Ci­ment spé­ci­al CEM III/B: ré­ta­b­lir la vé­rité sur ses usa­ges

Le ciment de type CEm III/B est certes précieux pour la construction en souterrain et les éléments de construction massifs, mais dénué d’avantages pour le bâtiment. Prise de position de la commission SIA 262 «Construction en béton».

Publikationsdatum
02-02-2023
Winnie Matthes
minéralogiste diplômée TU Bergakademie Freiberg, membre du groupe de travail Béton, TFB SA
Yves Schiegg
ingénieur civil ETH/SIA, membre de la commission SIA 262 Construction en béton, directeur de l’entreprise TFB SA

Vu ses émissions de CO2 réduites, le béton CEM III/B est souvent prescrit dans le bâtiment. Or, il n’est techniquement pas à la hauteur des exigences liées à ce type de construction. Car le CEM III/B est principalement composé de laitier de haut-fourneau à raison de 66 à 80%. En outre, il doit être entièrement importé en Suisse et avec la hausse des prix de l’énergie en Europe, il se fait de plus en plus rare. C’est pourquoi le CEM III/B ne doit pas être considéré comme un ciment de masse et employé dans des contextes où il n’apporte pratiquement aucun avantage technique. Des bétons destinés au bâtiment, on attend avant tout une prise rapide, favorable à un bon avancement des travaux, ainsi qu’une haute résistance à la carbonatation. En l’occurrence, le durcissement lent et la faible teneur en clinker du CEM III/B le rendent clairement moins intéressant que des ciments plus riches en clinker.

Ciment spécial pour les travaux en souterrain

Le CEM III/B est un ciment spécial destiné aux travaux en souterrain et à la confection d’éléments de construction massifs. Les bétons de génie civil contiennent davantage de ciment et moins d’eau pour un enrobage plus important des armatures. Dans ces contextes, les caractéristiques uniques du CEM III/B, telles sa faible chaleur d’hydratation et sa haute résistance aux agressions chimiques ou aux réactions alcali-granulat (RAG), en font un précieux allié pour assurer la longévité et, partant, la durabilité d’un ouvrage.

Selon la norme SN EN 197-1, le CEM III/B est un ciment composite qui, à raison de 20 à 34%, contient relativement peu de clinker de ciment Portland. Étant obtenu par la calcination de calcaire ou d’autres matériaux bruts, le clinker affiche les rejets de CO2 les plus élevésen comparaison d’autres composants du ciment. Dès lors, pour limiter autant que possible les émissions liées à la construction, on opte volontiers pour des ciments pauvres en clinker – dont le CEM III/B fait partie. Une telle indication quant au ciment à mettre en œuvre est admissible selon SN EN 206:2013+A2:2021, paragraphe 6.3.2, pour un béton à propriétés spécifiées. Mais quand des maîtres de l’ouvrage dans le bâtiment prescrivent du CEM III/B uniquement en raison de leur préoccupation quant à l’empreinte carbone, ils font un raccourci quelque peu simpliste, comme nous allons l’expliquer dans ce qui suit.

Grâce à sa forte teneur en laitier de haut-fourneau, le CEM III/B présente des caractéristiques techniques qui, appliquées avant tout en souterrain et à des éléments de construction massifs, sont particulièrement favorables et inégalées par aucun autre ciment composite Portland dans ces emplois.

Avantage 1: faible chaleur d’hydratation

Comme le laitier de haut-fourneau est un composant réactif du ciment, mais à action lente, les ciments CEM III/B ne dégagent que peu de chaleur durant la prise initiale. La température interne de bétons de forte épaisseur, dits bétons de masse, peut ainsi être efficacement réduite pour éviter la fissuration d’origine thermique. Même lorsque les températures ambiantes sont plus élevées, par exemple dans un tunnel, le béton composé de CEM III/B offre d’excellentes performances.

Avantage 2: haute durabilité en cas d’agression chimique ou de réaction alcali-granulat (RAG)

Lors de l’hydratation, le CEM III/B dans le béton forme une structure très dense. Cela gêne considérablement la pénétration de solutions contenant des éléments agressifs pour le béton, tels des sulfates, des chlorures ou des alcalis. De même, la circulation d’eau interstitielle dans le béton est efficacement réduite par sa fine porosité, ce qui empêche la réaction destructrice alcali-granulat. De plus, des substances nocives, comme les alcalis, peuvent être intégrées et ainsi fixées dans les produits d’hydratation du laitier de haut-fourneau.

Avantage 3: teinte claire

Les surfaces de béton sèches et dépourvues de parement à base de CEM III/B présentent une coloration très claire (off-white) s’approchant de celle des bétons au ciment blanc. Les deux premiers avantages mentionnés, surtout combinés, offrent des performances difficilement atteignables avec d’autres ciments composites Portland pour les applications en souterrain et la réalisation d’éléments de construction massifs. La teinte claire de surfaces de béton brut à base de CEM III/B peut éventuellement être intéressante d’un point de vue architectural et esthétique, bien que les ciments blancs constituent en l’occurrence une meilleure option. Évidemment, le CEM III/B présente aussi des inconvénients et ceux-ci concernent le bâtiment en particulier.

Désavantage 1: prise lente

En raison de l’inertie propre au laitier de haut-fourneau, le durcissement du CEM III/B est notablement plus lent que celui de ciments plus riches en clinker. Cela se traduit par des délais de décoffrage et de traitement ultérieur beaucoup plus longs, voire plus que doublés par basses températures. Soit par un net désavantage dans le bâtiment, où l’avancement des travaux est un facteur décisif. 

Désavantage 2: faible résistance à la carbonatation

En raison de sa faible teneur en clinker, le CEM III/B offre peu de résistance à la carbonatation qui, dans des conditions d’humidité variables, entraîne la corrosion des armatures. La pratique montre que les valeurs limites pour les bétons B et C destinés au bâtiment ne sont pas toujours assurées, surtout en combinaison avec des granulats recyclés. Qui plus est, la teneur en ciment de ces bétons est généralement plus basse et leur contenu en eau plus élevé que ceux des bétons de génie civil et ils constituent un enrobage moins épais des armatures, si bien qu’ils sont plus sensibles à une faible résistance du ciment à la carbonatation.

Désavantage 3: disponibilité du laitier de haut-fourneau

Le laitier de haut-fourneau est une ressource limitée. Il résulte de la production de fonte brute tirée de minerai de fer au sein d’un haut-fourneau, selon un processus qui consomme énormément d’énergie. Le laitier en fusion qui s’en écoule est un liant hydraulique latent, qui est alors granulé sous forme de sable vitrifié, lequel doit ensuite être finement moulu. Or, comme la Suisse n’a pas de hauts-fourneaux, ce produit doit être entièrement importé. La crise énergétique, avec la hausse massive des coûts qu’elle entraîne actuellement, raréfie également la production de laitier. Fin septembre 2022, Arcelor-Mittal, l’un des plus grands producteurs mondiaux d’acier, a ainsi provisoirement mis à l’arrêt l’un des deux hauts-fourneaux de son site de Brême et d’autres producteurs d’acier sont sur le qui-vive.

Le CEM III/B n’est pas un ciment de masse

La forte teneur en laitier du CEM III/B lui confère ses caractéristiques techniques spécifiques en matière de courbes de température et de résistance aux agressions chimiques et aux RAG. Ces propriétés sont d’une valeur inestimable pour les travaux en souterrain et les applications massives du béton. Dans ces contextes, le CEM III/B contribue notablement à la longévité et à la durabilité des ouvrages.

Mais comme la disponibilité du laitier de haut-fourneau est limitée et qu’il doit de surcroît être entièrement importé, le CEM III/B n’est pas assimilable à un ciment de masse: il doit être considéré comme un ciment spécial destiné à des applications techniquement justifiées en génie civil. Par conséquent, il ne doit pas être employé dans le bâtiment, où sa prise lente et sa faible résistance à la carbonatation influent défavorablement sur le rythme des travaux et potentiellement aussi sur la durabilité des ouvrages.

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