dans la catégoiic des pouzzolanes artificielles

Dans cette catégorie on doit également ranger les schistes compactes et même les basaltes, quand on les chauffe fortement. C'est en effet le moyen dont se servaient pour leurs travaux M. Gratien Lepère et l'ingénieur suédois Baggé. Enfin toutes les argiles , considérées soit comme provenant de la décomposition des roches, soit comme formant des terrains particuliers, conduisent encore au même -résultat par l'action de la chaleur.

Il est peu de localités dépourvues d'argile : de là l'usage général et très-ancien des poudres de tuileaux ou de briques pilées. On peut aujourd'hui leur substituer avec économie les sables de grauwacke, d'arène , de gneiss ; mais ces dernières substances sont moins communes. Par leur emploi , la question ne change pas de face ; seulement son domaine s'agrandit considérablement.

Dans toutes ces pouzzolanes, naturelles ou factices, ce sont les éléments de l'argile, sihce et alumine, qui déterminent les qualités hydrauliques; de j)Ius, la silice seule, en gelée ou légèrement torréfiée, mais à l'état de division extrême, donne, par son mélange avec la chaux commune, un bon mortier hydraulique, tandis qu'il n'en est pas de même avec l'alumine : on peut donc dire en définitive que la silice est la base de toutes les pouzzolanes, et que réciproquement toutes les substances contenant de la silice à l'état de faible cohésion sont aptes à devenir pouzzolanes.

Des diverses méthodes usite'es pour la pre'paration des pouzzolanes factices,

§ 69. L'étude des qualités et de l'emploi des pouzzolanes naturelles n'ayant pas de rapport immédiat avec la question qui doit nous occuper en ce moment , nous nous bornerons à parler des pouzzolanes artificielles. Et d'abord indiquons les diverses méthodes applicables à leur préparation.

Les matières auxquelles on a recours peuvent être soumises à l'action de la chaleur, 1" à l'état de poudre ou de sable; 2" à l'état de fragments, briques ou moellons. Dans le pre~

mier cas, toutes les argiles réfractaires , ocreuses ou calcaires, peuvent donner de bonnes pouzzolanes par une torréfaction de quelques instants. Il suffit pour cela de répandre la poudre en couche mince sur une plaque en tôïe, et de la maintenir en incandescence pendant une durée de 5 à 25 minutes. M. Vicat, à qui l'on doit la connaissance de cette méthode, ajoute néanmoins qu'elle n'a pas encore été appliquée en grand, et qu'elle ofTre alors des difficultés. M. Girard de Caudenberg assure, d'après ses propres expériences, que les sables d'arènes torréfiés légèrement augmentent la vitesse de prise des mortiers, mais aucunement leur dureté. Toutefois cette conséquence ne s'appuyant que sur un cas particulier de torréfaction, rien ne prouve qu'elle soit vraie en général, pas plus pour les sables d'arènes que pour ceux de grauwacke ou de gneiss.

Dans le second cas, les matières sont employées, tantôt pures, c'est-à-dire telles que la nature les donne, et tantôt mélangées préalablement avec certains corps destinés à faciliter la réaction chimique. Cela posé, nous voyons, d'après M. Treussart, que l'argile calcaire amenée au degré de la brique peu cuite donne de bons résultats, et que, depuis ce degré jusqu'à celui de la plus forte cuisson , son énergie diminue rapidement, et finit par être nulle; que pour l'argile ocreuse, au contraire, la brique peu cuite donne des résultais très-médiocres; mais que ces résultats s'améliorent progressivement jusqu'au degré de cuisson de la bonne brique , et au-delà de ce terme décroissent indéfiniment; qu'enfin les argiles réfractaires donnent aussi d'excellentes pouzzolanes, au degré de cuisson de la bonne brique, mais résistent mieux que les argiles ocreuses à l'effet d'une plus forte incandescence, et n'ont pas encore perdu sensiblement de leur qualité au terme de calcination de la chaux commune. Par suite , il est à supposer qu'elles atteignent moins vite leur maximun , et telle est sans doute la cause pour laquelle Chaptal, soumettant au même mode de chauffage de l'argile réfractaire, tantôt pure, et tantôt mêlée avec du sulfate de fer, ce qui produit l'équiva-

lent d'une argile ocreuse, avait trouve des résultats difTérents , et conclu que l'oxide de fer était un élément essentiel au succès de l'opération en général.

Les argiles à la fois ocreuses et calcaires , mais contenant au moins un dixième de leur poids de chaux, n'ont, comme les argiles simplement calcaires, besoin que d'une faible cuisson ( Treussart). On peut ainsi, par cette faible cuisson, obtenir de bonne pouzzolane avec une argile ocreuse, en l'imprégnant d'une certaine quantité de chaux, suivant la recommandation de l'inspecteur général Bruyère. On peut même, avec un égal succès, remplacer la chaux par la potasse ou la soude; et tel est, par exemple, ce qu'on nomme ciment d'eau forte, ou résidu provenant de la préparation de l'acide nitrique, au moyen d'argile et de nitrate de potasse.

Dans les chantiers du canal de Nantes à Brest, on fait subii à la grauwacke en moellon un degré de chaleur analogue à celui qu'exige la bonne brique. Enfin , d'après M. Vicat , le schiste bleu demande une incandescence telle qu'il se boursoufle, et le basalte doit couler.

Pour le chauffage de toutes ces matières en fragments , on peut se servir de fours à chaux ou à briques. Malheureusement l'uniformité du chauffage n'étant pas parfaite dans un même four, il en résulte qu'on a péle-mêle des fragments qui pèchent par défaut ou par excès de cuisson , et par suite un mélange de bonne et mauvaise pouzzolane, ou en définitive un tout médiocre, ovi du moins bien inférieur à ce qu'on obtient dans les essais de laboratoire.

Si à cela on ajoute la dépense nécessaire pour pulvériser et tamiser ces mêmes fragments, on sentira combien il importe de pouvoir appliquer en grand la méthode de M. Vicat ; car alors rien n'est plus facile que d'arriver à un degré uniforme de torréfaction, et les produits n'ont plus besoin d'aucune espèce de manipulation Tel est en effet le but que nous nous sommes proposé en construisant le four dont la description va suivre. L'abondance de sable de gneiss dans les carrières

du port de Brest nous donnait d'ailleurs un moyen tout simple d'éviter les frais de pulvérisation préalable, et en même temps nous sommes parvenu à utiliser l'immense quantité de copeaux que produisent les constructions navales

Description du four à pouzzolane factice.

§ 70. Le four dont nous voulons parler est représenté dans tous ses détails par les huit figures comprises depuis le n" 27 jusqu'au n" 34 inclusivement; il est du genre des fours à réverbère, et peut marcher à feu continu. Sa construction est très-simple: de la maçonnerie ordinaire de moellon , avec moitier de chaux et sable, forme le massif principal et les parois de la cheminée ; seulement la voûte et quelques autres parties sont en maçonnerie de briques. La cheminée présente cela de particulier que le vide intérieur, jusqu'à 1 mètre environ audessus du niveau de la rampe ménagée pour les approvisionnements, est divisée en trois compartiments, au moyen de deux cloisons un peu cintrées, en briques posées à plat, sans mortier, pour faciliter la transmission de la chaleur, mais coincées fortement. C'est dans le compartiment du milieu, débouchant au niveau de la terrasse, qu'on jette ic sable au fur et mesure des besoins. Les deux autres compartiments servent d'issue à la fumée. On voit que de cette manière le sable s'échauffe déjà avant d'arriver à la base de la cheminée. Cependant, quand il a été mouillé par la pluie, il s'agglutine, adhère aux cloisons, et reste suspendu comme une masse solide : il faut alors détruire cette adhérence, et on y parvient aisément, en ménageant un ou deux regards dans le mur de cheminée , et introduisant par là une fourche en fer, ou même un simple bâton en bois. Ensuite, pour empêcher (ju'd ne tomije à l'arrière de la sole du four en trop grande tjuantité à la fois , et n'obstrue les passages latéraux, nous n'avons laisse libre

' Une description succincte de ce iiicine four et de son cinploi a di'jh etc imprimée dms les Annales maritimes , tome II , 1830.

qu'une partie Je la base du compartiment moyen ; le reste est garni de barreaux en fer, comme une grille. Parvenu à ce point, le même sable est tiré, à l'aide d'un long ringard qu'on introduit par l'autre extrémité du four , et il est répandu sur toute la sole en zones ondulées de 0"',04 à O^jOS d'épaisseur. Quand il est suffisamment torréfié, on le ramasse dans le puisard qui avoisine le foyer, et qui débouche, au niveau du fond du cendrier, par une petite ouverture de 0"','20 à 0™,25 en carré. De là on le retire à loisir, pendant qu'une autre fournée s'opère, et on le porte en magasin. Ajoutons cependant qu'on ne doit jamais vider complètement ce puisard ; autrement il donnerait passage à un courant d'air froid trcsnuisible.

Détails relatifs à rétablissement des diverses parties du four.

§ 71. Entrons maintenant dans quelques détails sur rétablissement des diverses parties de ce système de four.

L'ouverture par laquelle on introduit le sable de gneiss au niveau de la terrasse n'a pas besoin de porte; mais on garnit de mortier les derniers rangs de briques et la petite voûte qui recouvre les cloisons , afin de ne pas y laisser d'issue à la fumée. Les deux petits regards , qui servent dans les moments ou le sable s'écoule avec peine, sont munis de portes en tôle, seulement pour empêcher le sable de tomber au-dehors du four; car d'ailleurs la perte de calorique serait insignifiante. On ménage une ouverture dans la paroi du four avoisinant la base de la cheminée, afin que le chauffeur puisse s'assurer de la manière dont le sable arrive, le pousser en avant, s'il y a lieu, et faciliter le travail du ringard, lorsqu'on renouvelle la couche de matière étendue sur la sole du four. Cette ouverture est simplement fermée par une porte en tôle appliquée extérieurement à la maçonnerie.

Quant à celle qui donne passage au ringard, pour le fermer, nous nous servions d'abord de deux trappes en tôle et à coulisses, venant se rejoindre de façon à ne laisser libre que fin-

tervalle strictement nécessaire pour le diamètre de la tige du ringard, 0'",04 environ; mais, parla chaleur rayonnante du foyer, ces trappes se déformaient, se brûlaient et devenaient difficiles à manœuvrer. Nous les avons remplacées par le système de porte déjà connu pour les fours à chaux ( § 38), et dont l'expérience est venue confirmer tous les avantages, dans cette nouvelle application.

L'alimentation du foyer se fait par une ouverture latérale , distincte de la précédente, et munie comme elle d'une porte avec remplissage en maçonnerie.

Le plan du four, pris parallèlement à la sole , ressemble assez bien à la coupe verticale d'un four à chaux. L'inclinaison donnée à la sole même facilite la manœuvre du ringard, et rend plus direct le choc de la flamme. La voûte est à section transversale en anse de panier; sa hauteur sous clef décroît de 0'",80 à 0'",50, de manière à conserver en même temps toute garantie de stabilité, et une portion de courbure à peu près verticale vers les naissances, pour tenir heu de pied-droit. Cette dernière précaution est indispensable , si l'on veut que le four s'échauffe bien uniformément; elle est basée d'ailleurs sur ce qui se pratique généralement dans les fours de boulangerie.

La flamme transmettant encore une partie de sa chaleur au sable contenu dans le compartiment moyen de la cheminée, cette circonstance a permis de restreindre la longueur du four, de manière à ne pas rendre trop fatigant l'emploi d'un long ringard, et sans nuire beaucoup h l'eflet utile du combustible.

La grille a 1"',60 de longueur sur 0™, 70 de largeur. Plus longue, elle deviendrait difficile à bien charger; plus étroite, elle suffirait sans doute avec du bois de fagots; mais les copeaux et ies menus bois de démolition qui nous servent habituellement laissent peu de vide pour le passage de l'air et donnent beaucoup de brasier : il fallait donc par cela même augmenter son étendue.

Enfin, îa cheminée a 8"',00 de hauteur, 0'",40 en carré à l'orifice supérieur, mais 1"", 00 de profondeur à la base; et cela,

liims ie !)Ut d'avoir une grande surface de contact entre les gaz cli.'uids et le compartiment à sable.

De la inarche de la combuslion.

§ 72. Le sable et le combustible étant rendus à piedd'œuvre , la conduite du four que nous venons de décrire exige deux hommes : le premier, qui veille exclusivement à l'entretien du feu , et à ce qui se passe à la base de la cheminée ; le second, qui fait descendre le sable dans la cheminée, le répand sur la sole du four, le remue au moins une fois pendant la durée de la torréfaction , et le ramasse dans le puisard , au moment convenable. Ici on n'a pas à craindre les inconvénients de la chaleur rayonnante, comme dans les fours à chaux et à briques , car on est toujours à même de retirer le sable suffisamment torréfié, ou de le mettre en couche plus épaisse dans les parties les plus voisines du foyer. L'important est donc d'abord de bien charger la grille, afin qu'il ne s'échappe pas d'air échauffé en pure perte : pour cela, on peut sans crainte accumuler le combustible jusqu'à 0™, 1 5 ou 0'",20 de hauteur; car la voûte du four, ne se trouvant en contact immédiat avec aucun corps refroidissant, devient assez incandescente pour maintenir les gaz de la distillation du bois h la température h laquelle ils s'enflamment. Aussi , c'est à peine si l'on aperçoit quelques indices de fumée sortira un instant quelconque par le haut de la cheminée; et il nous paraît difficile de rencontrer un foyer plus fumivore.

C'est durant les premiers jours où le feu est allumé qu'on brûle la plus forte proportion de combustible. Cette proportion diminue ensuite peu à peu; et, dès le sixième jour, elle reste sensiblement constante. Voici d'ailleurs le tableau delà dépense de chaque jour observée pendant un mois. :

Jours. Tombereaux.

ce 8

Jours. Tombereaux.

lie 8

Jours. Tombereaux.

Jours. TombereaiiT.

Jours. Tombereaux.

.lours. Tdinbereauï.

2Ge.

Jours. Tombereaux,

Chacun de ces tombereaux forme à peu près un stère; ils ne sont pas tous du même poids, à cause de l'état très-vanal)îe des copeaux et autres menus bois employés ; mais, d'après diverses pesées que nous avons faites, on peut évaluer à 2,400*' la consommation moyenne par 24 heures; ce qui donne en définitive loo'' par heure.

En supposant l'air demi-brûlé, et les gaz refroidis jusqu'à 300°, à l'orifice supérieur de la cheminée, on voit que leur vitesse d'écoulement à cet orifice doit être d'environ

3"", 69 par seconde.

De la quantité de produits obtenus.

§ 73. Après que le sable a été répandu sur toute la sole, en zones ondulées, un peu plus épaisses sur le devant du four que sur le derrière et sur les côtés, on retire le ringard, et on ferme exactement l'ouverture qui lui donnait passage. On laisse le tout en cet état, pendant 20 à 25 minutes. Au bout de ce temps, on renouvelle les surfaces soumises au choc de la flamme. On attend de nouveau pendant 20 minutes environ ; la matière est alors suffisamment torréfiée; on l'amasse dans le puisard, et on la remplace par d'autre immédiatement.

La quantité de pouzzolane préparée de cette manière varie suivant que le four est plus ou moins chaud ; mais elle devient constante à partir du cinquième ou sixième jour, et s'élève régulièrement à 3'"'',40 par 24 heures. Le nombre des fournées

1 Le uume'rateiir exprime le volume des gaz chauds à 300°; le premier facteur du de'nominateur indique le nombre de secondes contenues dans une heure ; et les deux autres, la serlion de rorificc de la ebcminee.

dans ce même intervalle est de 34 ; ce qui donne pour chacUné 100 litres de pouzzolane et 42 minutes de chaufiàge.

Dans les premiers temps où nous installâmes cette fabrication, on retirait jusqu'à 5""" de produits par 24 heures. Mais l'expérience ne tarda pas à nous démontrer que la trop grande quantité nuisait à la qualité; et que, chose remarquable, cette même poudre était moins énergique que le sable cru. Il n'était pas moins important d'autre part de constater ce qui adviendrait^ en prolongeant la torréfaction au-delà de 42 minutes. Nous fîmes pour cela deux essais nouveaux, l'un à 2 heures et l'autre à 3 heures de chauffage par fournée ; et nous trouvâmes que , dans ces deux circonstances, l'énergie de la pouzzolane perd un peu , sous le rapport de la vitesse de prise, mais reste à peu près la même, sous le rapport de la résistance à la rupture au bout de quinze mois.

II importait enfin d'avoir, pour terme de comparaison , quelques essais sur le gneiss torréfié à i'état de moellon , suivant la méthode usitée antérieurement. Pour cela, nous prîmes au hasard, dans un approvisionnement assez considérable, de la poudre provenant de moellon cliaufic pendant 1 2 à 1 5 heures dans le four n° 3 ( § 3 1 ), et d'autre provenant de fragments cuits au-dessus de la pierre calcaire, dans un four à chaux. Avec la première , les résultats furent inférieurs à ceux du sable cru; avec la seconde, ils furent sensiblement meilleurs, mais plus faibles néanmoins que ceux du sable torréfié au four à réverbère.

Expériences comparatives sur la pouzzolane de gneiss prise à divers e'tats.

§ 74. Les expériences que nous venons de mentionner sont réunies dans les deux tableaux suivants.

Première série

• ( 108 ) Première série d'expériences.

COMPOSITION DtS MORTIERS.

1 de chaux en pâte avec 2 de sabie cru

Idem avec 2 \ .

Idem avec 2 de sable le'gèrement torre'fic'

Idem avec 1 de sable idem et 1 de sable quartzeux

Idem avec 2 \ de sable torre'fie pendant 42 minutes

Idem avec 2 de sable zV/pm. . . .

Idem avec 1 -j de sable idem. . .

Idc/n avec 1 de sable idem et 1 de sable quartzeux

Idem avec 2 de moellon pulvérise après avoir été chauffé pendant 12 k 15 heures dans ie four n" 3

Idem avec 1 pouzzolane .

de la même

Idem avec 1 idem et 1 de sable quartzeux

Idem avec 2 de poudre de moellon chauffé plus fortement que le précédent. .

Idem avec 2 idem provenant d'un autre échantillon. . .

Jours.

Idem.

Idem,

Idem.

Idem,

Idem.

Idem,

Idem.

OBSERVATIONS

Immerges sous l'eau de mer. Le

(temps de prise est un peu incertain parce que ia surface s'est I)oursoullee.

Les résistances à la rupture ont été calculées généralement d'aj)rè5 1; formule deGaïiiée, PczuRab

ài P indique ie poids qui a causé Ja rupture, c la distance du point d'encastrement â\\ niortiei" au point d'application de la

harge , a la largeur de ï'échanlil Ion , et b sa hauteur.

Tous les raor tiers comprin dans ce tableau ont été immergés immédiatement sous de l'eau de mer.

( 109 ) Deuxième série d'expériences.

j NUMÉROS. Il