LE CHATELIER Henry

Sa première note à l’Académie des Sciences a trait à l’origine du nerf dans le fer puddlé (scories interposées mécaniquement dans le fer) ; il y mentionne que « le nerf résulte au contraire du peu de fusibilité de scories partiellement peroxydées et de la température comparativement basse à laquelle se fait le puddlage. ». Sa seconde note présentée à l’Académie en 1879 a trait à un travail fait en collaboration avec Mallard sur l’emploi de la flamme de l’hydrogène pour mettre en vue le grisou dans l’air des mines ; les auteurs montrent la sensibilité de la méthode : « dès qu’il y a 0,25 % d’hydrogène protocarboné, apparaît une auréole bleue ». L’étude de la combustion de l’acétylène conduit Henry Le Chatelier au chalumeau oxyacétylénique et à son emploi dans la soudure. 

En 1884, il énonce ce qui est connu comme le principe de Le Chatelier qui stipule que: « Si on tend à modifier les conditions d’un système en équilibre, il réagit de façon à s’opposer partiellement aux changements qu’on lui impose jusqu’à l’établissement d’un nouvel état d’équilibre. » 

Se souvenant des relations de son grand-père maternel avec Vicat, il retrouve une collection de briquettes d’essais de chaux. Ainsi commencent ses recherches sur les matériaux hydrauliques… Henry Le Chatelier obtient son doctorat à la Sorbonne en 1887. Dans sa thèse intitulée « Recherches expérimentales sur la constitution des mortiers hydrauliques », il étudie le mécanisme de la prise du plâtre, puis celui des silicates barytiques, et enfin celui des ciments calcaires dont il commence, suivant les principes de la méthode scientifique, par déterminer systématiquement les diverses combinaisons qui peuvent se former entre les éléments principaux mis en présence : chaux, silice, alumine et oxyde ferrique, et les réactions avec l’eau de ces différentes combinaisons anhydres. En complément de cette étude synthétique des différents constituants des ciments, il effectue pour la première fois l’analyse microscopique des clinkers avec des lames minces, par les procédés habituels de la pétrographie. Il étude ainsi les conditions de formation et d’hydratation des silicates bi et tri calciques, des aluminates tricalciques et de la chaux. Les points les plus marquants de sa thèse sont la théorie générale de la prise et du durcissement, et le rôle du silicate tricalcique dans la constitution du ciment portland. 

C’est aussi en 1887 que Henry Le Chatelier occupe la nouvelle chaire de chimie industrielle à l’École des mines qu’il conserve jusqu’à sa mise à la retraite en 1919. Après la publication de sa thèse, il poursuit ses recherches dans le domaine des ciments portlands afin de vérifier et mieux approfondir les questions traitées : constitution du ciment portland et dosage du cru, extinction de la chaux, limites d’hydrolyse des silicates et aluminates, causes de dégradation des mortiers (rôle de la magnésie, action de l’eau de mer et des sulfates). 

Il constate que la diminution du volume d’eau consommée par l’hydratation du ciment n’est que partiellement compensée par l’augmentation du volume de matière solide créée ; ce phénomène s’appelle de nos jours ‘la contraction de Le Chatelier’. 

Il en profite aussi pour développer des procédés expérimentaux dont le  « moule à aiguilles » adopté à l’époque dans les normes de tous les pays pour le contrôle des liants hydrauliques, et le picnomètre pour la détermination rapide et exacte du poids spécifique des ciments, appareil aujourd’hui classique. Avec la création de l’Association Internationale des Méthodes d’Essais en 1895, il constitue et préside en 1901 la section française. 

Henry Le Chatelier s’attache également à faire bénéficier le monde industriel de ses découvertes scientifiques. Il démontre que la composition moyenne du calcaire de Lafarge correspond exactement à celle d’un ciment portland siliceux, que la production de chaux hydraulique n’est due qu’à une cuisson insuffisamment poussée, et que par suite une cuisson convenable d’un mélange parfaitement homogénéisé de la pierre de la carrière doit produire un ciment artificiel de qualité parfaite : c’est ainsi que nait le « ciment artificiel double-cuisson ». Il imagine également de substituer à l’extinction empirique des ciments, par arrosage et silotage prolongé, une extinction rationnelle dans un cylindre tournant rempli de vapeur à 150 °C. A cette température, la chaux s’hydrate rapidement, sans que soient altérés les silicates ou aluminates. Son essai de laboratoire est immédiatement transposé à l’échelle industrielle pour l’extinction du ciment de grappier de Lafarge et, quelques années après, pour l’extinction du ciment blanc et des chaux hydrauliques.