Download - Optimisation du taux des cendres volantes dans le ciment

Département des Sciences Chimiques

Filière d’Ingénieur : « Génie des Matériaux »

Stage effectué à Ciment du Maroc

Période de stage : du 05/08/2013 au 13/09/2013

Rapport de stage

Réalisé par : Encadré par :

Soukaina Ajouguim M. DAKHTARI (Responsable du service qualité)

M. EL MAMOUN (Chef du laboratoire)

Optimisation du taux de cendres volantes dans le ciment

Optimisation du taux de cendre volante dans le ciment

Soukaina Ajouguim

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Sommaire Pages Remerciement ……………………………………………………………………..

Introduction ……………………………………………………………………….

I. Présentation de l’usine (Ciments du Maroc Marrakech)…………………….

I.1. Italcementi Group………………………………………………..

I.2. L’usine de Marrakech (Ciments du Maroc)…………………….

I.2.1. Organisation de l’usine……………………………...

I.2.2. Les produits de l’usine………………………………

II. Etude bibliographique…………………………………………………………

II.1. L’histoire du ciment……………………………………………...

II.2. Les matières premières…………………………………………..

III.3. Les principaux ajouts…………………………………………...

II.3.1. Le gypse……………………………………………...

II.3.2. La pouzzolane naturelle……………………………

II.3.3. Les cendres volantes………………………………..

II.4. Processus de fabrication du ciment (à l’usine de Marrakech)...

II.4.1. Abattage en carrière………………………………..

II.4.2. Concassage usine …………………………………...

II.4.3. Stockage et préhomogénéisation…………………...

II.4.4. Reprise du tas……………………………………….

II.4.5. Broyage de la matière crue…………………………

II.4.6. Homogénéisation……………………………………

II.4.7. La cuisson……………………………………………

II.4.8. Refroidissement et dépoussiérage…………………

II.4.9. Broyage de la matière cuite………………………...

II.4.10. L’expédition………………………………………..

III. Partie expérimentale…………………………………………………………..

III.1 Dosage de la chaux libre dans le clinker..……………………..

III.1.1 Principe……………………………………………..

III.1.2 Mode opératoire……………………………………

III.2 Préparation des échantillons …………………………………...

III.3 Analyse chimique par fluorescence X des différents ciments

préparés………………………………………………………………..

III.3.1 Principe……………………………………………...

III.3.2 Mode opératoire…………………………………...

III.4 Essais mécaniques …………………………………..

III.4.1 Préparation du mortier…………………………….

III.4.2 Confection des éprouvettes (Norme EN 196-1) …

III.4.3 Essai de flexion……………………………………...

III.4.4 Essai de compression………………………………

IV. Résultats et interprétation : …………………………………………………

IV.1 Dosage de la chaux libre dans le clinker ……………..

IV.2 Analyse chimique par fluorescence X…………………

IV.3 Résistance à la compression……………………………

IV.4 Interprétation…………………………………………

Conclusion …………………………………………………………………

Référence …………………………………………………………………..

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Remerciement

Il serait injuste de ma part de commencer la rédaction de mon présent rapport sans exprimer mes vifs remerciements témoignage de mes profondes affections pour ceux qui de près ou de loin m’a adressé l’expression de leur avis et opinions.

Mes gratitudes, et mes remerciements s’adressent tout d’abord à mes encadrants Mr. DAKHTARI et Mr. EL MAMOUN, ainsi pour Mlle Badiaa Neggaz, Mr abdelhak zagriri, Mr Abdefettah, Mr Rachid Belgamra, pour tous leurs conseils et de m’avoir incité à travailler en mettant à ma disposition ces expériences et ces compétences qu’elles m’ont procurés afin de réussir ce travail.


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Introduction :

Actuellement la concurrence exige à l’entreprises d’accroitre sa compétitivité pour

améliorer sa position dans le marché, cette amélioration peut prédominer soit la production,

soit le prix, soit la qualité du produit.

La production du ciment est de plus en plus complexe, parce qu'elle n'est plus

seulement aujourd'hui du clinker, ce résultat de la cuisson à 1450°C d'un mélange composé de

calcaire et d'argile. La demande s'est affinée et les produits se sont par conséquent diversifiés.

Et pour faire face à ces évolutions, les dirigeants de l’entreprise ont toujours un

besoin d’amélioration de la production et d’optimisation de ses procédés de fabrication avec

un engagement absolu pour assurer la sécurité des personnes et le respect de l’environnement.

C’est la raison pour laquelle CIMENTS DU MAROC cherche de plus en plus à réduire

l’utilisation du clinker dans les ciments ainsi qu’à augmenter la consommation des déchets

industriels (CV, pneus…), en restant sur la limite de la résistance favorable, et en contribuant

de manière simple et économique à résoudre les problèmes liés à l'environnement.

Comme on sait les cendres volantes peuvent être utilisées comme des ajouts qui

peuvent améliorer les propriétés du ciment, pour cela ce présent rapport a pour but de faire

une optimisation sur le taux des cendres volantes possible à mettre dans la composition du

ciment.

Dans une première partie du présent rapport, on commencera par une présentation

générale de l’Italcementi Group et de l’usine de Marrakech (Ciments du Maroc) où j’ai

effectué mon stage. Une étude bibliographique sur le ciment fera l’essentiel d’une deuxième

partie, puis elle sera suivie par la partie expérimentale et les résultats expérimentaux obtenus.

Sur une avant-dernière partie, on s’étalera sur les différentes interprétations et conclusions

faites à la base des résultats expérimentaux. Et la dernière partie sera, par ailleurs, consacrée à

une conclusion exposant les principaux résultats dégagés.


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I. Présentation de l’usine (Ciments du Maroc Marrakech) [1]

I.1. Italcementi Group

Un des tout premiers acteurs mondiaux dans les matériaux de construction, Italcementi

Group est né du rapprochement de deux sociétés dont l’expérience cimenterie remonte à plus

d’un siècle : Italcementi fondé en 1864 et Ciment Français en 1881.

Le Groupe est aujourd’hui présent dans 19 pays à travers le monde incluant Italie,

France, Belgique, Maroc, Espagne, Turquie, Canada, Etats-Unis, Grèce, Bulgarie,

Kazakhstan, Thaïlande, Inde, Egypte, Sri Lanka, Mauritanie, Albanie, Chypre et Gambie.

Le dispositif industriel de groupe Italcementi comporte :

60 cimenteries et 14 centres de broyage ;

154 carrières de granulats ;

547 centrales de Béton Prêt à l’Emploi.

Ci-dessous, une présentation d’ITALCEMENTI GROUP au Maroc :

Figure 1: ITALCEMENTI GROUP au Maroc


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I.2. L’usine de Marrakech (Ciments du Maroc)

Ciments du Maroc-Marrakech est une société opérant dans le marché national du

ciment, se situant à 46 km de la ville de Marrakech, près du village M’zoudia.

L’usine dispose d’une carrière dont les réserves sont suffisantes pour alimenter la

cimenterie pendant 40 ans à une cadence annuelle de production dépassant 1.000.000 tonnes

par an.

I.2.1. Organisation de l’usine

L’effectif du personnel atteint actuellement plus de 270 personnes dont 21 cadres

organisés dans les trois départements :

Département administratif ;

Département maintenance ;

Département production.

En plus, l’usine possède un laboratoire et un service de qualité en liaison directe avec

la direction.

Ci-après est illustré l’organigramme de l’usine de Marrakech :

Figure 2 : Organigramme de l’usine de Marrakech (Ciments du Maroc)

Directeur de l’usine

M. BOUKIOUD

Département Administratif

Comptabilité Personnel

Social CDG

Département Production

Fabrication Carrière

Expédition Gestion

Département Maintenance

Méthodes Réalisation

Magasin

Responsable commercial

Responsable qualité

Responsable achat Responsable

sécurité et env


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I.2.2. Les produits de l’usine

L’usine fournie trois catégories de ciments :

Le Ciment portland CPJ 35 :

Le CPJ 35 est un ciment portland composé, résultant de la mouture de Clinker (à

65%), avec complément un ou plusieurs constituants secondaires tels que les fillers,

pouzzolane ou les cendres définis par la NM 10.1.004. Le CPJ 35 est destiné à être utilisé

pour réaliser des bétons non armé ou faiblement armé, comme mortier ou comme béton de

résistance mécanique moyenne ou peu élevée.


Le CPJ 45 est un ciment portland composé, résultant de la mouture de Clinker (à

70%), avec en complément un ou plusieurs constituants secondaires tels que les fillers,

pouzzolane ou les cendres définis par la NM 10.1.004. Le CPJ 45 est destiné à être utilisé

pour réaliser un béton fortement sollicité (pour les structures porteuses et les fondations), pour

réaliser un béton armé courant, pour réaliser des éléments préfabriqués en béton armé ou non

armé (poutres, poutrelles, éléments de grande surface, buses, hourdis) ou pour réaliser des

travaux spéciaux tels que les barrages ou des ouvrages de génie civil industriel.


Le CPJ 55 est un ciment portland composé, résultant de la mouture de Clinker avec en

complément un ou plusieurs constituants secondaires tels que les fillers, pouzzolane ou les

cendres définis par la NM 10.1.004. Sa haute résistance le destine aux utilisations en béton

armé pour les grands ouvrages ou le génie civil.

II. Etude bibliographique

II.1. L’histoire du ciment [2]

Les débuts du ciment remontent aux Egyptiens qui avaient utilisé la chaux grasse,

obtenue par cuisson de roches de calcaire à une température avoisinant les 1000 °C, suivie

d’une extinction du produit obtenu (la chaux vive), avec de l’eau, pour obtenir l’hydroxyde de

chaux.

Son durcissement se faisait par carbonatation à l’air suivant les réactions :

CaCO3 CaO + CO2

CaO + H2O Ca(OH)2

Ca(OH)2 + CO2 CaCO3

Cependant ce sont les Romains qui ont fait véritablement du ciment en y ajoutant une

matière volcanique : la pouzzolane. Ils ont ainsi mis au point un matériau qui, à température

normale est mélangé avec de l’eau, durcissait par hydratation et devenait, après sa prise,

insoluble dans l’eau. C’est ce matériau qui est le premier liant hydraulique, c’était l’ancêtre du

ciment. Il est resté, cependant, peu utilisé durant de longs siècles, concurrencé par deux

matériaux bien connus : la chaux et la brique. Le premier est à base de calcaire, le deuxième

est à base d’argile.

En 1759, John SMEATON effectua plusieurs essais sur le ciment et reconstruit le

http://www.cimentsdumaroc.com/FR/Nos+produits/CPJ+35/

http://www.cimentsdumaroc.com/FR/Nos+produits/CPJ+55/


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phare d’Eddystone en Cornouailles qui dura 126 ans avant son remplacement. D’autres

personnes firent des expériences sur le ciment dans la période entre 1756-1830 comme Vicat,

Lesage en France et Parker Frost en Angleterre.

En 1824, Joseph ASPDIN, maçon à Leeds en Angleterre, prit un brevet sur un ciment

hydraulique qu’il appela Ciment Portland, car il ressemblait beaucoup à la pierre provenant de

l’Ile Portland au large de la côte britannique. Sa méthode consistait en un dosage précis des

proportions d’argile et du calcaire, à pulvériser, ensuite à cuir le mélange pour obtenir le

clinker qui était alors broyé pour devenir du ciment.

II.2. Les matières premières

Bien que les ciments sont fabriqués à partir de matières premières différentes et

parfois par des procédés différents, tous les clinkers, à partir desquels sont obtenus ces

ciments, contiennent les composés essentiels suivants : silicate tricalcique, silicate bicalcique,

aluminate tricalcique et alumino-ferrite tétra-calcique, respectivement notés C3S, C2S, C3A

et C4AF, cette notation est utilisée uniquement dans le secteur cimentier, le tableau suivant en

donne l’illustration : (tableau 1)

Nomenclature Symbole chimique Symbole cimentier

Oxyde de calcium CaO C

Oxyde de silice SiO2 S

Oxyde d’aluminium Al2O3 A

Oxyde de fer Fe2O3 F

Tableau 1 : Tableau illustratif des symboles cimentiers

III.3. Les principaux ajouts

Les matières d’additions ajoutées avec le clinker au niveau du broyage dans l’usine de

Marrakech sont : le gypse, la pouzzolane et les cendres volantes.

II.3.1. Le gypse

Une fois le clinker est sorti du four, il faut ensuite le broyer très finement et très

régulièrement avec environ 5 % de gypse CaSO4 dont le rôle est de « régulariser » la prise.

II.3.2. La pouzzolane naturelle

La pouzzolane naturelle est un produit généralement d’origine volcanique, ou des

roches sédimentaires, présentant des propriétés pouzzolaniques. Elle est essentiellement

composée de silice réactive (dans des proportions supérieures à 25%), et d’alumine et d’oxyde

de fer. L’ajout de la pouzzolane avec le clinker à l’étape du broyage (de 0 à 10%), permet

d’augmenter et fixer l'hydroxyde de calcium en présence d'eau.


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II.3.3. Les cendres volantes

La cendre volante est obtenue à partir de charbon. Elle se forme quand le charbon

broyé en une fine poussière est calciné dans une centrale thermique à plus de 1 200 °C. Dans

ce processus fusionnent principalement les grains de poussière minérale de la gangue du

charbon. Ils sont véhiculés dans le flux de gaz brûlé et sont séparés dans les électro-filtres de

la centrale thermique en vue d'une utilisation ultérieure en tant que matériau de construction.

Les cendres volantes se composent pour l'essentiel de silicium, d'aluminium et d'oxyde de fer.

La substitution d’une partie du ciment Portland par de la cendre volante, résulte en un

impressionnant éventail de retombées bénéfiques :

Un béton plus durable : le béton, constitué d’un mélange de granulats (sable, pierre),

de ciment et d’eau tire sa résistance de la réaction du ciment avec l’eau, pour la formation

d’une matrice rigide qui lie les diverses composantes. Or la réaction du ciment Portland avec

l’eau génère de la chaux; si le béton est poreux et qu’il est exposé à des environnements

agressifs, la chaux pourra réagir avec les agents agresseurs et altérer l’intégrité du béton.

La cendre volante a la capacité de réagir avec la chaux libérée lors de l’hydratation du

ciment Portland et d’incorporer cette chaux dans des produits d’hydratation qui deviennent

partie intégrale de la matrice cimentaire. Cette dernière est alors moins sensible aux agents

agressifs.

Une réduction de gaz à effet de serre : le ciment Portland est issu de la cuisson (~1450

°C) d’un mélange de minéraux broyés, principalement du calcaire, de la silice, de l’argile et

de l’oxyde de fer. Dans le four, le calcaire est converti en chaux et en CO2 qui est libéré dans

l’atmosphère. Si on tient compte du CO2 généré par les combustibles utilisés pour la cuisson,

la production de 1,0 tonne de ciment conduit à la génération de ~0,8 tonne de CO2. Ainsi,

chaque tonne de ciment que l’on remplace par la cendre volante réduit de 0,8 tonne nos

émissions de GES.

Une économie d’énergie : la production du ciment Portland nécessite d’importantes

quantités d’énergie, notamment pour l’extraction et le traitement des matières premières, la

cuisson de ces matières, et le broyage des minéraux issus de la cuisson (clinker) et du gypse.

Au total, la production d’une tonne de ciment nécessite près de 5 milliards de Joules (5 GJ),

ce qui correspond à 1,4 mégawatt/heure (MWh).

L’utilisation de cendre volante en remplacement du ciment diminue l’énergie

consommée en proportion directe du degré de substitution.

Ouvrabilité améliorée : la forme sphérique de la cendre volante donne à la pâte une

grande plasticité et permet de réduire la teneur en eau du mélange.

Réduction du ressuage : le béton aux cendres volantes n’a besoin que d’une faible

quantité d’eau pour assurer son ouvrabilité. Par conséquent, il en résulte moins de ressuage.

Pompabilité accrue : grâce à ses particules sphériques, la cendre volante agit comme

un minuscule roulement à billes, diminue la friction interne et rend le mélange plus facile à

pomper.


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II.4. Processus de fabrication du ciment (à l’usine de Marrakech) [3]

Plusieurs voies de fabrication du ciment existent, notamment la voie humide et la voie

sèche. Et c’est ce dernier qui est le plus dominant aujourd’hui et celui que nous retenons ici.

Les principales étapes de la fabrication du ciment sont la préparation du cru

(composition et mélange des matières premières), la transformation de celui-ci en clinker par

procédé de cuisson, et finalement la transformation du clinker en ciment.

II.4.1. Abattage en carrière

Pour réduire le coût du transport des matières premières, les cimenteries sont

construites à proximité des carrières de calcaire et d’argile ou de marne argileuse. L’usine de

Marrakech est alimentée par deux carrières : La carrière de M’zoudia et d’Ighoud.

La carrière se compose de plusieurs zones et chaque zone se compose de plusieurs

gradins à exploiter à ciel ouvert. Les minerais sont récoltés suite à des explosions maîtrisées et

acheminés par dumper vers le hall de concassage pour réduire les blocs de matière première.

Figure 3 : Photo d’abattage en carrière (M’zoudia) du calcaire par les explosifs

II.4.2. Concassage usine

Après l’extraction de la matière, cette dernière passe par un concasseur principal B de

type « Giratoir » entraîné par un moteur électrique et muni d’une trémie de réception puis la

matière passe par un crible, qui sélectionne les grains dont le diamètre est supérieur à 45mm

pour les recycler en les passant par deux concasseurs secondaires, L et M qui ont le même

rôle que le principal, en vue d’un concassage plus fin.


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Figure 4 : Processus de concassage des matières premières

II.4.3. Stockage et préhomogénéisation

Les carrières travaillent de manière discontinue, il est donc nécessaire de constituer

des stocks de la matière provenant des concasseurs garantissant ainsi le besoin du circuit de

matière. Un appareil mécanique permet de construire un tas de sections trapézoïdales dans un

hangar autour d’une colonne centrale sous forme de couches circulaires superposées de

calcaire et de marne.

Figure 5 : Processus de stockage et préhomogénéisation


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II.4.4. Reprise du tas

Elle est assurée par un système comprenant des herses et une chaîne à raclettes. La

reprise se fait en nombreuses tranches transversales, perpendiculairement au sens de la

dépose, de façon à recouper toutes les couches. Chaque tranche représente ainsi un échantillon

moyen de l’ensemble du tas de mélange.

Figure 6 : Système de reprise du tas

II.4.5. Broyage de la matière crue

Les broyeurs crus ont pour fonction de réduire les matières provenant de la pré-

homogénéisation à la finesse requise pour la cuisson. Le broyeur mélange aussi initialement

les différents minéraux et les ajouts. Á la fin du processus de broyage, la matière quitte le

broyeur, d’une part par un organe de décharge, d’autre part par l’air afin de la diriger vers un

séparateur qui sélectionne les particules selon leurs grosseurs, les fines sont orientées vers les

silos d’homogénéisation tandis que celles insuffisamment broyées sont recyclées dans le

broyeur.

c


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Figure 7 : Processus de broyage de la matière crue

II.4.6. Homogénéisation

Un grand silo reçoit de la farine produite par le broyeur, celle-ci est déversée par le

haut et distribuée par un réseau de transfert en pattes d’araignée sur le périphérique du silo

jusqu’au deux tiers de sa hauteur. La farine passe ensuite, par le fond du silo, dans une

chambre de mélange où se passe une homogénéisation instantanée par air choc.

Figure 8 : Processus d’homogénéisation


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II.4.7. La cuisson

La farine homogénéisée entre dans un four rotatif où s’effectue l’étape la plus

importante de sa transformation. L’alimentation en farine se situe à l’extrémité opposée du

brûleur, la rotation et l’inclinaison du four font progresser la matière. Autrement, on peut

commenter le processus de cuisson de la manière suivante : L’entrée du four, la

décarbonatation de la farine se poursuit et s’achève au fur et à mesure que la farine avance

dans le four, elle monte en température ce qui permet la formation du clinker (la matière de

base pour la fabrication du ciment).

Figure 9 : Etape de la cuisson

II.4.8. Refroidissement et dépoussiérage

Une fois que le clinker sort du four à une température très élevée (de l’ordre de

1000°C), deux opérations doivent être effectuées :

- Une première opération de nature économique qui consiste à récupérer la chaleur après

refroidissement par soufflage d’air et la renvoyer à la tour échangeur. A la fin du

refroidissement, le clinker obtenu se présente sous forme de nodules gris foncés de

température de l’ordre de 60°C plus la température ambiante.

- Une seconde opération de dépoussiérage pour éviter l’envolement des poussières

formées lors du concassage du clinker après son refroidissement. En effet, CIMENTS DU

MAROC adopte des systèmes d’aspiration de haute puissance placés aux points d’émission et

qui se trouvent entre le refroidissement et le stockage du clinker.


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II.4.9. Broyage de la matière cuite

Le broyage du clinker avec des ajouts s’effectue dans des broyeurs horizontaux, de

petites quantités de produits chimiques peuvent être ajoutées pour éviter l’agglomération et

pour faciliter le broyage et l’écoulement de la matière fine. Ce sont des aides au broyage ou

agents de mouture, qui en tous cas ne doivent ni modifier ni influencer sur la qualité du

produit fini : le ciment. Le résultat du broyage cuit est le produit fini à expédier.

Figure 10 : Processus de broyage de la matière cuite (ciment)

II.4.10. L’expédition

Après le broyage cuit le ciment est acheminé vers des silos de stockage. Le ciment est

livré soit en vrac soit en sacs suivant les exigences des clients.

Dans le cas de la livraison en vrac : les véhicules à citerne sont placées sur un pont

bascule sous une tête de chargement télescopique adaptée à l’ouverture de la citerne pour le

chargement. Alors que dans le cas de la livraison en sac : des sacs de poids net égale à 50 Kg

sont mis vides dans des ensacheuses permettant leur remplissage par le ciment.


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Figure 11 : Processus d’expédition du ciment

Pour conclure, le schéma suivant permet de donner une vision globale des étapes de la

chaîne de production du ciment au sein de l’usine « Ciments du Maroc » de Marrakech.

Figure 12 : Procédé global de fabrication du ciment


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III. Partie expérimentale [4]

III.1 Dosage de la chaux libre dans le clinker :

III.1.1 Principe

La chaux libre est périlleuse pour le ciment car son hydratation est accompagnée d’un

gonflement, c’est la raison pour laquelle on veille à ce que la quantité de CaO libre reste

inférieure à une certaine valeur (CaO libre < 2,5%).

Dans des conditions opératoires déterminées, l’éthyle glycol permet d’extraire la

chaux libre, des matières (clinker, ciment), sans altérer d’une façon les silicates et l’aluminate

de calcium, la combinaison soluble formée est dosée, après filtration, au moyen d’un acide

fort titré.

Réactifs utilisés

Ethylène glycol

Acide chlorhydrique 0.1N

Bleu de bromothymol : solution à 1% dans l’alcool absolu pour analyser.

Réactifs utilisés

Ethylène glycol

Acide chlorhydrique 0.1N

Bleu de bromothymol : solution à 1% dans l’alcool absolu pour analyser.

III.1.2 Mode opératoire (figure 13)

Peser 1 g de la matière disposée, la prise dans une fiole conique de 150 CC propre et

séché, ajouter 50 CC d’éthylène glycol et chauffer pendant 30 min à 75 °C plus au moins 5°C,

tout en agitant. Filtrer sur un creuset à bande rouge. Recueillir le filtrat dans une fiole conique

de 250 CC. Rincer la fiole d’attaque avec 3 fois 15 CC d’éthylène glycol. Ajouter 3 gouttes de

bleu de bromothymol et titrer aussitôt par HCl 0.1N jusqu’au virage Bleu de bromothymol,

est bleu en solution basique et jaune en solution acide en passant par le vert. Le tableau 2

montre la variation de la coloration de la solution en fonction de pH.

Calcul de la chaux libre

Soit la prise d’essai en mg

Le nombre de CC de HCl 0.1N

La chaux libre est calculée par la relation suivante :

CaO libre(%)= (2.8×n×100)/P = volume HCl (ml) ×0.29


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Figure 13:Dosage de la chaux libre.

III.2 Préparation des échantillons

Après avoir reçus la matière première sur son état initial, il faut établir un concassage et

un broyage sur chaque élément à part, je voulais dire par les éléments (clinker, gypse,

calcaire, pouzzolane, cendre volante).

Le tableau ci-dessous présente la composition de chaque échantillon (les valeurs sont

en pourcentage).

Tableau 2: Tableau des échantillons

A l’aide d’un malaxeur à poudre, on peut avoir une homogénéisation parfaite entre les

éléments, par la suite on obtient les différents échantillons du ciment avec des pourcentages

différents de cendre volante.

Ech Clinker

(%)

Gypse

(%)

Calcaire

(%)

Pouzzolane

(%)

Cendre

Volante (%)

F0 75 5 10 10 0

F1 75 5 9 10 1

F2 75 5 7 10 2

F3 75 5 5 10 5

F4 75 5 5 8 7

F5 75 5 5 6 9

F6 75 5 5 4 11

F7 75 4 4 4 13

F8 75 5 3 2 15


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III.3 Analyse chimique par fluorescence X des différents ciments préparés

III.3.1 Principe [5]

La méthode de fluorescence X constitue le moyen le plus précis pour les analyses

qualitatives et quantitatives des éléments chimiques habituellement présents dans les ciments.

Le principe consiste à irradier une pastille par un faisceau de rayons X de forte

intensité. Ce dernier déstabilise les couches électroniques les plus profondes de l’atome en

émettant des photons. Caractérisés par leur niveau d’énergie et par leur longueur d’onde, ces

rayonnements secondaires rendent la détection des concentrations des éléments faisable en

moyennant un détecteur. Un programme initialisé permet de rapporter les teneurs en éléments

simples à leurs oxydes.

III.3.2 Mode opératoire

On prélève 10 g de chaque échantillon, on la fait broyer à l’aide d’un broyeur

vibratoire et on la presse afin d’obtenir une pastille .Enfin cette dernière est portée à l’attaque

par les rayons X (FX).

Figure 23:Appareillage utilisé pour la fluorescence X.

III.4 Essais mécaniques [6]

Les matières de départ sont :

- Ciment préparé

- Eau de gâchage (eau potable).

- Sable normalisé CEN

III.4.1 Préparation du mortier

On pèse 450 g de chaque échantillon préparé (Ciment CPJ 55+% Pouzzolane) et 225 g d’eau

de gâchage (eau potable dépourvue de matières sucrées, organiques, d’acides et de sels), puis

on met l’ensemble dans un malaxeur de mortier en ajoutant au mélange un sac de sable

normalisé (1350 g ±5 g) (sable naturel siliceux à grains arrondis et dont la teneur en silice est

au moins égale à 98%).


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III.4.2 Confection des éprouvettes (Norme EN 196-1)

Les essais mécaniques se réalisent sur des éprouvettes prismatiques de dimensions 4x4x16 cm

selon la norme EN 196-1. Les mortiers préparés sont compactés mécaniquement à l’aide

d’une table à choc. Les éprouvettes sont au nombre de trois par moule (figure 5). Elles sont

stockées dans leurs moules pendant 24 heures dans une pièce de 20°C±2°C et une humidité de

50%. Ensuite elles sont démoulées.

Avant d'effectuer les essais, les éprouvettes sont exposées à l'air libre pendant 20 minutes

pour qu'elles acquièrent l'état normal d'humidité. Les essais mécaniques ont lieu sur 3

éprouvettes et sont testées en compression à 2, 7, 28 jours.

Figure 14:Appareillage utilisé pour la préparation des éprouvettes

III.4.3 Essai de flexion

L'équipement utilisé est une presse hydraulique décrite par la norme EN 196-1. Les demis

éprouvettes obtenues après ruptures en flexion sont rompues en compression (figure 15).

Figure 15:Presse hydraulique.

III.4.4 Essai de compression

L'essai de compression centrée est effectué sur une machine de compression qui peut

appliquer des charges jusqu'à 10 KN avec une vitesse de 50N/s ± 10 N/s, sollicitant

l'éprouvette. Pendant les essais les valeurs sont lues directement sur l'appareil d'essai

(figure16).


Soukaina Ajouguim

21

Figure 16:Appareil de compression.

IV. Résultats et interprétation :

IV.1 Dosage de la chaux libre dans le clinker

Le tableau ci-dessous présent le taux de chaux libre de 3 échantillons prise à partir du même

clinker

Moy = 0.928

On remarque que le clinker contient une faible quantité de chaux. La chose qui peut

influencer d’une manière positive sur la qualité du ciment qu’on va produire.

IV.2 Analyse chimique par fluorescence X

Le tableau ci-dessous présente les résultats obtenu par l’appareil florescence X des

différents échantillons du ciment.

% en

cendres

volantes

Eléments

0% 1 % 3% 5% 7% 9% 11% 13% 15%

SiO2 21.99 22.49 22.97 23.53 23.23 22.34 22.75 20,06 23.12

Al2O3 4.14 4.42 4,60 4.88 5.13 5,48 5.71 5,6 6.48

fe2O3 2.56 2,63 2,68 2,80 2,86 2,94 3.01 2,91 3.16

CaO 56.75 56.53 55.36 54.35 54.27 54.44 53.98 56,85 53.26

MgO 3.62 3,70 3,68 3,72 3,63 3,44 3,45 3,45 3,31

Figure 3:Teneur en chaux libre dans le clinker

Echantillon Ech 1 Ech 2 Ech 3

% de chaux libre 0.812 1.044 0.928


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22

SO3 2.51 2.51 2.60 2.53 2.52 2.58 2,46 2,89 2,16

K2O 0 ,66 0,66 0,66 0,68 0.69 0,72 0,73 0,75 0,77

Na2O 0,05 0,06 0,07 0,07 0,07 0,06 0,07 0,03 0,07

Cl 0,0363 0,0351 0,0376 0,0375 0,0318 0,0217 0,0227 0,0093 0,0147

TiO2 0,186 0,208 0,223 0,249 0,277 0,299 0,318 0,337 0,373

MnO 0,106 0,105 0,104 0,104 0,104 0,106 0,106 0,115 0,106

P2O5 0,077 0,087 0,098 0,114 0,109 0,098 0,104 0,088 0,113

BaO 0,160 0,159 0,161 0,157 0,161 0,157 0,157 0,144 0,160

Pb 0 0 0 0 0 0 0 0,0438 0

Cr 0,0019 0,0029 0,003 0,0029 0,0032 0,0021 0,0034 0,0023 0,0028

Tableau 4 : résultats de l'analyse par FX des différents échantillons du ciment

On porte la variation du pourcentage massique de SiO2 et de CaO en fonction de

pourcentage des cendres volantes ajouté sur le graphe ci-dessous

On remarque que le pourcentage en SiO2 croit avec le pourcentage des CV alors que le

pourcentage en CaO diminue.

0

10

20

30

40

50

60

0 1 3 5 7 9 11 13 15

% m

assi

sue

s d

es

éle

me

nts

% des CV

"variation du CaO et de Sio2 en fonction de % des cendres volantes ajouté dans le ciment "

Sio2

Cao


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23

IV.3 Résistance à la compression

Le tableau ci-dessous présente les résultats de l’essai de compression, appliqué sur les

cylindres préparés auparavant :

Quantité des

cendres

volantes en

(%)

Essai de compression

2 jours 7 jours 28 jours

0 14.175 23.375 34.275

1 14.05 23.95 35.375

3 14.5 24.35 35.35

5 14.675 24.55 35.70

7 14.525 25.525 36.825

9 14.7 25.525 36.75

11 14.125 24.35 35.35

13 15.075 26.1 36.9

15 14.325 24.675 36.75

Tableau 5: Résultat de l'essai de compression sur le mortier

Les valeurs citées au tableau ci-dessous sont présentés dans le graphe qui suit :


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24

IV.4 Interprétation

Apres l’évaluation des résistances des mortiers, on a tracé des courbes représentatives de

la résistance à la compression en fonction des cendres volantes ajoutées, les courbes

représentent les essais à 2 jr, 7 jr et 28 jr.

D’après le graphe ci-dessus, j’ai remarqué que la résistance reste quasiment constante

jusqu’à qu’elle atteint un optimum de 13 % après elle retourne à l’état initial à 15 %.

Donc on peut ajouter jusqu’à 15% des cendres volantes sans perturber la résistance des

mortiers, cela nous permet de diminuer la quantité de calcaire et de pouzzolane et de les

remplacer avec des cendres volantes, tout en gardant la même résistance.

L’utilisation d’un taux plus élevé des cendres volantes permet à l’entreprise d’obtenir un

gain soit :

Au côté énergétique, est cela pourra se présenter dans l’énergie fournis pour le broyage

des matières première, plus qu’on utilise des cendres volantes plus on diminue la

quantité utiliser de calcaire et de pouzzolane, donc l’énergie qu’il faut fournir pour les

broyer sera plus faible.

Au côté environnement, est cela pourra se présenter dans la diminution des cendres

volantes dans l’environnement et de les utiliser dans le ciment.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 1 3 5 7 9 11 13 15

% m

assi

qu

es

de

s é

lem

en

ts

% des CV

Essai de compression

7jr

2jr

28 jr


Soukaina Ajouguim

25

Conclusion :

Ce stage effectué au sein de la société Ciments du Maroc a été une expérience

importante et enrichissante dans ma vie estudiantine. Il m’a permis de prendre contact avec le

monde du travail et mettre en pratique mes connaissances scientifiques acquises tout au long

de ma formation.

Durant cette courte expérience, j’ai pu approcher de près les différents services et les

différentes carrières dont l’usine de Marrakech dispose et apprendre à bien manier les outils

techniques qui ont été très utile pour la fabrication et la préparation et l’analyse des

échantillons.

Ce projet a concerné d’étudier l’influence des cendres volantes sur la résistance à la

compression sur le mortier, et de faire une optimisation sur le taux des cendres volantes qu’il

est possible ajouter aux autres éléments constituant le ciment toute en gardant le même

niveau de résistance.

En considérant les résultats obtenus, après les essais effectués au laboratoire, j’ai pu

constater que le taux maximal des cendres volantes à ajouter en remplacement du calcaire et

pouzzolane est au moins égale à 15% avec le même niveau des résistances ciment.


Soukaina Ajouguim

26

Références [1] Rapport de stage « Valorisation et optimisation de l’ajout des cendres volantes chez

les cimentiers » 2011/2012

[2] Documentation interne de l’usine Ciment du Maroc, Marrakech.

[3] « Norme marocaine sur le ciment : NM 10.1.004», Norme Marocaine Ciment du

Maroc.


Maroc.


Maroc.


Maroc.

http://www.cimentsdumaroc.com/FR

http://www.italcementigroup.com/ENG

http://www.mtpnet.gov.ma/NR/rdonlyres/17F48F90-02BB-4DA2-B42A-

2213394AF72B/892/405Utilisationdescendresvolantesdansledomainerouti.pdf

http://acces.ens-lyon.fr/eedd/climat/pedagogie/hors_classe/ciment.pdf

http://energie.edf.com/fichiers/fckeditor/Commun/En_Direct_Centrales/Thermique/Ce

ntres/Cordemais/publications/EDF_cordemais_valorisation_co-produits_072010.pdf

http://www.cimentsdumaroc.com/FR

http://www.italcementigroup.com/ENG

http://www.mtpnet.gov.ma/NR/rdonlyres/17F48F90-02BB-4DA2-B42A-2213394AF72B/892/405Utilisationdescendresvolantesdansledomainerouti.pdf

http://www.mtpnet.gov.ma/NR/rdonlyres/17F48F90-02BB-4DA2-B42A-2213394AF72B/892/405Utilisationdescendresvolantesdansledomainerouti.pdf

http://acces.ens-lyon.fr/eedd/climat/pedagogie/hors_classe/ciment.pdf

http://energie.edf.com/fichiers/fckeditor/Commun/En_Direct_Centrales/Thermique/Centres/Cordemais/publications/EDF_cordemais_valorisation_co-produits_072010.pdf

http://energie.edf.com/fichiers/fckeditor/Commun/En_Direct_Centrales/Thermique/Centres/Cordemais/publications/EDF_cordemais_valorisation_co-produits_072010.pdf