Chaux (matière)

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La chaux est un corps chimique minéral, l'oxyde de cal-cium de formule brute CaO. Il s’agit d'une espèce mi-nérale naturelle rare, isométrique de maille cubique, qu'ilest possible d'observer en petites masses blanches avec leséjecta transformés à haute températures parmi lesquelsles laves communes sur les flancs des formations volca-niques, par exemple sur le Vésuve en Italie[3]. Référencéeofficiellement en 1935 dans le champs de la minéralogie,elle fait partie du groupe du périclase MgO.Mais le terme désigne surtout une matière sèche alcalineou fortement basique, facilement poudreuse et hydro-phile, de couleur blanche ou blanchâtre, obtenue parcalcination du calcaire, obtenue autrefois artisanalementdans un four à chaux, puis industriellement dans diversfours modernes. Elle est utilisée depuis l'Antiquité, no-tamment dans la construction et pour les assises et fon-dations des voies et bâtiments. Fondant en métallurgiedu fer ou sidérurgie, tant dans le traitement des mineraisque l'élaboration d'aciers intermédiaires, la chaux, maté-riau à propriétés réfractaires, est à la base de la chimiede l'élément calcium et intervient comme intermédiairedans la métallurgie de nombreux métaux non-ferreux.C'est un des produits manufacturés les plus communs del'industrie. Le chaulage désigne l'apport de chaux ou unetraitement spécifique à la chaux.D'un point de vue chimique, la matière fabriquée parl'industrie, est un oxyde de calcium avec plus ou moinsd'oxyde de magnésium et des impuretés à base decarbonates et d'hydroxydes de calcium ou magnésium,d'argiles, de divers silico-aluminates[4]... Ainsi la dési-gnation usuelle et traditionnelle de la matière chaux peutenglober différents corps chimiques proche de ce pre-mier produit. On les distingue dans le langage courant,par exemple, selon leurs utilisations anciennes et spéci-fiques dans le construction ou le bâtiment :

• la chaux vive est le produit direct de la thermolyseou calcination du calcaire, principalement de l'oxydede calcium (CaO) ; C'est la matière basique qui per-met par chauffage de rendre caustique la soude oucarbonate de sodium des anciens chimistes ;

• la chaux éteinte est obtenue après la réaction com-plète de la chaux vive avec de l'eau et un séchagerigoureux. Cette base, hydroxyde caustique peu cor-rosif, très peu soluble dans l'eau, est constituéed'hydroxyde de calcium (Ca(OH)2). D'un point de

vue minéralogique, il s’agit de l'espèce minérale na-turelle nommée portlandite ;

• la chaux « aérienne » soit un liant de chaux, compo-sant de base de mortier en très faible partie argileuxqualifié pour sa prise lente au gaz carbonique de l'air,car elle réagit avec le dioxyde de carbone (CO2) del'air ;

• la chaux hydraulique, liant de chaux du commerce,proche d'un ciment de chaux qui durcit à l'eau,contient en plus des silicates et des aluminates, carelle est fabriquée à partir de calcaires argileux[5].Elle est appelée « hydraulique » pour sa premièreprise : elle durcit en présence d'eau vive avant d'êtreplus ou moins lentement renforcée à l'air par carbo-natation ;

• la chaux désigne aussi le matériau final de chaulage,la matière ou liant « ayant fait prise » après utili-sation. Bien que ce ne soit que le liant, on parled'un mur à la chaux, mais chimiquement la chaux enquestion est majoritairement redevenue du calcaire(principalement du carbonate de calcium (CaCO3).

Il existe aussi la chaux dolomitique ou chaux magné-sienne, elle aussi utilisée depuis l'Antiquité, à base dedolomie ou de calcaire magnésien.Notons encore que le terme chaux désignait aussil'élément calcium, surtout précisément le cation calciumCa₊₂, dans l'ancienne nomenclature chimique française,d'où les appellations aujourd'hui désuètes de sels dechaux, de sulfate hydraté de chaux (gypse), de carbonatede chaux et de magnésie (dolomie), de chlorure de chaux(chlorure de calcium), de pectate de chaux (le précipité del'acide pectique par le cation calcium), de phosphate dechaux (phosphate de calcium), de chaux fluatée (fluorineou fluorure de calcium)...

1 La chaux, une espèce minéralenaturelle rare

Selon la classification minéralogique Dana, la suite decouples de chiffres caractéristiques 04.02.01.05 indiqueun simple oxyde (04) de cation métallique divalent (02)appartenant au groupe isométrique et de groupe d'espaceFm3m dit groupe du périclase, dont la chaux est le cin-quième membre, entre la périclase MgO, la bunsenite

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2 2 PRÉPARATION ET RÉACTIONS CARACTÉRISTIQUES DE LA MATIÈRE CHAUX

NiO, la manganosite MnO, la monteponite CdO et en po-sition 6 et 7, la wustite FeO et la hongquiite TiO.La classification de Strunz 04.AB.25 n'admet pas le sep-tième membre, tout en ordonnant le groupe formée demanière différente, soit la bunsenite, la chaux, la monte-ponite, la manganosite, le périclase et la wüstite. Leminé-ral chaux se retrouve parfois abondant parmi les éjecta dematières calcaires au sein des des volcans actifs ou soumisà métamorphose préalable.Elle est également caractéristique des mines de charbonen combustion lente, comme à Kopeysk, près du bassincharbonnier russe de Chelyabinsk au Oural du Sud.La mine Campbell à Bisbee, comté de Cochise enArizona, aux États-Unis montre de beaux échantillons dechaux vive nommée ici, comme en Vieille Angleterre,quick lime.Elle est associée à la calcite sur le gisement volcaniquetopotype autour du Vésuve en Italie. Elle est encore as-sociée à la fluorellestadite, au périclase, à la magnésiofer-rite, à l'hématite, à la srebrodolskite, voire à l'anhydritedans les mines de charbons après combustion in situcomme à Kopeysk en Russie.Un grand nombre de minéralogistes reste ferme surl'exclusion des matières minérales de synthèse, mais ilsemble évident que parfois l'art du chaufournier peut êtreremplacé par des phénomènes géologiques naturels dehautes températures.

2 Préparation et réactions caracté-ristiques de la matière chaux

Une carrière de calcaire ou pierre à chaux (Kalkstein) à Brønnøy,en Norvège.

L'oxyde de calcium ou chaux vive est obtenue par calci-nation à plus de 900°C des minéraux calcite ou aragonitede formule chimique CaCO3 ou à défaut des roches cal-caires ou craies qu'ils contribuent à former avec d'autresminéraux et impuretés. La pierre à chaux désigne com-munément la matière chauffée dans le four.Notons qu'il existe des calcaires magnésiens ou dolomies

de formule (Ca, Mg)CO3 avec lesquels de la chaux ma-gnésienne ou dolomitique recelant un mélange (CaO,MgO) de chaux et de périclase est fabriquée.

2.1 Calcination

Par calcination du calcaire autour de 1000 °C (CaCO3)on obtient de la chaux vive (Oxyde de Calcium : CaO) etun fort dégagement de dioxyde de carbone (CO2). C'estune réaction de décarbonatation[6].Cette réaction s’accompagne d'une perte de masse pou-vant aller jusqu’à 45 % et jusqu'à 15 % de son volume,correspondant à la perte en dioxyde de carbone selon laformulation chimique :

Ancien chaufour et sa fosse près d'Anzin. Il est toujours situé enaltitude ou près d'une fosse nécessaire pour faciliter l'écoulementou l'évacuation par dilution du gaz “plus lourd que l'air” qu'est legaz carbonique asphyxiant.

CaCO3 ᵢ éᵣₐ ₒᵤ ᵣₒ ₑ → CaO ₒ ᵢ ₑ + CO2 ₐ

Ancien four à chaux, site Brunner Mond, banlieue deWinnington, Northwich, comté de Cheshire, Angleterre

En dehors du four de calcination du chaufournier tradi-tionnel, il existe deux types de fours, les fours droits etles fours rotatifs. Les fours droits anciens, typiques d'unprocédé batch étaient conçus pour l'empilement succes-sif de couche de coke et de pierres à chaux. il n'avait aumieux qu'une capacité de quelques dizaines de tonnes.Les fours droits aux combustibles liquide type fuel ou ga-zeux type gaz naturel permettent un meilleur rendementthermique par récupération de chaleur et développe des

2.3 Carbonatation 3

capacités exceptionnels pour un procédé toujours discon-tinu, soient 150 à 500 tonnes par jour.

Représentation d'un four à chaux en 1906 (Leçons élémentairesde chimie de l'enseignement secondaire des jeunes filles)

Les fours rotatifs ont un rendement thermique plus faible,mais une capacité de charge continue permettant une pro-duction de plus de mille tonnes par jour. L'alimentationde calcaire concassé s’opère en continu pour ne pas étouf-fer le four.

2.2 Extinction

La transformation de chaux vive en chaux éteintes’effectue par ajout d'eau (H2O). Cette opérationd'extinction, conduite dans un hydrateur industriel, pro-duit l'hydroxyde de calcium Ca(OH)2, avec un fort déga-gement de chaleur :

CaO + H2O → Ca(OH)2 + 1155 kJ / kgCₐO

Après transformation, l'augmentation du volume est deprès de 30 %.L'extinction peut être réalisée de différentes manières :

• arrosage superficiel des blocs de chaux vive, puis ter-minaison de la réaction à l'air ;

• immersion des blocs de chaux vive dans un grandvolume d'eau puis terminaison de la réaction à l'air ;

• mélange eau-chaux dans un malaxeur avec contrôlede la réaction exothermique (dans l'industrie) ;

• immersion des blocs de chaux vive dans un grandvolume d'eau puis terminaison de la réaction dansl'eau.

Dans les trois premiers cas on obtient une chaux enpoudre (fleur de chaux, chaux grasse, CAEB, chauxéteinte…). Dans le dernier cas, la chaux éteinte produiteprend l'apparence d'une pâte (chaux en pâte) que l'onpourra garder tant que l'on maintient en surface de l'eaulimitant les échanges de dioxyde de carbone (donc decarbonatation).La chaux en poudre correspond bien aux pratiques ac-tuelles du bâtiment (dosage en volume, mélange à la bé-tonnière…).La chaux en pâte permet l'obtention de mortiers plus“gras”, moins sujets à la dessiccation rapide, des enduitsou des badigeons carbonatant plus vite et donc plus résis-tants. Par contre, son dosage est plus difficile, le mélangeavec le sable plus délicat sauf à utiliser l'outillage adapté(malaxeur planétaire, rabot…). La meilleure carbonata-tion de la chaux en pâte a probablement comme origine lefait que l'extinction se faisant à l'abri de l'air, aucune car-bonatation partielle anticipant la prise ne se produit. Parailleurs, la finesse de la chaux obtenue, la présence de gelscolloïdaux sont autant d'éléments qu'il faudrait étudier.

2.3 Carbonatation

La prise de la chaux dite aérienne s’effectue parcarbonatation, c’est-à-dire en absorbant le dioxyde de car-bone (CO2) présent dans l'atmosphère : d'où son nom de« chaux aérienne » :

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

Selon l'humidité du milieu, cette réaction se produit surplusieurs mois : la vapeur d'eau se lie avec le dioxyde decarbone atmosphérique pour former l'acide carbonique ;la chaux fixe le dioxyde de carbone contenu dans cet acideet se transforme en calcaire. Le résultat de cette opérationest à nouveau du calcaire (CaCO3).Le mécanisme de prise par carbonatation de ce liant s’ef-fectue en présence d'eau, d'où une maîtrise indispensabledes conditions de mise en œuvre (humidification des sup-ports, contrôle des conditions climatiques...).

3 Les différents types de chaux

3.1 La chaux vive

La chaux vive est simplement la chaux sortie du fourà chaux. Elle prend l'apparence de pierres pulvérulentesen surface. Le principal constituant de la chaux vive estl'oxyde de calcium, qui a pour formule CaO.La chaux vive est une chaux qui n'a pas été éteinte.La chaux vive pouvait être amenée sous cette forme surchantier où elle était éteinte ou transportée sur de longuesdistances dans des sacs, à l'abri de l'humidité.

4 3 LES DIFFÉRENTS TYPES DE CHAUX

Chaux vive super 40 : Ca0 à plus de 95 % en masse fabriquée àpartir du calcaire jurassique du Bade-Würtemberg

3.1.1 Précautions et utilisation

La chaux vive est un produit potentiellement dangereux,principalement employé dans l'industrie et l'agriculture.Hydrophile, elle est utilisée pour assécher, détruire lesmatières organiques riches en eau. En cas de mélange degrandes quantités de chaux vive et d'eau, la chaleur déga-gée est telle que l'eau peut se mettre à bouillir et projeterde la chaux, qui est corrosive. Il est de ce fait conseilléd'utiliser des lunettes et des gants lors de la manipulation.Il est recommandé de verser progressivement la poudredans l'eau et non pas l'inverse.Il est également recommandé de brasser le mélangeeau/chaux vive tout au long de sa préparation, ceci afinde limiter les risques de projection.

3.2 La chaux éteinte et ses impuretés, dis-tinctions des liants aériens et hydrau-liques

La chaux vive est transformée en chaux éteinte par im-mersion dans l'eau. Cette immersion, provoque une dis-location, un foisonnement, ainsi qu'une forte chaleur (au-trement dit la réaction est exothermique). Le résultat estune pâte, qui prend le nom technique de chaux éteinte,nom ancien de l'hydroxyde de calcium Ca(OH)2. Le nomminéralogique correspondant à la matière naturelle estportlandite. Il s’agit d'une base chimique quasi-forte, peucorrosive et facile d'emploi, peu coûteuse et la plus uti-lisée pour les procédés industriels à grands développe-ments massiques.

Cette matière, mêlée éventuellement à des agrégats estutilisée dans le bâtiment la confection d'enduits et demortiers.

Bac contenant de la chaux hydraulique (éteinte) naturelle et del'eau pour la maçonnerie de pierres de taille dans le bâtiment.

La présence d'argile associée au calcaire de calcinationconduit à différents types de chaux : Il y a lieu de distin-guer :

• chaux aérienne : le phénomène de cristallisations’opère en présence d'air. Les chaux aériennes se ré-partissent en :

• chaux grasses, obtenues à partir de calcairestrès purs ou contenant de 0,1 à 1 % d'argile,

• chaux maigres, obtenues à partir de calcairescontenant de 2 à 8 % d'argile,

• chaux hydrauliques : le phénomène de cristallisations’opère aussi en milieu aqueux, obtenues à partir decalcaires contenant plus de 8 % d'argile.

À partir de 5 % d'argile, on parle de calcaire argileux.Au-delà de 20 % d'argile, les calcaires argileux sont im-propres à la confection de la chaux. À partir de 35 %, laroche devient tendre et friable, c'est une marne. À partirde 50 %, la marne devient plastique. Avec 65 % d'argile,elle devient une argile calcaire. Les argiles calcaires, im-propres à la confection des chaux mêmes hydrauliques,seront employées calcinées et broyées, dans les cimentsnaturels (le ciment prompt, improprement appelé cimentromain), ou dans la préparation du clinker pour les ci-ments artificiels (Ciment Portland).La dénomination chaux grasse/chaux maigre vient de ceque les chaux maigres augmentent peu de volume lors-qu'on les réduit à l'état de pâte tandis que les chauxgrasses donnent un volume plus important, on dit qu'ellesfoisonnent beaucoup plus. De même les chaux grassesforment avec la même quantité de sable un mortier plusgras que lorsqu'on emploie des chaux maigres[7].Pendant longtemps on a appelé chaux maigres celles quiavaient la propriété de durcir dans l'eau et chaux grasses

3.2 La chaux éteinte et ses impuretés, distinctions des liants aériens et hydrauliques 5

celles qui n'avait pas cette propriété. La distinction, chauxaérienne/chaux hydraulique est venue du fait que cer-taines chaux maigres ne sont pas hydrauliques[7].On appelle donc chaux grasse, celle qui donne un foi-sonnement considérable, chaux maigre, celle qui foisonnepeu et qui ne durcit pas dans l'eau et chaux hydraulique,celle qui a la propriété de durcir dans l'eau. On donne aus-si assez souvent le nom de chaux commune à la premièrede ces chaux.L'usage erroné était jusqu'au XIXe siècle que les chauxqui foisonnent peu à l'extinction étaient impropre à l'usagedes mortiers.En France, l'appellation conseillée par la norme NF EN459-1 est CL-Q.Pour avoir de la chaux hydraulique, il est nécessaired'employer la quantité juste d'eau, afin de ne pas per-mettre la prise du matériau. La matière obtenue est sousforme de poudre blanche. Pour avoir de la chaux aérienne,la quantité d'eau ajoutée n'est pas limitée. Le produit ob-tenu est sous forme de pâte ayant un pH important et saformule chimique est Ca(OH)2.

3.2.1 La chaux aérienne

La chaux aérienne (chaux hydratée, chaux éteinte, chauxgrasse, chaux maigre) est obtenue par hydratation dechaux vive issue d'un calcaire très pur. On la trouve sousdifférentes appellations : chaux éteinte, CAEB (anciennenormalisation : chaux aérienne éteinte pour le bâtiment).L'appellation conseillée par la norme NF EN 459-1 estCL (Calcic Lime traduit par chaux calcique) pour leschaux contenant moins de 5 % d'oxyde de magnésiumsuivi d'un chiffre 90, 80 ou 70 indiquant le pourcentagede CaO.Plus la teneur en oxyde de calcium est élevée, plus lachaux est dite grasseLa chaux aérienne sert depuis l'Antiquité à réaliserdes mortiers pour la construction, des enduits et desbadigeons sur les murs. Elle est aussi utilisée pour pro-téger les arbres fruitiers, ou lutter contre la putréfactiondes cadavres en cas d'épidémie.

3.2.2 La chaux hydraulique

La chaux hydraulique (chaux maigre) est obtenue à par-tir de calcaire contenant 10 à 20 % d'argile qui lors de lacalcination donne des silicates et aluminates de calcium.Elle fait prise, en quelques heures, au contact de l'eau,d'où son appellation.L'appellation normalisé NF EN 459-1 est NHL (NaturalHydraulic Lime) suivi d'un nombre 2 ; 3,5 ou 5 indiquantson degré d'hydraulicité. Plus le nombre est grand, plusla chaux réagit avec l'eau. L'ancienne dénomination étaitXHN.

Plus une chaux est hydraulique, plus elle présente de ré-sistance à la compression moins elle est plastique.Sa masse volumique est d'environ 800 kg/m³.

Carbonatation de la chaux hydraulique Le calcairenaturel est le plus souvent mélangés à des marnes et desargiles riches en éléments chimiques principalement lasilice et aussi le fer, l'aluminium. Aux températures decuisson (800 °C et 1 500 °C), le calcium se combine avecces éléments pour former des silicates, des aluminates etdes ferro-aluminates de calcium. Plus la température estélevée et le taux de silice important, moins elle contientde chaux libre (CaO) plus elle est hydraulique. CaCO3 +Al2O3 + Fe2O3 → 3CaOAl2O3 + 4CaOAl2O3Fe2O3

Au contact de l'eau, lors de l'extinction de la chaux vive,et surtout pendant la mise en œuvre des mortiers, ces mo-lécules forment des hydrates insolubles. Les proportionsd'alumine et de fer sont très faibles : dans les liants blancs,les teneurs en fer sont inférieures à 0,1 ou 0,2 %. La prisehydraulique est essentiellement due à la réaction entre leCaO et les silicates.Les chaux hydrauliques font une première prise de typehydraulique représentant approximativement 30 % de laprise au moment de la mise en œuvre (on dit qu'elle "tire")puis une prise secondaire de type aérien c'est là que lachaux et les hydrates vont se carbonater au contact del'air humide pour redonner le carbonate de calcium etla silice d'origine. La vitesse de carbonatation secondairedans l'épaisseur est à peu près d'1 cm par an.

Autres types de chaux La norme définit également lachauxNHL-Z. Ce sont des NHL contenant jusqu'à 20 %d'éléments pouzzolaniques ou hydraulique (ciment port-land). ajouté après cuisson. Les chaux pouzzolaniquessont hautement hydrauliques leur permettant de faireprise même dans l'eau. Elles sont hydrofuges et ne sontpas à conseiller en construction pour les murs car les ren-dant imperméables.Chaux hydrauliques artificielles HL. Ce sont des CLbâtardées au ciment portland. Elle est très riche en sili-cates de calcium hydrauliques.Chauxmagnésiennes (CaOMgO). L'appellation norma-lisé est DL (“Dolomitic Lime”) suivi d'un chiffre 85,80 ou 70 indiquant leur taux de CaO + MgO. Ellescontiennent du magnésium à raison de 5 % < MgO < 34% pour les chaux magnésiennes et jusqu'à 34 % < MgO< 41,6 % pour les chaux dolomitiques. Elles sont obte-nues par calcination de calcaire magnésien ou de dolomie.Après hydratation elles contiennent MgO ou Mg(OH)2.Dans une autre catégorie, la chaux sodée est un mélangede chaux et de soude, fort utile puisque la chaux entravela déliquescence de la soude. Le lait de chaux est une sus-pension de chaux éteinte ou hydroxyde de calcium dansl'eau.

6 4 PRODUCTION ET NOTION D'USAGE EN GÉNÉRAL, UTILISATIONS DIVERSES

Le blanc de chaux est un enduit à base de chaux éteinteétendue d'eau qui peut utilisé pour l'échaudage ou blan-chiment des murs, pour des chaulages ou épandages desuperficie en agriculture, pour le traitement des peaux,opération nommée plamée ou chamoisage.

4 Production et notion d'usage engénéral, utilisations diverses

La production française de chaux vive s’est accru de 2,6Mt ou millions de tonnes en 1958 à 4,87 Mt en 1981 enpassant par 4,2 Mt en 1977. Elle n'atteint plus que 3 Mten 2013, si on excepte 900 000 t de production intégrée.La sidérurgie explique la croissance et le déclin car elleconsommait encore avant 1980 environ la moitié de laproduction en masse. La chaux est un fondant qui dansles anciens convertisseurs Bessemer, est nécessaire pourla fabrication de l'acier à partir de la fonte, puisqu'elle secombine aux impuretés acides nuisible à la qualité du mé-tal final[8]. Sa présence explique l'abondance des scories àbase d'oxydes de silicium et de phosphore. Les autres pro-cédés consomment de la chaux, par exemple 50 à 60 kgde chaux vive pour produire de l'acier avec du fer impuroumême le moderne convertisseur à oxygène, nécessitantalors 15 à 20 kg par tonne d'acier.En 1981, l'industrie chimique représentait 1,12Mt soit 23% en masse, l'industrie sucrière 0,55 Mt, l'agriculture etl'ostréiculture 0,27Mt, l'industrie des métaux non ferreuxet les travaux sur les routes et voies de circulation 0,24Mt chacune, le traitement des eaux 0, 20 Mt. L'industriepapetière atteint 0,06 Mt, alors que les secteurs des ma-tériaux de constructions in situ (liants aériens et hydrau-liques) et préfabriqués à l'usine (briques silico-calcaires etautres bétons cellulaires...) ne dépassent pas 0,04 Mt cha-cun. Il faut encore compter les traitements de fumées in-dustrielles, notamment l'élimination de SO2 et des usagesdivers représentant plus de 0,18 Mt.

4.1 Utilisations de la chaux

Une application traditionnelle de la chaux dans la construction :vieille maçonnerie à enduit à la chaux.

Les usages de la chaux sont nombreux. En France, sonusage se répartit environ vers 2010 :

• Sidérurgie : environ 30 % ;

• Travaux publics, routes, chemins : environ 23 % ;

• Agriculture : environ 10 % :

• Traitement des eaux : environ 10 % ;

• Construction, bâtiment : environ 3 % ;

• Absorption du dioxyde de carbone : appareilsd'anesthésie et respiratoires de secours ;

• Alimentation.

Corps chimique basique, à coût modeste, d'emploi fa-cile en milieu aqueux, la chaux vive est depuis l'époqueantique pour les travaux de fortifications, comme en té-moigne la semelle de chaux marquant l'enceinte du Campd'Affrique il y a plus de 2500 ans, ou de soubassement debâtiments, de routes, de voies. La chaux vive déshydratefortement le sol et réagit avec les argiles, contribuant ainsià stabiliser les sols. Aujourd'hui, la chaux est employée enmélange avec des revêtements bitumineux sur les routes.Sa propriété de « floculation » est utilisée dans les tra-vaux publics, il s’agit ici de transformer l'argile (consis-tance plastique, souple, instable) en matière grumeleuseplus résistante à la compression des sols. À cette actionvient s’adjoindre l'effet de consommation d'eau intersti-tielle. Ce faisant, la teneur en eau des sols trop humides estrabaissée afin d'atteindre le plus souvent l'Optimum Proc-tor. Cette propriété est également utilisée dans le mondeagricole.

Fours à chaux de Latour-sur-Orbe, Bédarieux, 1920

Dans l'industrie chimique, un de ses débouchés anciensà la Belle Époque était le carbure de calcium, matièrepremière synthétique du gaz acétylène, à l'origine del'éthylène, mais aussi de la cyanamide calcique et d'une fi-lière d'engrais. Les procédés pétroliers, notamment ceuxpartant du gaz naturel méthane, ont éclipsé cette an-cienne voie de synthèse. Il reste la fabrication chimique,de carbonate de calcium en poudre très fine de haute pu-reté, employé comme charge dans l'industrie du papier.

4.1 Utilisations de la chaux 7

Le procédé Solvay de fabrication du carbonate de soude,les synthèses de l'hypochlorite de calcium, du glycérol, del'oxyde de propylène ont recours à la chaux.

Le four à chaux dans la sucrerie de Crèvecoeur

Les impuretés minérales et organiques des mélasses oujus sucrés, de l'industrie sucrière partant de la canne àsucre ou de moins en moins de la betterave sont précipitéspar de la chaux. Les filières nécessitent en principe 150kg de chaux par tonne de sucre brute, mais la filière canneà sucre parvient par économie drastique et récupérationà limiter cet usage à 3 kg par tonne de sucre. La filièrebetterave est plus gourmande, avec 25 kg par tonne debetterave. Des fours à chaux caractérisent cet industrie,réclamant un de ses sous-produits, le dioxyde de carbone.Les amendements agricoles peuvent utiliser une à cinqtonnes de chaux magnésienne, soit un mélange de CaOet MgO, par hectare. L'usage en agriculture de la chauxmagnésienne ou dolomitique, permet d'amender les solsacides en apportant également l'oligoélément magnésium,au contraire de la chaux calcique qui reste toutefois laplus utilisée. Les chaux utilisées par l'agriculture sont ain-si toujours sous forme d'oxyde de calcium, ou d'oxydede calcium combiné à l'oxyde de magnésium. Notez quecet amendement est à utiliser modérément sur les solsargileux car il contribue à durcir, voire à stériliser les sols.Le rôle de l'ion calcium dans le complexe argilo-humiqueest déjà tenu par le fer.

Chaulage mécanisé en agriculture, Devonshire

En plus d'être un amendement calcique et magné-sien, le chaulage permet également la destruction des

Champ récemment chaulé

micro-organismes pathogènes contenus dans les effluentsd'élevage qui sont acides par nature. La base OH- asso-ciée au calcium qui arrive soudainement dans le milieuprovoque une augmentation superficiel du pH qui détruitces organismes. Le plus souvent, l'agriculture raisonnéeutilise pour amender les terrains du simple calcaire noncuit, soit du carbonate de calcium, vulgairement appelé« carbonate de chaux ». Le mode d'action est plus lentque celui de la chaux calcinée. Cela provient du fait quel'acidité du terrain constatée doit dégrader le produit avantque celui-ci ne devienne un oxyde et puisse développer labase associée recherchée. Il ne peut garantir une bonneefficacité agronomique que s’il est suffisamment fin pourse solubiliser correctement. L'avantage à l'utilisation decarbonate de calcium est d'ordre économique, car il coûtemoins cher à l'utilisateur, et écologique, car il ne détruitpas les organismes utiles du sol. Dans l'absolu, son pou-voir neutralisant est, à quantité égale, très inférieur à celuide la chaux vive.En ostréiculture, la chaux permet de former un enduitdésinfectant pour couvrir des tuiles, fixant le naissaind'huître.La chimie des métaux non ferreux, usant de la chaux,concerne l'obtention des métaux aluminium, magnésium,calcium, cuivre, zinc, plomb, or, argent, uranium. En-core en 1980, la fabrication d'aluminium, en particu-lier l'attaque de la bauxite dans le procédé Bayer, récla-mait massivement de la chaux éteinte Ca(OH)2, transfor-mée en hydrogénocarbonate de calcium Ca(HCO3)avantd'être régénéré par une lessive de soude. L'eau de merou les saumures de traitement de minerai-sel de potassepeuvent être traitées par la chaux basique. Le chlorure demagnésium précipite par exemple en hydroxyde de ma-gnésium, qui, purifié, peut être réduit en magnésium.La chaux est un agent de blanchiment dans la pâte à pa-pier. Le procédé Kraft au sulfure de sodium nécessiteaussi du carbonate de sodium, vite épuisé au cours duprocédé mais régénéré par la chaux vive, pour séparer lacellulose du bois ou des matières premières cellulosiques.Il faut ainsi 270 kg de CaO pour fabriquer une tonne de

8 4 PRODUCTION ET NOTION D'USAGE EN GÉNÉRAL, UTILISATIONS DIVERSES

papier Kraft.La chaux est un matériau réfractaire, bien connu depuisl'Antiquité. L'addition d'une fraction molaire, de l'ordrede 10 à 15 %, à la zircone ZrO2 cubique joue un rôlestabilisant pour la morphologie cubique à haute tempéra-ture.Il existe également d'autres usages très divers de la chaux.

Chaulage médiéval du vin trop acide

4.1.1 Utilisation dans le traitement des eaux, dansle traitement des fumées

L'ajustement du potentiel hydrogène ou pH, l'éventuelprécipitation d'hydroxydes métalliques, la capacitéd'agglomération de certains matériaux par « flocula-tion ». voire la décarbonatation par précipitation deCaCO3 ou la destruction des germes justifient sonemploi dans le traitement des eaux, le plus souvent sousforme de chaux vive.Dans le traitement des eaux usées et des effluents, un ajoutde chaux neutralise l'acidité et stabilise les boues. Dans lesincinérateurs elle est utilisée pour neutraliser les fuméesacides chargées en soufre et/ou en chlore.Elle est une matière essentielle dans le contrôle de la pol-lution de l'air et de l'eau.

4.1.2 Utilisation comme absorbeur de dioxyde decarbone

Les propriétés d'absorption du dioxyde de carbone parla chaux ont été utilisées dans les appareils respiratoiresdits en circuit fermé pour épurer le gaz expiré du dioxydede carbone et permettre sa ré-inhalation après un éven-tuel apport d'oxygène à très faible débit. Ces techniquessont utilisées en médecine (anesthésie en circuit fermé),

dans des appareils respiratoires utilisés en milieux de gazdangereux. Les activités sous-marines (plongée et sous-marins) utilisent également la chaux comme absorbeurde dioxyde de carbone. La chaux hydratée est mélangéeà d'autres composés chimiques comme la soude (NaOH)pour former la chaux sodée ou avec d'autres composés quiaccélèrent la vitesse de réaction de la chaux. La présen-tation en grains poreux de quelques millimètres dans desrécipients adaptés au passage des gaz augmente la surfaced'échanges et permet l'absorption avec de faibles volumesde chaux facilement transportables. Un indicateur colorépermet une lecture rapide, à l'œil, de la quantité de chauxrestante dans la cartouche.

4.1.3 Utilisation dans la décoration d'intérieur etd'extérieur

Maison restaurée à la chaux

Les avantages d'un chaulage s’explique par les propriétésde la chaux :

• Antiseptique, elle désinfecte, assainit l'atmosphère.

• Elle laisse respirer les maçonneries donc réduitl'humidité et évite ainsi la condensation de l'eau.

Son rendu décoratif est exceptionnel, notamment un ve-louté unique à l'intérieur comme à l'extérieur. Une déco-ration en chaux est “vivante” : le matériau respire et sesmoirages varient en fonction de l'hygrométrie ambiante.Enfin elle se patine et vieillit extrêmement bien.

4.1.4 Utilisation en cuisine et en ethnopharmacolo-gie

La chaux a été utilisée pour la conservation d'alimentscomme les œufs[9].La chaux (à raison de 0,1 % dans l'eau) est utilisée dansle trempage du maïs[10] avant cuisson afin de ramollirses téguments et d'en augmenter la teneur en calcium.En Amérique centrale et au Mexique, la chaux est ajou-tée au maïs que l'on broie pour réaliser de la farine

4.5 La chaux et ses dérivés 9

"nixtamalisée". Cette farine additionnée d'eau donnera la“masa” qui servira à constituer les différentes galettes demaïs (“tortillas”, “nachos”, “gorditas”...).La chaux vive et la noix d'arec étaient et sont encoredes ingrédients dans la préparation du bétel par masti-cation/mâchage et salivation.

4.2 Conditionnement et stockage

La chaux en poudre (hydraulique ou aérienne) est au-jourd'hui conditionnée en sac de 15 kg ou 25 kg. Le sto-ckage doit être fait dans un endroit sec.La chaux aérienne se trouve aussi sous forme de pâte, enseau ou sac plastique de divers volumes. Recouverte d'unecouche d'eau, sa conservation est quasi illimitée.

4.3 Mise en œuvre

La mise en œuvre est très variable selon le type deconstruction et les exigences techniques imposées.Dans le cas où l'équipe de maçons bâtissait à chaux età sable, le choix de ces derniers matériaux était crucial.Prenons l'exemple de l'ancienne digue deHolyhead, petiteîle à proximité de la grande île d'Anglesey, au Pays deGalles, construite de 1845 à 1863, pour un coût estimé de1,2 millions de livres sterling. Des variétés fines de sablescollectés à Anglesey et une chaux hydraulique préparéeavec le calcaire d'Aberthaw, au sud du Pays de Galles,s’étaient imposées pour ce vaste chantier reposant sur lesocle dur précambrien, mais en milieu quasiment marinavec des horaires de labeur déterminées par la marée etune luminosité minimale.Cette section est vide, insuffisamment détaillée ouincomplète. Votre aide est la bienvenue !

4.4 Hydraulicité de la chaux

Le rapport des différents composants associés à l'argile etla part de Ca(OH)2 définit l'indice d'hydraulicité donnépar un nombre indiquant la résistance à la compression(après avoir fait prise) enMPa ou en kg/cm². Plus la chauxest hydraulique, moins elle est perméable à l'air et à l'eau.La NHL 2 est utilisée lorsqu'on veut des mortiers trèssouples par exemple pour les enduits sur murs fragiles, enterre ou pierres tendres. Les NHL 3,5 et 5 sont surtout uti-lisées pour monter des murs, les enduits extérieurs, exé-cuter des chapes, poser du carrelage. Elles sont décon-seillées sur supports fragiles car elle pourrait provoquerun arrachement du support. Elles peuvent également pré-senter une réaction non désirée avec le plâtre.

4.5 La chaux et ses dérivés

Aujourd'hui, soucieux de l'environnement, les entreprisestrouvent dans la chaux une matière bien moins énergivoreque d'autres liant. On utilise donc aujourd'hui de plus enplus la chaux dans les ciments, mortiers colle et autresapplications.En voici une liste :

• Peinture à la chaux

• Bloc de chanvre

• Mortier colle

• Enduit à base de chaux

• Béton de chanvre

• chape

• Béton préparé pour l'ingénierie civil

• Jardinerie : produits pour gazon, engrais

4.6 Vocabulaire

Article détaillé : Lexique de la chaux.

5 Histoire

Le principe qui consiste à calciner ou « brûler » une pierreou une roche plus ou moins compacte ou dure pour enextraire un composant meuble que l'on pourra recons-tituer ensuite fait partie des découvertes liées aux pre-miers grands feux humains. Le gypse chauffé vers 120°C) donne du plâtre. Ce matériau plus facile à obtenir aprobablement été découvert bien avant la chaux, mais desmélanges plâtre et chaux sont déjà utilisés comme sup-port de peinture murale en Égypte dès 2600 ans av. J.-C.L'emploi massif de la chaux est attesté dès l'âge dubronze (environ 2000 ans av. J.-C.) sur des sites archéo-logiques suisses majeures. Des blocs de calcaire calcinéspar des chaufourniers nullement novices constituent ainsile noyau interne des murailles de certaines places forti-fiées.Des constructions en chaux sont tout à fait généraliséesdans le monde grec ancien, et ensuite la chaux est utili-sée avec un grande maîtrise technique encore plus grandedans toutes les constructions romaines, des habitationsaux aqueducs en passant par les thermes. C'est d'ailleursla chaux qui a donné son nom à la roche calcaire, mot latinqui est issu de l'adjectif latin calcarius, c'est-à-dire « quicontient de la chaux » , d'ailleurs logiquement formé àpartir du terme latin féminin calx, calcis, la chaux[11]. Les

10 7 NOTES ET RÉFÉRENCES

Romains, véritables précurseurs et divulgateurs d'une ci-vilisation céramique à partir de la Méditerranée centralequi se diffusa bien au-delà des territoires de l'imperiumantonin obtenaient une sorte de chaux hydraulique en ra-joutant de la pouzzolane et/ou des tuiles et des briquesconcassées.Des nombreuses techniques d'application de la chaux etde maçonnerie utilisées à l'époque romaine, ont traverséle Moyen Âge[12]. Hormis le mortier de terre, le mortierde chaux demeure quasiment incontournable dans le bâtijusqu'à l'invention du ciment moderne, aumilieu du XIXe

siècle. Il a rapidement remplacé la chaux dans toutes lesconstructions modernes en raison d'une rigidité plus im-portante et surtout d'un coût moindre : parpaings de ci-ment, béton...Techniciens et scientifiques à la fin du XVIIIe siècle etau début du XIXe siècle s’intéressent à l'hydraulicité deschaux. On attribue cette propriété d'abord erronément àl'oxyde de manganèse (Bergman, Louis-Guyton de Mor-veau) et ensuite à l'argile (Le Phare d'Eddystone) par JohnSmeaton, Saussure, Gratien-Vitalis et enfin Vicat). LouisVicat est crédité en France de l'invention du ciment ausortir des guerres napoléoniennes[7]. Il ne dépose pas debrevet ; le brevet sur le Ciment Portland est déposé parl'Anglais Joseph Aspdin en 1824.La chaux apparaît comme un alcali fort disponible ou ac-cessible entre les années 1830 et 1840. Il est possible auxmalfrats de dérober de la chaux vive aux cantonniers sur lebord des routes campagnardes ou des nombreux cheminsvicinaux. C'est pourquoi son usage irrationnel et démesu-rément polluant se généralise, et les historiens contempo-rains peuvent suivre les recensions des délits de « pêche àla chaux » de poissons, les braconniers avides n'hésitant àchauler des parties de rivières pour recueillir les poissonsmorts par alcalose foudroyante[13].La chaux connaît au début du XXIe siècle un regaind'intérêt. En effet le ciment est incompatible avec la ma-çonnerie de bâtis anciens en moellons, pierres de taille,torchis ou pisé. Le ciment étant un matériau rigide etimperméable à l'air, il ne convient pas à une maçonne-rie traditionnelle qui nécessite de la souplesse et d'êtreperméable à la vapeur d'eau. La perméabilité à la va-peur d'eau permet à une maçonnerie de s’assécher. L'eauqu'elle absorbe par la pluie ou des remontées capillaires,peut s’évacuer par ses joints à la chaux alors que dansle cas d'un mortier au ciment, le mur ne peut pas s’as-sécher et conserve l'eau qu'il absorbe ce qui peut entraî-ner l'apparition de salpêtre, de mousses microscopiques,d'auréoles, de taches, et de coulures. Les crépis de façadesanciennes réalisés au ciment pur ou au ciment bâtard (mé-lange de chaux et de ciment) nécessitaient la pose d’ungrillage de renfort car le crépis de ciment finissait assezvite par se décoller de son support en matériaux anciens.Les nombreux désordres du bâti engendrés par de tel cré-pis ont fait rapidement revenir les maçons vers les crépisde façade à la chaux. L’usage du ciment doit être réservé

uniquement à la mise en œuvre de matériaux eux-mêmesen ciment : parpaing de ciment, carrelage...Cette redécouverte de la chaux comme matériaux deconstruction s’accompagne de la redécouverte de sonusage à la fois protecteur et décoratif des supports. Elleest utilisée pure en badigeon, éventuellement addition-née d’un fixatif naturel (par exemple la caséine) ou artifi-ciel (résines synthétiques), en tadelakt (seul badigeon à lachaux qui soit imperméable) ou est présente dans diversrecettes de peintures dites « à la chaux ».

6 Expressions

• bâtir à chaux et à sable : bâtir sur des fondations so-lides, et poser les matériaux de construction, de ma-nière fiable et robuste pour un maçon respectueuxdes anciennes traditions avec sa truelle.

• bâtir à chaux et à ciment : bâtir de semblable façon,mais l'expression est plus moderne.

• être bâti(e) à chaux et sable.... : être robuste, cos-taud(e), résistant(e), désigne autant la constitutiond'un individu que le gros œuvre d'un quelconque bâ-timent...

7 Notes et références[1] La classification des minéraux choisie est celle de Strunz,

à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classésparmi les silicates.

[2] Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of theelements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.

[3] Des dépôts se trouvent aussi en Suède près de Malmö,dans la région russe de l'Oural, au Tibet, en Australie, enArizona à Bisbee.

[4] Comme impuretés, il peut y avoir parfois des anionssulfures et des cations béryllium ou surtout les autresalcalino-terreux strontium, baryum...

[5] Les véritables ciments sont fabriqués à partir d'argilescalcaires, ou un mélange finement broyé de calcaire etd'argiles, la composante argileuse étant majoritaire.

[6] L'exacte réaction inverse est une carbonatation.

[7] Clément Louis Treussart. Mémoire sur les mortiers hy-drauliques et sur les mortiers ordinaires. Chez Carillan-Goeury, 1829 Consulter en ligne

[8] En sidérurgie, l'ajout de chaux dans le métal en fusion per-met l'extraction de certaines impuretés

[9] Louis Noirot, Cours complet d'agriculture pratique, 1836,p. 770 en ligne

[10] http://www.fao.org/docrep/T0395F/T0395F01.htm

9.2 Liens externes 11

[11] Il s’agit d'un des seconds sens en latin classique : le motpolysémique calx, calcis désigne en premier le talon, lepied, le patin. En second, il désigne à côté de la chaux,les pierres et cailloux, en général assez petits et servantà jouer ou à compter, mais aussi l'extrémité d'une car-rière ou d'une installation d'exploitation privée, dont leslimites blanches sont marquées justement à la chaux, etd'une manière étendue, la fin ou le terme d'une étendue,d'une chose...

[12] Il semble qu'elles soient moins liées à des groupesd'esclaves spécialisés, comme l'art de la [taille de pierre],qui a subi une éclipse partielle en Europe occidentale.

[13] Durant cette décennie de (re)construction des voies rou-tières, c'est le cas dans l'arrondissement de Saint-Dié, quivoit pour quelques grosses truites l'équilibre écologique dela Jamagne ou les profondes « mères-royes » des prairiesd'irrigation détruit et les milieux de rivière régulièrementtouchés perdre irrémédiablement leur biodiversité, dansl'inconscience générale, si ce n'est la révolte des pêcheursbourgeois ou des paysans riverains victimes.

8 Bibliographie• Robert Perrin, Jean-Pierre Scharff, Chimie indus-trielle, Masson, Paris, 1993, 1136 p. en deux tomesavec bibliographie et index (ISBN 978-2-225-84037-1) et (ISBN 978-2-225-84181-1).

9 Voir aussi

9.1 Articles connexes

• Alcali

• Alcalino-terreux

• Amendement minéral

• Badigeon

• Base (chimie)

• Béton

• Carbonate de calcium

• Chaufournier ou chaulier

• Calcaire

• Calcite

• Chaulage

• Chaux de Marrakech

• Dalle en béton de chaux

• Équipement d'extraction et dosage de chaux vive ouéteinte

• Eau de chaux

• Enduits

• Engrais minéral

• Hydroxyde de calcium, chaux éteinte en chimie

• Four à chaux ou chaufour

• Four à calcination

• Fresque

• Lait de chaux

• Maçonnerie

• Notation cimentière

• Oxyde de calcium, chaux en minéralogie ou chauxvive en chimie ancienne

• Peinture à la chaux

• Pierre à chaux

• Scorie Thomas

• Stuc

9.2 Liens externes

• (fr) CaC03 et chaux

• (fr) La chaux décrite par la SCF

• (fr) Propriété pratique de la chaux et usage

• (fr) Carrières et Fours à Chaux de Dugny-sur-Meuse(voir section Patrimoine puis Fours à Chaux)

• (en) Le minéral chaux ou lime en anglais et ses ca-ractéristiques

• (en) Extrait Manuel de minéralogie anglo-saxon

• (en) Données de base et géolocalisation du minéral

• (en) la chaux vue par le service géologique des États-Unis

• (fr) Ciment par la SCF

• Portail de la chimie

• Portail des minéraux et roches

• Portail de la géologie

• Portail du travail et des métiers

12 10 SOURCES, CONTRIBUTEURS ET LICENCES DU TEXTE ET DE L’IMAGE

10 Sources, contributeurs et licences du texte et de l’image

10.1 Texte• Chaux (matière) Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Chaux_(mati%C3%A8re)?oldid=120372385Contributeurs :Ryo, Orthogaffe, Pon-tauxchats, Cdang, Herman, HasharBot, Abrahami, Alain Caraco, Robbot, Spedona, Fafnir, Marc Mongenet, MedBot, Sam Hocevar, TigH,Phe-bot, Smily, Rigolithe, Romary, Pixeltoo, Vincnet, Popo le Chien, K !roman, Erasmus, Bicounet, Bbullot, El Comandante, George deMoraes~frwiki, Eric.dane, DocteurCosmos, Stéphane33, RobotE, Taguelmoust, Romanc19s, David Berardan, Nykozoft, Matieu Sokolo-vic, Arnaud.Serander, Gzen92, RobotQuistnix, Sexial, Guillaume Gielly, Lt-wiki-bot~frwiki, Fv, MMBot, Flo, Bertrouf, Expression libre,Sylveno, Lpele, Traumrune, Wagaf-d, Akiry, Pautard, Wissons, Forveilthomas, Jmax, Antifumo, Karl1263, Pld, Moumousse13, Liquid-aim-bot, Ptyx, GaMip, Rominandreu, Bbruet, Nag, Rhadamante, NicoV, Daniel*D, Acer11, Laurent Nguyen, Kropotkine 113, JAnDbot,Manonoc, Chatelot16, Desaparecido, Calcineur, Manuguf, Épiméthée, IAlex, Nono64, Sebleouf, Pcanonge, So Leblanc, RM77, Sébas-tien Bruneau, VonTasha, André JU, Salebot, MyBot, Fabrice75, Tenep, Moyg, Herve1729, Asw~frwiki, Gz260, Lidao9, SieBot, Skiff,Nananère, Pymouss, Pierrotbj, Alecs.bot, Dhatier, Mathieuw, Hercule, René Dinkel, Charlie Pinard, Doc103, Égoïté, EmmanuelMeert,Victor.Petit, Mro, Zak Anderson, WikiCleanerBot, ZetudBot, Epop, Loicollivier, Denispir, Kongurlo, Mabifixem, Ufim, Racconish, Jm-Cor, Harvey Stillnot, Le sourcier de la colline, Cantons-de-l'Est, Deco.verone, Travaux, Lomita, Iphis, The Titou, Daniel-Louis, Patms,EmausBot, Kilith, Michel Awkal, Celestin123, Topeil, Jules78120, LinedBot, Oimabe, MerlIwBot, Luc va nieuwenhuyze, OrlodrimBot,Dom Lepores, Jlvenet, Micdet, OrikriBot, Addbot, Woodcraftswift, Antoniella, Bryan-C, Hibolites, Kuarante, Jeepevade, Girart de Rous-sillon, Daniel ranco2982 et Anonyme : 135

10.2 Images• Fichier:Beaumont_mur_chaux.jpg Source : https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/72/Beaumont_mur_chaux.jpg Li-cence : CC-BY-SA-3.0 Contributeurs : Travail personnel Artiste d’origine : Romary

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• Fichier:Chaux_hydraulique_naturelle_et_eau.JPG Source : https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6b/Chaux_hydraulique_naturelle_et_eau.JPG Licence : CC BY-SA 3.0 Contributeurs : Travail personnel Artiste d’origine : So Leblanc

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• Fichier:Four_chaux.jpg Source : https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bf/Four_chaux.jpg Licence : Public domainContributeurs : ? Artiste d’origine : ?

• Fichier:Les_Fours_en_1920.jpg Source : https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b6/Les_Fours_en_1920.jpg Licence : CCBY-SA 3.0 Contributeurs : Travail personnel Artiste d’origine : Annick Jeanjean

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