LERM INFOS n° 20 : " Les ciments spéciaux "

Episode 2/2 - Les ciments spéciaux non-normalisés

LERM INFOS - Lettre d'information technique et scientifique sur les matériaux - Parution quadrimestrielle gratuite

SOMMAIRE
LERM INFOS n° 20

Les dossiers techniques :

Les Ciments sulfo-alumineux:
une grande famille....

Les matrices de ciments modifiés aux polymères

Les Géopolymères

Les Ciments expansifs

Les ciments phosphocalciques

Les Ciments apatitiques

Ciment et béton lunaire

Entretients :
Cyrille Sauvaget : un nouveau ciment dentaire Biodentine ^TM!

Elis Gartner, Directeur scientifique chimie au Centre de recherche Lafarge

PORTRAIT :
Cyrille Sauvaget,
ingénieur d'études au LERM

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Editorial

Il y a quelques mois déjà, nous publions une Lettre d’information n° 17 consacrée aux « ciments spéciaux : épisode 1, les ciments spéciaux normalisés ». Cette annonce appelait une suite évidente : « Episode 2, les ciments spéciaux non normalisés ».

Si, après cette fière annonce, le titre de cette nouvelle lettre va de soi, il n’en est pas de même du contenu... On a vu dans la précédente Lettre comment le processus normatif européen avait, pourrait-on dire, digéré les ciments courants en usage dans les différentes nations européennes et comment il les avait distingué des ciments spéciaux, c'est-à-dire des ciments qui présentent des propriétés supplémentaires ou particulières elles-mêmes spécifiées dans les normes qui définissent ces ciments spéciaux.
Si l’on admet la définition classique selon laquelle une norme est un document accessible à tous, établi par consensus et adopté par des organismes dont la compétence est reconnue, la norme joue donc un rôle de vecteur d’information validé collectivement. En traitant des ciments non normalisés nous nous aventurons finalement dans un domaine non garanti, infiniment vaste où chaque ciment est particulier. Alors, comment nous sommes nous orientés ?

Comme nous ne pouvions être exhaustifs, nous avons rassemblé dans cette Lettre des ciments qui sont d’usages courants dans d’autres parties du globe (Chine, USA, Russie...) et qui ne sont pas normalisés en Europe, des ciments dont l’usage est très particulier (ciment dentaire, ciment orthopédique...), et des ciments anecdotiques (ciment lunaire, par exemple), pour montrer l’extraordinaire variété de ces ciments et la créativité à l’œuvre dans ce domaine.

D’une certaine façon cette incursion dans les ciments spéciaux non-normalisés nous ramène aux origines, car, bien sûr, on a inventé et utilisé les ciments avant de les normaliser. Un laboratoire comme le LERM se tient précisément à un carrefour mêlant d’un côté une vigilance sur l’actualité de la pratique normative et de l’autre un intérêt pour ce qui s’élabore en dehors d’elle, et vers où sans doute nous irons demain.

Même si nul n’est prophète en ce domaine, l’entretien avec Ellis Gartner(1) sur les recherches en cours sur un clinker industriel alternatif au clinker de ciment Portland nous indique des voies par lesquelles, pour répondre aux contraintes environnementales, la normalisation des ciments va probablement évoluer… A suivre dans nos prochains numéros.

Bonne lecture !

Bernard QUENEE et Gilles MARTINET - Directeurs Généraux du LERM.

(1) - A la question qu’on lui pose de savoir quelles sont les directions à venir de la recherche sur les ciments, J. F. Young répond, dans un article de Cement and Concrete Research : « la seule chose que je puisse prédire avec assurance, c’est que mes prédictions seront fausses » in Looking ahead from the past : the heritage of cement chemistry, CCR, 38 (2008), pp. 111-114.

Les ciments sulfo-alumineux : une famille nombreuse
Les ciments sulfo-alumineux sont constitués d’un mélange de clinker sulfo-alumineux et de sulfate de calcium hydraté (gypse) ou non (anhydrite). Cette appellation recouvre de nombreuses compositions qui ont pour point commun la présence de sulfoaluminate de calcium.

Le ciment sulfo-alumineux alitique est caractérisé par la présence simultanée de ye'elimite et d’alite (C3S), mais sans bélite.

Le ciment Portland modifié à la ye’elimite est fabriqué avec un clinker de Portland auquel est mélangé de 5 à 20% de ye'elimite.
Ce ciment possède des temps de prise plus courts et de meilleures résistances à court terme qu’un ciment Portland.

Le ciment ye’elimitique est, lui, constitué d’un mélange de ye'elimite (15-50%), de sulfosilicate de calcium ou sulfopurrite et d’anhydrite, mais sans alite.

Les ciments sulfo-alumineux bélitiques dont la ye’elimite et la bélite sont les principaux constitutifs ne contiennent pas d’alite.

Un peu d’histoire
La ye’elimite a été observée pour la première fois en Israël à Har Ye'elim en Israël. Elle est aussi appelée composé de Klein ou kleinite,
du nom d’un chercheur américain qui, en collaboration avec Mehta, a étudié ses propriétés hydrauliques dans les années 60.
 Les premiers ciments sulfo-alumineux bélitiques ont été développés en Russie et au Japon, mais leur production industrielle s’est développée en Chine dans les années 1970. La première formulation, désignée par CSA (Ciment Sulfo-Alumineux), est un mélange de ye'elimite, de bélite, de ferrite et d’anhydrite. La seconde formulation, plus riche en ferrite, a été développée  sous la dénomination de CFA (Ciment Ferro-Alumineux) au début des années 1980. C’est dans les années 1990 que se développe vraiment l’usage des ciments sulfo-alumineux bélitiques suite aux travaux menés en Chine sur leur hydratation et leurs applications.

Motifs  d’utilisation des ciments sulfo-alumineux bélitiques
En Chine ces ciments sont utilisés en fonction des propriétés suivantes :
- un durcissement rapide et une résistance au jeune âge très élevée (40MPa à 2 jours)
- une bonne résistance mécanique à long terme
- une faible alcalinité
- une faible perméabilité
- une durabilité éprouvée en environnent agressif (chlorures et sulfates)
- une insensibilité à de nombreux inhibiteurs de prise, notamment Pb, Zn…

Des précautions pour garantir la durabilité de ces ciments doivent être prises en fonction :
- du fort dégagement de chaleur qui accompagne l’hydratation (fissuration possible des structures massives)
- de la rapidité du temps de prise (problème de maniabilité)
- de la possibilité d’expansion à terme (génération de fissures)

En effet, c’est le dosage de la chaux qui commande la microstructure de l’ettringite. En présence d’hydroxyde de calcium, l’ettringite devient expansive et cette propriété est utilisée pour compenser des retraits ou pour créer une récontrainte. Formée en présence de peu de chaux, l’ettringite n’est pas expansive, mais contribue au développement rapide de la résistance au jeune âge.

C’est en utilisant ces propriétés que les ciments sulfo-alumineux sont utilisés en Chine pour la préfabrication d’éléments en béton ou la fabrication d’éléments précontraints (poutres, tuyaux…). Ils sont également utilisés pour le coulage de dalles de grandes dimensions et pour des bétonnages par temps froid.

Hors de Chine, les ciments sulfo-alumineux bélitiques sont utilisés pour les chapes et les mortiers auto-nivelants sans retrait, pour les bétons à très haute résistance au jeune âge ou pour les composites renforcés par des fibres de verre. C’est leur faible alcalinité qui les rend apte à cet usage.


Les ciments sulfo-alumineux sont également utilisés pour le conditionnement de déchets nucléaires. Voir le Zoom ci-dessous…

Enfin la fabrication de ces ciments consomme moins d’énergie que celle du ciment Portland (la température de cuisson est moindre) et émet moins de CO2 (cru moins riche en calcaire et consommation moindre d’énergie fossile).

Bibliographie
J. Péra, J. Ambroise : New applications of calcium sulfoaluminate cement. Cement and Concrete Research, vol. 34, n° 4, 2003. pp. 671-676
O. Odler. Special inorganic cements. E & F. N. Spon, 2000.

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//Les matrices de ciments modifiés aux polymères.

Historique
Les bétons modifiés aux polymères (Modified Polymer Concrete) s’obtiennent en mélangeant un polymère organique à un béton de ciment Portland. Le but est d’obtenir un composite dont la durabilité et la capacité de liaison sont améliorées.
C’est dans les années 50 – 60 que les premières recherches ont été menées sur ces bétons, rapidement utilisés dans le domaine de la réparation des structures en béton, en particulier grâce à leurs propriétés de liaison et de résistance à la traction (recouvrement de tabliers de ponts, sols industriels…).,.

Typologie
Aujourd’hui, les matériaux cimentaires composites contenant des polymères se regroupent en trois grandes familles :

• les bétons ou mortiers polymères (ou béton/mortier de résine)
• les bétons ou mortiers imprégnés de polymères
• les bétons ou mortiers de ciment polymères

Dans les bétons polymères, c’est le polymère seul qui sert de liant. Dans le cas des bétons imprégnés de polymères, le béton de ciment Portland durci est imprégné de polymères, soit en surface, soit assez profondément (injection), de manière à réduire la sorption d’eau, améliorer la tenue aux cycles de gel dégel ainsi que la résistance à la compression.

Nous intéressons ici particulièrement à la matrice des bétons de ciment polymères.

Les matrices de ciments modifiés aux polymères
L’évaporation progressive de l’eau du béton frais entraîne une concentration des polymères dans la solution. Les particules de polymère se rapprochent et finissent par coalescer jusqu’à former un film continu. Cette coalescence n’est possible qu’à partir d’un seuil de température désignée sous le nom de température minimale de formation du film. C’est ce film qui, en fonction d’une période de maturation et de la nature du polymère, apporte au béton ses propriétés mécaniques particulières, sa capacité d’adhérence au support, sa résistance à l’eau et aux sels.

Les polymères ajoutés aux bétons interagissent également avec la matrice cimentaire ; ils en modifient la structure et donnent naissance à une comatrice qui résulte de l’interpénétration de la phase de ciment hydraté et de la phase polymère.

Lors de l’hydratation de la phase cimentaire, la formation des hydrates consomme une partie de l’eau de gâchage. La floculation des particules de polymère entraine la formation d’une couche continue en surface des hydrates et des anhydres qu’elle lie, tout en adhérant à la surface des granulats. Ce processus améliore la liaison hydrates/granulats, mais dans le même temps retarde l’hydratation. En règle générale, l’hydratation du ciment a lieu avant la formation du film, à l’exception de la surface du matériau où l’évaporation de l’eau accélère la coalescence des particules polymériques.

Les études montrent que la comatrice ne se forme pas en dessous d’un rapport poids ciment / poids polymère précisément déterminé.

Les mortiers de ciment aux polymères se révèlent très résistants aux agressions chimiques et à l’abrasion ; ils sont de plus hautement imperméables à l’eau. Ils sont donc particulièrement indiqués pour des usages qui les exposeraient particulièrement à des attaques chimiques ou à des contraintes mécaniques notables et répétées. Leur capacité d’adhérence les recommande également comme mortiers de réparations aptes à s’associer à une surface bétonnée ancienne. En revanche, la présence de polymères les rend particulièrement vulnérables aux hautes températures.

Sources : Cement concrete and concrete-polymer composites: two merging worlds. A report from 11th ICPIC Congress in Berlin, 2004 / Van Gemert, D.
Auteur; Knapen, E.; Łukowski, P.; Czarnecki, L., Auteur. - 2004. - 12 p. Special inorganic cements. Ivan Odler, F & FN Spon, 2000.

// Les géopolymères
Issus de recherches sur la modélisation de la formation géologique des zéolithes, les géopolymères représentent des chaînes de molécules minérales liées par des liaisons covalentes. La géopolymérisation consiste donc en la réaction d’un silicate d’aluminium avec une solution alcaline sodique et/ou potassique, contenant ou non de la silice en solution. Cette réaction forme un réseau amorphe de silice et d’alumine où les alcalins viennent compenser les charges.

La production de géopolymères n’émet que très peu de CO2  : il n’entre ni dans le processus de cuisson, ni de décarbonatation de calcaire.

Les études en cours semblent montrer que les géopolymères développent une haute résistance mécanique au jeune âge, ainsi qu’une excellence résistance aux attaques acides. Enfin, leur structure permet l’immobilisation de radionucléides et de métaux lourds. Les géopolymères constituent donc une piste de développement particulièrement intéressante dans le domaine des matériaux cimentaires spéciaux.

ci-dessus : vue au microscope d'un béton normal et enrchi aux polymères.
Image du site "www.geopolymer.org". Tous droits réservés.

Pour en savoir plus, vous pouvez consulter le site de l'Institut des Géopolymères.

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Les ciments expansifs ou à retrait compensé
L’usage des ciments expansifs, ou à retrait compensé, vise à éliminer le défaut majeur du ciment Portland que représente le retrait de dessiccation. Ces ciments sont utilisés lorsqu’on cherche à soustraire des pièces de bétons ou des éléments de construction en béton à la fissuration causée par le retrait.
On utilise aussi particulièrement ce ciment pour la construction de pistes d’aérodromes, de chaussées, de parkings, de sols d’entrepôts… Les ciments expansifs servent également à la fabrication de bétons dits autocontraints, dans lesquels les premiers efforts de compression sont le résultat des contraintes chimiques. Les premiers travaux portant sur un ciment devant fournir un mortier expansif datent des années 30 et on les doit à H. Lossier. Ce sujet a été repris en URSS dans les années 50 par Budnikov, Kosyreva et Mikhailov. Aux Etats-Unis, les travaux de Klein démarrent sur ce sujet en 1958.

Le(s) retrait(s)
Lors de l’hydratation du ciment Portland, les composés anhydres du ciment réagissent avec l’eau pour former les produits d’hydratation.
Il se trouve que le volume total des hydrates formés lors de la réaction est moindre, d’environ 20%, que la somme des volumes du ciment et de l’eau engagés lors de l’hydratation. Le retrait endogène est la conséquence de ce phénomène, mis en évidence par Le Chatelier. Il s’agit là du retrait chimique ou retrait hydraulique du ciment. Tant que le ciment est plastique, ce retrait chimique se manifeste par une diminution du volume extérieur de la pâte. Ce retrait est indépendant du phénomène de dessiccation et son intensité dépend du rapport E/C du béton (ce retrait est plus élevé dans le cas des BHP à faible E/C).

Le retrait de dessiccation, lui, correspond à l’évaporation de l’eau libre de la pâte durcie. Il est lié à la différence d’hygrométrie entre le cœur du béton et l’ambiance extérieure. Il peut générer des contraintes internes qui peuvent mener à la fissuration du béton en peau. Il s’agit d’un retrait à long terme.
Il existe également un autre type de retrait appelé retrait thermique qui correspond à une contraction thermique liée au refroidissement de la pâte de ciment et des granulats. Ce retrait n’a que peu d’influence dans le cas d’éléments de faibles dimensions mais peut être très sensible dans le cas des pièces massives.

Les ciments à retrait compensé, au cours de leur hydratation génèrent une contrainte d’expansion au sein de la pâte durcie qui contrebalance la contrainte générée par le retrait chimique et la dessication.
Ces ciments sont formés d’un composé cimentaire qui assure l’hydratation et la résistance de la pâte et d’un composé expansif. Certains ciments sont des liants qui contiennent directement les deux composants. Plus généralement, les deux composants sont produits séparément puis mélangés ou broyés ensemble ultérieurement.
L’expansion est produite par une réaction qui conduit à la formation d’ettringite (sulfoaluminate de calcium hydraté). Cette réaction est bien connue des cimentiers puisqu’elle se produit toujours pendant l’hydratation du ciment Portland puisque, pour réguler la prise de l’aluminate tricalcique, on ajoute du gypse (sulfate de calcium) au clinker.

Différents types de ciments expansifs sont produits industriellement : le ciment de type K (addition de sulfoaluminate de calcium et de sulfate de calcium au clinker Portland), le ciment de type M (addition de ciment alumineux et de sulfate de calcium au ciment Portland), le ciment de type S (à partir de ciment Portland riche en C3A et en sulfate de calcium additionnel).
Une application particulière du ciment expansif est l’usage de sa force d’expansion à la destruction de roche, de béton ou de tout autre matériau. Il est alors utilisé en technique minière, en prospection, désobstruction, démolition. On le désigne parfois sous le non évocateur de bétonamite.

Bibliographie :
W. Kurdowski. Ciments expansifs, in 7e Congrès de la Chimie des Ciments, volume 2-V-1, Paris, 1980
O. Odler. Special inorganic cements. E & F. N. Spon, 2000.

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Usage orthopédique
La problématique des matériaux des substituts osseux a été transformée au cours de ces dernières années. En effet, alors qu’on demandait au matériau d’être le plus durable possible et de générer dans le corps la réaction la plus faible possible, on travaille aujourd’hui sur des matériaux qui doivent être bioactifs.
Plutôt que d’être durable, on souhaite, au contraire, que le matériau de substitution se dégrade au rythme de sa colonisation par l’os qui l’accueille. Cette biorésorbtion est basée sur une porosité suffisante du matériau pour permettre la vascularisation de l’implant.

Les propriétés recherchées de ces biomatériaux sont donc la biocompatibilité et la biorésorption (dont le rythme doit être contrôlé : synchrone avec la repousse osseuse et compatible avec les capacités d’élimination de l’organisme) mais également la résistance mécanique, la maniabilité et un coût de production acceptable.

Divers matériaux sont aujourd’hui utilisés (céramiques, liants polymères…), nous ne traiterons ici que des ciments minéraux.
L’emploi des ciments à base de phosphate de calcium sont très utilisés pour leurs qualités de biocompatibilité et de bioactivité, mais leur vitesse de résorption est généralement jugée trop lente. On considère que les capacités de résorption des biomatériaux sont contrôlées par la solubilité de leurs phases constitutives. Comme les carbonates de calcium présentent une solubilité supérieure à celle des phosphates de calcium, on a conçu des ciments minéraux à base de carbonateCaCO₃ métastable (vatérite, aragonite, carbonate de calcium amorphe) associé éventuellement à un phosphate de calcium métastable. En fonction de la présence ou non de phosphate de calcium ces ciments seront nommés CaCO₃ – CaP ou simplement CaCO₃.

Dans le cas du CaCO₃ – CaP, la prise procède d’une réaction de dissolution - précipitation qui forme au final une apatite carbonatée.
Dans le cas du CaCO₃, la réaction fournit de l’aragonite.

Les nombreuses qualités que demande l’emploi de ces matériaux (résistance mécanique, bioactivité, vitesse de résorption, élaboration à basse température, vitesse de prise, maniabilité adaptée à la pratique chirurgicale, adaptation précise aux applications visées) font de leur production un champs de recherches et d’expérimentations très ouvert.

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Conditionnement de déchets nucléaires séparés

Depuis 1991, le CEA a inauguré des programmes de recherche visant à optimiser des procédés déjà existants (conditionnement de déchets de haute activité dans le verre), mais visant également la mise au point de matrices spécifiques pour conditionner des déchets séparés. Cette recherche croise alors la route des apatites.
Il se trouve que, sur le site naturel d’Oklo, au Gabon on a récolté, il y a une vingtaine d’années, une variété d’apatite qui renferme des éléments issus de réactions nucléaires naturelles datant de deux milliards d’années.
La caractérisation géochimique de ces matériaux a montré qu’ils ont confiné, sur des périodes de temps géologiques, des éléments radioactifs tout en résistant à des taux d’irradiation élevée, à de hautes  températures et à la lixiviation.
A ce constat, l’idée est venue de se servir des apatites comme matériau de stockage des déchets de haute activité.
Les apatites les plus communes sont la fluorapatite et la l’hydroxyapatite. La fluorapatite est le constituant principal des gisements de phosphate ; l’hydroxyapatite, quant à elle,  constitue la partie minérale des os.

L’étude des apatites a mis en évidence leurs propriétés favorables au conditionnement des déchets radioactifs :
- stabilité en température
- stabilité chimique en milieu aqueux faiblement alcalin
- stabilité sous rayonnement radioactif

Les apatites, en effet, possèdent une structure cristalline dans laquelle les effets de l’irradiation sont réparables : une légère augmentation de température suffit à rendre à leur position initiale les atomes déplacés par la fission. Dans le cas de la matrice apatitique, l’élévation de la température due à la radioactivité des déchets contribue à la régénération de la structure endommagée par l’irradiation.

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// Ciment et béton lunaire

Le 30 septembre 1994, la navette spatiale Endeavour emportait le premier mortier de ciment Portland destiné à une expérience spatiale. Il s’agissait de tester un béton malaxé et soumis à une cure sous condition de microgravité… Comme le mentionne l’article qui rend compte de la fabrication du malaxeur et de l’embarquement du mélange, il était alors question de mener le béton… « au-delà des limites ».

Mais, dans la perspective d’utiliser un béton sur la Lune, les recherches s’orientent vers un liant de substitution au ciment Portland, pour mettre au point un liant non hydraulique. Il s’agirait d’un liant sans eau à base de soufre et de régolith.
Le soufre peut être extrait du sol lunaire et mélangé à la régolith (poussière du sol des planètes sans atmosphère).

Les essais menés sur de tels bétons montrent :
- Une résistance à la compression et à la flexion, ainsi qu’une résistance à la fatigue supérieure à celles obtenue avec un béton de ciment Portland classique,
- Une prise rapide, avec une atteinte de 70 à 80 % de la résistance finale en 24 heures,
 - Une excellente résistance aux cycles de gel-dégel, ainsi qu’à une exposition constante à un gel extrême.

Bibliographie
Bury, M., Jalbert, L., Mustaikis, S., “Taking Concrete to the Outer Limits,” Concrete Construction, V. 40, No. 10, 1995, pp. 855-859.
Toutanji, H, “Strength and Durability Performance of Waterless Lunar Concrete”, Proceedings: 43rd AIAA
Aerospace Sciences Meetings, Reno, NV, January, 2004. B. Khoshnevis, M.P. Bodiford, K. H. Burks, E. Ethridge,  D. Tucker, Won Kim, H. Toutanji, R. Fiske
Lunar Contour Crafting – A Novel Technique for ISRU-Based Habitat Development, in American Institute of Aeronautics and Astronautics Conference, January 2005.
Cliquez sur le lien : http://craft.usc.edu/CC/Welcome_files/resources/media/AAAS_Conf.pdf

Cliquez sur le lien : http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=16972890

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Entretien avec Cyrille Sauvaget, ingénieur d’études au LERM, sur la mise au point d’un ciment dentaire Biodentine ^TM

LERM
Cyrille, tu as participé à la mise au point d’un ciment dentaire pour le compte d’un laboratoire de pharmacie dentaire. Peux-tu nous préciser quel a été ton rôle et la généalogie de la recherche ?

Cyrille Sauvaget
"En effet, j’ai participé, sur un contrat de post-doctorant d’un an suivi d’un contrat d’ingénieur d’étude de deux ans, à la mise au point d’un ciment dentaire et j’étais chargé de la formulation de ce ciment.
L’aventure démarre en 1997 avec M. Bottero, directeur de recherches en sciences de l’environnement au CNRS attaché au CEREGE, et Mme Bottero, maître de conférences à l’UFR d’Odontologie de Marseille. Le projet est de mettre au point un matériau cimentaire destiné à la reconstitution des dents postérieures avec un double objectif : proposer un matériau d’une part capable de se substituer parfaitement aux tissus dentaires détruits par la carie et d’autre part, qu’il soit respectueux de l’environnement c'est-à-dire dépourvu de mercure, élément dont la nocivité, dans l’environnement (dépose des plombages) et dans l’organisme du patient, est problématique. Il s’agissait donc clairement d’offrir une alternative aux amalgames et aux résines composites.

Sous l’impulsion de Monsieur Franquin, directeur de l’équipe IMEB de l’UFR d’Odontologie de Marseille, le projet est soumis au Laboratoire SEPTODONT, qui, le prenant à son compte, rassemble des financements pour permettre de démarrer la recherche".

Quelle voie choisissez-vous alors en termes de matériaux ?
"L’option de départ est la formulation d’un liant hydraulique adapté. Mais outre les questions sanitaires et cliniques, le cahier des charges est bien lourd pour ce type de matériau, du point de vue d’un liant hydraulique classique puisque les 3 contraintes majeures sont :

1. le temps de prise, qui doit être compris entre 9 et 12 minutes
2. la résistance mécanique qui doit pouvoir atteindre 200 Mpa en quelques heures
3. enfin la blancheur.

Tout l’inverse de la grande majorité des ciments ! C’était donc loin d’être gagné…
Le choix de base est celui d’une poudre de silicate tricalcique, composant bien connu de tous ceux qui connaissent le ciment Portland ! Tout le problème était d’en accélérer la prise.
Le premier levier d’accélération à notre disposition était la micronisation du C3S : diminuer la finesse d’une poudre, en effet, en augmente la réactivité. Le deuxième levier à notre disposition était d’ajouter à l’eau de gâchage un accélérateur de prise connu, le chlorure de calcium, qui, non seulement accélère la prise, mais augmente également la résistance à la compression. Le troisième levier, également axé sur l’amélioration des performances mécaniques, a été la réduction de l’eau de gâchage par l’ajout d’un superplastifiant haut réducteur d’eau, qui, en diminuant la porosité, contribue en outre à la résistance en compression et à la durabilité du matériau".

Votre ciment était né…
"Eh non, pas encore !... car le temps de prise était encore trop long. Le levier suivant a donc été l’ajout au mélange de carbonate de calcium qui joue le rôle de support de nucléation pour les hydrates néoformés. Cet ajout a été décisif puisque le temps de prise a alors été divisé par deux. Cette fois, notre ciment était né. Un brevet a été déposé en 2001 et les essais de biocompatibilité ont démarré à  la fac dentaire de la Timone à partir de 2002. Ces essais nous réservaient une bonne surprise, car l’étude des interfaces a montré qu’au contact du silicate de calcium et du phosphate de calcium de la dentine d’origine, une cristallisation, dont la composition est parente de l’hydroxyapatite, avait lieu. L’hydroxyapatite est le principal composant des os.
Cela signifie qu’en plus de ces qualités de prise rapide et de résistance élevée, ce ciment est bioactif.
Le cahier des charges était donc plus que rempli, puisqu’en plus des indications en réparation, il convient aussi en indications endodontiques".

Et aujourd’hui ?
"Depuis l’année dernière, le produit est commercialisé sous le nom de Biodentine™ et est distribué en France, au Royaume Uni et en Belgique. Son lancement en Allemagne et aux USA est imminent.
Il a même reçu le Prix de l’Innovation 2010 décerné par les professionnels de la santé bucco-dentaire, au congrès de l’Association Dentaire Française !
Je suis donc très fier d’avoir participé à cette aventure de recherche qui, une fois n’est pas coutume, s’est réellement concrétisée" !

Pour en savoir plus sur "Biodentine^TM ", cliquez ici

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// Entretien avec Ellis Gartner, Directeur scientifique chimie
au Centre de recherche Lafarge

LERM : Le groupe Lafarge se donne-t-il des perspectives de recherches en ce qui concerne les ciments spéciaux ? 
Ellis Gartner : " A vrai dire, compte tenu du volume de production annuelle de ciment du groupe, production qui dépasse les 200 millions
de tonnes, depuis un certain temps déjà, nous nous sommes séparés de la production des ciments spéciaux, qui, par définition, représentent de petits volumes de production. Notre activité « sur mesure » concerne plutôt les bétons en fonction de demandes spécifiques de nos clients.
Ceci  ne signifie pas que nous nous désintéressons de l’évolution de la technologie du ciment. Bien au contraire. Nous savons parfaitement que l’industrie cimentière contribue de façon importante aux émissions de gaz  à effet de serre et est grande consommatrice de ressource énergétique fossile. Notre position de leader mondial nous donne donc une responsabilité particulière dans le domaine de la recherche de solutions durables de production des matériaux cimentaires. Pour que notre activité soit pérenne,
il est essentiel que l’empreinte environnementale de nos produits soit aussi réduite que possible. C’est dans cette perspective et dans le cadre d’une demande mondiale en ciment croissante, que nous travaillons à la mise au point d’un clinker alternatif".

Pouvez-vous nous détailler cette recherche ?
"Le projet Eather, puisque c’est ainsi qu’il se nomme, vise à produire des ciments qui offrent les mêmes performances que le ciment Portland, notamment dans diverses applications pour bétons, mais dont l’empreinte environnementale soit réduite.

Lors de la production du ciment, 60% des émissions de CO2 proviennent de la décarbonatation à haute température du calcaire et le reste (40%) provient du processus de cuisson lui-même. Les pistes pour réduire de 25 à 30%  les émissions concernent donc la réduction de la quantité de calcaire nécessaire à la production du clinker et une moindre température de cuisson.

Pour que les gains soient significatifs sur une vaste échelle de production, il convient que les clinkers Eather, puissent être produits à partir de matières premières abondantes (calcaire, argile, bauxite) et, sous réserve de quelques modifications, dans les installations industrielles déjà existantes".

Où en êtes-vous, de la réalisation de ce projet ?
"Après des mises au point de production à Cracovie en Pologne, une production industrielle a été expérimentée sur un site Lafarge
en France où, pendant deux semaines, plusieurs milliers de tonnes de clinker Eather ont été produites. D’autres expérimentations
de production se tiendront sur des sites étrangers à Lafarge.
Il convient également d’expérimenter les performances des ciments Eather dans différentes applications de mortiers et de bétons.
L’aboutissement de ce projet prendra plusieurs années. Pour l’instant nous sommes dans le cadre d’un contrat de trois ans financé
par l’Union européenne par le programme Life pour la protection de l’environnement.

Le projet de mettre en débat ces ciments alternatifs au sein des comités de normalisation, quand ce sera le moment, fait bien sûr partie de notre démarche".

Cliquez ici pour en savoir plus sur la recherche et l'innovation : Lafarge

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PORTRAIT : Ce trimestre, nous vous proposons de découvrir qui est Cyrille Sauvaget, ingénieur d'études au LERM.

LERM: Cyrille, tu es ingénieur d’études au LERM et tu nous a raconté ta participation à la mise au point d’un ciment dentaire original.
Peux-tu nous raconter un peu ton parcours ?
"Je passe un bac biologie, en fait maths-biologie, en 1989. J’habite alors Montceau-les-Mines. A la sortie du lycée, je commence un DEUG B à l’Université de Bourgogne. Le stage de spécialisation du deuxième trimestre me fait découvrir la chimie à laquelle je consacre donc ma deuxième année. Je passerai une licence puis une maîtrise de chimie, option solides. Le DEA qui suit est plutôt orienté chimie-physique".

D’où vient ton engagement dans les liants hydrauliques ?
"Cela vient d’une rencontre, qui, finalement, a infléchi le cours de mes études et de ma vie : j’effectue mon stage de maîtrise au Laboratoire de Recherches sur la Réactivité des Solides de l’Université de Bourgogne, laboratoire qui est dirigé par André Nonat. André Nonat me propose de travailler sur l’hydratation du ciment. C’est à ce moment que j’embarque dans les liants hydrauliques. Comme j’effectue mon stage de DEA au centre de recherches de chez Lafarge à l’Isle d’Abeau, je démarre ma thèse, ensuite, sur un contrat de financement industrie / université de trois ans que j’effectuerai chez Lafarge et à l’Université de Dijon sous la direction de André Nonat.

Ensuite, c’est Jean-Yves Bottero, directeur de recherches en sciences de l’environnement au CNRS attaché au CEREGE, qui me propose de travailler comme post-doctorant puis comme ingénieur d’étude sur le projet de ciment dentaire dont je t’ai parlé (lien). Cela a été une expérience très motivante et très enrichissante au cours de laquelle j’ai pu collaborer, encore, avec un certain… André Nonat !

C’est après cette recherche que ma route va croiser pour la première fois le LERM. En effet, après la formulation du ciment dentaire, nous imaginons, avec la même équipe, de réaliser un mortier de restauration pour les monuments historiques et nous contactons le LERM pour prévoir des essais. Malheureusement, ce projet ne trouvera pas de financement".

Tu cherches alors du travail…
Oui, et je trouve un poste d’ingénieur de recherche chez Lafarge. Là, je suis spécialiste… de la bulle ! Je travaille particulièrement sur deux problématiques, celle de l’air entraîné dans le béton et celle de l’allègement des plaques de plâtre. Si la recherche est stimulante, d’un point de vue intellectuel, il est parfois frustrant de consacrer du temps et de l’énergie à des travaux qui ne trouvent pas forcément d’application.

C’est la raison pour laquelle tu rejoins le LERM ?
"Oui… et là, en termes de problèmes concrets, tu es servi : expertises, diagnostics, arrêts de chantiers. Chaque étude est originale et répond à une demande précise".

Sur quoi travailles-tu au LERM ?
"J’ai commencé par remplacer temporairement Isabelle Moulin, responsable des questions d’environnement. Ensuite, j’ai pris des études bétons et  pierres… Je quitte aussi assez souvent mon bureau, dans la mesure, où je conduis également des essais sur site".

Comment a évolué ta pratique au sein du LERM ?
"Je travaille toujours sur le même créneau, mais je prends maintenant des dossiers dont les enjeux financiers ou scientifiques sont plus importants. J’aime bien également la fonction de tutorat que je remplis auprès des nouveaux arrivants au labo. Cela prend des tournures variées : réponses techniques, aide à la rédaction de devis, accompagnement sur sites, disponibilité aux demandes… L’aspect humain de cette fonction est très agréable".

Et comment vois-tu l’évolution de ton poste ?
"J’ai quitté la recherche développement dans l'industrie pour venir au LERM, parce que je souhaitais travailler à des problématiques plus concrètes. Il me semble maintenant que mes connaissances et méthodes de travail, acquises dans mon ancien environnement, pourraient être mises à contribution sur d’éventuels projets internes au laboratoire".

Toutes tes activités te laissent-elles du temps pour autre chose que les liants hydrauliques ?
"Je crois savoir qu’en dehors du labo la vie est vaste, diverse et également passionnante ! J’ai mené mes études et mes premiers travaux de front avec la pratique du rugby ou de la course d’orientation. Aujourd’hui, quand je ne m’occupe pas de mes filles et de ma famille, on peut me croiser en VTT sur les sentiers de la garrigue toute proche de chez moi…".

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Nous tenons à remercier les personnes suivantes pour leur participation à la construction de cette LERM INFOS n°20 :

- Ellis Gartner, directeur scientifique chimie au Centre de recherche Lafarge.
- Cyrille SAUVAGET, ingénieur d'études au LERM.
- Nourredine RAFAÏ, Ingénieur Expert Durabilité au LERM.
- Abdelkrim AMMOUCHE, directeur de la recherche et de l'Innovation et Responsable du pôle MATERIAUX au LERM.

La prochaine LERM INFOS paraîtra à l'été 2011. Une fois de plus, merci de votre fidélité.

REVUE DE PRESSE et ACTUALITES

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// Un nouveau prix d'ingénierie pour setec TPI
(EFCA : European Federation of engineering Consultancy Associations).

Félicitations à Francesc ROCA, ingénieur chez SETEC TPI, l’un des trois lauréats du prix européen 2011 des jeunes professionnels de l’ingénierie. Son prix lui sera remis par l’EFCA (European Federation of engineering Consultancy Associations) à Berlin le 26 Mai 2011.

Francesc a présenté le caractère innovant du projet de pont à haubans sur le Bouregreg, à Rabat. Les aspects économiques et développement durable de cet ouvrage, ainsi que les bénéfices apportés au client ont constitué un atout de sa candidature.

Francesc a participé au sein de l’équipe de Véronique Mauvisseau, en collaboration avec Jacques Ryckaert, Gregory Viel, Emilie Bellanger et Djazira Mersaoui, aux études d’APS et d’APD. Actuellement, l’ouvrage est en cours de construction et nous participons en tant qu’assistant maître d’oeuvre au visa des notes de calculs et des plans du bureau d’études de l’entreprise.
Serge Latallerie est l' expert permanent sur le chantier au Maroc.

Lire le communiqué officiel
Visiter le site du groupe setec: http://www.setec.fr

//"Le Moniteur.fr", rubrique "Technique."

Dans la continuité de nos lettres d'informations techniques et scientifiques "LERM INFOS", vous trouverez sur la rubrique "Technique" de notre partenaire "lemoniteur.fr" une galerie d'actualités, de dossiers techniques et de reportages complets en libre consultation.

Point central incontournable de l'actualité du BTP et du Génie civil, nous vous proposons de découvrir "la chronique du LERM" chaque dernier mercredi du mois. Dernièrement, vous pouviez consulter notre article sur "Le diagnostic du Pont des Invalides...ou des ponts des invalides? ".

Le site du Moniteur Technique: www.lemoniteur.fr/technique
La dernière "chronique du LERM : "Le Diagnostic et les réparations du Pont de Recouvrance à Brest".

//"Bétons[s] le Magazine n°34 Mai/Juin 2011"

Après le superbe " Hors-série Bétons de A à Z " paru en Février, ouvrage plaisant et référent sur les bétons auquel Philippe Souchu, Christophe Carde, Nourredine Rafaï et Bernard Quénée ont largement contribué,

Béton[s] le Magazine n° 34 consacre son dossier “En Couverture” aux chapes fluides ciment comme anhydrite.

L’occasion de se remémorer quelques fondamentaux concernant ces deux familles de produits.
Côté chantiers, la nouvelle aile du lycée Carnot, à Paris, retient l’attention avec son superbe parement en béton blanc ondulant. En parallèle, un focus est réalisé sur les travaux de prolongement de la ligne B du métro lyonnais.
Les reportages dédiés à la MJC de Firminy, signée Le Corbusier, et à l’immeuble “Le Trident” s’inscrivent, quant à eux, dans la thématique transversale de l’année : Entretien et réparation des bétons.
Enfin, la rubrique “Passé Simple”, développée exceptionnellement sur 3 pages, permet de s’offrir une balade à travers l’histoire des constructions en béton de la Seine-Saint-Denis.

Consulter le site: N°34 Béton[s] le Magazine
Pour acquérir le hors-série n°10 "Bétons de A à Z de ce début d'année,
cliquez sur le site http://www.betons-lemagazine.fr

// Valorisation pédagogique des métiers du patrimoine.
Pôle Industries Culturelles et Patrimoines.

Suite à une première édition en 2010, le Pôle relance pour la rentrée scolaire 2011 l’opération de valorisation pédagogique des métiers du patrimoine et de la culture.

Cette opération a pour vocation :

• de renforcer les liens entre Culture, Formation scolaire et Métiers liés à toutes les activités de valorisation des patrimoines et des cultures,
• d'associer des acteurs économiques et des intervenants artistiques dans la réalisation de projets pédagogiques et artistiques,
• de permettre la transmission de la richesse et de la diversité des parcours des dirigeants d’entreprises, des responsables de structures à un public scolaire.

En 2010, 8 structures participent à cette première édition :
A-Corros Expertise – Okhra – Arkheïa - Atelier Cédric Lelièvre – LERM - Ame de Laine et de Soie - Acta Vista - Musée Départemental Arles Antique.

Consultez les visuels relatifs aux différentes phases du projet 2010/2011: visuels

Les candidatures pour la deuxième édition sont ouvertes, merci de nous retourner, avant le 15 mai 2011, ce bulletin de participation.

//A lire dans Envrionnement & Technique d'Avril.

En complément de nos articles techniques sur le soufre, nous vous recommandons le dernier numéro du mensuel "Environnement & Technique", paru en Avril.

A la une du numéro 305 d'Environnement et Technique :
- Méthanisation - La curieuse étude à laquelle on a peut-être échappé ?
- L'industrie française du photovoltaïque : quel avenir ?.
- ISO 26000, quel apport pour les organisations?
- le code minier, à lépreuve des huiles et gaz de schiste

Beaucoup de questions, dont vous trouverez les réponses dans ce numéro

Cliquez ici pour voir le numéro 305

AGENDA

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// Retour sur les journées techniques GC'2011 - Linnovation dans le génie civil
22-23 mars 2011 à l'Ecole Supérieure des Travaux Publics de Cachans.

Les journées AFGC "GC'2011" se sont déroulées à l'ESTP de Cachan les 22 et 23 mars. La thématique de ces journées, « L’innovation dans le Génie Civil au service de la construction durable, s’inscrivait dans  la voie tracée par les journées GC’2007 consacrées au développement durable et GC’2009 au cycle de vie des ouvrages. Les experts du LERM y étaient présents.
L’objectif de ces journées était de faire un bilan des innovations dans les domaines de la conception, de l’exécution et de la réhabilitation des structures de génie civil dans l’optique de constructions durables respectueuse de l’environnement. Il s’agissait également de présenter les nouveaux développements en matière de ville durable et d’éco-quartiers.
Dans cette problématique la conception, la construction et la gestion des ouvrages doivent intégrer de plus en plus des critères de développement durable comme la santé, le respect de l’environnement, la réduction de l’énergie consommée, l’économie des ressources naturelles, la limitation des rejets, la maîtrise des risques, sans oublier l’intégration de l’ouvrage dans son site.
Des solutions innovantes, comme la mise au point de nouveaux matériaux, le développement de nouveaux outils numériques, l’automatisation des méthodes de construction, l’instrumentation des structures, l’amélioration de la communication entre les différents acteurs, etc. ont été présentées

Un CD ROM rassemblant les communications est disponible auprès de l’AFGC.

Cliquez ici pour contacter l'AFGC
Le calendrier des manifestations à venir en 2011

// Bâtiments et ouvrages en béton - 17 mai 2011 à l' Université de Cergy-Pontoise.
Contrôles non-destructifs et Application en sécurité incendie

A l'occasion de la semaine de la recherche et de l'Innovation en Val d'Oise, l'université de Cergy Pontoise accueillera l'après-midi du 17 mai prochain, le colloque " Bâtiments et ouvrages en béton" organisé par CIMBétons.
Les thèmes du contrôle non-destructif des ouvrages et de l'applications en sécurité incendie seront abordés par les conférenciers, de14h à 17h30. A cette occasion, retrouvez les experts du LERM présents.

Pour en savoir plus sur le colloque et réserver votre place, cliquez ici(.pdf)

// ConCrack - 20-22 Juin, Paris.
- Benchmark international sur le control de la fissurations des structures en béton armé.

Du 20 au 22 juin prochain, ConCrack (Control of Cracking) dévoilera les résultats d'atleriers et d'observations
sur le comportement des fissures et du retrait affectant les ouvrages spéciaux du génie civil en béton armé.

"ConCrack" fait partie du projet national CEOS : "Comportement et Evaluation des Ouvrages Spéciaux fissuration retrait" . L’objectif général du projet est de faire progresser de façon significative les outils et les pratiques d’ingénierie en matière d’estimation et de prédiction de l’état d’endommagement lié à la fissuration des éléments de structures en béton armé ou précontraint en fonction des actions auxquelles ils sont soumis.

Lors de ces rencontres techniques situées sur Paris, vous retrouverez les experts et ingénieurs spécialisés du LERM.

Cliquez ici pour en savoir plus sur l'événement (infos pratiques)
le site du CEOS.fr

// From CantoCanvas - 25-27 mai 2011 à Marseille et Antibes.
- Premières utilisations des peintures industrielles par Picasso.

Ce colloque international de trois jours représente le point culminant d'un programme de recherche entre l'Art Institute of Chicago (AIC), le Centre Interrégional de Conservation et Restauration du Patrimoine (CICRP, Marseille), et le Musée Picasso d'Antibes.
Il sera le premier à approfondir la technologie des premières peintures industrielles (et autres peintures à usage non artistique) et leur utilisation par les artistes avant 1950. Une attention particulière sera portée à l'étude des peintures de la marque Ripolin® que Pablo Picasso (1881-1973) et ses contemporains auraient abondamment utilisées.

Cliquez ici pour en savoir plus sur l'événemen (site officiel)

Téléchargez ici le formulaire d'inscription

// Jardins de Pierre - 22-24 Juin, Paris.
- Conférence internationale sur la Conservation de la pierre dans les parcs, jardins et cimetières

Le congrès international, organisé par le Comité international Pierre de l’ICOMOS (ICOMOS-ISCS) et la
Section française de l’institut international de conservation (SFIIC), dans le cadre de ses 14es journées d’étude, se tiendra à Paris (Institut National du Patrimoine, INP) les 22-24 juin 2011.

Les conférences auront lieu à l’INP les 22 et 23 juin. Le samedi 24 juin, des excursions sont prévues (en option) : notamment, parc de Versailles, cimetières parisiens (sous réserve de confirmation ultérieure).

Vous pourrez également retrouvez les experts du département "Patrimoine" du LERM, durant cette espace temps de valorisation des pierres dans les jardins.

Pour en savoir plus sur "Jardins de Pierre", cliquez ici pour téléchargher le document (.pdf)

// Festival "Les Suds" - 11 au 17 Juillet, Arles.
- Préparez votre été !

Le marronier estival des musiques du monde "Les Suds à Arles" se tiendront du 11 au 17 Juillet prochains, enrichis d'une programmation musicale actuelle et variée. En complément des têtes d'affiches, on appréciera la fraîcheur de nouveaux artistes internationnaux aux heures chaudes de l'année.

Réservez dès maintenant vos places sur le site officiel du Festival "Les Suds à Arles"

Cliquez ici pour télécharger le programme.

NOS METIERS

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Connaissez-vous les métiers du LERM ? Cliquez sur votre secteur d'activité / une prestation afin d'en savoir plus.

BTP / GENIE CIVIL	ENVIRONNEMENT	PATRIMOINE BÂTI
Contrôle & caractérisation	Contrôle & caractérisation	Contrôle
Etudes & diagnostics	Etudes & diagnostics	Etudes & diagnostics
Recherche & Innovation	Recherche & Innovation	Recherche & Innovation

Vous ne trouvez pas la prestation recherchée ? Contactez-nous au +33 (0) 4 90 18 30 30

Merci de votre attention. La prochaine Lettre d'information technique et scientifique "LERM INFOS n°21" paraîtra cet été.

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	Directeur de la publication : Bernard Quénée
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