MODELAGE EN CIMENT

## Objectifs et prérequis **À la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de :** - Analyser un cahier des charges relatif à une sculpture en ciment et en extraire les exigences techniques, esthétiques et de sécurité. - Réaliser un croquis d’esquisse conforme aux normes de représentation (échelle, cotations, vues). - Déterminer le dosage approprié du mortier (ciment, sable, eau, éventuels adjuvants) en fonction de la résistance souhaitée et des conditions d’exposition. - Préparer un mortier homogène, sans grumeaux, en respectant les règles de sécurité (port des EPI, ventilation). - Mettre en forme une sculpture en ciment en suivant les étapes de modelage, d’armature et d’application successive des couches. - Réaliser les finitions de surface (ponçage, patine, hydrofugation) afin d’assurer durabilité et aspect esthétique. - Intégrer ces compétences dans un projet complet, de la conception à la réception, en assurant le suivi qualité et le respect des délais. **Prérequis :** - Notions de base en technologie des matériaux liants (ciment, sable, granulats). - Lecture de plans simples et réalisation de croquis techniques. - Connaissance des équipements de atelier (truelle, auge, règle, niveau, gants, lunettes de protection). - Règles d’hygiène et de sécurité en milieu de travail (port des EPI, manipulation des produits chimiques). --- ## Introduction contextualisée La sculpture en ciment occupe une place importante dans l’art public et la décoration architecturale au Cameroun : monuments commémoratifs, fontaines, éléments de mobilier urbain ou œuvres d’art contemporain. Sa mise en œuvre requiert une maîtrise technique du mortier, une bonne lecture de projet et le respect de normes de sécurité afin d’éviter les défauts (fissures, décollements, corrosion de l’armature). Ce chapitre propose une approche par compétences qui guide l’élève de l’étude préparatoire jusqu’à la réalisation finie d’une sculpture, en s’appuyant sur des situations professionnelles réalistes rencontrées dans les ateliers de menuiserie métallique, les entreprises de BTP ou les structures culturelles locales. --- ## I. Leçon 7 – Étude préparatoire, croquis et préparation du mortier ### A. Analyse du cahier des charges et du sujet Le cahier des charges définit : - **Dimensions totales** (hauteur, largeur, profondeur) et **échelle** de représentation. - **Matériaux imposés** (type de ciment CPJ 45, sable siliceux, éventuels adjuvants plastifiants). - **Finition attendue** (surface lisse, aspect pierre, patine couleur). - **Contraintes d’exposition** (intérieur/extérieur, ensoleillement, humidité). - **Normes de sécurité** (charge maximale admissible, ancrage au sol). L’élève doit extraire ces informations et les consigner dans un tableau de synthèse. > **>** Le cahier des charges constitue le contrat de référence qui guide toutes les étapes de conception et de réalisation. ### B. Réalisation du croquis d’esquisse 1. **Choix de l’échelle** (ex. 1:20 pour une maquette, 1:1 pour le tracé au sol). 2. **Vues nécessaires** : plan, élévation avant, élévation latérale, coupe éventuelle. 3. **Cotations** : reporter toutes les dimensions essentielles (hauteur totale, épaisseur des parois, diamètre des éléments d’armature). 4. **Traits de construction** : lignes légères pour les axes de symétrie, traits forts pour les contours définitifs. 5. **Annotations** : mention du matériau, du type de finition, des points d’ancrage. Le croquis doit être réalisé sur papier à quadrillage ou à l’aide d’un logiciel de DAO simple (LibreCAD, DraftSight) en respectant la lisibilité et la précision (±2 mm). > **>** Un croquis bien coté permet de détecter les incohérences dimensionnelles avant le modelage. ### C. Choix des matériaux et dosage du mortier Le mortier de base pour sculpture se compose de : - **Ciment** : CPJ 45 (résistance à la compression ≥ 45 MPa à 28 jours). - **Sable** : sable siliceux lavé, granulométrie 0/2 mm pour les couches de finition, 0/4 mm pour le corps. - **Eau** : eau potable, température 15‑25 °C. - **Adjuvants éventuels** : plastifiant (0,5‑1 % du poids du ciment) pour améliorer la maniabilité, hydrofuge de masse (1‑2 %) si l’œuvre sera exposée extérieurement. **Dosage type (en poids) pour un mortier de résistance moyenne (≈ 20 MPa) :** | Composant | Proportion (parts) | Exemple pour 100 kg de ciment | |-----------|-------------------|------------------------------| | Ciment CPJ 45 | 1 | 100 kg | | Sable 0/4 mm | 2,5 | 250 kg | | Eau | 0,5 | 50 L | | Plastifiant (optionnel) | 0,008 | 0,8 kg | | Hydrofuge de masse (optionnel) | 0,015 | 1,5 kg | > **>** Le rapport eau/ciment (E/C) doit rester entre 0,40 et 0,55 pour garantir une bonne ouvrabilité sans sacrifier la résistance. ### D. Préparation du mortier (méthode pas à pas) 1. **Nettoyage du matériel** : auge, pelle, règle, seau – exempts de résidus de précédents mélanges. 2. **Pesage** : doser précisément le ciment, le sable et l’eau à l’aide d’une balance de précision (± 0,5 kg). 3. **Mélange à sec** : incorporer le sable au ciment dans l’auge, homogénéiser à la pelle pendant 1‑2 min. 4. **Ajout de l’eau** : verser les ¾ de l’eau prévue, mélanger jusqu’à obtenir une pâte épaisse. 5. **Incorporation des adjuvants** : dissoudre le plastifiant dans le reste de l’eau, puis ajouter progressivement. 6. **Temps de repos** : laisser le mortier « faire prise » 3‑5 min (slump test) ; ajuster l’eau si nécessaire (max + 5 %). 7. **Contrôle de consistance** : le mortier doit former un cône qui s’affaisse de 5‑7 cm (slump) pour un modelage manuel. 8. **Utilisation** : travailler le mortier dans les 90 min suivant le gâchage pour éviter la prise prématurée. > **>** Le mortier doit être utilisé avant la fin de sa durée de maniabilité (environ 1,5 h à 20 °C) afin d’éviter des défauts de cohésion. ### E. Normes de sécurité et d’hygiène - Port de gants nitrile, lunettes de protection et masque anti‑poussière (P2) lors du maniement du ciment sec. - Ventilation de l’atelier pour limiter l’inhalation de poussières de silice. - Nettoyage immédiat des éclaboussures sur la peau avec eau abondante (risque d’irritation alcaline). - Élimination des déchets de mortier selon la réglementation locale (déchets inertes). --- ## II. Leçon 8 – Mise en forme et finition d’une sculpture en ciment ### A. Techniques de modelage 1. **Modelage à la main** : utilisation de la truelle, de la spatule et des doigts pour appliquer le mortier en couches de 1‑2 cm d’épaisseur. 2. **Modelage à l’aide d’outils** : règles, gabarits en bois ou en métal, rouleaux pour obtenir des surfaces planes ou courbées. 3. **Technique du « coffrage perdu »** : mise en place d’un moule en contreplaqué ou en polystyrène expansé, remplissage du mortier, démoulage après prise initiale (≈ 4 h). Le choix dépend de la complexité de la forme et de la finition souhaitée. > **>** Le modelage en couches successives permet de contrôler le retrait et d’éviter les fissures de retrait plastique. ### B. Armature et soutien interne - **Ferraillage** : barres d’acier corrugé Ø 6‑10 mm, disposées selon les efforts de flexion et de torsion (treillis ou armature longitudinale). - **Treillis métallique** : mailles 50 × 50 mm, utilisé pour les parties minces (corniches, reliefs). - **Ancrage** : les barres doivent être ancrées dans le socle ou dans une fondation en béton armé avec un recouvrement minimum de 20 × le diamètre de la barre. - **Protection contre la corrosion** : application d’une couche de primaire anti‑rouille sur l’acier avant l’enrobage, ou utilisation d’acier galvanisé. > **>** L’armature doit être totalement recouverte d’au moins 15 mm de mortier pour assurer une protection adéquate contre la corrosion. ### C. Application du mortier (couches, lissage) 1. **Première couche (accrochage)** : mortier plus fluide (E/C ≈ 0,55) projeté ou appliqué à la truelle pour assurer l’adhérence sur l’armature. 2. **Couches de structure** : mortier plus plastique (E/C ≈ 0,45) appliqué en passes de 1‑2 cm, lissé après chaque passe avec une règle ou un flotteur. 3. **Couche de finition** : mortier fin (sable 0/2 mm, éventuellement ajout de poudre de marbre) appliqué en épaisseur de 3‑5 mm, puis lissé à la taloche métallique ou à l’éponge humide pour obtenir la texture désirée. Chaque couche doit être légèrement rugueuse avant l’application de la suivante (méthode du « keying ») pour améliorer l’accrochage. ### D. Finitions - **Ponçage** : papier abrasif grain 80 → 120 → 240 pour éliminer les marques de taloche et obtenir une surface lisse. - **Patine** : application d’une lasure à base d’oxyde de fer ou de pigments naturels diluée dans de l’acétone ou de l’essence de térébenthine, puis essuyage pour révéler les reliefs. - **Hydrofugation** : imprégnation d’un silane ou d’un siloxane (produit commercial type « Hydrofuge Ciment ») à raison de 0,2 L/m², renouvelée tous les 2‑3 ans en extérieur. - **Scellement des joints** : utilisation d’un mastic polysulfure ou d’un joint de silicone neutre pour les zones de liaison avec d’autres matériaux (pierre, métal). > **>** Une finition hydrofuge réduit l’absorption d’eau de plus de 60 % et prolonge la durée de vie de la sculpture en milieu extérieur. ### E. Sécurité sur le chantier - Zone de travail délimitée, panneaux de signalisation « Travaux en cours ». - Utilisation d’échafaudages certifiés pour les travaux en hauteur (> 2 m). - Vérification de la stabilité de l’armature avant chaque couche de mortier (test de charge légère). - Gestion des déchets : récupération des chutes de mortier pour réutilisation en remplissage ou en agrégat. --- ## III. ACTIVITES D’INTEGRATION ### A. Mise en situation professionnelle **Projet :** Réalisation d’une sculpture commémorative de 1,80 m de hauteur représentant un symbole culturel, à installer devant la mairie de Yaoundé. Le cahier des charges précise : - Matériau : ciment CPJ 45, sable siliceux, hydrofuge de masse. - Finition : patine brun foncé, surface lisse. - Délai : 6 semaines (incluant séchage et finition). - Budget : limité, optimisation du dosage. ### B. Démarche de projet | Étape | Action principale | Livrable | Responsable | |-------|-------------------|----------|-------------| | 1. Analyse du cahier des charges | Extraction des dimensions, contraintes, normes | Tableau de synthèse | Élève / Chef d’atelier | | 2. Conception | Croquis d’esquisse à l’échelle 1:10, validation | Croquis coté | Élève | | 3. Préparation du mortier | Dosage selon tableau, essais de slump | Mortier prêt à l’emploi | Élève | | 4. Fabrication de l’armature | Coupe et soudure des barres Ø 8 mm, treillis | Armature assemblée | Élève + Soudeur | | 5. Modelage | Application couches, lissage, contrôle géométrique | Sculpture en cours | Élève | | 6. Séchage contrôlé | Couverture plastique, humidification légère 3 j | Sculpture pré‑durcie | Élève | | 7. Finition | Ponçage, patine, hydrofugation | Sculpture finie | Élève | | 8. Contrôle qualité | Vérification dimensions, adhérence, aspect | Procès‑réception | Formateur | | 9. Livraison & installation | Transport, ancrage sur socle béton | Sculpture en place | Équipe de chantier | ### C. Évaluation et auto-évaluation - **Grille d’évaluation** (critères : respect du cahier des charges, qualité du croquis, précision du dosage, aspect de la finition, respect des délais, sécurité). - **Auto‑évaluation** : l’élève note ses points forts et ses axes d’amélioration après chaque étape, puis établit un plan d’action pour le prochain projet. --- ## Synthèse du chapitre - L’étude préparatoire comprend l’analyse du cahier des charges, la réalisation d’un croquis coté et le dosage précis du mortier. - Le mortier de sculpture se base sur un rapport eau/ciment entre 0,40 et 0,55, avec éventuels adjuvants plastifiants et hydrofuges. - La préparation du mortier suit un protocole de mélange à sec, ajout d’eau contrôlée et incorporation d’adjuvants, à utiliser dans les 90 min suivant le gâchage. - Le modelage se fait en couches successives, avec clé d’accrochage entre chaque passe, et nécessite une armature métallique protégée contre la corrosion. - Les finitions (ponçage, patine, hydrofugation) assurent l’aspect esthétique et la durabilité de l’œuvre extérieure. - La démarche de projet intègre analyse, conception, fabrication, contrôle qualité et livraison, tout en respectant les normes de sécurité et d’hygiène. - L’évaluation se base sur une grille de critères objectifs et une réflexion personnelle de l’élève. --- ## Glossaire - **Ciment CPJ 45** : ciment Portland ordinaire avec une résistance à la compression minimale de 45 MPa à 28 jours. - **Mortier** : mélange de ciment, sable granulaire et eau, éventuellement additionné d’adjuvants, utilisé pour l’enrobage et le modelage. - **Eau/Ciment (E/C)** : rapport masse d’eau sur masse de ciment, influençant la maniabilité et la résistance du mortier. - **Slump test** : mesure de l’affaissement d’un cône de mortier sous son propre poids, indicateur de consistance. - **Armature** : squelette métallique (barres, treillis) destiné à reprendre les efforts de traction et de flexion dans l’ouvrage en ciment. - **Hydrofuge de masse** : adjuvant ajouté au mélange qui réduit la perméabilité du mortier à l’eau. - **Patine** : fine couche de pigment ou d’oxyde appliquée sur la surface pour modifier l’aspect visuel tout en laissant paraître le relief. - **Ponçage** : opération d’abrasion mécanique visant à lisser la surface du durci. - **Keying** : création d’une rugosité volontaire sur une couche fraîche afin d’améliorer l’accrochage de la couche suivante. - **Treillis métallique** : grille d’acier à mailles carrées ou rectangulaires utilisée comme armature légère. - **Plastifiant** : adjuvant chimique qui augmente la fluidité du mortier sans augmenter la quantité d’eau. - **Coffrage perdu** : moule temporaire, généralement en bois ou en polystyrène, laissé dans l’ouvrage après le coulage. --- ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 – Dosage du mortier **Consigne :** Une sculpture en ciment doit contenir 0,85 m³ de mortier de corps (sable 0/4 mm). Le dosage souhaité est 1 part ciment : 2,5 parts sable : 0,5 part eau (en poids). La densité apparente du ciment est 1400 kg/m³, celle du sable 1600 kg/m³. Déterminer les masses de ciment, de sable et d’eau nécessaires. **Corrigé :** 1. Volume de mortier = 0,85 m³. 2. Supposons que le volume total du mélange soit approximativement la somme des volumes des composants ( négligeant le retrait d’air ). - Soit x = masse de ciment (kg). - Masse de sable = 2,5 x. - Masse d’eau = 0,5 x. 3. Volume du ciment = x / 1400. Volume du sable = (2,5x) / 1600. Volume de l’eau = (0,5x) / 1000 (densité de l’eau ≈ 1000 kg/m³). 4. Équation : x/1400 + 2,5x/1600 + 0,5x/1000 = 0,85. - x/1400 = 0,000714x - 2,5x/1600 = 0,0015625x - 0,5x/1000 = 0,0005x - Somme = (0,000714 + 0,0015625 + 0,0005) x = 0,0027765x. 5. Donc 0,0027765x = 0,85 → x = 0,85 / 0,0027765 ≈ 306,2 kg. 6. Masse de ciment ≈ **306 kg**. Masse de sable = 2,5 × 306,2 ≈ **765,5 kg**. Masse d’eau = 0,5 × 306,2 ≈ **153,1 kg** (≈ 153 L). **Réponse :** 306 kg de ciment, 766 kg de sable, 153 L d’eau. --- ### Exercice 2 – Planning simplifié **Consigne :** Réaliser le diagramme de Gantt (tableau) d’un projet de sculpture de 1,20 m de hauteur, durée prévue 4 semaines, avec les tâches suivantes : 1. Analyse du cahier des charges (1 j). 2. Croquis d’esquisse (2 j). 3. Préparation de l’armature (3 j). 4. Gâchage et essais de mortier (1 j). 5. Modelage – couches de structure (6 j). 6. Séchage intermédiaire (2 j). 7. Application de la couche de finition (2 j). 8. Ponçage et patine (3 j). 9. Hydrofugation (1 j). 10. Contrôle qualité et livraison (2 j). **Corrigé :** | Semaine | Lundi | Mardi | Mercredi | Jeudi | Vendredi | |---------|-------|-------|----------|-------|----------| | **S1** | 1. Analyse | 2. Croquis (j1) | 2. Croquis (j2) | 3. Armature (j1) | 3. Armature (j2) | | **S2** | 3. Armature (j3) | 4. Gâchage | 5. Modelage (j1) | 5. Modelage (j2) | 5. Modelage (j3) | | **S3** | 5. Modelage (j4) | 5. Modelage (j5) | 5. Modelage (j6) | 6. Séchage (j1) | 6. Séchage (j2) | | **S4** | 7. Finition (j1) | 7. Finition (j2) | 8. Ponçage/patine (j1) | 8. Ponçage/patine (j2) | 8. Ponçage/patine (j3) | | **S5** | 9. Hydrofugation | 10. Contrôle (j1) | 10. Contrôle (j2) | – | – | *(Le projet s’étale sur 5 semaines effectivement, compte tenu des temps de séchage ; la marge de sécurité d’une semaine est intégrée.)* --- ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | N° | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de prévention / bonne pratique | |----|------------------|-------------|--------------------------------------| | 1 | Dosage trop riche en eau (E/C > 0,60) | Mortier faible, risque de fissures de retrait et de faible résistance à la compression. | Respecter le rapport E/C entre 0,40 et 0,55 ; réaliser un slump test avant chaque gâchage. | | 2 | Oublier de protéger l’armature contre la corrosion | Taches de rouille, éclatement du revêtement, réduction de la durée de vie. | Appliquer un primaire anti‑rouille ou utiliser de l’acier galvanisé ; assurer un recouvrement minimum de 15 mm de mortier autour de l’armature. | | 3 | Modeler une couche trop épaisse (> 3 cm) en une seule passe | Risque de affaissement, de formation de vides d’air et de mauvaise adhérence entre couches. | Appliquer le mortier en passes de 1‑2 cm, laisser chaque couche prendre légèrement (surface mate) avant la suivante. | | 4 | Poncer à sec sur une surface encore humide | Création de poussière de silice nocive, risque d’inhalation. | Attendre que le mortier soit complètement durci (minimum 24 h pour une épaisseur de 2 cm) ; porter un masque P2 et effectuer le ponçage à l’eau ou avec un aspirateur à filtration HEPA. | | 5 | Négliger le temps de séchage avant la finition hydrofuge | L’hydrofuge ne pénètre pas correctement, perte d’efficacité. | Respecter un délai de séchage de 7 jours à 20 °C et 60 % HR avant l’application d’un produit hydrofuge de surface. | | 6 | Utiliser des outils non nettoyés entre deux gâchages | Contamination du nouveau mortier par des résidus de prise accélérée, entraînant une prise hétérogène. | Nettoyer soigneusement auge, pelles et règles à l’eau après chaque utilisation ; éliminer les résidus durcis à l’aide d’un burin ou d’une meuleuse douce. | --- *Fin du cours.*