Chaux (matière)

Chaux Catégorie IV : oxydes et hydroxydes[1]
Chaux vive poudreuse après malaxage
Général
Nom IUPAC	oxyde de calcium, en anglais calcium oxide
Numéro CAS	1305-78-8 Dana 04.02.01.05
Classe de Strunz	04.AB.25
Formule chimique	CaO  [Polymorphes]CaO
Identification
Masse formulaire[2]	56,077 ± 0,004 uma Ca 71,47 %, O 28,53 %,
Couleur	blanc, jaune pâle, brun
Classe cristalline et groupe d'espace	isométrique 4/m 3 barre 2/m groupe d'espace F m3m - structure du NaCl
Système cristallin	Système cristallin cubique
Réseau de Bravais	a = 4.797 Å, Z = 4
Clivage	parfait sur {001}, séparation sur {011} pour la matière minérale de synthèse
Habitus	poudre, masse blanches
Jumelage	sur {011}
Échelle de Mohs	3,5 (type pièce de cuivre)
Trait	blanc
Propriétés optiques
Indice de réfraction	n = 1.838 isotropie
Fluorescence ultraviolet	a
Propriétés chimiques
Densité	3,345
Température de fusion	2613 °C
Solubilité	insoluble dans le méthanol
Comportement chimique	fortement basique, réagit avec l'eau pour former l'hydroxyde de calcium ou chaux éteinte
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

La chaux est un corps chimique minéral, l'oxyde de calcium de formule brute CaO. Il s'agit d'une espèce minérale naturelle rare, isométrique de maille cubique, qu'il est possible d'observer en petites masses blanches avec les éjecta transformés à haute températures parmi lesquels les laves communes sur les flancs des formations volcaniques, par exemple sur le Vésuve en Italie^[3]. Référencée officiellement en 1935 dans le champs de la minéralogie, elle fait partie du groupe du périclase MgO.

Mais le terme désigne surtout une matière sèche alcaline ou fortement basique, facilement poudreuse et hydrophile, de couleur blanche ou blanchâtre, obtenue par calcination du calcaire, obtenue autrefois artisanalement dans un four à chaux, puis industriellement dans divers fours modernes. Elle est utilisée depuis l'Antiquité, notamment dans la construction et pour les assises et fondations des voies et bâtiments. Fondant en métallurgie du fer ou sidérurgie, tant dans le traitement des minerais que l'élaboration d'aciers intermédiaires, la chaux, matériau à propriétés réfractaires, est à la base de la chimie de l'élément calcium et intervient comme intermédiaire dans la métallurgie de nombreux métaux non-ferreux. C'est un des produits manufacturés les plus communs de l'industrie. Le chaulage désigne l'apport de chaux ou une traitement spécifique à la chaux.

D'un point de vue chimique, la matière fabriquée par l'industrie, est un oxyde de calcium avec plus ou moins d'oxyde de magnésium et des impuretés à base de carbonates et d'hydroxydes de calcium ou magnésium, d'argiles, de divers silico-aluminates^[4]... Ainsi la désignation usuelle et traditionnelle de la matière chaux peut englober différents corps chimiques proche de ce premier produit. On les distingue dans le langage courant, par exemple, selon leurs utilisations anciennes et spécifiques dans le construction ou le bâtiment :

• la chaux vive est le produit direct de la thermolyse ou calcination du calcaire, principalement de l'oxyde de calcium (CaO) ; C'est la matière basique qui permet par chauffage de rendre caustique la soude ou carbonate de sodium des anciens chimistes ;
• la chaux éteinte est obtenue après la réaction complète de la chaux vive avec de l'eau et un séchage rigoureux. Cette base, hydroxyde caustique peu corrosif, très peu soluble dans l'eau, est constituée d'hydroxyde de calcium (Ca(OH)₂). D'un point de vue minéralogique, il s'agit de l'espèce minérale naturelle nommée portlandite ;
• la chaux « aérienne » soit un liant de chaux, composant de base de mortier en très faible partie argileux qualifié pour sa prise lente au gaz carbonique de l'air, car elle réagit avec le dioxyde de carbone (CO₂) de l'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, car elle est fabriquée à partir de calcaires argileux^[5]. Elle est appelée « hydraulique » pour sa première prise : elle durcit en présence d'eau vive avant d'être plus ou moins lentement renforcée à l'air par carbonatation ;
• la chaux désigne aussi le matériau final de chaulage, la matière ou liant « ayant fait prise » après utilisation. Bien que ce ne soit que le liant, on parle d'un mur à la chaux, mais chimiquement la chaux en question est majoritairement redevenue du calcaire (principalement du carbonate de calcium (CaCO₃).

Il existe aussi la chaux dolomitique ou chaux magnésienne, elle aussi utilisée depuis l'Antiquité, à base de dolomie ou de calcaire magnésien.

La chaux, une espèce minérale naturelle rare

Selon la classification minéralogique Dana, la suite de couples de chiffres caractéristiques 04.02.01.05 indique un simple oxyde (04) de cation métallique divalent (02) appartenant au groupe isométrique et de groupe d'espace Fm3m dit groupe du périclase, dont la chaux est le cinquième membre, entre la périclase MgO, la bunsenite NiO, la manganosite MnO, la monteponite CdO et en position 6 et 7, la wustite FeO et la hongquiite TiO.

La classification de Strunz 04.AB.25 n'admet pas le septième membre, tout en ordonnant le groupe formée de manière différente, soit la bunsenite, la chaux, la monteponite, la manganosite, le périclase et la wüstite. Le minéral chaux se retrouve parfois abondant parmi les éjecta de matières calcaires au sein des des volcans actifs ou soumis à métamorphose préalable.

Elle est également caractéristique des mines de charbon en combustion lente, comme à Kopeysk, près du bassin charbonnier russe de Chelyabinsk au Oural du Sud.

La mine Campbell à Bisbee, comté de Cochise en Arizona, aux États-Unis montre de beaux échantillons de chaux vive nommée ici, comme en Vieille Angleterre, quick lime.

Elle est associée à la calcite sur le gisement volcanique topotype autour du Vésuve en Italie. Elle est encore associée à la fluorellestadite, au périclase, à la magnésioferrite, à l'hématite, à la srebrodolskite, voire à l'anhydrite dans les mines de charbons après combustion in situ comme à Kopeysk en Russie.

Un grand nombre de minéralogistes reste ferme sur l'exclusion des matières minérales de synthèse, mais il semble évident que parfois l'art du chaufournier peut être remplacé par des phénomènes géologiques naturels de hautes températures.

Préparation et réactions caractéristiques de la matière chaux

L'oxyde de calcium ou chaux vive est obtenue par calcination à plus de 900°C des minéraux calcite ou aragonite de formule chimique CaCO₃ ou à défaut des roches calcaires ou craies qu'ils contribuent à former avec d'autres minéraux et impuretés. La pierre à chaux désigne communément 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 magnésienne ou dolomitique recelant un mélange (CaO, MgO) de chaux et de périclase est fabriquée.

Calcination

Par calcination du calcaire autour de 1000 °C (CaCO₃) on obtient de la chaux vive (Oxyde de Calcium : CaO) et un fort dégagement de dioxyde de carbone (CO₂). C'est une réaction de décarbonatation^[6].

Cette réaction s'accompagne d'une perte de masse pouvant aller jusqu’à 45 % et jusqu'à 15 % de son volume, correspondant à la perte en dioxyde de carbone selon la formulation chimique :

CaCO_{3 minéral ou roche} → CaO _solide + CO_{2 gaz}

En dehors du four de calcination du chaufournier traditionnel, il existe deux types de fours, les fours droits et les fours rotatifs. Les fours droits anciens, typiques d'un procédé batch étaient conçus pour l'empilement successif de couche de coke et de pierres à chaux. il n'avait au mieux qu'une capacité de quelques dizaines de tonnes. Les fours droits aux combustibles liquide type fuel ou gazeux type gaz naturel permettent un meilleur rendement thermique par récupération de chaleur et développe des capacités exceptionnels pour un procédé toujours discontinu, soient 150 à 500 tonnes par jour.

Les fours rotatifs ont un rendement thermique plus faible, mais une capacité de charge continue permettant une production de plus de mille tonnes par jour. L'alimentation de calcaire concassé s'opère en continu pour ne pas étouffer le four.

Extinction

La transformation de chaux vive en chaux éteinte s'effectue par ajout d'eau (H₂O). Cette opération d'extinction, conduite dans un hydrateur industriel, produit l'hydroxyde de calcium Ca(OH)₂, avec un fort dégagement de chaleur :

CaO + H₂O → Ca(OH)₂ + 1155 kJ / kg_CaO

Après transformation, l'augmentation du volume est de près de 30 %.

L'extinction peut être réalisée de différentes manières :

• arrosage superficiel des blocs de chaux vive, puis terminaison de la réaction à l'air ;
• immersion des blocs de chaux vive dans un grand volume d'eau puis terminaison de la réaction à l'air ;
• mélange eau-chaux dans un malaxeur avec contrôle de la réaction exothermique (dans l'industrie) ;
• immersion des blocs de chaux vive dans un grand volume d'eau puis terminaison de la réaction dans l'eau.

Dans les trois premiers cas on obtient une chaux en poudre (fleur de chaux, chaux grasse, CAEB, chaux éteinte…). Dans le dernier cas, la chaux éteinte produite prend l'apparence d'une pâte (chaux en pâte) que l'on pourra garder tant que l'on maintient en surface de l'eau limitant les échanges de dioxyde de carbone (donc de carbonatation).

La chaux en poudre correspond bien aux pratiques actuelles du bâtiment (dosage en volume, mélange à la bétonnière…).

La chaux en pâte permet l'obtention de mortiers plus "gras", moins sujets à la dessiccation rapide, des enduits ou des badigeons carbonatant plus vite et donc plus résistants. Par contre, son dosage est plus difficile, le mélange avec le sable plus délicat sauf à utiliser l'outillage adapté (malaxeur planétaire, rabot…). La meilleure carbonatation de la chaux en pâte a probablement comme origine le fait que l'extinction se faisant à l'abri de l'air, aucune carbonatation partielle anticipant la prise ne se produit. Par ailleurs, la finesse de la chaux obtenue, la présence de gels colloïdaux sont autant d'éléments qu'il faudrait étudier.

Carbonatation

La prise de la chaux dite aérienne s'effectue par carbonatation, c’est-à-dire en absorbant le dioxyde de carbone (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 sur plusieurs mois : la vapeur d'eau se lie avec le dioxyde de carbone atmosphérique pour former l'acide carbonique ; la chaux fixe le dioxyde de carbone contenu dans cet acide et se transforme en calcaire. Le résultat de cette opération est à nouveau du calcaire (CaCO₃).

Le mécanisme de prise par carbonatation de ce liant s'effectue en présence d'eau, d'où une maîtrise indispensable des conditions de mise en œuvre (humidification des supports, contrôle des conditions climatiques...).

Les différents types de chaux

La chaux vive

La chaux vive est simplement la chaux sortie du four à chaux. Elle prend l'apparence de pierres pulvérulentes en surface. Le principal constituant de la chaux vive est l'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 sur chantier où elle était éteinte ou transportée sur de longues distances dans des sacs, à l'abri de l'humidité.

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 les matières organiques riches en eau. En cas de mélange de grandes quantités de chaux vive et d'eau, la chaleur dégagée est telle que l'eau peut se mettre à bouillir et projeter de la chaux, qui est corrosive. Il est de ce fait conseillé d'utiliser des lunettes et des gants lors de la manipulation.
Il est recommandé de verser progressivement la poudre dans l'eau et non pas l'inverse.
Il est également recommandé de brasser le mélange eau/chaux vive tout au long de sa préparation, ceci afin de limiter les risques de projection.

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

La chaux vive est transformée en chaux éteinte par immersion dans l'eau. Cette immersion, provoque une dislocation, un foisonnement, ainsi qu'une forte chaleur (autrement dit la réaction est exothermique). Le résultat est une pâte, qui prend le nom technique de chaux éteinte, nom ancien de l'hydroxyde de calcium Ca(OH)₂. Le nom minéralogique correspondant à la matière naturelle est portlandite. Il s'agit d'une base chimique quasi-forte, peu corrosive et facile d'emploi, peu coûteuse et la plus utilisée pour les procédés industriels à grands développements massiques.

Cette matière, mêlée éventuellement à des agrégats est utilisée dans le bâtiment la confection d'enduits et de mortiers.

La présence d'argile associée au calcaire de calcination conduit à différents types de chaux : Il y a lieu de distinguer :

• chaux aérienne: le phénomène de cristallisation s'opère en présence d'air. Les chaux aériennes se répartissent en :
  • chaux grasses, obtenues à partir de calcaires très purs ou contenant de 0,1 à 1 % d'argile,
  • chaux maigres, obtenues à partir de calcaires contenant de 2 à 8 % d'argile,
• chaux hydrauliques: le phénomène de cristallisation s'opère aussi en milieu aqueux, obtenues à partir de calcaires 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 impropres à la confection de la chaux. À partir de 35 %, la roche devient tendre et friable, c'est une marne. À partir de 50 %, la marne devient plastique. Avec 65 % d'argile, elle devient une argile calcaire. Les argiles calcaires, impropres à la confection des chaux mêmes hydrauliques, seront employées calcinées et broyées, dans les ciments naturels (le ciment prompt, improprement appelé ciment romain), ou dans la préparation du clinker pour les ciments artificiels (Ciment Portland).

La dénomination chaux grasse/chaux maigre vient de ce que les chaux maigres augmentent peu de volume lorsqu'on les réduit à l'état de pâte tandis que les chaux grasses donnent un volume plus important, on dit qu'elles foisonnent beaucoup plus. De même les chaux grasses forment avec la même quantité de sable un mortier plus gras que lorsqu'on emploie des chaux maigres^[7].

Pendant longtemps on a appelé chaux maigres celles qui avaient la propriété de durcir dans l'eau et chaux grasses celles qui n'avait pas cette propriété. La distinction, chaux aérienne/chaux hydraulique est venue du fait que certaines chaux maigres ne sont pas hydrauliques^[7].

On appelle donc chaux grasse, celle qui donne un foisonnement considérable, chaux maigre, celle qui foisonne peu et qui ne durcit pas dans l'eau et chaux hydraulique, celle qui a la propriété de durcir dans l'eau. On donne aussi assez souvent le nom de chaux commune à la première de ces chaux.

L'usage erroné était jusqu'au XIX^e siècle que les chaux qui foisonnent peu à l'extinction étaient impropre à l'usage des mortiers.

En France, l'appellation conseillée par la norme NF EN 459-1 est CL-Q.

Pour avoir de la chaux hydraulique, il est nécessaire d'employer la quantité juste d'eau, afin de ne pas permettre la prise du matériau. La matière obtenue est sous forme de poudre blanche. Pour avoir de la chaux aérienne, la quantité d'eau ajoutée n'est pas limitée. Le produit obtenu est sous forme de pâte ayant un pH important et sa formule chimique est Ca(OH)₂.

La chaux aérienne

La chaux aérienne (chaux hydratée, chaux éteinte, chaux grasse, chaux maigre) est obtenue par hydratation de chaux vive issue d'un calcaire très pur. On la trouve sous différentes appellations : chaux éteinte, CAEB (ancienne normalisation : chaux aérienne éteinte pour le bâtiment). L'appellation conseillée par la norme NF EN 459-1 est CL (Calcic Lime traduit par chaux calcique) pour les chaux contenant moins de 5 % d'oxyde de magnésium suivi d'un chiffre 90, 80 ou 70 indiquant le pourcentage de CaO.

Plus la teneur en oxyde de calcium est élevée, plus la chaux est dite grasse

La chaux aérienne sert depuis l'Antiquité à réaliser des mortiers pour la construction, des enduits et des badigeons sur les murs. Elle est aussi utilisée pour protéger les arbres fruitiers, ou lutter contre la putréfaction des cadavres en cas d'épidémie.

La chaux hydraulique

La chaux hydraulique (chaux maigre) est obtenue à partir de calcaire contenant 10 à 20 % d'argile qui lors de la calcination 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 (Natural Hydraulic Lime) suivi d'un nombre 2 ; 3,5 ou 5 indiquant son degré d'hydraulicité. Plus le nombre est grand, plus la chaux réagit avec l'eau. L'ancienne dénomination était XHN.

Plus une chaux est hydraulique, plus elle présente de résistance à la compression moins elle est plastique.

Sa masse volumique est d'environ 800 kg/m³.

Carbonatation de la chaux hydraulique

Le calcaire naturel est le plus souvent mélangés à des marnes et des argiles riches en éléments chimiques principalement la silice et aussi le fer, l'aluminium. Aux températures de cuisson (800 °C et 1 500 °C), le calcium se combine avec ces éléments pour former des silicates, des aluminates et des ferro-aluminates de calcium. Plus la température est élevée et le taux de silice important, moins elle contient de 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 molécules forment des hydrates insolubles. Les proportions d'alumine et de fer sont très faibles : dans les liants blancs, les teneurs en fer sont inférieures à 0,1 ou 0,2 %. La prise hydraulique est essentiellement due à la réaction entre le CaO et les silicates.

Les chaux hydrauliques font une première prise de type hydraulique représentant approximativement 30 % de la prise au moment de la mise en œuvre (on dit qu'elle "tire") puis une prise secondaire de type aérien c'est là que la chaux et les hydrates vont se carbonater au contact de l'air humide pour redonner le carbonate de calcium et la silice d'origine. La vitesse de carbonatation secondaire dans l'épaisseur est à peu près d'1 cm par an.

Autres types de chaux

La norme définit également la chaux NHL-Z. Ce sont des NHL contenant jusqu'à 20 % d'éléments pouzzolaniques ou hydraulique (ciment portland). ajouté après cuisson. Les chaux pouzzolaniques sont hautement hydrauliques leur permettant de faire prise même dans l'eau. Elles sont hydrofuges et ne sont pas à conseiller en construction pour les murs car les rendant imperméables.

Chaux hydrauliques artificielles HL. Ce sont des CL bâtardées au ciment portland. Elle est très riche en silicates de calcium hydrauliques.

Chaux magnésiennes (CaOMgO). L'appellation normalisé est DL ("Dolomitic Lime") suivi d'un chiffre 85, 80 ou 70 indiquant leur taux de CaO + MgO. Elles contiennent 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 obtenues 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 mélange de chaux et de soude, fort utile puisque la chaux entrave la déliquescence de la soude.

Production et notion d'usage en général, utilisations diverses

La production française de chaux vive s'est accru de 2,6 Mt ou millions de tonnes en 1958 à 4,87 Mt en 1981 en passant par 4,2 Mt en 1977. Elle n'atteint plus que 3 Mt en 2013, si on excepte 900 000 t de production intégrée. La sidérurgie explique la croissance et le déclin car elle consommait encore avant 1980 environ la moitié de la production en masse. La chaux est un fondant qui dans les anciens convertisseurs Bessemer, est nécessaire pour la fabrication de l'acier à partir de la fonte, puisqu'elle se combine aux impuretés acides nuisible à la qualité du métal final^[8]. Sa présence explique l'abondance des scories à base d'oxydes de silicium et de phosphore. Les autres procédés consomment de la chaux, par exemple 50 à 60 kg de chaux vive pour produire de l'acier avec du fer impur ou même le moderne convertisseur à oxygène, nécessitant alors 15 à 20 kg par tonne d'acier.

En 1981, l'industrie chimique représentait 1,12 Mt soit 23 % en masse, l'industrie sucrière 0,55 Mt, l'agriculture et l'ostréiculture 0,27 Mt, l'industrie des métaux non ferreux et les travaux sur les routes et voies de circulation 0,24 Mt chacune, le traitement des eaux 0, 20 Mt. L'industrie papetière atteint 0,06 Mt, alors que les secteurs des matériaux de constructions in situ (liants aériens et hydrauliques) et préfabriqués à l'usine (briques silico-calcaires et autres bétons cellulaires...) ne dépassent pas 0,04 Mt chacun. Il faut encore compter les traitements de fumées industrielles, notamment l'élimination de SO₂ et des usages divers représentant plus de 0,18 Mt.

Utilisations de la chaux

Les usages de la chaux sont nombreux. En France, son usage 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 : appareils d'anesthésie et respiratoires de secours ;
• Alimentation.

Corps chimique basique, à coût modeste, d'emploi facile en milieu aqueux, la chaux vive est depuis l'époque antique pour les travaux de fortifications, comme en témoigne la semelle de chaux marquant l'enceinte du Camp d'Affrique il y a plus de 2500 ans, ou de soubassement de bâtiments, de routes, de voies. La chaux vive déshydrate fortement le sol et réagit avec les argiles, contribuant ainsi à stabiliser les sols. Aujourd'hui, la chaux est employée en mélange avec des revêtements bitumineux sur les routes. Sa propriété de « floculation » est utilisée dans les travaux publics, il s'agit ici de transformer l'argile (consistance plastique, souple, instable) en matière grumeleuse plus résistante à la compression des sols. À cette action vient s'adjoindre l'effet de consommation d'eau interstitielle. Ce faisant, la teneur en eau des sols trop humides est rabaissée afin d'atteindre le plus souvent l'Optimum Proctor. Cette propriété est également utilisée dans le monde agricole.

Dans l'industrie chimique, un de ses débouchés anciens à la Belle Époque était le carbure de calcium, matière première synthétique du gaz acétylène, à l'origine de l'éthylène, mais aussi de la cyanamide calcique et d'une filière d'engrais. Les procédés pétroliers, notamment ceux partant du gaz naturel méthane, ont éclipsé cette ancienne voie de synthèse. Il reste la fabrication chimique, de carbonate de calcium en poudre très fine de haute pureté, employé comme charge dans l'industrie du papier. Le procédé Solvay de fabrication du carbonate de soude, les synthèses de l'hypochlorite de calcium, du glycérol, de l'oxyde de propylène ont recours à la chaux.

Les impuretés minérales et organiques des mélasses ou jus sucrés, de l'industrie sucrière partant de la canne à sucre ou de moins en moins de la betterave sont précipités par de la chaux. Les filières nécessitent en principe 150 kg de chaux par tonne de sucre brute, mais la filière canne à sucre parvient par économie drastique et récupération à limiter cet usage à 3 kg par tonne de sucre. La filière betterave est plus gourmande, avec 25 kg par tonne de betterave. Des fours à chaux caractérisent cet industrie, réclamant un de ses sous-produits, le dioxyde de carbone.

Les amendements agricoles peuvent utiliser une à cinq tonnes de chaux magnésienne, soit un mélange de CaO et MgO, par hectare. L'usage en agriculture de la chaux magnésienne ou dolomitique, permet d'amender les sols acides en apportant également l'oligoélément magnésium, au contraire de la chaux calcique qui reste toutefois la plus utilisée. Les chaux utilisées par l'agriculture sont ainsi toujours sous forme d'oxyde de calcium, ou d'oxyde de calcium combiné à l'oxyde de magnésium. Notez que cet amendement est à utiliser modérément sur les sols argileux car il contribue à durcir, voire à stériliser les sols. Le rôle de l'ion calcium dans le complexe argilo-humique est déjà tenu par le fer.

En plus d'être un amendement calcique et magnésien, le chaulage permet également la destruction des micro-organismes pathogènes contenus dans les effluents d'élevage qui sont acides par nature. La base OH- associée au calcium qui arrive soudainement dans le milieu provoque une augmentation superficiel du pH qui détruit ces organismes. Le plus souvent, l'agriculture raisonnée utilise pour amender les terrains du simple calcaire non cuit, soit du carbonate de calcium, vulgairement appelé « carbonate de chaux ». Le mode d'action est plus lent que celui de la chaux calcinée. Cela provient du fait que l'acidité du terrain constatée doit dégrader le produit avant que celui-ci ne devienne un oxyde et puisse développer la base associée recherchée. Il ne peut garantir une bonne efficacité agronomique que s'il est suffisamment fin pour se solubiliser correctement. L'avantage à l'utilisation de carbonate de calcium est d'ordre économique, car il coûte moins cher à l'utilisateur, et écologique, car il ne détruit pas les organismes utiles du sol. Dans l'absolu, son pouvoir neutralisant est, à quantité égale, très inférieur à celui de la chaux vive.

En ostréiculture, la chaux permet de former un enduit désinfectant pour couvrir des tuiles, fixant le naissain d'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. Encore en 1980, la fabrication d'aluminium,en particulier l'attaque de la bauxite dans le procédé Bayer, réclamait massivement de la chaux éteinte Ca(OH)₂, transformée en hydrogénocarbonate de calcium Ca(HCO₃)avant d'être régénéré par une lessive de soude. L'eau de mer ou les saumures de traitement de minerai-sel de potasse peuvent être traitées par la chaux basique. Le chlorure de magnésium précipite par exemple en hydroxyde de magnésium, qui, purifié, peut être réduit en magnésium.

La chaux est un agent de blanchiment dans la pâte à papier. Le procédé Kraft au sulfure de sodium nécessite aussi du carbonate de sodium, vite épuisé au cours du procédé mais régénéré par la chaux vive, pour séparer la cellulose du bois ou des matières premières cellulosiques. Il faut ainsi 270 kg de CaO pour fabriquer une tonne de papier Kraft.

La chaux est un matériau réfractaire, bien connu depuis l'Antiquité. L'addition d'une fraction molaire, de l'ordre de 10 à 15 %, à la zircone ZrO2 cubique joue un rôle stabilisant pour la morphologie cubique à haute température.

Il existe également d'autres usages très divers de la chaux.

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

L'ajustement du potentiel hydrogène ou pH, l'éventuel précipitation d'hydroxydes métalliques, la capacité d'agglomération de certains matériaux par « floculation ». voire la décarbonatation par précipitation de CaCO₃ ou la destruction des germes justifient son emploi dans le traitement des eaux, le plus souvent sous forme de chaux vive.

Dans le traitement des eaux usées et des effluents, un ajout de chaux neutralise l'acidité et stabilise les boues. Dans les incinérateurs elle est utilisée pour neutraliser les fumées acides chargées en soufre et/ou en chlore.

Elle est une matière essentielle dans le contrôle de la pollution de l'air et de l'eau.

Utilisation comme absorbeur de dioxyde de carbone

Les propriétés d'absorption du dioxyde de carbone par la chaux ont été utilisées dans les appareils respiratoires dits en circuit fermé pour épurer le gaz expiré du dioxyde de carbone et permettre sa ré-inhalation après un éventuel apport d'oxygène à très faible débit. Ces techniques sont utilisées en médecine (anesthésie en circuit fermé), dans des appareils respiratoires utilisés en milieux de gaz dangereux. Les activités sous-marines (plongée et sous-marins) utilisent également la chaux comme absorbeur de dioxyde de carbone. La chaux hydratée est mélangée à d'autres composés chimiques comme la soude (NaOH) pour former la chaux sodée ou avec d'autres composés qui accélèrent la vitesse de réaction de la chaux. La présentation en grains poreux de quelques millimètres dans des récipients adaptés au passage des gaz augmente la surface d'échanges et permet l'absorption avec de faibles volumes de chaux facilement transportables. Un indicateur coloré permet une lecture rapide, à l'œil, de la quantité de chaux restante dans la cartouche.

Utilisation dans la décoration d'intérieur et d'extérieur

Les avantages d'un chaulage s'explique par les propriétés de la chaux :

• Antiseptique, elle désinfecte, assainit l'atmosphère.
• Elle laisse respirer les maçonneries donc réduit l'humidité et évite ainsi la condensation de l'eau.

Son rendu décoratif est exceptionnel, notamment un velouté unique à l'intérieur comme à l'extérieur. Une décoration en chaux est "vivante" : le matériau respire et ses moirages varient en fonction de l'hygrométrie ambiante. Enfin elle se patine et vieillit extrêmement bien.

Utilisation en cuisine et en ethnopharmacologie

La chaux a été utilisée pour la conservation d'aliments comme les œufs^[9].

La chaux (à raison de 0,1 % dans l'eau) est utilisée dans le trempage du maïs^[10] avant cuisson afin de ramollir ses téguments et d'en augmenter la teneur en calcium. En Amérique centrale et au Mexique, la chaux est ajoutée au maïs que l'on broie pour réaliser de la farine "nixtamalisée". Cette farine additionnée d'eau donnera la "masa" qui servira à constituer les différentes galettes de maïs ("tortillas", "nachos", "gorditas"...).

La chaux vive et la noix d'arec étaient des ingrédients dans la préparation du bétel par machâge et salivation.

Conditionnement et stockage

La chaux en poudre (hydraulique ou aérienne) est aujourd'hui conditionnée en sac de 15 kg ou 25 kg. Le stockage doit être fait dans un endroit sec.

La chaux aérienne se trouve aussi sous forme de pâte, en seau ou sac plastique de divers volumes. Recouverte d'une couche d'eau, sa conservation est quasi illimitée.

Mise en œuvre

Hydraulicité de la chaux

Le rapport des différents composants associés à l'argile et la part de Ca(OH)₂ définit l'indice d'hydraulicité donné par un nombre indiquant la résistance à la compression (après avoir fait prise) en MPa ou en kg/cm². Plus la chaux est hydraulique, moins elle est perméable à l'air et à l'eau.

Type de chaux

Type de chaux	pourcentage de chaux libre	pourcentage d'argile	indice d'hydraulicité	Temps de prise en jours	Résistance à la compression à 28 jours (kg/cm²)
CL 90	90	~0	0 ‑ 0,1	> 30
DL 85	85 (CaOMgO)	~0	0 ‑ 0,1	> 30
CL 80	80	~0	0 ‑ 0,1	> 30
DL 80	80 (CaOMgO)	~0	0 ‑ 0,1	> 30
CL 70	70	~0	0 ‑ 0,1	> 30
DL 70	80 (CaOMgO)	~0	0 ‑ 0,1	> 30
NHL 2	50	5 ‑ 8	0,1 ‑ 0,16	10 ‑ 25	20 ‑ 70
NHL 3,5		8 ‑ 14	0,16 ‑ 0,3	10 ‑ 15	35 ‑ 100
NHL 5	15	14 ‑ 20	0,3 ‑ 0,4	2 ‑ 4	50 ‑ 150
chaux éminemment hydraulique, clinker	< 2	20 ‑ 30	0,4 ‑ 0,5	<2	>150

La NHL 2 est utilisée lorsqu'on veut des mortiers très souples par exemple pour les enduits sur murs fragiles, en terre ou pierres tendres. Les NHL 3,5 et 5 sont surtout utilisées pour monter des murs, les enduits extérieurs, exécuter des chapes, poser du carrelage. Elles sont déconseillées sur supports fragiles car elle pourrait provoquer un arrachement du support. Elles peuvent également présenter une réaction non désirée avec le plâtre.

La chaux et ses dérivés

Aujourd'hui, soucieux de l'environnement, les entreprises trouvent dans la chaux une matière bien moins énergivore que d'autres liant. On utilise donc aujourd'hui de plus en plus la chaux dans les ciments, mortiers colle et autres applications.

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

Vocabulaire

Histoire

Le principe qui consiste à calciner ou « brûler » une pierre pour en extraire un composant meuble que l'on pourra reconstituer ensuite a probablement été d'abord découvert avec le gypse qui, en étant chauffé (à 120 °C), donne du plâtre. Ce matériau plus facile à obtenir a été découvert avant la chaux, mais des mélanges plâtre et chaux sont utilisés comme support de peinture murale en Égypte dès 2600 ans av. J.-C.

L'emploi de la chaux est attesté dès l'âge du bronze (environ 2000 ans av. J.-C.) sur certains sites archéologiques suisses. Des blocs de calcaire calcinés constituent ainsi le noyau interne des murailles de certaines places fortifiées.

Des constructions en chaux sont ensuite apparues, jusqu'à être utilisées dans toutes les constructions romaines, des habitations aux aqueducs en passant par les thermes. C'est d'ailleurs la chaux qui a donné son nom au calcaire, qui vient de l'adjectif latin calcarius, « qui contient de la chaux » et calx, calcis, la chaux. Les Romains obtenaient une sorte de chaux hydraulique en rajoutant de la pouzzolane ou des tuiles et des briques concassées.

Des nombreuses techniques d'application utilisées à l'époque romaine, ont traversé le Moyen Âge. Hormis le mortier de terre, le mortier de chaux est restée quasiment incontournable dans le bâti jusqu'à l'invention du ciment moderne, au milieu du XIX^e siècle. Il a rapidement remplacé la chaux dans toutes les constructions modernes en raison d'une rigidité plus importante et surtout d'un coût moindre : parpaings de ciment, béton...

Le XIX^e siècle s'intéresse à l'hydraulicité des chaux. On l'attribue d'abord erronément à l'oxyde de manganèse (Bergman, Louis-Guyton de Morveau) et ensuite à l'argile (Le Phare d'Eddystone) par John Smeaton, Saussure, Gratien-Vitalis et enfin Vicat). Louis Vicat est crédité en France de l'invention du ciment^[7]. Il ne dépose pas de brevet ; le brevet sur le Ciment Portland est déposé par l'Anglais Joseph Aspdin en 1824.

La chaux connaît au début du XXI^e siècle un regain d'intérêt. En effet le ciment est incompatible avec la maçonnerie de bâtis anciens en moellons, pierres de taille, torchis ou pisé. Le ciment étant un matériau rigide et imperméable à l'air, il ne convient pas à une maçonnerie traditionnelle qui nécessite de la souplesse et d'être perméable à la vapeur d'eau. La perméabilité à la vapeur d'eau permet à une maçonnerie de s'assécher. L'eau qu'elle absorbe par la pluie ou des remontées capillaires, peut s'évacuer par ses joints à la chaux alors que dans le cas d'un mortier au ciment, le mur ne peut pas s'assécher et conserve l'eau qu'il absorbe ce qui peut entraîner l'apparition de salpêtre, de mousses microscopiques, d'auréoles, de taches, et de coulures. Les crépis de façades anciennes réalisés au ciment pur ou au ciment bâtard (mélange de chaux et de ciment) nécessitaient la pose d’un grillage de renfort car le crépis de ciment finissait assez vite par se décoller de son support en matériaux anciens. Les nombreux désordres du bâti engendrés par de tel crépis ont fait rapidement revenir les maçons vers les crépis de façade à la chaux. L’usage du ciment doit être réservé uniquement à la mise en œuvre de matériaux eux-mêmes en ciment : parpaing de ciment, carrelage...

Cette redécouverte de la chaux comme matériaux de construction s’accompagne de la redécouverte de son usage à la fois protecteur et décoratif des supports. Elle est utilisée pure en badigeon, éventuellement additionnée d’un fixatif naturel (par exemple la caséine) ou artificiel (résines synthétiques), en tadelakt (seul badigeon à la chaux qui soit imperméable) ou est présente dans divers recettes de peintures dites "à la chaux".

Notes et références

Bibliographie

• Robert Perrin, Jean-Pierre Scharff, Chimie industrielle, Masson, Paris, 1993, 1136 p. en deux tomes avec bibliographie et index (ISBN 978-2-225-84037-1) et (ISBN 978-2-225-84181-1).

Voir aussi

Articles connexes

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 caractéristiques
• (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

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