Voir la source de Ciment

{{homon|Ciment (homonymie)}}
[[Fichier:USMC-110806-M-IX060-148.jpg|vignette|Du ciment, fourni en sac, prêt à être mélangé avec de l’eau et des granulats.]] 
Le '''ciment''' est un [[liant hydraulique]] (qui durcit sous l'action de l'eau), utilisé dans la préparation du [[béton de ciment|béton]], et aujourd'hui le plus souvent employé dans la confection des [[Dallage (construction)|dallages]], des [[parpaing]]s, des [[enduit]]s et des [[mortier (matériau)|mortiers]].

Il est fabriqué par chauffage à très haute température de [[calcaire]] (70 à 80 %) et d'[[argile]] (20 à 30 %) pour former, par [[réaction endothermique]], le [[clinker]], des nodules de silicates de calcium. Ils sont ensuite broyés finement, d'autres composants étant éventuellement ajoutés (jusqu'à 30 %) dont du calcaire à nouveau, non cuit. Le ciment est utilisé pur ou en mélange avec des [[granulat]]s (sables, graviers{{Etc.}}) en ajoutant de l'eau qui participe à la prise de cette poudre en un maillage très solide de nanocristaux de [[Silicate_de_calcium_hydraté|silicates de calcium hydratés]]. La première opération libère du gaz carbonique qui est réabsorbé par la seconde.

Connu des [[Rome antique|Romains]] qui l'utilisent par exemple pour la construction du [[Panthéon (Rome)|Panthéon]], le ciment est oublié (le [[Mortier (matériau)#Mortier de chaux|mortier de chaux]] restant en usage) puis redécouvert à la fin du {{S-|XVIII}}, les travaux de [[Louis Vicat]] lui donnant une nouvelle vigueur à partir de 1818 .

Les ciments sont actuellement classés sous la dénomination « CEM » suivi d'un chiffre romain allant de {{I}} à {{V}} suivi d'une lettre majuscule en fonction de leur teneur en {{Langue|en|texte=[[clinker]]}} et d'autres composants ([[Chaux (matière)|chaux]], [[Fumée de silice|fumées de silice]], [[pouzzolane]], [[Laitier (métallurgie)|laitier]] de [[Haut fourneau|hauts fourneaux]]{{Etc.}}). Le terme « [[ciment Portland]] » est tombé en désuétude depuis la fin des années 1970, remplacé par les termes « CPA » (ciment Portland pur) et « CPJ » (ciment Portland composé), abandonnés à leur tour lors du passage à la norme européenne, mais qu'on trouve encore dans plusieurs pays.

En 2008, plus de deux milliards de tonnes de ciment étaient produites par an dans le monde, à 80 % produits et consommés dans les pays émergents, avec une croissance de plus de 5 % par an de 1991 à 2008<ref>[http://www.lafarge.com/sites/default/files/import/press_kit/01192009-themabook_press_group-egypt_UAE-fr.pdf ''Lafarge en Égypte et aux Émirats arabes unis''] {{pdf}}, Dossier de presse, [[Lafarge (entreprise)|Lafarge]], janvier 2009, 30{{nb p.}}</ref>.

En 2006, pour la seule Europe, ce sont {{nombre|267|millions}} de tonnes, soit {{unité|13|%}} de la production mondiale<ref name=":1">{{Ouvrage|auteur1=Commission européenne|titre=Prévention et contrôle intégrés de la pollution. Document de référence sur les meilleures techniques disponibles dans les industries de fabrication du ciment, de la chaux et de la magnésie|éditeur=|date=mai 2010|pages totales=526|isbn=|lire en ligne=http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/}}</ref>. Cette production est très énergivore, et la production du clinker, son ''principal constituant''<ref group="Note">Le ciment Portland est composé de plus de {{unité|95|%}} de clinker.</ref>, est responsable d’approximativement {{unité|5|%}} des émissions de [[gaz à effet de serre]] (GES) [[Anthropisation|anthropiques]]<ref>[http://www.construction-carbone.fr/emissions-du-ciment-quelles-perspectives/ Émissions du ciment quelles perspectives], sur ''construction-carbone.fr'' : ''« On estime que le ciment pourrait être responsable de {{unité|5|%}} de émissions de Gaz à Effet de Serre (GES) anthropiques ».''</ref>{{,}}<ref>[http://www.lafarge.com/sites/default/files/import/publication/09222004-publication_sustainable-Sustainability_report_2001_041501-fr.pdf ''{{1er|rapport}} de performance économique, sociale et environnementale ; « Construire un monde durable »''] {{Pdf}}, {{p.|34, 60}} (encart : les réductions des émissions de {{CO2}}), [[Lafarge (entreprise)|Groupe Lafarge]], 2001</ref>, contribuant au [[réchauffement climatique]]<ref>Dans son {{lien web|consulté le=2013-03-26|url=https://www.academie-sciences.fr/pdf/rapport/rapport261010.pdf|titre=rapport 2010}} sur le changement climatique, l'[[Académie des sciences (France)|Académie des sciences]] conclut que {{citation|Plusieurs indicateurs indépendants montrent une augmentation du réchauffement climatique de 1975 à 2003. Cette augmentation est principalement due à l’augmentation de la concentration du {{CO2}} dans l’atmosphère. L’augmentation de {{CO2}} et, à un moindre degré, des autres gaz à effet de serre, est incontestablement due à l’activité humaine. Elle constitue une menace pour le climat et, de surcroît, pour les océans en raison du processus d'[[Acidification des océans|acidification]] qu'elle provoque. […]}}</ref>.

== Étymologie ==
Du temps de la [[Rome antique]], les {{Latin|caementa}}''<ref name="Adam">[[Jean-Pierre Adam]], ''La Construction romaine. Matériaux et techniques'', {{6e}}{{éd.}}, Grands manuels picards, 2011, {{p.|76}}</ref>'' (du [[latin]] {{Latin|caementum}}, signifiant [[moellon]], pierre de construction) désignaient les pierres ajoutées ''in situ'' à la [[Chaux (matière)|chaux]] pour constituer l{{'}}{{Latin|[[opus caementicium]]}}. Vers le {{s-|I|er}} {{ap JC}}, la Rome antique améliore la technique de la chaux par l’incorporation de sable volcanique de Pouzzoles {{incise|''pulvere Puteolano'', la [[pouzzolane]]}} ou de [[tuileau]]x broyés ({{Latin|testam tunsam}}, le mélange est appelé alors « [[opus signinum]] » dans la terminologie archéologique moderne). Comme le dit [[Vitruve]] dans son ''[[De architectura]]'' ({{nobr|Livre {{II}}}}, {{chap.|6}}), le mortier peut résister à l'eau et même faire prise en milieu très humide. Cette ''vertu'' est due à la présence d'une grande quantité de [[silicate d'alumine]]. En ajoutant à la ''chaux aérienne'' de la pouzzolane ou des tuileaux, on la transforme artificiellement en ''chaux hydraulique''. Ce n'est qu'en [[1818]] que [[Louis Vicat]] expliquera les principes de cette réaction, dans sa théorie de l'[[Hydraulicité (chaux)|hydraulicité]]<ref>Louis Joseph Vicat, ''Traité pratique et théorique de la composition des mortiers, ciments et gangues a pouzzolanes et de leur emploi dans toutes sortes de travaux'' ([https://books.google.com/books?id=6F8UAAAAQAAJ&dq=pouzzolane+Louis+Vicat&hl=fr&source=gbs_navlinks_s lire en ligne])</ref> ouvrant la voie à la découverte du [[ciment Portland]].

Il y a eu par la suite confusion, puis transfert de vocable, le ciment devenant le [[Mortier (matériau)|mortier]], puis le liant seul. {{Citation|Comme il convient de respecter la terminologie maintenant strictement définie par la technique, il faut réserver ce mot à la désignation des ciments qui sont des mélanges artificiels de chaux avec de l'argile et des sels métalliques […] : de tels mélanges étaient évidemment inconnus des Romains}}<ref name="Adam"/>.

Un glossaire du début {{s-|XIX}} appelle « ciment », les tuiles, briques ou carreaux cassés et réduits en poudre<ref>{{ouvrage
|prénom = J.M.|nom = [[Joseph Morisot|Morisot]]
|titre = Tableaux détaillés des prix de tous les ouvrages du bâtiment. Vocabulaire des arts et métiers en ce qui concerne les constructions (maçonnerie)
|année = 1814
|éditeur = Carilian
|lire en ligne = https://books.google.be/books?id=vGIUAAAAQAAJ&hl=fr&pg=PR3#v=onepage&q&f=false
}}</ref>. Le mortier mêle de la chaux, du sable et du ciment. En 1822, le chimiste allemand [[Johann Friedrich John]], appelle « ciment » les parties étrangères qui donnent à la chaux la propriété de durcir dans l'eau, soit son [[Hydraulicité (chaux)|hydraulicité]]. Il dit qu'il est possible d'améliorer les chaux qui ne contiennent point le ciment en l'y introduisant par voie sèche<ref name="Treussart">Clément Louis Treussart, ''Mémoire sur les mortiers hydrauliques et sur les mortiers ordinaires'', chez Carillan-Goeury, 1829 ([https://books.google.be/books?id=97-83bfYw8MC&printsec=frontcover&hl=fr&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false lire en ligne])</ref>.

Au {{s-|XIX}}, la comparaison des mortiers des anciens (et surtout ceux qui ont été faits par les Romains) aux mortiers des temps modernes, conduit à supposer que les premiers étaient meilleurs. Plusieurs constructeurs annoncent alors avoir trouvé le secret des mortiers romains mais d'autres remarquent avec raison qu'il n'a subsisté à travers le temps que les constructions faites avec de bonnes chaux dans de bons mortiers<ref name="Treussart" />{{,}}<ref>Les mythes ont la vie dure comme le prouve certains éditoriaux récents ({{Citation|Le ciment romain était plus solide ! [http://www.techniques-ingenieur.fr/actualite/materiaux-innovants-nano-thematique_6342/le-ciment-romain-etait-plus-solide-article_83653/ techniques-ingenieur.fr]}})</ref>. En 1796, [[James Parker]] invente le [[ciment naturel prompt]], qui est baptisé improprement « ''roman cement'' ». La [[Marque (marketing)|marque]] est traduite dans toutes les langues, ce qui donne en français le [[ciment romain]] rebaptisé par la suite [[ciment naturel prompt|ciment prompt]]. Le [[ciment Portland]] inventé à cette époque est de même nature.

== Définition ==
Le ciment est un [[liant]], une matière pulvérulente, formant avec l’eau ou avec une solution saline une [[pâte]] [[Homogénéité (matériau)|homogène]] et [[Déformation plastique|plastique]], capable d’agglomérer, en durcissant, des substances variées appelées [[Granulat|« agrégat »]] ou « [[granulat]] »<ref>La norme NF P 15-301 de 1994 donne la définition suivante : {{citation|Le ciment est un liant hydraulique, c’est-à-dire une matière inorganique finement moulue qui, gâchée avec de l’eau, forme une pâte qui fait prise et durcit par suite de réactions et processus d’hydratation et qui, après durcissement, conserve sa résistance et sa stabilité, même sous l’eau.}}</ref>.

C'est une gangue hydraulique durcissant rapidement et atteignant en peu de jours son maximum de résistance. Après durcissement, cette pâte conserve sa résistance et sa stabilité, même sous l’eau. Son emploi le plus fréquent est sous forme de poudre, mélangée à de l'eau, pour agréger du [[sable ]]fin, des [[Gravier (granulat)|graviers]], pour produire du [[Mortier (matériau)|mortier]], ou encore du [[béton de ciment|béton]].

Un ciment est dit ''naturel'' lorsqu'il résulte de la simple cuisson à température modérée ({{tmp|500|1200|°C}}) d’une [[marne (géologie)|marne]] ou d'un [[calcaire argileux]] ([[Ciment naturel prompt|ciment prompt]], [[ciment romain]], et les premiers [[ciment Portland|ciments Portland]] sont des ciments naturels) . Il est dit ''artificiel'' lorsqu'il résulte de la cuisson à plus haute température ({{tmp|1450|°C}}) d’un mélange moulu de calcaire, de marne ou d'argile<ref>[http://www.cimentetarchitecture.com/fr/FAQ/Caracteristique-produit/Pourquoi-le-prompt-est-un-ciment-naturel « Pourquoi le prompt est un ciment naturel ? »], sur ''cimentetarchitecture.com''</ref> ou une autre définition : un ciment « artificiel » est un produit provenant de la cuisson de mélanges artificiels (de la main humaine) de [[Dioxyde de silicium|silice]], d'[[alumine]], de [[carbonate de calcium|carbonate de chaux]], sur lesquels l'eau n'a aucune action, ou qu'une action très lente avant la [[trituration]], et qui, réduits en poudre mécaniquement, font prise sous l’action de l'eau, dans un délai qui varie selon leur proportion.

[[Fichier:Firestop mortar mixing.jpg|vignette|redresse=1.3|Maçon mettant en œuvre du ciment.]]

[[Fichier:Obourg JPG01.jpg|vignette|La cimenterie d'[[Obourg]] (Belgique).]]

== Historique ==
[[Image:Dagobert visitant le chantier de la construction de Saint-Denis.jpg|vignette|Un ouvrier transporte du mortier dans un [[Oiseau (outil)|oiseau]] de maçon (''[[Dagobert Ier|Dagobert]] visitant le chantier de la construction de [[Basilique Saint-Denis|Saint-Denis]]'', enluminure de [[Robinet Testard]] dans les ''[[Grandes Chroniques de France]]'', 1471).]]
=== Mortiers anciens ===
La fabrication de [[liant]]s par calcination de la pierre ([[four à calcination]]) est plus ancienne que l'art du potier. Des sols en ''[[Granito|terrazzo]]'' incorporant de la chaux ont été construits dans les constructions du [[Néolithique précéramique]] (PPN A et B, environ 9000 à {{Date|-8000}}) en [[Anatolie]], à [[Çayönü]] et [[Nevalı Çori]] notamment. L'[[Égypte]] emploie un mortier de [[plâtre]] pour lier les pierres. Les mortiers auraient ensuite été améliorés par les civilisations suivantes par l'ajout de [[chaux (matière)|chaux]] à de l'argile. Les Grecs emploient le plâtre et la chaux, essentiellement dans la confection d'[[enduit]]s, de [[stuc]]s. C'est véritablement les [[Rome antique|Romains]] qui généralisent l'usage de la chaux comme mortier. Ils la renforcent avec des [[tuileau]]x ou des cendres [[pouzzolane|pouzzolaniques]] (cendres volcaniques de la région de [[Pouzzoles]] ou « Pozzuoli » près de Naples)<ref>F. Davidovits, ''Vitruve et le mortier romain, étude archéologique et linguistique'', mémoire de maîtrise de lettres classiques, Faculté des Lettres, Amiens, 1992</ref> selon une recette donnée par [[Vitruve]]<ref>G. Lugli, (1956), ''L'opus caementicium in Vitruvio'', in ''Classica et Mediaevalia'', {{vol.|17}}, Copenhague.</ref>{{,}}<ref>Frédéric Davidovits (1995), ''Les Cultures de l'Antiquité Classique'', Les Mortiers de pouzzolanes artificielles chez Vitruve évolution et historique architecturale, université Paris X-Nanterre, 1992-1993, thèse de DEA, Geopolymer Institute, France {{pdf}}, 95{{nb p.}}</ref> (pas toujours respectée).

L'ajout de [[pouzzolane]]s<ref group="Note">Scories volcaniques exploitées autour du [[Vésuve]].</ref>, dans un mortier mouillé à l'eau de mer, lui confère une solidité élevée à la suite d'une réaction impliquant l'aluminium d'origine volcanique qui stabilise le complexe d'hydrate de [[silicate de calcium]], avant qu'un phénomène de [[carbonatation]] ne durcisse plus encore le mortier, lui permettant notamment de bien résister aux attaques de la mer, comme en baie de Naples où l'on trouve des maçonneries de plus de {{unité|2000|ans}} (mieux que le ciment Portland actuel<ref name=Guill2013/>).

Puis jusqu’à l'Époque moderne, le mortier consiste en un mélange de chaux, additionnée de [[tuileau]]x ou [[Brique (matériau)|briques]] concassées, dont l'argile possède des propriétés hydrauliques. La pouzzolane<ref group="Note">Terre volcanique de Pouzzoles, dans la région de Naples, en Italie.</ref> est très utilisée en addition.

Le mortier de chaux des Romains consommant moins d'énergie à la production, {{tmp|900|°C}} étant nécessaires pour la calcination du calcaire (contre les {{tmp|1450|°C}} nécessaires pour le ciment Portland<ref name="Guill2013">Guillaume J., ''[http://www.ecolopop.info/2013/06/la-redecouverte-du-ciment-romain/16607 La redécouverte du ciment romain]'', Ecolopop, 25 juin 2013</ref>), le modèle économique d'une alternative à la chaux permettrait de réduire les émissions de [[gaz à effet de serre]] des cimenteries. En France, des gisements de pouzzolane sont d'autre part disponibles (Auvergne, Velay, Vivarais, Provence).

=== Découverte moderne ===
Le ciment ne prit son acception contemporaine qu'au {{XIXe siècle}}, lorsque [[Louis Vicat]] identifia le phénomène d'[[hydraulicité (chaux)|hydraulicité]] des chaux en 1817<ref>Louis Joseph Vicat, ''Recherches expérimentales sur les chaux de construction, les bétons et les mortiers ordinaires'', Goujon, 1818, consultable en ligne sur : https://patrimoine.sorbonne-universite.fr/idurl/1/2048.</ref>, et celle des ciments, qu'il appelait « chaux éminemment hydrauliques » ou « chaux limites », en 1840.

La recherche sur l'hydraulicité des chaux débuta à la fin du {{XVIIIe siècle}} pour aboutir vers 1840, à la fabrication des ciments modernes. Elle concernait les chaux grasses, non hydrauliques, qui ne durcissent pas sous l'eau, les chaux hydrauliques qui durcissent même sous l'eau, les chaux éminemment hydrauliques (riches en argiles) qui se solidifient très rapidement, et les chaux limites (trop riches en argiles) qui se solidifient très rapidement puis se décomposent, si elles ne sont pas cuites au degré de fusion pâteuse.

En 1796, [[James Parker]] découvrit sur l'[[Île de Sheppey]], en Grande-Bretagne, le [[Ciment naturel prompt|ciment prompt]] (une chaux éminemment hydraulique ou ciment naturel à prise rapide, cuit à {{tmp|900|°C}} comme les chaux naturelles ordinaires) qu'il baptisa commercialement [[ciment romain]]. Ce ciment acquit par la suite, de 1820 à 1920 environ, une grande réputation. Il fut fabriqué dans toute l'Europe et servait à faire des [[moulage au gabarit|moulages au gabarit]], ou à fabriquer des pierres artificielles de ciment moulé. Au début du {{S-|XIX}}, toute l'Europe s'active, la France surtout, pour ne rien devoir aux Britanniques ni à la [[pouzzolane]] italienne. En 1817, le Français [[Louis Vicat]] découvrit le principe d'hydraulicité des chaux {{incise|concernant la proportion d'argile et la température de cuisson}} et publia ses travaux sans prendre de brevet. En 1824, le Britannique [[Joseph Aspdin]] déposa un brevet pour la fabrication d'une chaux hydraulique à prise rapide qu'il appela commercialement le « ciment Portland », car la couleur de son produit ressemblait aux célèbres pierres des carrières de la péninsule de « [[Île de Portland|Portland]] » situées en Manche. C'est un ciment similaire à ceux que décrivit Vicat, encore que son brevet soit imprécis. Mais il fallut attendre 1840, et la découverte des principes d'hydraulicité des ciments lents (dits aujourd'hui ciments Portland) toujours par Louis Vicat ([[Vicat (entreprise)|Société des Ciments Vicat]]) {{incise|une cuisson à la température de fusion pâteuse soit {{tmp|1450|°C}} qui permit d'obtenir le [[clinker]]}} pour voir une réelle fabrication de ces ciments modernes, et voir apparaître ensuite une architecture de béton coffré puis de béton armé.

La première usine de ciment a été créée par Dupont et Demarle en 1846 à [[Boulogne-sur-Mer]] ([[Ciments Calcia|Ciments français]]). Le développement n'a pu se faire que grâce à l'apparition de matériel nouveaux, comme le four rotatif et le broyeur à boulets. Les procédés de fabrication se perfectionnèrent sans cesse, et le temps nécessaire pour produire une tonne de [[clinker]], constituant de base du ciment, est passé de quarante heures en 1870, à environ trois minutes actuellement.

== Principes et méthodes de fabrication ==
La fabrication de ciment se réduit schématiquement aux trois opérations suivantes :
* préparation du cru ;
* cuisson ;
* broyage et conditionnement.

Il existe quatre méthodes de fabrication du ciment qui dépendent essentiellement des matériaux :
* fabrication du ciment par voie humide (la plus ancienne), 2,5 % de la production européenne en 2008<ref name=":1" /> ;
* fabrication du ciment par voie semi-humide (dérivée de la voie humide), 7,5 % de la production européenne en 2008 avec la semi sèche ;
* fabrication du ciment par voie sèche (la plus utilisée), 92 % de la production européenne en 2008 ;
* fabrication du ciment par voie semi-sèche (dérivée de la voie sèche).

La composition de base des ciments actuels est un mélange de [[Silicate de calcium|silicates]] et d’[[aluminate de calcium|aluminates de calcium]], résultant de la combinaison de la chaux (CaO) avec de la silice (SiO{{sub|2}}), de l’alumine (Al{{sub|2}}O{{sub|3}}), et de l’oxyde de fer (Fe{{sub|2}}O{{sub|3}}). La chaux nécessaire est fournie par des roches calcaires, l’alumine, la silice et l’oxyde de fer par des argiles. Ces matériaux se trouvent dans la nature sous forme de calcaire, argile ou marne et contiennent, en plus des oxydes déjà mentionnés, d’autres oxydes.

Le principe de la fabrication du ciment est le suivant : calcaires et argiles sont extraits des carrières, puis concassés, homogénéisés, portés à haute température ({{tmp|1450|°C}}) dans un [[four à calcination]]. Le produit obtenu après refroidissement rapide (la [[wikt:trempe|trempe]]) est le [[clinker]].

[[Fichier:Kiln ciment.png|vignette|[[Four à calcination]] rotatif incliné ou ''kiln''.]]
Un mélange d’argile (20 à 30 %) et de calcaire (70 à 80%) est introduit dans un four tubulaire rotatif légèrement incliné chauffé par une flamme aux environs de {{tmp|2000|°C}}. Cette flamme est alimentée par différents combustibles solides, liquides ou gazeux. Au contact des gaz chauds la matière s'échauffe progressivement. À l'entrée la température de l'ordre de {{tmp|800|°C}} provoque la déshydratation des argiles et la décarbonation du calcaire pour produire la chaux (CaO). Puis la chaux se combine d'une part à l'alumine et à l'oxyde de fer pour former des aluminates et aluminoferrites de calcium, et d'autre part, à la silice pour former du [[Silicate de calcium|silicate bicalcique]] ([[bélite]]). La température augmentant tandis que la matière progresse vers la flamme, les aluminates ({{tmp|1450|°C}}) et aluminoferrites ({{tmp|1380|°C}}) fondent : cette étape finale de fusion pâteuse (sintering, frittage) à la plus haute température atteinte par le four est essentielle car elle favorise la formation de silicate tricalcique ([[alite]]) à partir du silicate bicalcique (bélite) et de la chaux restante. Les cimentiers recherchent la plus haute teneur possible du clinker en alite, la phase minérale aux propriétés chimiques et mécaniques les plus utiles dans le clinker (voir plus loin l'explication concernant la résistance mécanique du béton après la prise du ciment). À cette fin, en sortie de four, le clinker doit être refroidi le plus rapidement possible afin de minimiser la transformation chimique exothermique non-souhaitée en sens inverse qui diminuerait la teneur du clinker en alite.

:C{{ind|2}}S + C + chaleur → C{{ind|3}}S : &nbsp; Formation endothermique de l'alite favorisée à haute température.

La réaction en sens inverse s'écrit comme suit :

:C{{ind|3}}S → C{{ind|2}}S + C + chaleur : &nbsp; Décomposition exothermique de l'alite survenant au refroidissement.

Note : les équations ci-dessus sont écrites en utilisant la [[notation cimentière]]. La formule chimique de l'[[alite]] en notation chimique normale est Ca{{ind|3}}SiO{{ind|5}} ou 3 CaO • SiO{{ind|2}}.

En effet, plus tard, lors de la mise en œuvre du [[Béton de ciment|béton]] sur les chantiers de construction, c'est l'hydratation du silicate tricalcique (C{{ind|3}}S, alite) qui donnera l'essentiel de sa résistance au béton à base de ciment Portland. C'est pourquoi on cherche toujours à maximiser la formation de la phase alite à très haute température dans le four ({{tmp|1450|°C}}) et à refroidir/solidifier ensuite le clinker le plus rapidement possible pour figer (solidifier, tremper) cette phase minérale et éviter qu'elle ne se décompose en bélite et oxyde de calcium. Une fois le clinker solidifié, sa composition minéralogique ne peut plus changer, les équilibres chimiques alite/bélite ne pouvant varier avec des vitesses significatives qu'en phase liquide fondue (nécessaire à la mobilité des espèces chimiques réactionnelles).

=== Fabrication par voie humide ===
Cette voie est utilisée depuis longtemps. C’est le procédé le plus ancien, le plus simple mais qui requiert le plus d’énergie.

Dans ce procédé, le calcaire et l’argile sont broyés finement et mélangés avec l’eau de façon à constituer une pâte assez liquide (28 à 42 % d’eau). On brasse énergiquement cette pâte dans de grands bassins de huit à dix mètres de diamètre, dans lesquels tourne un manège de herses.

La pâte est ensuite entreposée dans de grands bassins de volumes de plusieurs milliers de mètres cubes, où elle est continuellement malaxée et homogénéisée. Ce mélange est appelé le « cru ». Des analyses chimiques permanentes permettent de contrôler la composition de cette pâte et d’apporter les corrections nécessaires avant sa cuisson.

La pâte est ensuite acheminée à l’entrée d’un four rotatif, chauffé à son extrémité par une flamme intérieure. Ce four rotatif légèrement incliné est constitué d’un cylindre d’acier dont la longueur peut atteindre deux cents mètres. On distingue à l’intérieur du four plusieurs zones, dont les trois principales sont :
* la zone de séchage ;
* la zone de [[wikt:décarbonatation|décarbonatation]] ;
* la zone de [[clinker|clinkérisation]].
Les parois de la partie supérieure du four (zone de séchage {{incise|environ 20 % de la longueur du four|stop}}) sont garnies de chaînes marines afin d’augmenter les échanges caloriques entre la pâte et les parties chaudes du four.

=== Fabrication par voie sèche ===
Après avoir été finement broyée, la poudre (farine) est transportée depuis le silo d'homogénéisation (voir paragraphe ci-dessous) jusqu’au four, soit par pompe, aéroglisseur (lit fluidisé) puis par aérolift ou élévateur.

Les fours sont constitués de deux parties :
* le préchauffage : dans une tour de préchauffage (structure verticale fixe) constituée de cyclones et d'échangeurs de chaleur, ou sur une grille Lepol (voir schéma {{p.|32}} <ref name=":1" />) ;
* le four ou tronçon rotatif.

Dans une tour de préchauffage, les gaz réchauffent la farine crue qui circule dans les cyclones en sens inverse, par gravité. La farine en s'échauffant au-delà des {{tmp|800|°C}} environ va se décarbonater (partiellement) en libérant du dioxyde de carbone ({{CO2}}) et son eau. Ce deuxième procédé est plus efficace et beaucoup plus rapide que les grilles. La farine chaude pénètre ensuite dans le tronçon rotatif analogue à celui utilisé dans la voie humide, mais beaucoup plus court.

La méthode de fabrication par voie sèche pose aux fabricants d’importants problèmes techniques :

La ségrégation possible entre argile et calcaire dans les préchauffeurs. Le système utilisé pourrait en effet être néfaste : il est de fait utilisé ailleurs pour trier des particules. Dans le cas de la fabrication des ciments, il n’en est rien. La poudre reste homogène. Ceci peut s'expliquer par le fait que l’argile et le calcaire ont la même masse volumique ({{unité|2.70|g/cm3}}). De plus, le matériel a été conçu dans cet esprit et toutes les précautions ont été prises.

Le problème des poussières, dont les nuisances sanitaires et environnementales obligent les fabricants à installer des dépoussiéreurs, ce qui augmente considérablement les investissements de la cimenterie.

Les dépoussiéreurs utilisés pour traiter les gaz du four sont :
* les électrofiltres constitués de grilles de fils métalliques mis sous haute tension électrique et sur lesquels viennent se fixer des grains de poussière ionisée. Ces grains de poussière s’agglomèrent et, sous l’action de vibreurs ou de marteaux qui agitent les fils, retombent au fond du dépoussiéreur où ils sont récupérés et renvoyés dans le four. En dehors des pannes, ces appareils ont des rendements de l’ordre de 99 %, mais absorbent une part importante du capital d’équipement de la cimenterie. Les problèmes rencontrés sont similaires à ceux rencontré dans l'application de peintures liquides ou en poudre : problèmes de pointes, d'angles concaves, d'amorçage. La température et l'humidité doivent être contrôlés et régulés, de même que l'usure mécanique (pièces de frappage) : l'entretien doit donc être régulier<ref name=":0">{{Lien web |langue=fr |titre=Les techniques de dépoussiérage |url=https://www.ademe.fr/entreprises-monde-agricole/reduire-impacts/reduire-emissions-polluants/dossier/poussieres-particules/techniques-depoussierage |site=[[Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie|ADEME]] |consulté le=2020-06-12}}.</ref>{{,}}<ref>{{Lien web |auteur=CGT |titre=Problème électrofiltre |url=https://www.youtube.com/watch?v=f9ctJrUivxg |format=vidéo |site=youtube.com |date=}}.</ref>.
* les [[Filtre à manches|filtres à manches]], que l'on retrouve dans d'autres industries (menuiserie industrielle mais aussi artisanale) : le problème est ici le colmatage nécessitant des procédés de décolmatage par inversion de flux, raclage, agitation...
Le choix entre les deux technologies n'est pas évident. Les contrôles par la DREAL sanctionnent tout dépassement<ref name=":0" />, avec arrêt de production possible...

=== Voie humide et voie sèche (suite) ===
Le [[clinker]] à la sortie du four, passe dans des refroidisseurs (trempe du clinker), dont il existe plusieurs types comme les refroidisseurs à grille, ou à ballonnets. La vitesse de trempe a une influence sur les propriétés du clinker (phase vitreuse).

De toute façon, quelle que soit la méthode de fabrication, à la sortie du four, on obtient un même clinker qui est encore chaud, d'environ {{tmp|600|1200|°C}}. Il faut ensuite le broyer très finement et très régulièrement avec environ 5 % (en poids) de gypse (CaSO{{ind|4}} · 2 H{{ind|2}}O) afin de pouvoir maîtriser la prise du ciment lors de son hydratation au contact de l'eau. L'ajout de gypse est indispensable pour éviter la prise trop rapide et incontrôlable du ciment lors de l'hydratation de l'aluminate tricalcique (3 CaO · Al{{ind|2}}O{{ind|3}} noté également C{{ind|3}}A), la phase la plus réactive et dont la réaction d'hydratation est la plus exothermique des quatre phases minérales constituant le clinker. Les ions sulfates libérés par la dissolution du gypse forment un fin film d'ettringite tapissant la surface des particules de C{{ind|3}}A. L'accès de l'eau aux grains de C{{ind|3}}A devient alors plus difficile ce qui ralentit leur hydratation et permet d'éviter une prise fulgurante (flash setting en anglais) du ciment.

Le broyage est une opération délicate et coûteuse, non seulement parce que le clinker est un matériau dur, mais aussi parce que même les meilleurs broyeurs ont des rendements énergétiques déplorables.

Les broyeurs à boulets sont de grands cylindres disposés presque horizontalement, remplis à moitié de boulets d’acier et que l’on fait tourner rapidement autour de leur axe ({{unité|20|tr/min}}). Le procédé est le même que pour le broyage de pigments. Certains broyeurs ont des compartiments qui permettent d’affiner progressivement. Le clinker/ciment y atteint une température élevée ({{tmp|160|°C}}), ce qui peut nécessiter l’arrosage extérieur des broyeurs. On introduit le clinker avec des adjuvants dans la partie haute, puis on récupère la poudre dans la partie basse : on peut maintenant parler de ciment.

Lors du broyage à circuit ouvert, le clinker ne passe qu’une fois dans le broyeur. Lors du broyage en circuit fermé, le clinker passe rapidement dans le broyeur, puis à sa sortie, est trié dans un cyclone. La fraction fine correspondant à la granulométrie requise pour le ciment est séparée de la fraction grossière qui est renvoyée dans le broyeur. Le broyage a pour but de réduire les grains du clinker en poudre, et de permettre l’ajout du gypse (environ 4 %) et éventuellement d'autres adjuvants pour réguler quelques propriétés du ciment Portland, comme son temps de prise et de durcissement.

À la sortie du broyeur, le ciment est à une température environ de {{tmp|160|°C}}, et avant d'être transporté vers des silos de stockage, il doit passer au refroidisseur à force centrifuge pour que sa température soit maintenue à environ {{tmp|65|°C}}.

Le problème de l’homogénéité du cru est délicat. Voir ci-dessous comment il pouvait être résolu au moyen d’une préhomogénéisation puis d’une homogénéisation.

== Fabrication ==
Elle se fait en six étapes principales :
# l'extraction ;
# l'homogénéisation ;
# le séchage et le broyage ;
# la cuisson ;
# le refroidissement ;
# le broyage.
Les adjuvants conduisant à la différentiation des produits et des gammes peuvent être adjoints lors du broyage ou après, dans des mélangeurs, et même en centrale à béton.

=== Extraction ===
L'extraction consiste à extraire les matières premières : le [[calcaire]] (CaCO{{sub|3}}) de 75 à 80 % et l'[[argile]] (SiO{{ind|2}}–Al{{sub|2}}O{{ind|3}}) de 20 à 25 %, à partir de carrières.

Les deux carrières peuvent être sur le même site (La Malle- Lafarge<ref name="Géoportail" />) ou distantes de quelques kilomètres par bandes de transport ou tomberaux (Djebel Oust-Votorantim, Tunisie). Ces matières premières sont extraites des parois rocheuses par abattage à l'explosif ou à la pelle mécanique. La roche est acheminée par tombereaux ([[Tombereau|dumpers]]), ou bandes transporteuses vers un atelier de concassage. Elles sont mélangées en prélevant au chargeur dans les différents tas de matière première en tête de ligne des bandes de transport vers l'usine. Selon l’origine (plusieurs carrières, carrières hétérogènes) et la qualité des matières premières, ce mélange peut être corrigé au niveau du concassage<ref name="Géoportail" /> puis ultérieurement, par apport de bauxite, oxyde de fer ou autres matériaux fournissant le complément d’alumine et de silice requis.

=== Homogénéisation ===
La phase d'homogénéisation consiste à créer un mélange homogène aux proportions chimiques bien définies. Cette opération se fait soit dans un hall de préhomogénéisation (généralement des dômes de stockage<ref name="Géoportail" />), où on obtient le mélange homogène en disposant la matière en couches horizontales superposées (bandes à dépôt rotatif), puis en la reprenant verticalement à l'aide d'une roue-pelle ; soit dans un silo vertical par brassage par [[air comprimé]].

Les matières premières sont échantillonnées en entrant (tour d'échantillonnage) et en continu ensuite, dosées et mélangées de façon à obtenir une composition chimique standard, la plus stable possible dans le temps :

''Composition chimique d'un cru standard'' :
* 77 à 83 % de [[carbonate de calcium]] provenant du calcaire ;
* 13 à 14 % de [[Dioxyde de silicium|silice]] provenant de l'argile ;
* 2 à 4 % d'[[alumine]] provenant de l'argile et des ajouts ;
* 1,5 à 3 % d'[[oxyde de fer(III)|oxyde ferrique]] provenant de l'argile et des ajouts.
Une prise d'échantillons en continu permet de déterminer la quantité des différents ajouts nécessaires (oxyde de fer, alumine et silice) qui varie selon les carrières et même les emplacements dans la carrière.

Si la composition peut varier d'une cimenterie à l'autre, la composition chimique du cru d'une usine doit rester dans des proportions ne variant que très peu pour garantir une qualité de produit, mais aussi pour la conduite du four (injection des bonnes quantités de combustible, préservation du four et des céramiques réfractaires, et maîtrise des rejets) qui a son tour influe sur la qualité du produit.

=== Séchage et broyage ===
Le séchage et le broyage sont l'étape qui favorise les réactions chimiques ultérieures. Les matières premières sont séchées et broyées très finement (de l’ordre du micron) dans des broyeurs à boulets, ou, plus récemment, dans des broyeurs verticaux à meules, plus économes en énergie.

On distingue trois types principaux de « voies » en fonction du type de préparation :
* la voie humide : c’est la technique la plus ancienne et la plus gourmande en énergie (énergie nécessaire à l’évaporation de l’excédent d’eau).
Dans les deux techniques suivantes, les matières premières sont parfaitement homogénéisées et séchées sous forme de « ''cru'' » ou « ''farine'' » ;
* la voie sèche : la farine est introduite dans le four sous forme pulvérulente après un préchauffage dans une tour à échangeurs thermiques ;
* la voie semi-sèche : avant introduction dans le four, la farine est transformée en « granules » par humidification dans des granulateurs : la farine est mélangée à de l'eau pour avoir environ 13 % d'humidité, puis ces granules sont préchauffées ({{tmp|350|°C}}) et décarbonatés ({{tmp|900|°C}}) avant de tomber dans le four.

Le cru est ensuite introduit dans un long four ({{unité|60|à=200|m}}) rotatif ({{unité|1,5|à=3|tr/min}}), tubulaire (jusqu’à {{unité|6|m}} de diamètre), légèrement incliné (2 à 3 % d’inclinaison).

=== Cuisson ===
Le cru va suivre différentes étapes de transformation lors de sa lente progression dans le four, vers la partie basse, à la rencontre de la flamme. Cette source de chaleur est alimentée au charbon broyé, fioul lourd, gaz, ou encore en partie avec des [[combustible de substitution|combustibles de substitution]] provenant d'autres industries, tels que le coke de pétrole, les pneus usagés, les RBA, les farines animales, les huiles usagées, ou de centres de recyclage tels que les DSB ou les DIB. On parle aussi de CSR ([[combustible solide de récupération]]).

La température nécessaire à la [[Clinker|clinkérisation]] est de l'ordre de {{tmp|1450|°C}}. L'énergie consommée se situe entre {{unité|3200|et=4200|MJ/t}} de [[clinker]], qui est le produit semi-fini obtenu à la fin du cycle de cuisson. Il se présente sous forme de granules grises.

À la sortie du four, le clinker doit être refroidi et broyé avant d'être entreposé dans des silos.

Le clinker résulte d'une suite de réactions physico-chimiques (clinkérisation) permettant :
* la décarbonatation du carbonate de calcium (donnant la [[Chaux (matière)#Chaux vive|chaux vive]]) ;
* la scission de l'argile en [[Dioxyde de silicium|silice]] et [[alumine]] ;
* la combinaison de la silice et de l'alumine avec la chaux pour former des silicates et des aluminates de calcium.

=== Refroidissement ===
Dans le cas des ''ciments gris'', le clinker est refroidi, dans la plupart des cimenteries actuelles, par un refroidisseur à grilles :
* le clinker va progresser à l'intérieur du refroidisseur grâce aux à-coups répétés des grilles sur lesquelles il repose ;
* au travers des grilles, de puissants ventilateurs vont souffler sous le clinker afin de le refroidir ;
* à l'entrée ou à la sortie du refroidisseur, selon le modèle utilisé, un concasseur à un ou plusieurs rouleaux va le broyer de manière grossière.

Dans le cas du ''ciment blanc'', plus fragile que le gris car il doit rester immaculé, un refroidisseur rotatif est inséré entre le four rotatif et le refroidisseur à grilles. Il s'agit d'un cylindre légèrement incliné qui tourne sur lui-même et à l'intérieur duquel de l'eau est pulvérisée à l'aide de multiples buses. Bien que sa composition chimique soit légèrement différente, c'est grâce au refroidisseur rotatif que le ciment peut ''rester blanc'' : le clinker doit être très rapidement refroidi en sortie du four, avant de s'oxyder au contact de l'air. La taille des refroidisseurs à grilles utilisés sur les lignes de ciment blanc est réduite, car le refroidisseur rotatif a déjà accompli une partie de leur travail.

=== Broyage ===
[[Fichier:Kugelmühle.JPG|vignette|Broyeur à boulets.]]
Le clinker est ensuite finement broyé pour conférer au ciment des propriétés hydrauliques actives. Ce broyage s'effectue dans des broyeurs à boulets, dispositifs cylindriques chargés de boulets d'acier et mis en rotation, et dans des broyeurs verticaux.

Lors de cette étape, le [[gypse]] (3 à 5 %), indispensable à la régulation de prise du ciment, est ajouté au clinker. On obtient alors le ciment Portland artificiel ({{nobr|CEM I}})

Les ciments à ajouts (CEM {{II}} à V) sont obtenus par l'addition, lors de la phase de broyage, d'éléments minéraux supplémentaires contenus dans des matériaux tels que :
* le [[Laitier (métallurgie)|laitier]] de hauts fourneaux (résidus [[sidérurgie|sidérurgique]] issu de la fusion du [[minerai de fer]] avec du coke en hauts fourneaux, aux propriétés hydrauliques proches de celles du clinker) ;
* les [[Cendre volante|cendres volantes]] de [[centrale électrique|centrales électriques]] ;
* les fillers calcaires (granulats) ;
* les [[pouzzolane]]s (naturelles ou artificielles).

=== Broyage très fin ===
EMC (''{{Langue|en|texte=Energetically Modified Cement}}'')<ref>{{ouvrage|langue=en|titre=EMC Cement BV website|éditeur=lowcarboncement.com|url=http://lowcarboncement.com}}</ref> est un ciment produit selon un procédé breveté de co-broyage intense de ciment CEM avec différentes charges, comme sable fin, quartzite, pouzzolane ou cendres volantes. Il possède les mêmes caractéristiques physiques<ref>{{ouvrage|format=pdf |prénom1=H|nom1=Justnes|prénom2=V|nom2=Ronin|langue=en|titre=''Performance of Energetically Modified Cement (EMC) and Energetically Modified Fly Ash (EMFA) as Pozzolan'' |éditeur=SINTEF|url=http://www.sintef.info/upload/Performance_of_energetically_modified_cement.pdf}}</ref> que les ciments Portland artificiels CEM, mais avec ≤50 % moins de ciment, énergie et émissions de {{CO2}}.

== Chimie ==
=== Phases cimentières ===
{{Article connexe|Notation cimentière}}
Pour désigner les phases cimentières, on utilise en général une notation abrégée dite « notation shorthand » ou « notation cimentière » utilisant l'initiale des oxydes à la place des symboles chimiques classiques : C pour CaO ([[chaux (matière)|chaux]]), S pour SiO<sub>2</sub> ([[Dioxyde de silicium|silice]]), A pour Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> ([[alumine]]), M pour MgO ([[oxyde de magnésium]] ou [[périclase]]) et F pour Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> ([[hématite]]).

Les phases couramment rencontrées dans l'industrie du ciment sont :
* [[alite]] ou silicate tricalcique {{fchim|C|3|S}} : (CaO)<sub>3</sub>(SiO<sub>2</sub>) ; cette phase est la plus importante. Elle consiste en environ deux tiers du produit final ;
* [[aluminate]] ou aluminate tricalcique {{fchim|C|3|A}} : (CaO)<sub>3</sub>(Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) ;
* [[bélite]], silicate dicalcique ou silicate de dicalcium, {{fchim|C|2|S}} : (CaO)<sub>2</sub>(SiO<sub>2</sub>) ;
* [[calcaire]] (''limestone'') : CaCO<sub>3</sub> ;
* [[aluminate de calcium|célite]] phases « interstitielles » « celite » {{fchim|C|3|A}}, impure et solution solide de ferrite « {{fchim|C|4|AF}} » ;
* [[chaux (matière)|chaux]] libre (''free lime'') : CaO, la teneur doit être en général inférieure à 2 % en masse dans le clinker (la quantité de chaux libre augmente lorsque la température du four baisse) ;
* ferrite, aluminoferrite, {{Lien|langue=en|trad=Brownmillerite|fr=brownmillerite}} ou {{Lien|langue=en|trad=Calcium aluminoferrite|fr=ferro-aluminate tétracalcique}} {{fchim|C|4|AF}} : (CaO)<sub>4</sub>(Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)(Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>), on voit parfois la demi-formule (CaO)<sub>2</sub>FeAlO<sub>3</sub> ;
* [[gypse]] : CaSO<sub>4</sub>.2H<sub>2</sub>O ; chauffé entre {{tmp|60|°C}} et {{tmp|200|°C}}, le gypse se déshydrate et donne le [[plâtre]] ;
* [[périclase]] : MgO ;
* [[portlandite]] : [[hydroxyde de calcium]] Ca(OH)<sub>2</sub>, provenant de l'hydratation de la chaux libre ;
* [[sable]], [[Dioxyde de silicium|silice]] : SiO<sub>2</sub>.

La composition chimique garantit les qualités du ciment à terme, c’est-à-dire pendant sa fabrication, et également des mois, voire des années après sa commercialisation. Des analyses sont donc effectuées sur des échantillons prélevés régulièrement tout au long du processus de la fabrication. On analyse également les matières premières et les combustibles afin de connaître leur teneur en différents composés, et de pouvoir ainsi les doser. Ces analyses sont devenues d'autant plus importantes que la fabrication du ciment a de plus en plus recours à des produits de recyclage, tant dans les matières premières (par exemple le laitier) que pour les combustibles (déchets ne dégageant pas de fumées toxiques, [[farine animale|farines animales]]{{etc.}}). Par ailleurs, cette analyse permet également un pilotage rétroactif du four : lorsque le taux de chaux libre (CaO) est trop important, cela signifie que le four n'est pas assez chaud.

La qualité finale est évaluée par des modules, c'est-à-dire des valeurs calculées à partir de la composition. On définit par exemple :
* le module de saturation de Kühl : <math> LSF= \frac{\mathrm{CaO}}{\mathrm{2,8 \cdot SiO_{2} + 1,1 \cdot Al_{2}O_{3} + 0,7 \cdot Fe_{2}O_{3}}}</math>
* le module silicique (MS ou SR) : <math>MS= \frac{\mathrm{SiO_{2}}}{\mathrm{ Al_{2}O_{3} + Fe_{2}O_{3}}}</math>
* le module alumino-ferrique (AF ou AR) : <math>AF= \frac{\mathrm{Al_{2}O_{3}}}{\mathrm{ Fe_{2}O_{3}}}</math>

=== Contamination ===
La présence de [[chlore]] ([[chlorure]]s) et de soufre ([[sulfate]]s, [[sulfure]]) dans les matières premières est problématique. En effet, lors du chauffage, le chlore et le soufre se volatilisent et réagissent avec les composés [[Base (chimie)|alcalins]] pour former des chlorures et sulfures alcalins. En effet, les chlorures et les sulfates subissent un cycle (interne ou externe) et, en l'absence d'alcalin comme le potassium et le sodium (K<sub>2</sub>O et Na<sub>2</sub>O) avec qui réagissent les chlorures et les sulfates, des concrétions de sulfates en forme d'anneau se forment au niveau des tours de préchauffage.

=== Tests en laboratoire ===
==== Mesures physiques ====
;Surface spécifique 
La finesse de broyage d'un ciment est exprimée par sa [[surface spécifique]], c'est-à-dire la surface développée par unité de masse ; cette valeur s'exprime en [cm{{2}}/g]. Elle est mesurée au moyen du [[test de Blaine]], dit de perméabilité à l'air, selon la relation d'Arcy-Kozeny, qui établit que la traversée d'un lit de granules par un fluide est affectée par la surface spécifique de ces granules. Ainsi, en calculant la durée que met un gaz sous pression à traverser un volume donné de granules, on peut déduire la surface des granules. Plus le broyage est fin, plus la surface calculée est importante. Cette expérience se produisant dans un volume déterminé, on peut imaginer obtenir une surface développée infinie en broyant toujours plus finement le ciment. Il s'agit là d'une application industrielle d'un modèle expliqué par les mathématiques [[fractale]]s : une dimension d'ordre ''n'', finie, englobant une dimension d'ordre ''n''-1, tendant vers l'infini.
;Mesure du temps de prise
{{article connexe|Point de ramollissement Vicat}}
;Granulométrie
{{article connexe|Granulométrie}}
La finesse du ciment produit est calculée, celle-ci diffère selon le type de ciment.
;Essai mécanique
{{article connexe|Essai de compression|Essai de traction}}

==== Mesures chimiques ====
{{...}}
En général, les analyses chimiques réalisées sur un ciment sont :
* la détermination de la perte au feu (''{{Langue|en|texte=loss on ignition}}'') : c'est-à-dire déterminer la matière organique par incinération. Matière première → {{CO2}} + {{H2O}} + éléments oxydables ;
* la teneur en soufre par gravimétrie ;
* la teneur en chlorures par dosage de Volhart ;
* la teneur en carbonates, {{CO2}} et chaux libre.
En industrie, ces tests sont réalisés manuellement mais aussi par spectrométrie toutes les heures afin de contrôler la production et de rester dans les valeurs attendues ;
* la spectrométrie utilisée est la [[spectrométrie de fluorescence des rayons X]] (XRF) pour la détermination des taux de : SiO<sub>2</sub>, Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, TiO<sub>2</sub>, CaO, MgO, Na<sub>2</sub>O, K<sub>2</sub>O, SO<sub>3</sub>, P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>, MnO, Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub> et SrO. Ces taux sont utilisés pour le calcul des différents modules mentionnés dans le [[#Phases cimentières|chapitre précédent]] ;
* la [[Cristallographie aux rayons X|diffractométrie de rayons X]] (XRD) pour mesurer la valeur en chaux libre.
En général, la XRF est couplée avec la XRD.

=== Réaction de prise ===
{{article détaillé|Silicate de calcium hydraté}}
Le [[silicate de calcium hydraté]] est le principal produit de l'hydratation du ciment et est principalement responsable de la résistance des matériaux à base de ciment.

== Catégories et types de ciment ==
Les ciments incorporent les composants suivants en diverses proportions : clinker et laitier de haut fourneau, éventuellement cendres volantes siliceuses et calcaires. Suivant la proportion de chacun de ces éléments, on peut les classer de manière standardisée. La désignation des ciments est en effet normalisée<ref>[http://www.piles.setra.equipement.gouv.fr/IMG/pdf/normes_160904_cle0f133d.pdf Normes] {{pdf}}, sur ''piles.setra.equipement.gouv.fr''</ref>. Il existe cinq grandes catégories de ciments courants reconnus par la norme européenne {{nobr|EN 197-1}} auxquelles est venue s'ajouter en 2021 une sixième catégorie de ciments bas carbone répondant à la nouvelle norme EN 197-5 :
{|
| – CEM I   || : ciment Portland pur ;
|-
| – CEM {{II}}|| : ciment Portland composé ;
|-
| – CEM {{III}}|| : ciment de haut fourneau ;
|-
| – CEM {{IV}}|| : ciment pouzzolanique ;
|-
| – CEM {{V}}|| : ciment composé ;
|-
| – CEM {{VI}}|| : ciment bas carbone (nouvelle norme EN 197-5:2021)<ref name="NF_EN_197-5" />{{,}}<ref name="DIN_EN_197-5" />{{,}}<ref name="NBN_EN_197-5" />.
|}

Les ciments blancs à faible teneur en [[oxyde de fer|oxydes de fer]] (et donc pauvres en phase {{fchim|C|4|AF}} et nécessitant de ce fait des fours de production à température plus élevée, {{unité|1700|°C}}) ne constituent pas une catégorie à part entière mais entrent dans la catégorie CEM {{I}} ou {{nobr|CEM II}}.

Le nombre de types de ciments est passé à dix à partir de 1994 avec l’évolution de la norme NF EN 197-1. En 2020, on comptait vingt-sept types de ciments courants depuis la parution de la norme européenne {{nobr|EN 197-1}} en 2001. En 2021, les ciments bas carbone CEM {{II}}/C-M (M pour mélange) et CEM {{VI}} sont encore venu enrichir la famille des ciments<ref name="infociments2021">{{Lien web |langue=fr |titre=Les ciments "bas carbone" : de nouveaux mélanges ternaires |url=https://www.infociments.fr/ciments/les-ciments-bas-carbone |site=Infociments |date=2021 |consulté le=2023-04-21}}.</ref>. A terme, les ciments bas carbone doivent remplacer le CEM {{I}} Portland pur dont la production de [[clinker]] est grande émettrice de {{CO2|lien=dioxyde de carbone}}. Les nouveaux ciments CEM {{II}}/C-M et CEM {{VI}} bas carbone développés par l'industrie cimentière pour réduire les émissions de {{CO2}} afin de pouvoir respecter les engagements de la [[conférence de Paris de 2015 sur les changements climatiques]] (COP21) sont couverts par la nouvelle norme EN 197-5:2021<ref name="NF_EN_197-5">{{lien web| nom = Afnor| titre = NF EN 197-5. Ciment – Partie 5 : Ciment Portland composé CEM II/C-M et Ciment composé CEM VI| site = Afnor Editions| consulté le = 2023-04-20| date = 2021-05-01| url = https://www.boutique.afnor.org/fr-fr/norme/nf-en-1975/ciment-partie-5-ciment-portland-compose-cem-ii-cm-et-ciment-compose-cem-vi/fa200094/264804}}.</ref>{{,}}<ref name="DIN_EN_197-5">{{lien web| nom = DIN| titre = DIN EN 197-5. Ciment – Partie 5: Ciment Portland composé CEM II/C-M et Ciment composé CEM VI - Version allemande EN 197-5:2021| site = Afnor Editions| consulté le = 2023-04-20| date = 2021-06-01| url = https://www.boutique.afnor.org/fr-fr/norme/din-en-1975/ciment-partie-5-ciment-portland-compose-cem-ii-cm-et-ciment-compose-cem-vi-/eu171043/261785}}.</ref>{{,}}<ref name="NBN_EN_197-5">{{lien web| titre = NBN EN 197-5:2021. Cement – Part 5: Portland-composite cement CEM II/C-M and Composite cement CEM VI| consulté le = 2023-04-20| date = 2021-05-25| url = https://www.nbn.be/data/r/platform/frontend/detail?p40_id=204821&p40_language_code=en&p40_detail_id=96059&session=0}}.</ref>.

La classification des types de ciment se fait par le rajout d'une lettre après la catégorie :

Le calcaire comme additif est un calcaire qui n'est pas cuit, de même que certaines argiles intervenant dans les ciments bas carbones sont des argiles cuites séparément.

<div style="width: 95%; font-size:95%;">
{| class="wikitable sortable centre" style="text-align:center;"
|-----
| colspan="3" rowspan="5" ! | Notation des produits<br />(types de ciment courant)
| colspan="10" | Composition (pourcentage en masse pour les constituants principaux et secondaires)
| width="6%" rowspan="5" | Constituants<br />secondaires
|-
| colspan="10" | Constituants principaux
|-
| rowspan="2" | Clinker
| rowspan="2" | Laitier de<br />haut<br />fourneau
| rowspan="2" |Fumée<br />de silice
| colspan="2" | Pouzzolanes
| colspan="2" | Cendres volantes
| rowspan="2" | [[Schiste]]<br />calciné
| rowspan="2" colspan="2" ! | Calcaire
|-
| scope="col" | naturelle
| scope="col" |naturelle<br />calcinée
| scope="col" |siliceuse
| scope="col" |calcique
|-
| width="5%" scope="col" align="center" | K
| width="5%" scope="col" align="center" | S
| width="5%" scope="col" align="center" | D
| width="5%" scope="col" align="center" | P
| width="5%" scope="col" align="center" | Q
| width="5%" scope="col" align="center" | V
| width="5%" scope="col" align="center" | W
| width="5%" scope="col" align="center" | T
| width="5%" scope="col" align="center" | L
| width="5%" scope="col" align="center" | LL
|-----
| CEM I || Ciment Portland artificiel 
|CEM I||95-100 || align="center" |- || - || - || - || - || - || - || - || - || 0-5
|-----
| width="5%" rowspan="19" | CEM {{II}}
| width="12%" rowspan="2" | Ciment Portland<br />composé 
|CEM {{II}}/A-S
| width="8%" scope="col" |80-94 || align="center" |6-20 || align="center" |- || - || - || - || - || - || - || - ||0-5
|-
|CEM {{II}}/B-S
| width="8%" scope="col" |65-79 || align="center" |21-35 || align="center" |- || - || - || - || - || - || - || - ||0-5
|-
| scope="col" |Ciment Portland<br />composé
à la fumée de silice 
|CEM {{II}}/A-D
| 90-94 || - || 6-10 || - || - || - || - || - || - || - || 0-5
|-
| rowspan="4" | Ciment Portland<br />composé
à la pouzzolane
|CEM {{II}}/A-P
| scope="col" | 80-94 || - || - || 6-20 || - || - || - || - || - || - || 0-5
|-
|CEM {{II}}/B-P
| scope="col" | 65-79 || - || - || 21-35 || - || - || - || - || - || - || 0-5
|-
|CEM {{II}}/A-Q
| scope="col" | 80-94 || - || - || - || 6-20 || - || - || - || - || - || 0-5
|-
|CEM {{II}}/B-Q
| scope="col" | 65-79 || - || - || - || 21-35 || - || - || - || - || - || 0-5
|-
| rowspan="4" | Ciment Portland<br />composé
aux cendres<br />volantes
|CEM {{II}}/A-V
| scope="col" | 80-94 || - || -|| -|| - || 6-20|| -|| - || - || - || 0-5
|-
|CEM {{II}}/B-V
| scope="col" | 65-79 || - || - || - || - || 21-35 || - || - || - || - || 0-5
|-
|CEM {{II}}/A-W
| scope="col" | 80-94 || - || - || - || - || - || 6-20 || - || - || - || 0-5
|-
|CEM {{II}}/B-W
| scope="col" | 65-79 || - || - || - || - || - || 21-35 || - || - || - || 0-5
|-
| rowspan="2" | Ciment Portland composé
au<br />schiste calciné
|CEM {{II}}/A-T
| scope="col" | 80-94 || - || -|| -|| - || - || - || 6-20|| -|| - || 0-5
|-
|CEM {{II}}/B-T
| scope="col" | 65-79 || - || - || - || - || - || - || 21-35 || - || - || 0-5
|-
| rowspan="4" | Ciment Portland<br />composé
au calcaire
|CEM {{II}}/A-L
| scope="col" | 80-94 || - || - || - || - || - || - || - || 6-20 || - || 0-5
|-
|CEM {{II}}/B-L
| scope="col" | 65-79 || - || - || - || - || - || - || - || 21-35 || - || 0-5
|-
|CEM {{II}}/A-LL
| scope="col" | 80-94 || - || - || - || - || - || - || - || - || 6-20 || 0-5
|-
|CEM {{II}}/B-LL
| scope="col" | 65-79 || - || - || - || - || - || - || - || - || 21-35 || 0-5
|-
| rowspan="2" | Ciment Portland<br />composé divers
|CEM {{II}}/A-M
| scope="col" | 80-94 || colspan="9" | 6-20 
|0-5
|-
|CEM {{II}}/B-M
| scope="col" | 65-79 || colspan="9" | 21-35 
|0-5
|-----
| rowspan="3" | CEM {{III}}
| rowspan="3" | Ciment de haut<br />fourneau
|CEM {{III}}/A
| scope="col" |35-64 ||  36-65 ||- || - || - || - || - || - || - || - ||0-5
|-
|CEM {{III}}/B
| scope="col" |20-34 ||  66-80 ||- || - || - || - || - || - || - || - ||0-5
|-
|CEM {{III}}/C
| scope="col" |5-19 ||  81-95 ||- || - || - || - || - || - || - || - ||0-5
|-----
| rowspan="2" | CEM {{IV}}
| rowspan="2" | Ciment<br />pouzzolanique
|CEM {{IV}}/A
| scope="col" |65-89 || colspan="9" |11-35 
|0-5
|-
|CEM {{IV}}/B
| scope="col" |45-64 || colspan="9" |36-55 
|0-5
|-----
| rowspan="2" | CEM V 
| rowspan="2" | Ciment<br />composé
|CEM V/A
| scope="col" |40-64 ||18-30 || - || colspan="3" | 16-30 
| -|| - || - || - ||0-5
|-
|CEM V/B
| scope="col" |20-38 ||31-50 || - || colspan="3" | 31-50 
| -|| - || - || - ||0-5
|}
</div>
=== CEM {{I}} ou ciments Portland ===
Les ciments CEM {{I}} ({{En anglais|Ordinary Portland Cement}}, OPC) sont classés selon leur résistance minimale absolue à la compression, mesurée en MPa, à {{Nobr|28 jours}}. La classe indique la résistance, ainsi un ciment ''32,5'' a une résistance de {{Nb|30|MPa}} ; un ''52,5'', une résistance de {{Nb|50|MPa}}, selon le tableau ci-dessous<ref>[https://www.infociments.fr/ciments/caracteristiques-et-emplois-des-ciments Caractéristiques et emplois des ciments] sur ''Infociments.fr''</ref>.

La lettre '''L''', '''N''', '''R''' indique la rapidité de prise, respectivement lente, normale, rapide. Ainsi, des réalisations au ciment ''52.5 R'', ayant acquis une résistance suffisante ({{Nb|28|MPa}} à deux jours), pourront être décoffrés tôt, alors que des réalisations équivalentes en ''32,5 N'' ({{Nb|14|MPa}} à {{Nobr|7 jours}}) devront patienter plus longtemps avant décoffrage.

{|class="wikitable sortable centre" style="text-align:center;"
|-
! Classes 
! Résistance à 28 jours en MPa
|-
| 32,5 L, N & R || 30 
|-
| 42,5 L, N & R || 40 
|-
| 52,5 L, N & R || 50
|}

Ce qui différencie, les ciments 32.5, 42.5 et 32.5 (L, N & R), c'est uniquement la finesse à laquelle ils ont été moulus. Les ciments 52.5 sont moulus très fins. Ils possèdent une surface spécifique élevée et par conséquent réagissent très vite au contact de l'eau. Les ciments ''R'' sont moulus plus finement que les ''N''. Les ciments 32.5 et les ''L'' sont moulus de façon plus grossière et leur prise est moins rapide. De même, la résistance à la compression à {{Nobr|28 jours}} est plus élevée pour un ciment CEM {{I}} 52.5 que pour un 32.5, car la répartition et l'enchevêtrement des grains de ciment dans le béton frais et puis durci est plus homogène et cela confère à la pâte de ciment durcie une résistance à la compression plus élevée.

Les ciments Portland purs (CEM I) sont ceux qui produisent après hydratation la plus grande quantité de [[portlandite]] ({{fchim|Ca(OH)|2}}, [[hydroxyde de calcium]]) et de ce fait possèdent la plus grande capacité tampon chimique permettant de freiner la vitesse de propagation du front de [[carbonatation]] dans l'enrobage de béton protégeant les armatures d'acier contre la [[corrosion]] par l'[[dioxygène|oxygène]] de l'air.

Ce sont aussi les ciments possédant la vitesse de prise la plus rapide qui s'accompagne également d'un dégagement de chaleur important et d'une température élevée, ce qui constitue un désavantage certain pour les structures ou les composants massifs, surtout lorsqu'ils sont coulés en été.

Le ciment ''52.5 R'' à prise rapide est considéré par les professionnels de la construction comme étant un ciment « ''très nerveux'' » et est essentiellement utilisés en préfabrication lorsqu'il faut soutenir des cadences de production industrielle élevées. Avec la disparition programmée du CEM {{I}}, qui sera progressivement remplacé en construction ordinaire par des CEM {{II}}, l'usage du CEM {{I}} va se raréfier et il sera surtout réservé à la préfabrication.

=== CEM {{III}} ou ciments sidérurgiques ===
Les ciments CEM {{III}}, ou ciments sidérurgiques ({{En anglais|Ordinary Portland Cement – Blast Furnace Slag}}, OPC-BFS), sont des mélanges de CEM {{I}} Portland (clinker moulu) et de [[Laitier (métallurgie)|laitier]] de [[haut fourneau]] dans des proportions variables selon le sous-type de ciment considéré (CEM {{III}}/A, {{III}}/B et {{III}}/C), le CEM {{III}}/C étant le ciment CEM {{III}} contenant la plus grande quantité de laitier. Le laitier de haut fourneau est un [[liant hydraulique]] latent : sa prise est lente et requiert parfois aussi une activation par des [[alcali]]s. Le ciment sidérurgique CEM {{III}} a l'avantage de pouvoir recycler et valoriser un sous-produit industriel et surtout de dissiper plus lentement sa chaleur d'hydratation sur une période de temps plus longue. Par conséquent, il convient bien aux ouvrages et composants massifs ([[barrage]]s, [[quai]]s, [[Pile (pont)|piles de pont]]...) dont il faut limiter la température à cœur, surtout lorsque le béton doit être coulé en été ou par température élevée.

Les ciments CEM {{III}} résistent également mieux que les CEM {{I}} aux réactions de gonflement interne comme celles dues à la formation d'ettringite différée ({{En anglais|delayed ettringite formation}}, DEF) ou aux [[réaction alcali-granulat|réactions alcali-granulat]] (RAG) ou réactions alcali–silice (RAS).

== Économie ==
=== Production ===
Principaux pays producteurs de ciment en 2018<ref>{{Lien web|titre=USGS - Minerals Information: Cement|url=https://prd-wret.s3-us-west-2.amazonaws.com/assets/palladium/production/s3fs-public/atoms/files/mcs-2019-cemen_0.pdf|site=minerals.usgs.gov|date=février 2019}}.</ref> :
{| class="wikitable"
!
!
!Pays
!
!Production<br>(Mt)
!part %
|-
|
|1
|[[Chine]]
|
|{{formatnum:2370}}
|58
|-
|
|2
|[[Inde]]
|
|290
|7
|-
|
|3
|[[États-Unis]]
|
|88,5
|2,2
|-
|
|4
|[[Turquie]]
|
|84
|2,0
|-
|
|5
|[[Viêt Nam]]
|
|80
|1,95
|-
|
|6
|[[Indonésie]]
|
|67
|1,6
|-
|
|7
|[[Corée du Sud]]
|
|56
|1,4
|-
|
|8
|[[Japon]]
|
|55,5
|1,35
|-
|
|9
|[[Russie]]
|
|55
|1,3
|-
|
|9
|[[Égypte]]
|
|55
|1,3
|-
|
|11
|[[Iran]]
|
|53
|1,3
|-
|
|12
|[[Brésil]]
|
|52
|1,27
|-
|
|13
|[[Arabie saoudite|Arabie Saoudite]]
|
|45
|1,1
|-
!
!14
!Autres pays
!
!759
!
|-
!
! colspan="2" |Total monde
!
!{{formatnum:4100}}
!100
|}

=== Demande ===
En Europe et en Amérique du Nord, elle a fortement augmenté au {{s-|XX|e}}. Le développement des cimenteries a répondu aux besoins des guerres mondiales (bunkers, fortifications{{etc.}}) puis des reconstructions qui ont suivi, puis de la croissance du BTP, dopé par la démographie et l'urbanisation croissante (surtout jusque dans les [[années 1970]] en France). La production a ensuite plus lentement augmenté dans les pays riches, mais a été soutenue dans les pays en développement jusqu’à la [[Grande Récession de 2008|crise de 2008]] qui a engendré une forte chute de production dans les pays riches, dont en France (en 2015 la production de ciment y atteignait son point le plus bas depuis [[1964]]<ref name="Chauvot2015">Myriam Chauvot, « [https://www.lesechos.fr/08/04/2015/lesechos.fr/0204287106391_le-marche-du-ciment-est-retombe-a-son-niveau-d-il-y-a-50-ans.htm Le marché du ciment est retombé à son niveau d'il y a 50 ans] », ''[[Les Échos]],'' 8 avril 2015</ref>.

Entre-temps, après la [[Seconde Guerre mondiale]] et malgré une évolution cyclique, la consommation des pays industrialisés avait été multipliée par 6 à 8, jusqu’au [[Premier choc pétrolier|choc pétrolier de 1975]]. Depuis, les marchés occidentaux dits ''matures'' ont décru de 20 à 40 %, les besoins en infrastructures lourdes ayant été en grande partie comblés, au profit de la consommation d'entretien.

Depuis les années 1990, quelques pays européens (Grèce, Portugal et Espagne, par exemple) ont doublé ou triplé leur consommation de ciment, dans un contexte de [[spéculation foncière]] et de taux élevé de croissance interne (PIB), brutalement interrompu par la [[Grande Récession de 2008|crise de 2008]].

=== Consommation de ciment par habitant ===
D’un pays à l'autre et selon les régions, elle varie suivant le relief ([[tunnel]]s, [[pont]]s et [[barrage]]s en zones montagneuses), les contraintes sismiques (Grèce, Turquie) et climatologiques (autoroutes en béton dans les pays du nord), selon les habitudes locales de construction, les densités de population et le type de croissance.

En 2004, selon l'association européenne des cimentiers ({{lang|en|European Cement Association}}), CEMBUREAU), l'Europe consommait {{unité|528|kg}} par habitant et par an (moyenne avec des maxima à {{unité|1221|kg}} pour le Luxembourg, {{unité|1166|kg}} pour l’Espagne et {{unité|963|kg}} pour la Grèce, et des minima pour la Suède ({{unité|192|kg}}), la Lettonie ({{unité|200|kg}}) et le Royaume-Uni ({{unité|216|kg}}){{Référence nécessaire|date=mai 2020}}.

=== Coût des installations ===
Pour produire un million de tonnes de ciment, il faut environ {{nombre|150|millions}} d’euros, soit le chiffre d’affaires sur trois ans d'une entreprise de ce secteur{{Référence nécessaire|date=mai 2020}}.

Le coût du [[transport routier]] devient équivalent au coût du produit au-delà de {{unité|300|km}} ({{unité|25|t}} de charge utile par camion) et limite donc le rayon utile de l’acheminement terrestre. Cette contrainte fait du marché du ciment un marché régional. Néanmoins, le moindre coût du fret maritime en regard des volumes transportés (bateaux de {{Nb|35000|tonnes}}) permet les échanges intercontinentaux (par tonne transportée, il est moins coûteux de faire traverser l’Atlantique à une cargaison de ciment que de la déplacer de {{unité|300|km}} par voie routière).

=== Localisation/délocalisation ===
Le ciment est en grande partie produit à partir de matériaux naturels locaux, variants selon la région d'implantation de la cimenterie, mais le produit fini doit répondre aux mêmes standards. De ce fait, plus que la qualité d’un ciment, c’est sa disponibilité et le service au client qui sont déterminants dans l’acte de vente, après le prix de vente. L'industrie du ciment participe comme d'autres au phénomène de [[délocalisation]], avec les grands ports comme {{Citation|tête de ponts}}<ref>[http://www.usinenouvelle.com/article/meme-le-ciment-se-delocalise.N127984 ''Même le ciment se délocalise !''], sur ''[[L'Usine nouvelle]]'', 18 mars 2010.</ref>. On y installe de plus en plus des stations de broyage comme à Nantes <ref>{{Lien web |auteur=nantes.port.fr |titre=nantes.port.fr/ebook/Lemagazine96/12/ |url=http://www.nantes.port.fr/ebook/Lemagazine96/12/ |site=nantes.port.fr |date= }}.</ref> ou le Havre <ref>{{Lien web |titre=nouvelle-unite-de-broyage-de-ciment-au-havre |url=https://www.paris-normandie.fr/economie/nouvelle-unite-de-broyage-de-ciment-au-havre-la-cgt-salarme-1083531-ETPN1083531 |site=paris-normandie.fr |date=}}.</ref>présentant juste des silos à [[clinker]], approvisionnés par bateaux, broyeurs et mélangeurs pour l'obtention des différentes qualités .

=== Prospective ===
Alors que le [[sable]] de qualité devient une ressource localement rare, et que l’[[économie circulaire]] est promue par de nombreux États (dont la France), le béton de granulat ou autres matériaux recyclés semble devoir se développer. Des procédés de [[recarbonatation]] sont à l’étude (qui pourraient stocker {{unité|150 kg}} de {{CO2}} par tonne de béton déconstruit, selon des essais de laboratoire<ref name="Chauvot2015" />. Les bétons spéciaux se développent (bétons de bois ou autres fibres, ou intégrant des nanoparticules, des fils métalliques, des capteurs, des nanotubes de carbone), bétons dits auto-sensibles, « intelligents » (''{{Langue|en|texte=smart concrete}}''), connectés et/ou auto-réparants, capables de stocker de la chaleur ou de rafraichir ou de s’auto-nettoyer, voire de légèrement dépolluer l'air de certains polluants ; sujets par exemple à l’ordre du jour d'un colloque scientifique international, du 6 au {{Date|8 juin 2017}} à l'Unesco à Paris<ref name="BatactuAFP2017">[http://www.batiactu.com/edito/consommations-ciment-devraient-croitre-3-a-4-2017-49347.php ''En 2017, la consommation de ciment croît plus vite que prévu''], Batiactu et AFP, 2 juin 2017</ref>.

À partir de {{Date|mai 2017}}, la technologie des usines de mélange permet de produire des ciments de nouvelle génération ayant un impact carbone plus faible, compte tenu du taux moins important de clinker<ref name="Vicat mise sur la start-up 2170 pour les ciments bas carbone"> {{Lien web | langue = fr | titre = Vicat mise sur la start-up 2170 pour les ciments bas carbone | année = 2019 | mois = mai | jour = 24 | url = https://www.acpresse.fr/vicat-mise-sur-la-start-up-2170-pour-les-ciments-bas-carbone/ | éditeur = AC Presse | consulté le = 1er septembre 2020}}.</ref>.

=== En France ===
Au début des années 2010, la France en consommait environ 20 à {{nombre|21|millions}} de t/an<ref name="Chauvot2015" />. Vers 2015, environ quarante sites industriels étaient la propriété de cinq groupes qui employaient moins de cinq mille personnes pour un chiffre d'affaires de {{unité|2,3 milliards}} d'euros en 2015<ref name="BatactuAFP2017" />. Avec {{unité|18,2 millions}} de tonnes vendues en 2014 en France (–5,5 % en un an et –30 % depuis 2007), Lafarge et les quatre grands cimentiers du marché français (Vicat, Ciments Calcia, Kernéos et Holcim) étaient en surcapacité<ref name="Chauvot2015" />.

En 2017, selon les cimentiers, l'ensemble de la filière béton (''ciment, granulats, béton prêt à l'emploi'') pèserait environ douze milliards d'euros et correspondrait à environ {{nombre|65000 emplois}} directs<ref name="BatactuAFP2017" />. Selon le Syndicat français de l'industrie cimentière (SFIC), à la suite de la reprise de la construction/BTP, la production de ciment en France serait à nouveau en croissance (3 à 4 % attendus pour 2017 plutôt que les +1,5 % antérieurement prévus), soit {{unité|17,9|à=18,1|millions}} de tonnes dans l’année<ref name="BatactuAFP2017" />.

== Environnement et climat ==
[[Fichier:Global Carbon Emissions.svg|lang=fr|vignette|redresse=1.3|Émissions de carbone fossile par sources depuis 1800.]]

Produire du ciment est très énergivore et émetteur de [[gaz à effet de serre]]. Chaque tonne de ciment requiert environ {{unité|60|à=130|kg}} de fioul, ou une moyenne de {{unité|1100|kWh}}<ref>Laetitia Fontaine et Romain Anger, ''Bâtir en terre. Du grain de sable à l'architecture'', Belin, 2009.</ref>. Le ciment n’est pas un bon [[isolant thermique]], il fait donc face à des matériaux concurrents dont le bois et divers écomatériaux biosourcés.

=== Pollution de l'air ===
Les cimenteries comptent parmi les installations polluantes (fumées, vapeurs, envols de poussières<ref>Duchesne J. (1999), ''Réduction des concentrations en Cr et en Mo dans des lixiviats générés par des poussières de four de cimenterie''. In ''Stab & Env'' : ''Stabilisation des déchets et environnement''. Congrès (http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=2000924 lire en ligne]).</ref>{{,}}<ref>Henni-Chebra, K., Bougara, A. et Kadri, E. H. (2011), ''[http://dspace.univ-tlemcen.dz/bitstream/112/593/1/Determination-du-niveau-dempoussierement-engendree-par-la-fabrication-du-ciment.pdf Détermination du niveau d’empoussièrement engendrée par la fabrication du ciment]'', sur ''dspace.univ-tlemcen.dz''</ref>, notamment des années 1950 aux années 1970<ref>Desdevises A. (1992), [http://documents.irevues.inist.fr/bitstream/handle/2042/32773/C&T_1992_26_50.pdf?s.. Le ciment, matériau de construction : histoire et développement] {{pdf}}, 8{{nb p.}} Pour l'évolution de l'empoussièrement, voir le schéma ''Évolution de la production de ciment et des émissions de  poussières de 1950 à 1987'', {{p.|7}}.</ref>, avant l'amélioration significative des [[Électrofiltre|électrofiltres]]<ref>Padovani, V., Leibecher, U. et Ragazzini, A. (1999), ''Dépoussiérage des broyeurs à ciment équipés d'électrofiltres par filtre hybride électrostatique et manches filtrantes'', ''Ciments, bétons, plâtres, chaux'', 3, 196-198 ([http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=1874411 résumé]).</ref> et autres systèmes de traitement des envols de poussière ou des fumées). Aujourd'hui, les principaux rejets dans l'atmosphère restent les poussières, les oxydes d'azote et le dioxyde de soufre.

Les cimenteries sont souvent autorisées à brûler des déchets<ref>Defossé, C., Chimie du ciment : ''Valorisation des déchets en cimenterie. Université Libre de Bruxelles'', Faculté des sciences appliquées. Laboratoire de chimie industrielle.</ref> (dont notamment certains déchets de pneus<ref>Bredin N. (1997), ''Étude de l'impact de la valorisation énergétique de pneus hors d'usage, dans une cimenterie, sur les émissions gazeuses par modélisation de la dispersion atmosphérique'' ([http://adsabs.harvard.edu/abs/1997PhDT.......102B résumé]).</ref>{{,}}<ref>Bertschinger P. (2001), ''Première chambre de précombustion industrielle pour pneus usagés à la cimenterie de Wildegg'', ''Ciments, bétons, plâtres, chaux'', 851, 274-280.</ref>, farines de vache folle, déchets de [[Tannerie|tanneries]]<ref>Yatribi, A., Nejmeddine, A. et Boukhars, L. (mars 2001), ''Contribution a la valorisation industrielle des dechets de tanneries : cas de la cimenterie''. In ''Annales de chimie Science des materiaux'', {{vol.|26}}, {{n°|2}}, {{p.|107-112}} ([http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0151910701800519 résumé]).</ref>, déchets de la pétrochimie ou de l'industrie chimique{{etc.}}) En Europe, les cimenteries co-incinérant des déchets sont notamment soumises à la directive {{nobr|européenne 2000/76/CE}} (transcrite dans le droit français par les arrêtés du {{Date|20 septembre 2002}} fixant des valeurs limites d’émissions spécifiques aux installations co-incinérant des déchets ; des autorisations d’exploiter sont délivrées par arrêté préfectoral qui, dans les environnements sensibles, peuvent diminuer les autorisations d'émissions).

Avantage : les hautes températures atteintes ({{unité|1450 °C}}) permettent de détruire de nombreuses substances polluantes<ref name=":1" /> mieux que dans les installations type incinérateurs. Les [[Dioxine|dioxines]] cancérigènes issues par exemples de l'incinération des PVC seront complètement détruites à ces températures. Ce sont aussi souvent des déchets dont les filières de recyclage sont anecdotiques (cas des pneus). Dans ce sens, ces installations rendent un réel service.

De la même façon, le ciment peut contribuer à piéger ou inerter certains [[Déchet toxique|déchets toxiques]]<ref>Leroy J.B. (1993), ''Le traitement des déchets industriels et le ciment'', TSM, Techniques sciences méthodes, génie urbain génie rural, 7-8, 383-385 ([http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=4855500 notice INIST-CNRS])</ref> pour éviter qu'il ne se retrouve dans la nature.

=== Émissions de gaz à effet de serre ===
La seule fabrication du ciment émet {{Nobr|2,3 milliards}} de tonnes de {{CO2}} par an, soit 6,5 % des émissions mondiales de {{CO2}}<ref>[https://www.pourlascience.fr/sd/technologie/comment-decarboner-la-production-de-ciment-et-d-acier-23728.php Comment décarboner la production de ciment et d’acier], ''[[Pour la science|Pour la Science]]'', 2 mai 2022.</ref>, dues :
* pour 40 % au combustible utilisé pour chauffer le cru (mélange de calcaire et d'argile) ;
* pour 60 % à la décarbonatation du calcaire même ({{fchim|CaCO|3| → CaO + CO|2}}).
Lors de la prise du ciment, il n'y a pas de {{CO2}} fixé, la prise se fait à l'eau contrairement à la prise de la chaux aérienne qui fixe la même quantité de {{CO2}} que celle émise lors de la décarbonatation.

La fabrication du ciment émet en moyenne {{unité|850|kg}} de {{CO2}} par tonne de ciment. Une nouvelle norme européenne adoptée en {{Date|novembre 2018}} autorise, pour le ciment courant, à réduire drastiquement la part de [[clinker]], qui pourra tomber à 35 %, en remplaçant ce composant par du calcaire et des [[Cendre volante|cendres volantes]] (un résidu des centrales à charbon), ou du [[Laitier (métallurgie)|laitier]] (un résidu des hauts fourneaux). D'autres substituts sont à l'étude : le béton issu des démolitions ou les « argiles calcinées » (métakaolin), cuites à une température beaucoup plus basse que le clinker<ref>[https://www.lesechos.fr/industrie-services/immobilier-btp/cap-sur-le-ciment-bas-carbone-1140893 Cap sur le ciment bas carbone], ''[[Les Échos]]'', 17 octobre 2019.</ref>.

Le {{Date|2 juillet 2018}}, l'Association mondiale du ciment (WCA) reconnaissait que les techniques utilisées en 2018 pour réduire la pollution des cimenteries {{Citation|ne permettent d'atteindre que 50 % de l'objectif de réduction de {{CO2}} de l'accord de Paris}}, et appelle ses membres à {{Citation|intensifier ses efforts pour adopter plus rapidement des nouvelles technologies}} de réduction des émissions de {{CO2}} et ainsi mieux contribuer à l'objectif de l'[[accord de Paris sur le climat]]<ref>[https://www.batiactu.com/edito/industrie-cimentiere-veut-baisser-ses-emissions-co2-53471.php « Émissions de {{CO2}} : la filière ciment doit faire un ''saut technologique'' »], sur BatiActu et AFP, 2 juillet 2018.</ref>.

On sait depuis longtemps produire des ciments ''à froid'', par exemple pour l'inertage des déchets et des ciments « à faible empreinte carbone » ; de tels ciments devraient être bientôt disponibles en quantité industrielle, encouragés par la [[taxe carbone]] (qui pour le ciment sera de plusieurs euros/tonne)<ref name="batiActuGN2018">[https://www.batiactu.com/edito/cimenterie-futur-n-a-pas-cheminee-ni-four-54168.php La cimenterie du futur n'a pas de cheminée, ni de four] ; Grégoire Noble, le 01/10/2018 </ref>. Ainsi en [[2014]] le chantier du nouvel [[aéroport international de Brisbane|aéroport de Brisbane]] ([[Australie]]) a testé un « béton géo-polymère » bas-carbone ({{unité|30000|m|3}} ayant évité l'émission de {{unité|6600|t}} de carbone) produit par le groupe Wagners<ref name=batiActuGN2018/>. En 2018, un cimentier français ({{Langue|en|Hoffmann Green Cement Technologies}}'', HGCT'') annonce pour 2019 en France une gamme de ciments dont l'[[empreinte carbone]] sera divisée par 4. Il sera destiné aux bétons préfabriqués, au béton prêt à l'emploi, aux enduits et mortiers et produit en [[Vendée (département)|Vendée]] par une première usine pilote en exploitant trois brevet d'activateurs et de sur-activateurs à froid, mis au point par le chimiste David Hoffmann, spécialisé dans les liants minéraux d'inertage de déchets toxiques. Ce ciment sera ''« sans clinker »'', à base de [[Kaolinite|métakaolin]] « flashé à {{tmp|750|°C}} pendant {{Nobr|5 secondes}} », de gypse et de [[laitier (métallurgie)|laitier de hauts-fourneaux]]. Ce laitier est un déchet sidérurgique produit à raison de {{unité|300|kg/tonne}} d'acier et entre déjà dans la fabrication du ciment. La fermeture possible de certaines unités de production d'aciéries pourrait poser problème à certaines cimenteries. L'empreinte carbone annoncée est de 200 à {{unité|250|kg}} de {{fchim|CO|2}}/t de produit (au lieu d'une tonne pour le ciment traditionnel)<ref name=batiActuGN2018/>. Cette cimenterie pilote, située à [[Bournezeau]], en [[Vendée (département)|Vendée]], a été inaugurée le {{Date|22 novembre 2018}}. Elle fonctionnera à sa pleine capacité de {{unité|50000|tonnes}} en 2020. Elle a été financée à 30 % par des fonds publics. Le ciment produit coûtera le double d'un ciment classique, mais cela n'aura qu'un impact limité sur le prix final du béton car le ciment n'entre que pour 7 % dans la composition du béton<ref>[https://www.lesechos.fr/industrie-services/immobilier-btp/0600183870312-la-premiere-cimenterie-verte-ouvre-en-france-2223896.php La première cimenterie verte ouvre en France], ''[[Les Échos]]'', 22 novembre 2018.</ref>. En {{Date|mars 2021}}, Hoffmann Green Cement Technologies démarre la construction d'une deuxième usine de ciment sans clinker à Bournezeau, d'une capacité de {{unité|250000 tonnes}}, qui quintuplera fin 2022 les volumes produits. HGCT prévoit de dupliquer cette usine au plus près des villes, d'abord en région parisienne fin 2023 puis ailleurs. Le ciment d'HGCT, selon les études du [[Centre scientifique et technique du bâtiment]] ([[Centre scientifique et technique du bâtiment|CSTB)]], réduit les émissions de {{CO2}} à {{unité|188 kg/tonne}} contre {{unité|866 kg/t}} pour le Portland<ref>[https://www.lesechos.fr/pme-regions/pays-de-la-loire/trois-choses-a-savoir-sur-le-ciment-decarbone-dhgct-1299832 Trois choses à savoir sur le ciment « décarboné » d'HGCT], ''[[Les Échos]]'', 19 mars 2021.</ref>.

En 2017-2018 le prix des produits finis, préfabriqués, ou des mortiers de base, est estimé plus élevé de 5 à 15 % que les produits conventionnels. Ce prix pourrait être dans le futur compensé par une taxe carbone plus élevée sur les produits les plus émetteurs en {{CO2}}<ref name=batiActuGN2018/>.

En {{Date|juillet 2019}}, un groupe de dix investisseurs, dont [[BNP Paribas Asset Management]] et Degroof Petercam Asset Management, lancent un appel, au nom du comité Climate Action 100+ (plus de {{Nobr|320 investisseurs}} à la tête de {{nb|33 000 milliards}} de dollars d'actifs), aux cimentiers CRH, [[Holcim]], [[Heidelberg Materials]] et [[Saint-Gobain]] pour qu'ils atteignent la [[neutralité carbone]] en 2050 ; le secteur cimentier est à l'origine de 7 % des émissions mondiales. En Europe, le prix des [[Marché des quotas carbone|quotas de carbone]], multiplié par quatre depuis le début de l'année 2018, pèse de plus en plus lourd sur les finances des cimentiers<ref>[https://www.lesechos.fr/finance-marches/marches-financiers/climat-des-investisseurs-font-pression-sur-les-entreprises-du-ciment-1039689 Climat : des investisseurs font pression sur les entreprises du ciment], ''[[Les Échos]]'', 22 juillet 2019.</ref>.

En {{Date|décembre 2019}}, les trois pilotes du projet national FastCarb pour une production bas carbone du béton ont démarré ; ce programme teste trois manières de produire un béton bas carbone à partir de béton recyclé : la cimenterie LafargeHolcim de Val d'Azergues près de [[Lyon]] expérimente le fonctionnement d'un petit lit fluidisé entre autres pour améliorer les transferts thermiques ; Vicat teste dans sa cimenterie de Créchy (Allier) un tambour rotatif et Eiffage a installé la troisième technologie dans un conteneur en utilisant pour son test le béton de la déconstruction de l'[[École centrale Paris|École Centrale]] à [[Châtenay-Malabry]] ([[Hauts-de-Seine]]). En Allemagne, le projet « WestKüste 100 », au stade de l'étude de faisabilité, prévoit de tester dans la cimenterie d'Holcim à [[Lägerdorf]] la conversion de 100 % du {{CO2}} en méthanol en utilisant de l'[[Hydrogène vert|hydrogène]] et de l'[[Énergie éolienne|électricité éolienne]]<ref>[https://www.lesechos.fr/industrie-services/immobilier-btp/la-course-au-ciment-bas-carbone-est-lancee-1166422 La course au ciment bas carbone est lancée], ''[[Les Échos]]'', 27 janvier 2020.</ref>.

Plusieurs expériences de récupération de chaleur ont été menées en Allemagne ([[Triefenstein|Lengfurt]], depuis {{Nobr|10 ans}}), Suède, Turquie{{Etc.}} avec [[cogénération]] ou [[Réseau de chaleur|chauffage urbain]]<ref name=":1" /> ({{p.|114}}). Mais les progrès limités en matière de récupération des flux gazeux et leur réutilisation dans le process rendent de plus en plus difficile la rentabilité de ce genre de projets.

La feuille de route assignée en {{Date|mai 2021}} par le gouvernement français à la filière ciment lui assigne l'objectif de 24 % de réduction de ses émissions carbone d'ici 2030, puis de 80 % en 2050, par rapport à 2015. Le {{Date|19 mai}}, le Comité européen de normalisation a publié la norme de deux nouveaux ciments « ternaires », à trois composants : une partie du clinker y est remplacée par deux ingrédients au choix dans un panel : ce peut être du calcaire, des scories de combustion comme le laitier (résidu des hauts-fourneaux) , les « [[Cendre volante|cendres volantes]] » (résidu des [[Centrale thermique|centrales à charbon]]), la [[pouzzolane]] ([[roche volcanique]] [[Basalte|basaltique]]), ou certaines argiles cuites à plus basse température que le clinker. L'un de ces nouveaux ciments permet de réduire en moyenne de 40 % les émissions de CO<sub>2</sub>, car il ne contient que 50 % à 65 % de clinker, tandis que l'autre réduira les émissions carbone de 50 % à 65 %, comparé à du ciment classique, car il ne contient que 35 % à 50 % de clinker. Au-delà de 2030, les solutions pourront consister à utiliser des déchets comme combustible alternatif, à capturer le {{CO2}} des fours cimentiers pour le séquestrer ou l'utiliser, par exemple en le combinant avec de l'hydrogène pour produire du carburant ou du plastique<ref>[https://www.lesechos.fr/industrie-services/immobilier-btp/les-cimentiers-prets-pour-la-grande-bataille-du-co2-1318335 Les cimentiers prêts pour la grande bataille du CO2], ''[[Les Échos]]'', 27 mai 2021.</ref>.

En {{Date|octobre 2021}} est publiée la norme autorisant la vente en France de ciments « ternaires » permettant de réduire les émissions de {{CO2}} de 40 % à 55 %<ref>[https://www.lesechos.fr/industrie-services/immobilier-btp/le-ciment-franchit-une-etape-cruciale-vers-le-bas-carbone-1357951 Le ciment franchit une étape cruciale vers le bas carbone], [[Les Échos]], 25 octobre 2021.</ref>.

En {{Date|février 2022}}, deux cimentiers dévoilent des tests réussis de ciments zéro carbone : le mexicain [[Cemex]] a testé avec succès en Espagne la cuisson solaire d'un ciment classique (à {{unité|1450 degrés}}), grâce aux concentrateurs de rayonnement de la start-up suisse Synhelion, constitués de miroirs qui concentrent les rayons du soleil sur une chaudière située au sommet d'une tour. Une cimenterie solaire industrielle de {{unité|300000 tonnes/an}} nécessiterait un site de {{unité|1 km2}} et {{unité|300000 m2}} de miroirs. Un pilote semi-industriel serait envisageable en 2025 et une échelle industrielle de {{unité|300000 tonnes/an}} serait possible vers 2030. Le cimentier français [[Vicat (entreprise)|Vicat]] a conçu un « ciment » mais biosourcé (végétal), en phase de pré-industrialisation ; Vicat prévoit un premier chantier test au printemps, pour une commercialisation début 2023<ref>[https://www.lesechos.fr/industrie-services/immobilier-btp/solaire-ou-biosource-le-ciment-zero-carbone-se-profile-1390029 Solaire ou biosourcé, le ciment zéro carbone se profile], ''[[Les Échos]]'', 28 février 2022.</ref>.

En {{Date|mai 2022}}, la société vendéenne {{Langue|en|Hoffmann Green Cement Technologies}}, créée en 2014, signe un partenariat avec Bouygues Immobilier, après quatre opérations pilotes menées par le promoteur immobilier dans l'ouest de la France avec du béton à base du ciment décarboné conçu par la PME vendéenne, qui a créé le premier ciment sans clinker au monde à être validé par le [[Centre scientifique et technique du bâtiment]] (CSTB). Son empreinte carbone est cinq fois moindre qu'un ciment classique. Hoffmann vient aussi d'obtenir une autorisation d'occupation temporaire de quarante ans sur le [[Grand port maritime de Dunkerque|port de Dunkerque]] afin de construire un troisième site de production, d'une capacité de {{unité|250000 tonnes/an}}, qui sera la réplique du deuxième, située en Vendée. Hoffmann Green Cement Technologies portera sa capacité de production annuelle à {{unité|550000 tonnes/an}} au premier semestre 2024<ref>Christophe Palierse, [https://www.lesechos.fr/industrie-services/immobilier-btp/ciment-vert-hoffmann-green-passe-un-cap-avec-le-soutien-de-bouygues-1409448 Ciment « vert » : Hoffmann Green passe un cap avec le soutien de Bouygues], ''[[Les Échos]]'', 25 mai 2022.</ref>.

En {{Date|mai 2023}}, le Syndicat français de l'industrie cimentière (SFIC), qui se rebaptise « France Ciment », porte son objectif de baisse des émissions du secteur à 50 % à horizon 2030 et promet une « quasi-neutralité carbone » en 2050. Le plan de décarbonation initial, acté en 2021, affichait des objectifs de diminution de 24 % pour 2030 et de 80 % en 2050. Vingt des vingt-cinq cimenteries françaises font partie des cinquante sites industriels les plus émetteurs de gaz à effet de serre en France. Le ciment produit près de 3 % des émissions nationales de {{CO2}}. Le plan de décarbonation mise sur le recours à des énergies non fossiles en valorisant les déchets, dont la part doit atteindre 80 % en 2030 contre 44 % en 2021, sur la diminution de la teneur en clinker du ciment, de 75 % en 2021 à 68 % en 2030 et 62 % en 2050, et sur les technologies de [[Captage et stockage du dioxyde de carbone|captage du carbone]], auxquelles 2 et {{Nobr|4 milliards}} d'euros d'investissements seront consacrés d'ici à 2040<ref>{{Lien web |langue=fr-FR |titre=Enjeu - Décarbonation |url=https://www.france-ciment.fr/enjeux/decarbonation/ |site=France Ciment |consulté le=2023-08-23}}.</ref>{{,}}<ref>[https://www.lesechos.fr/industrie-services/immobilier-btp/le-plan-des-cimentiers-pour-decarboner-20-des-50-sites-les-plus-polluants-de-france-1946445 Le plan des cimentiers pour décarboner 20 des 50 sites les plus polluants de France], ''[[Les Échos]]'', 25 mai 2023.</ref>.

La start-up Brimstone, née en 2019 à Oakland en Californie, a conçu un ciment neutre en carbone, fabriqué à partir de silicate de calcium. Elle a collecté {{Nobr|60 millions}} de dollars pour développer son procédé, qui a été testé par un auditeur indépendant, lequel certifie que le résultat est aussi solide que le ciment couramment utilisé dans le secteur de la construction. Elle prévoit de construire une usine pilote, à Reno, dans le Nevada<ref>[https://www.lesechos.fr/start-up/impact/avec-son-ciment-vert-brimstone-veut-decarboner-la-construction-1980649 Avec son ciment vert, Brimstone veut décarboner la construction], ''[[Les Échos]]'', 22 septembre 2023.</ref>.

=== En France : installation classée pour la protection de l'environnement ===
{{Article connexe|Installation classée pour la protection de l'environnement|Autorisation environnementale unique}}

Selon la législation française, les cimenteries sont des [[Installation classée pour la protection de l'environnement|installations classées pour la protection de l'environnement]] (ICPE). En effet, ce type d'installation est concerné par la rubrique {{n°|2520}} de la nomenclature des installations classées ({{citation|fabrication de ciments, chaux, plâtres}})<ref>{{Lien web |titre=2520. Fabrication de ciments, chaux, plâtres |url=http://www.ineris.fr/aida/consultation_document/10637 |site=[[Institut national de l'environnement industriel et des risques|INERIS]] |consulté le=18 mai 2016}}.</ref>.

Les installations capables de produire plus de cinq tonnes/jour sont soumises à [[Autorisation environnementale unique|autorisation préfectorale]] délivrée via un arrêté préfectoral imposant à l'exploitant certaines prescriptions techniques, dont celles d'un arrêté ministériel daté du {{Date|3 mai 1993}}<ref>{{Lien web |titre=Arrêté du 03/05/93 relatif aux cimenteries |url=http://www.ineris.fr/aida/consultation_document/5859 |site=[[Institut national de l'environnement industriel et des risques|INERIS]] |consulté le=18 mai 2016}}.</ref>, en vue de limiter leur [[Impact environnemental|impacts environnementaux]] et [[Santé publique|sanitaires]].

L'instruction des demandes d'autorisation d'exploiter ainsi que le contrôle du respect des prescriptions techniques par les exploitants sont réalisés par l'[[inspection de l'environnement|inspection des installations classées]]<ref>{{Lien web|url=http://installationsclassees.developpement-durable.gouv.fr/Missions.html|titre=Missions|site=installationsclassees.developpement-durable.gouv.fr|consulté le=18 mai 2016}}.</ref>.

== Sociétés cimentières notoires ==
{{Catégorie détaillée|Producteur de ciment}}

{{refnec|La production mondiale de ciment est dominée par quelques groupes internationaux occidentaux (classement à fin 2005)}} :
* [[Holcim]], Suisse, {{n°|1}} mondial ;
* [[Cemex]], Mexique, {{n°|2}} mondial ;
* [[Heidelberg Materials]], Allemagne, {{n°|3}} mondial ;
* [[Vicat (entreprise)|Vicat]], France

En 2015, Lafarge et Holcim ont fusionné pour donner [[Holcim]]<ref>[http://www.batiactu.com/edito/lafargeholcim-un-geant-est-ne-41747.php « LafargeHolcim, un colosse est né »], ''BatiActu.com'' avec [[Agence France-Presse|AFP]], 15 juillet 2015.</ref> cédant une partie de leurs usines en conformité avec les règles encadrant les monopoles <ref>{{Lien web |titre=lafargeholcim-poursuit-mue-pays-pays |url=https://www.letemps.ch/economie/lafargeholcim-poursuit-mue-pays-pays |site=[[Le Temps (quotidien suisse)|Le Temps]] |date=}}.</ref>. Ce sont en particulier Karsdorf (D, Lafarge) et Hemming (F- Holcim) et d'autres, cédées à Eqiom, HeidelbergCement et d'autres, en Europe et dans le monde.

== Organismes internationaux et normes ==
Le premier résultat d’harmonisation européenne des ciments est apparu en 2000, développé par le Comité Européen de Normalisation (CEN) ([http://www.cenorm.be www.cenorm.be]). Le ciment est alors le premier produit européen normalisé ([//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/aa/Norme_EN-197-1-2000.pdf EN-197-1-2000]) en accord avec la directive des produits de construction (Construction Products Directive, CPD).
La norme définit vingt-sept ciments communs et leurs constituants, incluant des recommandations d’utilisation (proportions des mélanges), ainsi que les spécificités mécaniques, physiques et chimiques des différents ciments et de leurs composants. Les vingt-sept classes sont réparties en cinq groupes, selon leurs constituants, autres que le clinker. Depuis {{Date|avril 2003}}, tous les ciments ont reçu le label CE, en accord avec la {{nobr|norme EN 197-1}}.

Les tests à pratiquer sur les ciments tout au long de la chaîne de production, pour mesurer leurs propriétés, ont été décrits dans une pré-norme européenne finalisée en 1989 (EN 196 series).

Le CEN se penche également sur la normalisation des six autres types de ciments suivants :
* ciments à faible chaleur d’hydratation ;
* ciments prompts à faible résistance ;
* liants hydrauliques routiers ;
* ciments calco-aluminates ;
* ciments sulfato-résistants.

Le comité C01 de l'[[ASTM]] est, quant à lui, consacré aux ciments hydrauliques.

La norme européenne suivante s'applique au domaine des ciments : EN 196.2 – [[Chimie analytique|analyse chimique]] par [[Complexe (chimie)|complexométrie]].

== Glossaire ==
{{section à sourcer|date=juillet 2020}}
=== Ciment alumineux ===
{{Article détaillé|ciment d'aluminates de calcium}}
Le [[ciment d'aluminates de calcium|ciment alumineux]] fut mis au point par J. Bied, directeur scientifique des [[Lafarge (entreprise)|Ciments Lafarge]], en 1908, et fabriqué industriellement en [[France]] à partir de 1918. C’est un ciment à base d'aluminates de calcium. Les [[ciment Portland|ciments Portland]], quant à eux, contiennent des silicates de calcium. Les aluminates ne libèrent pas de chaux en cours d'hydratation, et confèrent au béton ou au mortier alumineux des propriétés recherchées :
* une prise rapide ;
* une résistance chimique élevée ;
* une résistance élevée à l'usure ;
* une résistance aux températures élevées ;
* une accélération de la prise par temps froid.

=== Ciment artificiel ===
Le ciment artificiel, ou ciment Portland, est un mélange artificiel (de la main de l'homme) de 76 à 80 % de carbonate de chaux, et de 24 à 20 % d'argile, broyé et mélangé à cru, puis cuit à une température de {{tmp|1450|°C}} pour obtenir une roche artificielle très dure, le [[clinker]], qui, broyé à nouveau très finement, donne le ciment artificiel. C'est un ciment lent, fabriqué en grande quantité à partir de [[1850]] environ, utilisé aujourd'hui pour les bétons et bétons armés courants, ainsi que pour les travaux de haute technicité comme ceux des ponts et chaussées ou les ouvrages d'art. Sa fabrication longue et compliquée l'a longtemps rendu coûteux. Il fut imité à moindre frais par ce que l'on peut appeler les « faux artificiels » (voir ce terme).

En 1897, la Commission de méthode d'essais des matériaux classa dans la même catégorie tous les ciments à prise lente, et à partir de 1902, la Commission des chaux et ciments, n'utilisa plus ce terme d'artificiel et l'engloba dans les ciments Portland.

=== Ciment blanc ou extra-blanc ===
Le ciment blanc, ou extra-blanc, est un [[ciment Portland]] à très faible teneur en [[oxyde de fer|oxydes de fer]] (Fe{{ind|2}}O{{ind|3}}, de teinte brune-rouge) et en [[oxyde de manganèse|oxydes de manganèse]] (MnO{{ind|2}}, noir), et donc pauvre en ferro-aluminate tétracalcique {{nobr|(4 CaO·Al{{ind|2}}O{{ind|3}}·Fe{{ind|2}}O{{ind|3}}}}, noté en abrégé C{{ind|4}}AF en [[notation cimentière]])<ref name="Charef_2006">{{lien web|url=http://charef.canalblog.com/archives/2006/12/12/3412851.html|prénom1=A.|nom1=Charef|titre=Fabrication du Ciment Blanc – Materiaux|date=12 December 2006|site=charef.canalblog.com|consulté le=5 juillet 2020}}.</ref>. Il est produit à partir de [[calcaire]] blanc très pur et de [[kaolin]]. Le ciment blanc permet de réaliser des produits et bétons esthétiques et décoratifs<ref name="Infociments_2018">{{lien web|url=https://www.infociments.fr/ciments/les-betons-de-ciment-blanc|titre=Les bétons de ciment blanc|year-2018|site=Infociments|consulté le=5 juillet 2020}}.</ref>{{,}}<ref name="Febelcem">{{lien web|url=https://www.febelcem.be/fr/ciment-applications/les-differents-ciments/|auteur=Febelcem|titre=Les différents ciments, les types de ciment, sorte de ciment|site=febelcem.be|consulté le=5 juillet 2020}}.</ref>. Il est notamment destiné à la fabrication des [[Carreau ciment|carreaux ciment]], au [[Joint (maçonnerie)|rejointoyage]] blanc des installations sanitaires, à des [[moulage]]s, au [[béton ciré]], ou à certains bétons blancs utilisés en [[Architectonique (architecture)|architecture architectonique]]. Il est remarquable par sa finesse et sa blancheur, ne produisant aucune gerçure sur la surface lisse. Il fut inventé en 1870. Sa prise se fait entre six et quinze heures.

Sa fabrication nécessite de très haute température (~&nbsp;{{tmp|1750|°C}}) car son point de fusion pâteuse est beaucoup plus élevé en raison de l'absence quasi totale de Fe{{ind|2}}O{{ind|3}} qui joue aussi le rôle essentiel de fondant pour le ciment Portland ordinaire: voir les diagrammes ternaires de Fe{{ind|2}}O{{ind|3}} pour le système CaO et SiO{{ind|2}}. Par analogie, en sidérurgie c'est le CaO qui joue le rôle de fondant pour le système Fe{{ind|2}}O{{ind|3}} et SiO{{ind|2}}.

=== Ciment brûlé (ou clinker) ===
Le [[clinker]], cuit à {{tmp|1450|°C}} et non encore moulu, peut être utilisé comme ciment, on parle alors de ciment brûlé. Il est très dur. Sa prise est beaucoup plus lente que les ciments modérément cuits à {{tmp|1000|°C}}, mais il présente un durcissement et un degré de cohésion tout à fait extraordinaires. Broyé et mélangé à du gypse pour en retarder la prise, il est à la base de la fabrication courante des ciments ordinaires modernes (ciment Portland). Au {{S-|XIX}} en [[Dauphiné]], les morceaux modérément cuits, souvent de couleur jaune, étaient appelés des « frittes jaunes » ou des « grumes ». Les morceaux surcuits s'appelaient des « frittes noires ». Le mot « clinker », importé du Royaume-Uni, désignait les frittes noires du ciment Portland artificiel.

=== Ciment aux cendres ===
Les ciments aux cendres furent produits pour la première fois en France en 1951, par P. Fouilloux.

=== Ciment fondu ===
Le [[ciment d'aluminates de calcium|ciment fondu]] est un ciment alumineux, du début du {{S-|XX}}, dont la prise demande beaucoup d'eau, dégage beaucoup de chaleur et est très rapide. Il ne se dégrade pas dans les eaux magnésiennes et sulfatées, se mélange mal avec d'autres ciments et est d'un prix élevé.

=== Ciments de grappiers ===
La production de ciments de grappiers commence vers 1870. Les grappiers sont les éléments durs que l'action de l'eau ne peut faire tomber en poudre lors de l'extinction de la chaux, et que les bluteries rejetaient. C'étaient les incuits, surcuits, chaux limites et parties trop chargées en argile des [[calcaire argileux|calcaires argileux]]. Constituant une perte sensible pour le fabricant, on aboutit au [[Le Teil|Teil]] ([[Ardèche (département)|Ardèche]]) à en tirer parti en créant le ciment de grappiers, dont la qualité pouvait être remarquable. Ce produit un peu bâtard a disparu définitivement du marché avec la [[Première Guerre mondiale]], mais on le retrouve encore dans les manuels d'architecture des [[années 1930]].

=== Ciment de laitier ===
Ciment appelé aussi « ciment [[pouzzolane]] », obtenu à partir de [[laitier (métallurgie)|laitier]] de [[haut fourneau|hauts fourneaux]] mélangé avec de la chaux grasse éteinte et de la chaux hydraulique. Le laitier, pour acquérir de la résistance, doit avoir été refroidi brusquement à la sortie du four en étant immergé dans l'eau. Il contient des [[sulfure de calcium|sulfures de calcium]] qui s'oxydent à l'air, qui lui donnent une teinte bleutée (semblable à celle de la [[lazurite]] ou des [[lapis-lazuli]] en raison de la présence de l'anion {{fchim|S|3|{{exp|–}}}} dans le réseau cristallin silicaté), et désagrègent les mortiers, mais il durcit considérablement, bien que lentement, en milieu humide. C'est un liant hydraulique latent dont le dégagement de chaleur est étalé dans le temps, ce qui a l'avantage de limiter l'élévation de la température au cœur des ouvrages massifs, ou par périodes de fortes chaleurs comme en été.

C'est aussi un mélange d'hydrate de chaux en poudre et de [[gangue]]s hydrauliques pulvérisées ou pouzzolanes artificielles.

En Allemagne, le début de la fabrication du ciment à 30 % de laitier remonte à 1901, mais il ne fut agréé qu'en 1909. Dans ce même pays les ciments contenant jusqu'à 70 % de laitier furent produits à partir de 1907 et agréés en 1909. En France, avant 1914, on utilisait surtout le laitier à la chaux, provenant de la région Est. Les cahiers des charges français le mentionnent pour la première fois en 1928 et l'admettent pour les travaux au littoral, en 1930.

=== Ciment lent ===
Ciment à prise lente, plus de huit heures ; voir ciments naturels ou ciment Portland.

=== Ciment lourd ou surcuit ===
Ciment surcuit à {{tmp|1450|°C}} et lent à la prise.

=== Ciment mixte ===
Nom que donnaient les usines du nord de la France aux faux artificiels, et vendus ailleurs sous le nom de « Portland naturels », est composé de ciment naturel et de grappiers de chaux mélangés en proportions variables.

=== Ciments naturels ===
Les ciments naturels sont des ciments prompts ou lents, voire demi-lents. Ils sont obtenus par la cuisson de [[calcaire]], [[argile]]ux naturellement, de bonne composition. [[Ciment naturel prompt|Ciment prompt]] et [[ciment romain]] en font partie. Les ciments naturels se divisent en deux classes :
* les ciments prompts, cuits à {{tmp|900|°C}} comme les chaux, qui font prise en moins de vingt minutes ;
* les ciments lents, cuits à un état proche de la fusion pâteuse à {{tmp|1450|°C}}, qui font prise en une ou plusieurs heures.
Des variétés intermédiaires étaient obtenues directement ou par mélanges et étaient appelées « demi-lents ».

Vers 1880, les ciments naturels des environs de [[Grenoble]] (plus grande région productrice) résultaient de la cuisson de calcaire argileux contenant de 23 à 30 % d'argile, plus ou moins pure. Une fois cuits, ils renfermaient 35 à 45 % d'argile calcinée et 65 à 56 % de chaux. La proportion d'argile considérée comme la meilleure est de 23 à 24 % dans le calcaire et de 36 % d'argile calcinée dans le ciment. Ils donnaient suivant leur cuisson des ciments naturels lents ou prompts. Seul le ciment prompt naturel est encore produit.

=== Ciment Portland ===
{{Article détaillé|Ciment Portland}}
Le ciment Portland est un ciment artificiel obtenu par la cuisson, proche de l'état de fusion pâteuse, à {{tmp|1450|°C}}, des chaux limites mélangées intimement (calcaires contant de 20 à 25 % d'argile) et longtemps appelées « chaux brûlées », ou de roches calcaires et de roches argileuses soigneusement dosées. C'est l'appellation courante des ciments lents. La dénomination de Portland vient des fabriques de Portland au Royaume-Uni, où le ciment avait la même couleur que les pierres de la région.

=== Ciment Portland naturel ===
Nom impropre des ciments naturels de l'Isère. Voir ciments naturels.{{Style à revoir|date=3 février 2025}}

=== Ciment prompt (ou « ciment romain ») ===
{{Article détaillé|Ciment naturel prompt}}
Techniquement, le [[Ciment naturel prompt|ciment prompt]] (ou « [[ciment romain]] ») est une chaux éminemment hydraulique, un ciment obtenu par la cuisson à {{tmp|900|°C}} de calcaires contenant de 23 à 30 % d'argile et dont la prise s'effectue en dix ou vingt minutes. Le plus souvent, c'est un ciment naturel, un ciment provenant de la simple cuisson d'une gangue ayant naturellement les bonnes proportions de calcaire et d'argile. La pierre, à la sortie du four, reste quelque temps à l'air et absorbe de l'humidité, puis elle est blutée, conservée en silos et ensachée. Ce ciment atteint sa dureté maximale après quelques jours.

Le ciment prompt est fabriqué depuis la fin du {{S-|XVIII}}. Il a longtemps été appelé « ciment romain » dans le nord de la France, les pays anglo-saxons et d'[[Europe de l'Est]], bien que cette qualification commerciale soit impropre. Les grands producteurs étaient sur l'[[île de Sheppey]] en Grande-Bretagne et à [[Vassy-sous-Pisy|Vassy]], [[Pouilly-en-Auxois]] et Grenoble (encore en activité), en France.

Le ciment prompt a longtemps été utilisé pour faire des [[moulage au gabarit|moulages au gabarit]], ou fabriquer des pierres factices de ciment moulé (de 1820 à 1920 environ). Il est encore utilisé comme ciment à sceller, comme adjuvant naturel dans les enduits de chaux, pour les travaux maritimes et pour la fabrication des moulages d'art, surtout dans les Alpes et en Italie du Nord (importation de ciment français, le prompt de la Pérelle et de la Porte de France de la [[Vicat (entreprise)|société Vicat]], dernier producteur).

=== Ciment sulfaté ===
Le ciment sulfaté fut mis au point en 1908 par [[Hans Kühl]]. Il fut peu fabriqué en Allemagne, mais exploité industriellement en Belgique et en France à partir de 1922, et jusqu'en 1965.

=== Ciment romain ===
Voir ci-dessus ''Ciment prompt''.

=== Ciment sulfo-alumineux (CSA) ===
{{Article détaillé|Ciment sulfo-alumineux}}
Le [[Ciment sulfo-alumineux|ciment sulfo-alumineux (CSA)]] a été inventé en 1936 comme additif expansif pour compenser le retrait du [[ciment Portland]]. Les ciments sulfo-alumineux sont constitués d’un mélange de clinker sulfo-alumineux et de gypse ou d'[[anhydrite]]. Ses caractéristiques chimiques proches des ciments alumineux sont adaptées à la formulation de mortiers spéciaux et à la réalisation de mélanges ternaires. Différents ciments sulfo-alumineux existent :
* le ''ciment sulfo-alumineux alitique'' contenant simultanément de la {{lien|ye'elimite}} et de l’[[alite]] (C{{ind|3}}S), mais sans bélite (C{{ind|2}}S) ;
* le ''ciment ye'elimitique'' est constitué d’un mélange de ye'elimite (15-50 %), de sulfosilicate de calcium ou sulfopurrite et d’anhydrite, mais ne contient pas d'alite ;
* le ''ciment sulfo-alumineux bélitique'' est principalement constitué de ye'elimite et de bélite et ne contient pas d’alite<ref>{{Article|langue=fr|auteur=Philippe Souchu|titre=Les ciments sulfo-alumineux|périodique=Site documentaire du Lerm|date=2011-04-11|lire en ligne=http://doc.lerm.fr/les-ciments-sulfo-alumineux/|consulté le=2018-08-24}}</ref>.

Le ciment sulfo-alumineux est surtout utilisé en Chine depuis les années 1950. Initialement pour pouvoir bétonner rapidement et par temps froid. Le ciment sulfo-alumineux a pour caractéristiques :

* une montée en résistance rapide et une résistance à deux jours élevée ;
* une bonne résistance mécanique à long terme ;
* une faible alcalinité ;
* une faible [[Perméabilité (matériau)|perméabilité]] ;
* une durabilité éprouvée en environnent agressif (chlorures et sulfates) ;
* une insensibilité à de nombreux inhibiteurs de prise, notamment les borates, Pb et Zn, lorsqu'il est utilisé pour l'immobilisation des déchets radioactifs ou toxiques.

Les volumes consommés restent anecdotiques par rapport au ciment Portland. Aujourd'hui, seule la [[Vicat (entreprise)|société Vicat]] est productrice de ciments sulfo-alumineux en France.

== Commerce ==
En 2014, la France était nette importatrice de ciment, d'après les douanes françaises. Le prix à la tonne à l'import était d'environ {{euro|560}}<ref>{{Lien web|langue = fr | titre = Indicateur des échanges import/export |url =http://lekiosque.finances.gouv.fr/LEO/frame_LEO.asp|site =Direction générale des douanes. Indiquer NC8=25233000 |consulté le = 7 août 2015|brisé le = 2023-10-29}}.</ref>.

== Sources ==
* Walter H. Duda, ''Cement data book''.
* {{ouvrage| langue =fr | auteur1 =Cédric Avenier| auteur2= Bruno Rosier|auteur3=Denis Sommain | titre =Ciment naturel | éditeur =Glénat | lieu = Grenoble| année =2007 | ISBN =2-7234-6158-0 | oclc =276310104 | pages totales =175 | id =Avenier2007}}.

== Notes et références ==
=== Notes ===
{{Références|groupe=Note}}

=== Références ===
{{Références|taille=30 |références=
<ref name="Géoportail">{{Lien web |titre=Géoportail |url=https://www.geoportail.gouv.fr/ |site=geoportail.gouv.fr |consulté le=2020-06-12}}.</ref>
}}

== Annexes ==
{{Autres projets|commons=Category:Cement}}
=== Bibliographie ===
* Sous la direction de Jean-Pierre Ollivier et Angélique Vichot (2008). ''La durabilité des bétons'', Presses de l'École des ponts et chaussées, Paris, 868 pp. {{ISBN|978-2-85978-434-8}}.
* Armelle Choplin, ''Matière grise de l'urbain. La vie du ciment en Afrique'', Genève, MétisPresses, 2020.
{{...}}

=== Articles connexes ===
{{Catégorie principale}}
* [[Béton de ciment|Béton]]
* [[Ciment d'aluminates de calcium]]
* [[Ciment sulfo-alumineux]]
* [[Ciment de calcaire et d'argile calcinée]]
* [[Ciment géopolymère]]
* [[Ciment Portland]]
* [[Mortier (matériau)|Mortier]]
* [[Enduit (bâtiment)|Enduit]]
* {{Lien |fr = Four à ciment |lang = en |trad = Cement kiln}}
* {{Lien |fr = Broyeur à ciment |lang = en |trad = Cement mill}}
* [[Louis Vicat]]
* [[Joseph Aspdin]]

=== Liens externes ===
* {{en}} [http://www.cembureau.be Cembureau], association européenne
* [http://www.infociments.fr/ Syndicat français de l'industrie cimentière] (SFIC)
* [http://www.efbeton.com Fondation école française du béton]
* [http://www.gefic.eu/ Gefic], Groupement des entreprises fournisseurs de l'industrie de la cimenterie
* {{en}} [http://www.cement.org/ Portland Cement Association] (PCA), association nord-américaine
{{Liens}}

{{Palette|Liants|Ciment|Société ciment|Béton}}
{{Portail|chimie|industrie|architecture|métier|matériaux}}

[[Catégorie:Ciment| ]]
[[Catégorie:Silicate de calcium]]
[[Catégorie:Installation classée pour la protection de l'environnement]]
[[Catégorie:Science des matériaux]]