SVT: Lafarge - Exploitation du calcaire

Sommaire :

 

1)Présentation de Lafarge

 

2)Exploitation du calcaire(+croquis)

 

3)Transformation en usine

 

4)Utilisation par l'homme

 

5)Développement durable

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Présentation de Lafarge

Lafarge est un groupe français de matériaux de construction, leader mondial dans son secteur, suivi par Holcim. Il est présent dans trois activités principales: béton et granulats, ciment, plâtre, et dans 78 pays. Son chiffre d'affaires, en 2010, s'est élevé à 16,169 milliards d'euros, dont 60% dans le ciment, 32% dans le béton et les granulats et 8% dans le plâtre. Le groupe emploie environ 76000 personnes dans le monde sur 1963 sites de production.

Lafarge a développé des ciments spéciaux et des bétons innovants de renommée internationale.

 

Les priorités du groupe sont :

-etre parmi les entreprise les plus performantes en sécurité pour ses employers et autres.

-Renforcer la position du groupe dans les pays émergent.

-Proposer des solutions innovantes.

-Maintenir les engagements dans le domaine du développement durable tout en reduisant l'emprunte environnementale.

>Plus de 50% du budget est consacrés pour des critères concernant le développement durable.

 

Lafarge mène différentes actions dans le monde dont la lutte contre le sida qui est un véritable fléau aujourd'hui.

 

Lafarge a plus de 175 années d'expérience dans ce domaine.

Ceci fut créer par l'empire romain il y a des siècles.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Exploitation du calcaire :

Formation du calcaire et âge de la roche exploitée :

Les calcaires peuvent se former en milieu continental ( stalactites, stalagmites), lacustre, ou (le plus souvent) en milieu océanique.

Le calcaire est une roche sédimentaire composée majoritairement de carbonnate de calcium. Il est souvent de couleur claire et son grain est fin. À travers cette dénomination, il existe en fait plusieurs types de roches : le calcaire grossier (qui se subdivise lui même en plusieurs types de roche : liais, cliquart, grignard, banc royal, etc.), le tuffeau , la craie.

Le calcaire a été utilisé à plusieurs fins :

-comme pierre à bâtir (pierre de taille ou moellons) ;

-comme pierre pour la sculpture ;

-pour la fabrication de chaux et, plus rarement, de sarcophages ;

-pour l'amendement de champs.

Il existe plusieurs modes de formation des roches calcaires, ou roches carbonatées :

par précipitation (calcaire chimique) :

la lente sédimentation et(ou) l'accumulation des éléments microscopiques obtenus par

précipitation , et leur consolidation par la dia-genèse, aboutit à la formation de la roche

calcaire. Ces calcaires sont souvent fossilifères ;le brusque dégazage d'une eau souterraine

arrivant à l'air libre (grotte, source) ou soumise au prélèvement par des végétaux du CO₂,

peut provoquer une précipitation localisée produisant, selon les circonstances, des travertins,

ou des stalactites et stalagmites. Ces calcaires formés en milieu continental sont rarement

fossilifères ;par action des êtres vivants (calcaire bio-gène). Ils peuvent résulter d'une forte

accumulation de coquilles ou de carapaces calcaires (intactes ou en débris), comme la craie,

ou être bio-construits (calcaire récifal). Ils sont toujours fossilifères ;par érosion (calcaire

détritique), par exemple les brèches calcaires ou ophicalcite.

Les carrières :

Les carrières peuvent être à ciel ouvert ou souterraines, voire sous-marines. Elles exploitent des roches meubles (éboulis, alluvionnaires) ou massives (roches consolidées sédimentaires, éruptive ou métamorphique.

Une carrière est un endroit d'où sont extraits des matériaux de construction : pierres, sable ou différents minéraux non métalliques ou carbonifères (par opposition aux mines). Le chantier se fait \"à flanc de coteau\" ou \"en fosse\" (jusqu'à une centaine de mètres de profondeur parfois). Le terme carrière désigne également une installation industrielle complète comprenant : un lieu d'extraction et les machines servant à traiter la roche extraite (le matériau en « tout-venant », c'est-à-dire non trié), des hangars, des ateliers où sont coupés et taillés les blocs de roches.

Le mot vient du bas latin quadrus, « carré » (sous-entendu : quadrus lapis, « pierre carrée » pour la pierre de taille).

Les réseaux de ces carrières sont plus ou moins grands. Certains ne font que quelques mètres de développement, d'autres plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines de kilomètres. Selon les caractéristiques de la pierre, les techniques d'extraction, l'épaisseur de roche à exploiter, les galeries sont plus ou moins hautes, et le nombre de niveaux plus ou moins important.

De nombreuses régions sont riches en carrières de calcaire, dont certaines sont toujours en activité :Poitou,Bourgogne....

Les ouvriers travaillant à l'extraction du calcaire s'appellent les carriers. Ceux-ci, selon les régions, pouvaient être désignés selon divers termes de patois régional (« perreyeur », au pluriel « perreyeurs » ou « perreyeux », « perrier », « mousseau »...).Le travail se déplace le long des fronts de taille.

Pour descendre d'un palier les travailleurs sont obligés de faire des tirs de mine.

La sondeuse fait les trous dans lesquels les hommes déposent les charges.

Une fois l'utilisation d'un fronts de taille achevé on végétalise le front de taille en projettant des graines.

Les carrières ont différent impact sur l' environnement.

Croquis :

Transformation en usine :

Etapes de fabrications du ciments :

Fabrication du ciment courant, ou ciment Portland

 

Four rotatif incliné ou kiln

La fabrication du ciment se distingue en cinq étapes majeures :

-l'extraction

-la pré-homogénéisation

-le séchage et le broyage

-la cuisson

-le broyage

-Extraction :

L'extraction consiste à extraire les matières premières vierges (comme le calcaire et l'argile) à partir de carrières naturelles à ciel ouvert. Ces matières premières sont extraites des parois rocheuses par abattage à l'explosif ou à la pelle mécanique. La roche est acheminée par des dumpers et(ou) des bandes transporteuses vers un atelier de concassage. Les matières premières doivent être échantillonnées, dosées et mélangées de façon à obtenir une composition régulière dans le temps. La prise d'échantillons en continu permet de déterminer la quantité des différents ajouts nécessaires (oxyde de fer, alumine et silice).

Principes et méthodes de fabrication :

Il existe 4 méthodes de fabrication du ciment qui dépendent essentiellement du matériau :

-Fabrication du ciment par voie humide (la plus ancienne).

-Fabrication du ciment par voie semi-humide (en partant de la voie humide).

-Fabrication du ciment par voie sèche (la plus utilisée).

-Fabrication du ciment par voie semi-sèche (en partant de la voie sèche).

La composition de base des ciments actuels est un mélange de silicates et d’aluminates de calcium résultant de la combinaison de la chaux (CaO) avec de la silice (SiO2), de l’alumine (Al2O3), et de l’oxyde de fer (Fe2O3). La chaux nécessaire est apportée par des roches calcaires, l’alumine, la silice et l’oxyde de fer par des argiles. Les matériaux se trouvent dans la nature sous forme de calcaire, argile ou marne et contiennent, en plus des oxydes déjà mentionnés, d’autres oxydes et en particulier Fe2O3, l'oxyde ferrique.

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

Un mélange d’argile et de calcaire est chauffé. Au début, on provoque le départ de l’eau de mouillage, puis au delà de 100°C, le départ d’eau davantage liée. À partir de 400°C commence la décomposition en gaz carbonique (CO2) et en chaux (CaO), du calcaire qui est le carbonate de calcium (CaCO3).

Le mélange est porté à 1450-1550°C, température de fusion. Le liquide ainsi obtenu permet l’obtention des différentes réactions. On suppose que les composants du ciment sont formés de la façon suivante: un partie de CaO est retenu par Al2O3 et Fe2O3 en formant une masse liquide. Le SiO2 et le CaO restant réagissent pour donner le silicate bicalcique dont une partie se transforme en silicate tricalcique dans la mesure où il reste encore du CaO non combiné. Ce sont ces silicates qui donnent l'essentiel des résistances dans le béton.

Fabrication par voie humide :

Cette voie est utilisée depuis longtemps. C’est le procédé le plus ancien, le plus simple mais qui demande le plus d’énergie.

Dans ce procédé, le calcaire et l’argile sont mélangés et broyés finement 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 8 à 10 m de diamètre, dans lesquels tourne un manège de herses.

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

La pâte est ensuite envoyée à l’entrée d’un four tournant, chauffé à son extrémité par une flamme intérieure. Un four rotatif légèrement incliné est constitué d’un cylindre d’acier dont la longueur peut atteindre 200 mètres. On distingue à l’intérieure du four plusieurs zones, dont les 3 zones principales sont:

-Zone de séchage.

-Zone de décarbonatation.

-Zone de clinkerisation.

Les parois de la partie supérieure du four (zone de séchage - environ 20% de la longueur du four) sont garnies de chaînes marines afin d’augmenter les échanges caloriques entre la pâte et les parties chaudes du four.

Le clinker à la sortie du four, passe dans des refroidisseurs (trempe du clinker) dont il existe plusieurs types (refroidisseur à grille, à ballonnets). La vitesse de trempe a une influence sur les propriétés du clinker (phase vitreuse).

De toutes façons, quelle que soit la méthode de fabrication, à la sortie du four, on a un même clinker qui est encore chaud de environ 600-1200 °C. Il faut broyer celui-ci très finement et très régulièrement avec environ 5% de gypse CaSO4 afin de \"régulariser\" la prise.

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 (20t/mn) et le ciment atteint une température élevée (160°C), ce qui nécessite l’arrosage extérieur des broyeurs. On introduit le clinker avec un certain pourcentage de gypse en partie haute et on récupère la poudre en partie basse.

Dans le broyage à circuit ouvert, le clinker ne passe qu’une fois dans le broyage. Dans le broyage en circuit fermé, le clinker passe rapidement dans le broyeur puis à la sortie, est trié dans un cyclone. Le broyage a pour but, d’une part de réduire les grains du clinker en poudre, d’autre part de procéder à l’ajout du gypse (environ 4%) pour réguler quelques propriétés du ciment portland (le temps de prise et de durcissement).

A la sortie du broyeur, le ciment a une température environ de 160 °C et avant d'être transporter vers des silos de stockages, il doit passer au refroidisseur à force centrifuge pour que la température de ciment reste à environ 65 °C.

Fabrication par voie sèche :

Les ciments usuels sont fabriqués à partir d’un mélange de calcaire (CaCO3) environ de 80% et d’argile (SiO2 –Al2O3) environ de 20%. Selon l’origine des matières premières, ce mélange peut être corrigé par apport de bauxite, oxyde de fer ou autres matériaux fournissant le complément d’alumine et de silice requis.

Après avoir finement broyé, la poudre est transportée depuis le silo homogénéisateur jusqu’au four, soit par pompe, soit par aéroglisseur.

Les fours sont constitués de deux parties:

Un four vertical fixe, préchauffeur (cyclones échangeurs de chaleur). Un four rotatif. Les gaz réchauffent la poudre crue qui circule dans les cyclones en sens inverse, par gravité. La poudre s’échauffe ainsi jusqu’à 800 °C environ et perd donc son gaz carbonique (CO2) et son eau. La poudre pénètre ensuite dans un four 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. En effet, le système utilisé semble être néfaste et en fait, est utilisé ailleurs, pour trier des particules. Dans le cas de la fabrication des ciments, il n’en est rien. La poudre reste homogène et ceci peut s'expliquer par le fait que l’argile et le calcaire ont la même densité (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. Ce problème est rendu d’autant plus aigu, que les pouvoirs publics, très sensibilisés par les problèmes de nuisance, imposent des conditions draconiennes. Ceci oblige les fabricants à installer des dépoussiéreurs, ce qui augmente considérablement les investissements de la cimenterie.Les dépoussiéreurs sont constitués de grilles de fils métalliques portés à haute tension et sur lesquels viennent se fixer des grains de poussière ionisée. Ces grains de poussière s’agglomèrent et sous l’action de vibreurs 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. Le problème de l’homogénéité du cru est délicat. Nous avons vu comment il pouvait être résolu au moyen d’une pré-homogénéisation puis d’une homogénéisation.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Utilisation par l'homme :

Utilisation du calcaire par l'homme :

 

Utilisation du calcaire :

Les calcaires sont utilisés sous des formes granulométriques diverses, en agrégats et en moellons, mais aussi broyés, mou- lus ou micronisés.

Ils sont également utilisés sous différentes formes chimiques :

- CaCO3 (calcaire) - CaO (chaux vive),

- Ca(OH)2 (chaux hydratée ou chaux éteinte)

(calcaire = pierre à chaux CaCO3 ==> CaO + CO2 à 600-800°C)

L’utilisation du calcaire sous ces différentes formes couvre des domaines très variés :

-Construction

- Routes et Génie civil – Bâtiment :

(Un m3 de mortier contient 100kg de chaux, 185 kg de ciment, 1800 à 1900 kg de granulats et 235 kg d'eau.)

Le ciment est réalisé avec 80% environ de calcaire et 20 % d'argile, chauffé à 1450°C. C’est du ciment dit «ciment portland»

(Un logement demande de 100 à 300 tonnes de granu- lats. Un lycée demande de 2000 à 4000 tonnes de gra- nulats et un kilomètre d'autoroute environ 30 000 t )

En France on consomme environ 7 tonnes de granulats par personne et par an.

-Métallurgie et verrerie :

hauts fourneaux - Fonderies - Verre - Fibre de verre, laine de verre, laine de roche

(Pour une tonne d'acier il faut 150kg de calcaire et 50 kg de chaux.)

(Pour une tonne de verre il faut 700kg de sable (SiO2) )

(300 kg de calcaire et 130 kg de soude et pour une tonne de soude il faut 1300 kg de calcaire.)

(Le calcaire de la carrière de Verfeuil garantit sa couleur verte à la bouteille de Perrier.)

-Charges :

Papeteries - Peintures - Plastiques et caoutchoucs - Colles

(Une tonne de papier contient 250 à 300 kg de calcaire pour faire en particulier la couche de finition.)

(Les PVC et le caoutchouc constituent les principaux marchés pour le carbonate de calcium.) (Les PVC en contiennent de 17 à 40% et de 40 à 80% dans les dalles de sols.)

-Environnement :

Traitement des eaux - Traitement des boues - Traitement des fumées - Traitement des déchets ménagers

(Un m3 d'eau potable demande de 50 à 200 grammes de chaux (précipitation des métaux lourds et floculation des boues)).

-Agro-alimentaire :

Alimentation animale et humaine - Engrais et amendements - Sucreries et Confiseries - Brasseries et Laiteries

- Industrie pharmaceutique :

(Il faut 20 kg de calcaire pour fabriquer 100 kg de sucre.)

(On utilise de la chaux dans les Tacos mexicains pour équilibrer l’acidité des condiments fortements épicés.)

(La chaux et le carbonate de calcium sont utilisés dans de nombreux produits d’alimentation humaine et animale.)

(Le carbonate de calcium est un composant essentiel de la fabrication du dentifrice. )

-Industrie chimique :

• Fabrication de la soude - Pétrochimie - Tanneries

Utilisation du ciment par l'homme :

Le ciment est surtout utilisé pour fabriquer du béton ou des mortiers.
A partir des différentes sortes de ciment et de leur dosage, on obtient des bétons qui varient en fonction des mélanges et de leur couleur par rapport à leur utilisation. Par exemple, il peut être soit résistant aux chocs, à l'usure, ou bien être étanche ou plus ou moins lourd.
Le béton le plus courant est celui utilisé pour les fondations, les construction, les ponts. On peut utiliser les bétons légers pour l'isolation ou alors les bétons lourds pour les protections des chambres fortes. Les bétons qui doivent rester apparents sont traités au niveau de la couleur
Les bétons étanches sont utilisés pour la construction des piscines, châteaux d'eau.
Les techniques de fabrication sont bien au point et permettent de construire des immeubles plus légers et plus résistants.
Le ciment sert avant tout à fabriquer ce béton que l'on trouve dans tout notre environnement:

-Logements

-Ecoles

-Hôpitaux

-Bureaux, usines

-Ateliers, commerces

-Routes, autoroutes, zones piétonnes, ponts, etc...

 

 

 

 

 

 

 

 

Développement durable :

Protection des écosystème :

Dés le 18e siècle l'homme eut un impact sur la biodiversité.C'est pourquoi Lafarge a fait le choix de protéger la biodiversité regionale comme dans le Poitou-charente par exemple ou 16 héctard font partie du patrimoine charentais.

Lafarge végétalise ses fronts de taille afin de maintenir une biodiversité constante.

De plus Lafarge decide de conservé sa biodiversité à l'aide de la mise en place de réserve naturelles volontaires.

Les fronts de taille redeviennent des lieux propices aux maintiens des espèces rares.

La protections de la biodiversité est indispensable pour Lafarge.

Le maintiens des richesses de la nature et la mise en place d'ecosystème sont très importants pour Lafarge.

Lafarge a mis en place un système global de gestion de la biodiversité en partenariat avec le WWF :

-une méthodologie spécifique,

-des outils d'évaluation de ses enjeux sur les sites,

-des programmes de maintien et d'amélioration de la biodiversité.

 

Objectif : mettre en place, en partenariat avec les experts locaux et les associations environnementales, un plan de développement de la biodiversité pour tous les sites sensibles ou dotés d'un réel potentiel en termes de faune et de flore.

 

Lafarge a développé, toujours avec le WWF, un indice de biodiversité visant à surveiller et orienter l'évolution écologique des sites et carrières du Groupe.

Les critères sont notamment :

-la rareté des espèces identifiées,

-la surface des milieux naturels.

Les notes débouchent sur des programmes d'actions.

 Mais pour protéger la biodiversité Lafarge n'hésite pas à s'entourer pour enrichir ses connaissances en matières de biodiversité :

-Un panel d'experts et de parties prenantes consultés sur les questions de

biodiversité.

-Des experts internationaux : les indicateurs définis avec le WWF ont été vérifiés par le CSI (Initiative ciment pour le développement durable) et l'ont même inspiré pour servir d'indicateurs clés de performance.

-Des experts locaux tels que :

le Muséum d'Histoire naturelle (France) et l'English Nature (Royaume-Uni) apportent leurs savoir-faire pour créer des habitats naturels sur les sites réaménagés,

-le Wildlife Habitat Council (États-Unis) a certifié 74 sites Ciment et Granulats du Groupe, reconnaissant ainsi la prise en compte de la biodiversité dans son approche industrielle.

 

 

Le développement durable :

Sur le plan économique il y a 120 emplois et 5 apprentie toujours présents a Lafarge La Couronne.Quand au plan environemental Lafarge a la certification ISO 14001 depuis 2005, de plus Lafarge participe au démarche régionale(préservations de la biodiversité,participation a l'etude d'une filliere de recyclage de matériaux).

De plus les cotas de CO2.Le taux de décarbonisation a atteint 65%.

Le bilan est positif des economie de CO2 ont été réaliser et des économie d'énergie ont aussi été réaliser avec moins d'importations d'énergie fossiles.La destruction des déchets régionaux quels qu'ils soient .Car la haute température du four a 2000°C détruits la totalités des molécules organiques des déchets et donc pas de pollution et donc la protection de la biodiversité et de la nature.

Les priorités :

Tout d'abord préserver l'eau.Lafarge à intégrait la gestion de l'eau dans ces 5 principes fondamentaux de l'entreprise.Il classe ses sites en fonction de la situation hydrique locale de plus il réduit son empreinte hydrique et enfin il engage des programmes avec la communautés locales dans les zones de pénuries.

De plus il souhaite offrir les mêmes conditions d'accès à la Santé partout dans le monde, Lafarge a développé une procédure opérationnelle prévoyant des examens médicaux réguliers pour tous les salariés, complétée d'évaluations supplémentaires pour les collaborateurs exposés à des risques spécifiques (travail en hauteur, etc.). Cette procédure constitue un élément essentiel de la Feuille de route stratégique pour la santé. Ces examens devront être homogénéisés pour l'ensemble des collaborateurs et mis en place dans tous les pays du Groupe d'ici à 2015.

Un exemple en Tanzanie :22 postes à risques en Tanzanie ont été passés au crible par l'unité opérationnelle pour déterminer les dangers auxquels ils exposent leurs occupants. Pour chaque poste, des critères de santé ont été listés afin que la personne en poste présente les conditions de santé requise. Sur la quarantaine de risques identifiés sur le site, 7 ont ensuite fait l'objet d'une évaluation précise : les poussières, les bruits, les problèmes d'ergonomie (travaux de levage et de manipulation), l'éclairage, les vapeurs de soudure, les vibrations... et les moustiques !

Enfin promouvoir des programmes de santé publique.Le Groupe poursuit son programme de prévention du VIH/Sida ou d'autres maladies transmissibles (paludisme, tuberculose) en Afrique sub-saharienne. Tous les pays de cette zone ont développé un programme de santé publique (information régulière, accès gratuit au diagnostic et traitement, conseils et éducation).

Sur la base de son expérience en Afrique, le Groupe a élaboré un guide méthodologique qui lui permet désormais de diffuser les meilleures pratiques santé publique à d'autres pays, comme il s'était engagé à le faire dans le cadre de ses Ambitions 2012. En 2010, la Russie et l'Ukraine ont ainsi été formées avec succès à cette méthodologie, et ont élaboré leurs propres programmes sur les maladies cardiovasculaires.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Trois autres priorités existe.Ce sont faire deux nouvelles construction durable et agir sur le terrain ainsi que limiter le réchauffement climatique en réduisant les émissions de CO2.

Pour tenir ses objectifs l'entreprise a :

-réduit sa consommation énergétique,

modernise ses usines et améliore sans cesse ses procédés industriels, 

s’engage dans l’écologie industrielle en utilisant des combustibles alternatifs et en valorisant des déchets industriels (laitiers, cendres volantes et pouzzolanes notamment) dans la fabrication de ciment.

-Lafarge investit également dans la recherche pour :

développer un clinker émettant moins de CO2. Par exemple, les nouveaux clinkers Aether contiennent moins de calcaire et peuvent être chauffés à une température plus basse, ce qui permettra de diminuer les émissions de CO2 de 25 à 30 %,mettre au point des procédés plus économes en énergie,

optimiser la formulation globale du béton et le recycler.

Les enjeux :

-environementaux:

°Préserver les ressources

°Gérer les carrières

°Limiter les déchets

-Sociaux :

°Promouvoir la diversité

°Favoriser le développement de tous

°Accompagner les restructurations

°Dialoguer avec les représentant des salariés

-Economique :

°Réduire les coûts

°Accompagnés les nouveaux marchés