# Ciment Portland > Le liant qui durcit sous l'eau - Date: 1824 - Époque: Âge industriel - Domaine: [Construction & cités](https://lastcodex.org/fr/domains/building/) - Palier: IV (Science & industrie) - Difficulté: 4/5 - URL: https://lastcodex.org/fr/inventions/portland-cement/ Le ciment Portland est un mélange de calcaire et d'argile cuit vers 1 450 °C en nodules durs, le clinker, puis broyé avec un peu de gypse. Avec l'eau, il durcit par réaction chimique, même immergé, et lié au sable et au gravier il donne le béton, le matériau de construction le plus utilisé au monde. ![Ciment Portland · Le liant qui durcit sous l'eau](https://lastcodex.org/_astro/plate.C3lTA59h_21VoXP.webp) ## Légende 1. Calcaire et argile concassés 2. Four rotatif, flamme à l'extrémité basse 3. Nodules de clinker 4. Broyeur : clinker et un peu de gypse 5. Sable, gravier et eau pour le mélange 6. Coffrage en bois rempli de béton frais ## Ce que c'est Le ciment Portland est une poudre grise : du calcaire et de l'argile cuits jusqu'à fondre en partie en morceaux durs, le clinker, que l'on broie ensuite avec un peu de gypse. Avec l'eau, il forme une pâte qui raidit en quelques heures et continue de durcir pendant des semaines. C'est un liant hydraulique : il durcit en réagissant avec l'eau, au fond d'une tranchée humide comme dans la mer. Le mortier de chaux aérienne, lui, durcit lentement par carbonatation, au contact de l'air. Le béton romain résistait à l'eau grâce à la pouzzolane, une cendre volcanique dont la silice réagit avec la chaux éteinte. Dans le ciment Portland, la chaux et la silice de l'argile sont déjà combinées dans le four : la poudre n'a besoin que d'eau, et devient bien plus résistante. Mêlé à du sable et à du gravier, il donne le béton : ces granulats occupent l'essentiel du volume et le ciment les colle entre eux. ## Comment ça marche ![Nodules de clinker gris-noir arrondis, certains cassés, à côté de morceaux blancs de gypse et d'un petit tas de poudre grise](https://lastcodex.org/_astro/v1.tHsbFK7e_Z15ghT8.webp) _Le clinker à la sortie du four ; broyé avec un peu de gypse, il devient ciment._ **La cuisson.** Le cru contient en général environ quatre cinquièmes de calcaire, avec de l'argile ou du schiste qui apportent silice, alumine et oxyde de fer. Dans le four, le calcaire perd son gaz carbonique et devient chaux vive, qui se combine ensuite aux minéraux de l'argile. Vers 1 450 °C, une partie de la charge fond et le reste s'agglomère en nodules sombres. Un clinker courant contient environ 55 % d'alite et 20 % de bélite, deux silicates de calcium ; l'alite ne se forme qu'avec une cuisson poussée, au-delà de 1 300 °C environ. Le clinker est ensuite refroidi rapidement. **Le broyage.** On moud le clinker très fin avec environ 5 % de gypse, qui empêche l'aluminate qu'il contient de faire raidir la pâte quelques minutes après le gâchage. **La prise.** Dans l'eau, l'alite et la bélite forment des silicates de calcium hydratés, un gel mal cristallisé qui se développe à partir de chaque grain et lie les grains entre eux, en libérant de la portlandite (hydroxyde de calcium) et de la chaleur. L'alite donne la résistance des premiers jours, la bélite celle qui vient après la première semaine. **L'eau et la résistance.** L'eau en excès laisse des pores, qui affaiblissent le béton. En 1918, Duff Abrams, au Lewis Institute de Chicago, a montré que la résistance dépend surtout du rapport entre l'eau et le ciment ; la plupart des mélanges se situent entre 0,4 et 0,6 en masse. Un béton qui sèche trop tôt cesse de réagir ; dans certains essais, il n'a atteint qu'environ la moitié de la résistance d'un béton maintenu humide. ## Comment le fabriquer Le clinker exige un four industriel, mais le ciment en sac, avant sa date limite d'utilisation, se gâche à la main sur une planche pour un plot de fondation ou une petite dalle de jardin. Tout ce qui porte un bâtiment ou un véhicule demande l'étude d'un ingénieur. **Le coffrage.** Pour une dalle, décaissez jusqu'au sol ferme, compactez un hérisson de cailloux et plantez des planches sur chant tout autour, maintenues par des piquets, le dessus de niveau et la face intérieure huilée. Pour un plot, le trou lui-même sert de moule. ![Béton gâché à la main sur une planche : un tas de sable, de gravier et de ciment creusé d'un cratère d'eau, une pelle et un seau](https://lastcodex.org/_astro/v2.B79AxL8V_Z20ubEb.webp) _L'eau va dans un cratère creusé dans le mélange sec, que l'on rabat depuis les bords._ **Mélanger à sec, puis mouiller peu.** Un dosage courant est d'un seau de ciment pour deux de sable à béton et trois de gravier lavé de 20 mm au plus. Retournez le tas sec jusqu'à ce qu'il soit d'un gris uniforme, versez l'eau dans un cratère et ramenez-y à la pelle le mélange sec des bords, peu à peu. Un rapport de 0,5 représente environ 12,5 litres pour un sac de 25 kg, en comptant l'eau que contient déjà le sable humide. Arrêtez quand le mélange est mouillé partout et assez souple pour remplir le coffrage et être serré, tout en tenant sa forme sur la pelle : l'eau en trop le rend plus facile à couler, mais le béton durci plus faible. **Couler, serrer, garder humide.** Remplissez le coffrage par couches, piquez chacune avec une tige et tapez les planches pour chasser l'air ; arasez le dessus avec un chevron. Protégez le béton frais du soleil et du vent pendant le travail. Dès que la surface ne marque plus, gardez-la humide sous une bâche ou une toile de jute mouillée pendant au moins 7 jours, plus longtemps par temps frais, et protégez-la du gel. **Tester un cube.** Remplissez de la même gâchée un ou deux moules huilés de 10 cm de côté intérieur, en deux couches piquées chacune, et conservez-les sous la même toile humide que la dalle. Un laboratoire d'essais écrase ces cubes sous presse à 7 et 28 jours et donne leur résistance : c'est ainsi qu'on contrôle le béton d'un chantier. Casser un cube à la massette n'apprend pas grand-chose et projette des éclats et de la poussière. > **Sécurité.** Le ciment frais est très alcalin. Emprisonné contre la peau dans un gant ou une botte, il peut provoquer de graves brûlures chimiques. Portez des gants étanches, des manches longues, le pantalon par-dessus les bottes et des lunettes de protection. Lavez sans tarder la peau souillée ; en cas de projection dans les yeux, rincez à l'eau claire au moins 15 minutes et consultez un médecin. La poudre irrite les poumons : videz les sacs dehors, dos au vent, avec un masque FFP3. Découper du béton durci soulève de la poussière de silice : utilisez une scie à arrosage et un masque FFP3 dont l'ajustement a été vérifié. Un sac pèse 25 kg : soulevez-le jambes fléchies, ou à deux. ## Histoire et évolution ![Le phare de pierre de Smeaton sur son rocher en mer, ouvert pour montrer des pièces reliées par des échelles sous une lanterne à bougies, avec un anneau de pierres à queue d'aronde dessiné à côté](https://lastcodex.org/_astro/v3.BHdE-L7r_1EV5yM.webp) _La tour de Smeaton à Eddystone, 1759 : des pierres à queue d'aronde dans un mortier qui prend dans l'eau de mer._ En 1756, l'ingénieur anglais John Smeaton, chargé de reconstruire le phare d'Eddystone au large de Plymouth, essaie des chaux pour trouver un mortier qui prenne entre deux marées. Les meilleures viennent d'un calcaire argileux ; il maçonne la tour avec de la chaux hydraulique et de la pouzzolane. En France, en 1817-1818, Louis Vicat montre comment l'argile permet à la chaux de prendre sous l'eau et fabrique une chaux hydraulique artificielle à partir de craie et d'argile, pour un pont à Souillac. Le 21 octobre 1824, Joseph Aspdin, maçon à Leeds, fait breveter une pierre artificielle « que j'appelle ciment Portland », d'après la pierre claire de Portland, dans le Dorset. Son produit n'était sans doute pas assez cuit pour compter comme ciment Portland aujourd'hui. Dans les années 1840, son fils William et Isaac Charles Johnson, tous deux près de Londres, cuisent le mélange jusqu'au clinker, que leurs prédécesseurs jetaient comme surcuit ; chacun revendiquera la découverte. Cette planche retient 1824, l'année du nom. Frederick Ransome brevète un four rotatif en 1885. Ses essais anglais échouent, mais un four de ce type chauffé au pétrole fonctionne en Pennsylvanie en 1890, et ces fours remplacent vite les fours fixes. En 2018, selon Chatham House, le monde produisait plus de 4 milliards de tonnes de ciment par an, et cette fabrication émettait environ 8 % du CO₂ mondial. Plus de la moitié venait du calcaire lui-même, qui libère son gaz carbonique dans le four. Les fabricants remplacent une partie du clinker par du laitier, des cendres volantes, de l'argile calcinée ou du calcaire pour réduire cette part. ## Chiffres clés - Température du four: Environ 1 450 °C - Gypse: Environ 5 %, broyé avec le clinker - Dosage courant à la main: 1 volume de ciment, 2 de sable, 3 de gravier - Rapport eau/ciment: En général 0,4 à 0,6 en masse - Production mondiale: Plus de 4 milliards de tonnes par an, environ 8 % des émissions mondiales de CO₂ (2018) ## Nécessite - [Chaux et mortier de chaux](https://lastcodex.org/fr/inventions/lime-mortar/): La pierre cuite qui redevient pierre (il y a 10 000 ans) - [Béton romain](https://lastcodex.org/fr/inventions/roman-concrete/): Chaux, cendre volcanique et moellons (v. 200 av. J.-C.) - [Mesures et étalons](https://lastcodex.org/fr/inventions/measures-and-standards/): La coudée, la balance et le mètre (v. 3 000 av. J.-C.) ## Mène à - [Béton armé](https://lastcodex.org/fr/inventions/reinforced-concrete/): L'acier en traction, le béton en compression (v. 1848) ## Sources - [About cement](https://www.cementkilns.co.uk/cement.html), Cement Kilns (D. Moore), history of the British cement industry - [Aspdin's 1824 patent](https://cementkilns.co.uk/cemkilndoc008.html), Cement Kilns (D. Moore) - [Early rotary kilns](https://cementkilns.co.uk/early_rotary_kilns.html), Cement Kilns (D. Moore) - [Hard-Headed Man (M. Rinde, 2015)](https://www.sciencehistory.org/stories/magazine/hard-headed-man/), Science History Institute, Distillations - [Aberthaw Lime and Cement Works, Rhoose (listing record 83144)](https://britishlistedbuildings.co.uk/300083144-aberthaw-lime-and-cement-works-rhoose), Cadw, via British Listed Buildings - [Louis Vicat](https://225.polytechnique.fr/en/225-stories/louis-vicat.html), École polytechnique - [Making Concrete Change: Innovation in Low-carbon Cement and Concrete (Lehne & Preston, 2018)](https://www.chathamhouse.org/sites/default/files/publications/2018-06-13-making-concrete-change-cement-lehne-preston-final.pdf), Chatham House - [Global CO2 emissions from cement production, 1928–2018 (R. M. Andrew, 2019)](https://essd.copernicus.org/articles/11/1675/2019/), Earth System Science Data - [Composition of cement](https://www.engr.psu.edu/ce/courses/ce584/concrete/library/construction/curing/composition%20of%20cement.htm), Penn State College of Engineering - [Curing concrete: normal, hot and cold weather](https://www.engr.psu.edu/ce/courses/ce584/concrete/library/construction/curing/curing.html), Penn State College of Engineering - [Water-cement ratio of concrete](https://www.globalgilson.com/blog/water-cement-ratio-of-concrete), Gilson Company - [Properties of concrete](https://www.ce.memphis.edu/1101/notes/concrete/section_3_properties.html), University of Memphis, Civil Engineering - [Cement](https://www.hse.gov.uk/construction/healthrisks/hazardous-substances/cement.htm), Health and Safety Executive - [Cutting paving blocks, kerbs and flags](https://www.hse.gov.uk/construction/healthrisks/hazardous-substances/cutting-paving-blocks-kerbs-and-flags.htm), Health and Safety Executive - [Cement hydration](https://www.mc-bauchemie.com/mcpedia/cement-hydration), MC-Bauchemie, MCpedia Faits vérifiés le 2026-10-14. --- The Last Codex · https://lastcodex.org/fr/inventions/portland-cement/ · © The Last Codex. Textes, planches et figures : CC BY-NC-ND 4.0.