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dimanche 18 mai 2008

Le Béton, son histoire












Sa définition:

Béton est un terme générique qui désigne un matériau de construction composite fabriqué à partir de granulats (sable, gravillons) agglomérés par un liant.

Le liant peut être « hydraulique » (car il fait prise par hydratation ; ce liant est couramment appelé ciment) ; on obtient dans ce cas un béton de ciment. On peut aussi utiliser un liant hydrocarboné (bitume), ce qui conduit à la fabrication du béton bitumineux. Le coulis est un mélange très fluide de ciment et d'eau. Enfin, lorsque les agrégats utilisés avec le liant hydraulique se réduisent à des sables, on parle alors de mortier (sauf si l'on optimise la courbe granulaire du sable et dans ce cas on parle de béton de sable).


Son Histoire:

En raison de son importance stratégique, sa recette est un secret militaire gardé confidentiel par les Cimmériens, les Phéniciens et les Égyptiens. Permettant la construction de ports artificiels, de forteresses, de temples et de monuments commémoratifs, il se répand dans les colonies grecques grâce aux conquêtes d'Alexandre le Grand, puis dans l'empire romain, après son alliance avec Neapolis avant de tomber en désuétude à la chute de celui ci.

Redécouvert par l'occident seulement depuis le XIXe siècle notamment grâce à Louis Vicat, le béton de ciment est, à l'heure actuelle, le matériau de construction le plus utilisé.


Le béton armé:

Le béton armé a été inventé par Joseph Monier qui en a déposé les brevets dès 1870. On se reportera pour plus de précision au livre Joseph Monier et la naissance du ciment armé paru aux éditions du Linteau (Paris, 2001).

De façon intrinsèque, le béton de ciment présente une excellente résistance à la compression. En revanche, il a une faible résistance à la traction donc à la flexion. Aussi est-il nécessaire, lorsqu'un ouvrage en béton est prévu pour subir des sollicitations en traction ou en flexion (comme par exemple un plancher, un pont, une poutre...), d'y incorporer des armatures en acier destinées à s'opposer et à reprendre les contraintes de traction qui pourraient mettre en péril la pérennité de l'ouvrage. Les armatures mises en œuvre peuvent être soit en acier doux (peu utilisés pour reprendre la traction pure, par définition l'acier doux n'a qu'une faible adhérence au béton, il reste donc utilisé pour les éléments travaillant essentiellement en flexion tel que les pylônes, les fûts, etc.) soit en acier haute-adhérence (aciers HA anciennement dénommés TOR). On parle alors de béton armé, matériau composite mis au point par François Hennebique en 1886.


Sa propriété:

La réaction chimique qui permet au béton de ciment de faire prise est assez lente : à peine 75 % de la résistance mécanique finale au bout de 7 jours. La vitesse de durcissement du béton peut cependant être affectée par la nature du ciment utilisé et par la température du matériau lors de son durcissement. La valeur prise comme référence dans les calculs de résistance est celle obtenue à 28 jours (80 % de la résistance finale). Le délai de 28 jours a été choisi afin de pouvoir contrôler la résistance 4 semaines après avoir coulé le béton. Ainsi, un béton coulé un vendredi sera vérifié un vendredi, ce qui évitera d'avoir à faire des tests durant les week-ends. Il est possible de modifier la vitesse de prise en incorporant au béton frais des adjuvants (additifs) ou en utilisant un ciment prompt (ciment Vicat). Il existe d'autres types d'adjuvants qui permettent de modifier certaines propriétés physico-chimiques des bétons. On peut, par exemple, augmenter la fluidité du béton pour faciliter sa mise en œuvre en utilisant des plastifiants, le rendre hydrofuge par l'adjonction d'un liquide hydrofuge ou d'une résine polymère, ou maîtriser la quantité d'air incluse avec un entraîneur d'air.


Le matériau béton:

Si un béton classique est constitué d'éléments de granulométrie décroissante, en commençant par les granulats (NF EN 12-620 - spécification pour les granulats destinés à être incorporés dans les bétons), le spectre granulométrique se poursuit avec la poudre de ciment puis parfois avec un matériau de granulométrie encore plus fine comme une fumée de silice (récupérée au niveau des filtres électrostatiques dans l'industrie de l'acier). L'obtention d'un spectre granulométrique continu et étendu vers les faibles granulométries permet d'améliorer la compacité, donc les performances mécaniques.

L'eau a un double rôle d'hydratation de la poudre de ciment et de facilitation de la mise en œuvre (ouvrabilité). En l'absence d'adjuvant plastifiant, la quantité d'eau est déterminée par la condition de mise en œuvre. Un béton contient donc une part importante d'eau libre, ce qui conduit à une utilisation non optimale de la poudre de ciment. En ajoutant un plastifiant (appelé aussi réducteur d'eau), la quantité d'eau utilisée décroît et les performances mécaniques du matériau sont améliorées (BHP : béton hautes performances).

Les résistances mécaniques en compression obtenues classiquement sur éprouvettes cylindrique 16×32 mm, sont de l'ordre de :

* BFC : bétonnage fabriqué sur chantier : 25 à 35 MPa, peut parfois atteindre 50 MPa ;
* BPE : béton prêt à l'emploi, bétonnage soigné en usine (préfabrication) : 40 à 60 MPa ;
* BHP : béton hautes performances : jusqu'à 200 MPa ;
* BUHP : béton ultra hautes performances, en laboratoire : 500 MPa.

La résistance en traction est moindre avec des valeurs de l'ordre 2,1 à 2,7 MPa pour un béton de type BFC.

La conductivité thermique couramment utilisée est de 1,75 W·m−1·K−1, à mi-chemin entre les matériaux métalliques et le bois.
Formulation d'un béton

Le choix des proportions de chacun des constituants d'un béton afin d'obtenir les propriétés mécaniques et de mise en œuvre souhaitées s'appelle la formulation. Plusieurs méthodes de formulations existent, dont notamment :

* la méthode Baron ;
* la méthode Bolomey ;
* la méthode de Féret ;
* la méthode de Faury ;
* la méthode Dreux-Gorisse.

La formulation d'un béton doit intégrer avant tout les exigences de la norme NF EN 206-1, laquelle, en fonction de l'environnement dans lequel sera mis en place le béton, sera plus ou moins contraignante vis-à-vis de la quantité minimale de ciment à insérer dans la formule ainsi que la quantité d'eau maximum tolérée dans la formule. De même, à chaque environnement donné, une résistance garantie à 28 jours sur éprouvettes sera exigée aux producteurs, pouvant justifier des dosages de ciments plus ou moins supérieurs à la recommandation de la norme, et basée sur l'expérience propre à chaque entreprise, laquelle étant dépendante des ses matières premières dont la masse volumique peut varier, notamment celle des granulats.

D'autres exigences de la NF EN 206-1 imposent l'emploi de ciment particuliers en raison de milieux plus ou moins agressifs, ainsi que l'addition d'adjuvants conférant des propriétés différentes à la pâte de ciment que ce soit le délai de mise en oeuvre, la plasticité, la quantité d'air occlus, etc.
Classification des bétons

Le béton utilisé dans le bâtiment, ainsi que dans les travaux publics, il comprend plusieurs catégories.

En général le béton peut être classé en quatre groupes, selon sa masse volumique ρ :

* béton très lourd : ρ > 2 500 kg/m3 ;
* béton lourd (béton courant) : ρ entre 1 800 et 2 500 kg/m3 ;
* béton léger : ρ = 500 à 1 800 kg/m3 ;
* béton très léger : ρ < 500 kg/m3.

Le béton courant peut aussi être classé en fonction de la nature des liants :

* béton de ciment ;
* béton silicate (Chaux) ;
* béton de gypse (gypse) ;
* béton asphalte.

Le béton peut varier en fonction de la nature des granulats, des adjuvants, des colorants, des traitements de surface et peut ainsi s’adapter aux exigences de chaque réalisation, par ses performances et par son aspect.

* Les bétons courants sont les plus utilisés, aussi bien dans le bâtiment qu'en travaux publics. Ils présentent une masse volumique de 2 300 kg/m3 environ. Ils peuvent être armés ou non, et lorsqu'ils sont très sollicités en flexion, précontraints.

* Les bétons lourds, dont les masses volumiques peuvent atteindre 6 000 kg/m3 servent, entre autres, pour la protection contre les rayons radioactifs.

* Les bétons de granulats légers, dont la résistance peut être élevée, sont employés dans le bâtiment, pour les plates-formes offshore ou les ponts.








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