Chaux (matière)

Lachauxest un corps chimiqueminéral, l'oxyde de calciumde formule brute CaO. Référencée officiellement en 1935 dans le champ de laminéralogie, c'est uncristal à maille cubique(ou isométrique) qui fait partie du groupeisostructurelFm3m dupériclaseMgO. On l'observe dans la nature dans des conditions rares et très particulières, car la chaux est très réactive, notamment avec l'eau. Il est possible d'en observer en petites masses blanches avec leséjectastransformés à haute température parmi leslavescommunes sur les flancs des formations volcaniques, par exemple sur leVésuveen Italie.
Le termedésigne surtoutune matière obtenue parcalcinationducalcaire. Facilement poudreuse et hydrophile, de couleur blanche ou blanchâtre, sèchealcalineet fortementbasique, elle est fabriquée depuis l'Antiquité, autrefois artisanalement dans unfour à chaux, puis industriellement dans divers fours modernes. C'est l'un des produits manufacturés les plus communs de l'industrie. Lechaulageest l'apport de chaux ou un traitement spécifique à la chaux. Elle est utilisée notamment dans la construction (commeliantou commerevêtement décoratif) et commeamendement agricole. En métallurgie dufer(sidérurgie) et de nombreux métaux non ferreux, la chaux, matériau à propriétésréfractaireset qui agit commefondant, est à la base de la chimie de l'élémentcalciumet est utilisée tant dans le traitement des minerais que dans l'élaboration des produits.
D'un point de vue chimique, la matière fabriquée par l'industrie est unoxydede calcium associé à une quantités variables d'oxyde de magnésiumet à des impuretés à base de carbonates et d'hydroxydes de calcium ou magnésium, d'argiles, de divers silico-aluminates,etc.Ainsi la désignation usuelle et traditionnelle de la matière chaux peut englober différents corps chimiques proches de ce premier produit. On les distingue dans le langage courant, par exemple, selon leurs utilisations anciennes et spécifiques dans la construction ou le bâtiment :
La chaux dolomitique ou chaux magnésienne est elle aussi utilisée depuis l'Antiquité, et est à base dedolomie.
La production de la chaux a longtemps été abandonnée aux maçons et aux chaufourniers. Les fours à chaux étaient d'ailleurs souvent attenants au chantier de construction. La dénomination traditionnelle des chaux est donc essentiellement liée à l'usage qui en a été fait dans lesmortiers de chaux. La chimie y a superposé ses dénominations modernes.
La « chaux vive » est simplement la chaux sortie dufour à chaux. Elle prend l'apparence de pierres pulvérulentes en surface. Traditionnellement, le principal constituant de la chaux vive est l'oxyde de calcium, qui a pour formule CaO que l'on obtenait avec des calcaires très purs, voire des marbres. La chaux vive était de préférence fabriquée à côté du chantier, elle pouvait être aussi 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.
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 (la réaction estexothermique). Le résultat est une pâte, qui prend le nom technique de «chaux éteinte», nom ancien de l'hydroxyde de calciumCa(OH)2, et qui pouvait être employée telle quelle dans les mortiers et les enduits.
L'usage erroné était jusqu'auXIXsiècle que les chaux qui foisonnent peu à l'extinction étaient impropres à l'usage des mortiers. La présence d'argile associée au calcaire de calcination, dans les mortiers qui se fabriquent après les découvertes deLouis Vicat, a conduit à de nouvelles dénominations de chaux.
Il y a lieu de distinguer :
La dénomination chaux grasse/chaux maigre est venue 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.
Pendant longtemps on a appelé « chaux maigres » celles qui avaient la propriété de durcir dans l'eau et « chaux grasses » celles qui n'avaient pas cette propriété. La distinction, chaux aérienne/chaux hydraulique est venue du fait que certaines chaux maigres ne sont pashydrauliques.
On appelle doncchaux grasse, celle qui donne un foisonnement considérable,chaux maigre, celle qui foisonne peu et qui ne durcit pas dans l'eau etchaux hydraulique, celle qui a la propriété de durcir dans l'eau. On donnait aussi assez souvent le nom dechaux communeà la première de ces chaux.
À partir de 5 % d'argile, on parle decalcaire 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 unemarne. À partir de 50 %, la marne devient plastique. Avec 65 % d'argile, elle devient uneargile calcaire. Les argiles calcaires, impropres à la confection des chaux mêmes hydrauliques, seront employées calcinées et broyées, dans les ciments naturels (leciment prompt, improprement appeléciment romain, ainsi que les premiersciments Portland), ou dans la préparation duclinkerpour les ciments artificiels (dits « ciments Portland »).
Encore finXVIIsiècle, on appelait « calcination » toute opération qui consistait à traiter par le feu une substance quelconque jusqu'à ce qu'elle ait perdu les matières décomposables ou volatiles qu'elle contenait. Les anciens chimistes croyaient en effet que les métaux chauffés au contact de l'air perdaient duphlogistiqueet redevenaient « à l'état de chaux » et de là donnaient à l'opération le nom de calcination ainsi qu'au résidu, le nom de « chaux ». Il sera reconnu plus tard qu'il s'agit d'oxydations. On donnait donc à la calcination deux objets: la production de chaux et de plâtre ainsi que la séparation des substances volatiles d'une substance qu'on veut isoler, comme dans la calcination des minerais.
Dans l'ancienne nomenclature chimique française, le terme « chaux » désignait l'élémentcalcium, surtout précisément lecationcalcium Ca, d'où les appellations aujourd'hui désuètes desels de chaux,sulfate hydraté de chaux(gypse),carbonate de chaux et de magnésie(dolomie), chlorure de chaux (chlorure de calcium),pectate de chaux(le précipité de l'acide pectiquepar le cation calcium),phosphate de chaux(phosphate de calcium),chaux fluatée(fluorineoufluorure de calcium),etc.
La chaux est de l'oxyde de calciumou de l'hydroxyde de calcium. C'est un matériau inorganique contenant du calcium, dans lequel des carbonates, des oxydes et hydroxydes prédominent. C'est aussi le nom de la matière minérale naturelle CaO qui se produit dans lesfeux de mine de charbonou dans les enclaves de calcaire altéré par leséjectasvolcaniques.
Selon laclassification minéralogique Dana, la suite de couples de chiffres caractéristiques 04.02.01.05 indique un simpleoxyde(04) de cation métallique divalent (02) appartenant au groupe isométrique et degroupe d'espaceFm3m ditgroupe de la périclase, dont la chaux est le cinquième membre, entre lapériclaseMgO, labunséniteNiO, lamanganositeMnO, lamontéponiteCdO et enpositions 6et 7, lawustiteFeO et lahongquiiteTiO.
Laclassification de Strunz04.AB.25 n'admet pas le septième membre, tout en ordonnant le groupe formé de manière différente, soit la bunsénite, la chaux, la montéponite, la manganosite, le périclase et la wüstite. Le minéral chaux se retrouve parfois abondant parmi les éjectas de matières calcaires au sein des volcans actifs ou soumis à métamorphose préalable.
Elle est également caractéristique desmines de charbonencombustion lente, comme àKopeïsk, près du bassin charbonnier russe deTcheliabinskdans le sud de l'Oural.
La mine Campbell àBisbee,comté de CochiseenArizona, 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'anhydritedans les mines de charbon après combustionin situcomme à Kopeïsk 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.
L'oxyde de calcium(CaO, chaux vive) est obtenu parcalcinationà environ900°Cdes minérauxcalciteouaragonitede formule chimique CaCO3ou à défaut desroches calcairesou craies qu'ils contribuent à former avec d'autres minéraux et impuretés. La «pierre à chaux» désigne communément la matière chauffée dans le four.
À noter qu'il existe des calcaires magnésiens oudolomiesde formule (Ca, Mg)CO3avec lesquels de la chaux magnésienne ou dolomitique recelant un mélange (CaO, MgO) de chaux et de périclase est fabriquée.
Parcalcinationdu calcaire (CaCO3) à environ900°C, on obtient de la chaux vive et un fort dégagement dedioxyde de carbone(CO2). C'est une réaction de décarbonatation. Cette réaction s'accompagne d'une perte massique pouvant atteindre 45 % et volumique jusqu'à 15 %, correspondant à la perte en dioxyde de carbone selon le schéma :CaCO3minéral ou roche→ CaOsolide+ CO2gaz
En dehors du four de calcination du chaufournier traditionnel, il existe deux types de fours, les fours droits et les fours rotatifs :
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+ 1 155kJ kgCaO
Après transformation, l'augmentation du volume est de près de 30 %.
L'extinction peut être réalisée de différentes manières :
Dans les trois premiers cas on obtient une chaux en poudre (fleur de chaux, chaux grasse, CAEB, chaux éteinte,etc.). 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 decarbonatation).
La chaux en poudre correspond bien aux pratiques actuelles du bâtiment (dosage en volume, mélange à la bétonnière,etc.).
La chaux en pâte permet l'obtention de mortiers plus « gras », moins sujets à la dessiccation rapide, des enduits ou desbadigeonscarbonatant 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,etc.). 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.
La prise de la chaux dite « aérienne » s'effectue parcarbonatation, c’est-à-dire en absorbant le dioxyde de carbone (CO2) présent dans l'atmosphère : d'où son nom de « chaux aérienne ». La réaction n'a lieu qu'en présence d'eau qui agit commecatalyseur. Une molécule d'eau se combine avec une molécule de CO2pour former de l'acide carbonique H2CO3qui réagira à son tour avec Ca(OH)2formant ainsi du calcaire (CaCO3) et libérant deux molécules d'eau :CO2+ H2O→ H2CO3Ca(OH)2+ H2CO3→ CaCO3+ 2 H2Osoit finalement :Ca(OH)2+ CO2→ CaCO3+ H2O
L'eau facilite en outre le déplacement des molécules de CO2jusqu'au cœur du mélange, pour que la prise soit complète. Cette réaction se produit sur des mois et même des années, et dépend de l'humidité du milieu, d'où une maîtrise indispensable des conditions de mise en œuvre (humidification des supports, contrôle des conditions climatiques,etc.), et la lente prise de solidité des ouvrages.
Le calcaire naturel est le plus souvent mélangé à desmarneset desargilesriches en éléments chimiques, principalement lasilice(SiO2) et aussi lefer, l'aluminium. Aux températures de cuisson (800°Cet1 500°C), lecalciumse combine avec ces éléments pour former dessilicates, desaluminateset desferro-aluminatesde calcium. Plus la température est élevée et le taux de silice important, moins elle contient de chaux libre (CaO), plus elle est hydraulique.
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 deshydratesinsolubles. 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'elles «tirent») puis une prise secondaire de type aérien : au cours de cette étape, la chaux et les hydrates vont se carbonater au contact de l'air humide pour reformer le carbonate de calcium et la silice d'origine. La vitesse de carbonatation secondaire dans l'épaisseur vaut environ un centimètre par an.
La chaux vive est simplement la chaux sortie dufour à chaux, c'est une chaux qui n'a pas été éteinte. 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.
Le nom minéralogique correspondant à la matière naturelle estportlandite. Il s'agit d'unebase chimique quasi-forte, peu corrosive et facile d'emploi, peu coûteuse et la plus utilisée pour les procédés industriels à grands développements massiques.
En France, l'appellation conseillée par la norme NF EN 459-1 estCL-Q.
La chaux vive est un produit potentiellement dangereux, principalement employé dans l'industrieet l'agriculture.Hydrophile, elle est utilisée pour assécher, détruire les matières organiques riches en eau.
En cas de mélange de grandes quantités dechaux viveet 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 recommandé de verser progressivement la poudre dans l'eau et non pas l'inverse, et d'utiliser des gants, et un masque protecteur du visage, ou au moins des lunettes, lors de la manipulation.
Il est également recommandé de brasser le mélange eau/chaux vive tout au long de sa préparation, ceci afin d'assurer la distribution la plus homogène possible de la chaleur dans le mélange. Cela permet de limiter le risque de formation de bulles de vapeur à la suite de l'ébullition locale et d'ainsi minimiser les risques de projections caustiques.
La chaux éteinte est obtenue après la réaction complète de la chaux vive avec de l'eau. Elle est appelée chaux aérienne ou chaux hydraulique selon sa capacité à faire prise sous eau, soit son hydraulicité.
Le rapport des différents composants associés à l'argile et la part de Ca(OH)2définit l'indice d'hydraulicitéde la chaux, donné par un nombre indiquant la résistance à la compression (après avoir fait prise) exprimée en MPa ou en kg/cm. Plus la chaux est hydraulique, moins elle est perméable à l'air et à l'eau.
Le grade NHL 2 est utilisé pour fabriquer des mortiers très souples, par exemple pour les enduits sur murs fragiles, en terre ou pierres tendres. Les gradesNHL 3,5et 5 sont surtout utilisés pour monter des murs, les enduits extérieurs, exécuter des chapes, poser du carrelage. Ils sont déconseillés sur supports fragiles car ils pourraient provoquer un arrachement du support. Ils peuvent également présenter une réaction non désirée avec leplâtre.
Lachaux aérienne(chaux hydratée, chaux éteinte, chaux grasse, chaux maigre) est obtenue par hydratation de chaux vive issue d'uncalcairetrès pur. Plus la teneur en oxyde de calcium est élevée, plus la chaux est dite « grasse ».
La chaux aérienne sert depuis l'Antiquitéà réaliser desmortierspour laconstruction, des enduits et desbadigeonssur lesmurs. Elle est aussi utilisée pour protéger lesarbres fruitiers, ou lutter contre laputréfactiondes cadavres en cas d'épidémie.
On la trouve sous différentes appellations : chaux éteinte, en France CAEB (ancienne normalisation : chaux aérienne éteinte pour le bâtiment). L'appellation conseillée par lanorme NF EN 459-1estCL(Calcic Limetraduit 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.
Lachaux hydraulique(chaux maigre) est issue decalcaire argileuxcontenant une proportion de 10 à 20 % d'argile, qui lors de lacalcinationdonne dessilicatesetaluminatesde calcium. Elle fait prise, en quelques heures, au contact de l'eau, d'où son appellation.
Il ne faut pas confondre la chaux hydraulique avec la chaux aérienne, qui contient quant à elle moins d’impuretés d'argile (environ 5 % contre 10 à 20 %).
Plus une chaux est hydraulique, plus elle présente de résistance à la compression, moins elle est plastique.
Sa masse volumique est d'environ800kg m.
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 élevé (~ 12,3) et sa formule chimique est Ca(OH)2.
L'appellation normalisée NF EN 459-1 estNHL(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.
La norme définit également les chaux degradeNHL-Z. Ce sont des NHL contenant jusqu'à 20 % d'élémentspouzzolaniquesou hydrauliques (ciment Portland) ajoutés après cuisson. Les chaux pouzzolaniques sont hautement hydrauliques, leur permettant de faire prise même dans l'eau. Elles sonthydrofugeset 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 normalisée estDL(Dolomitic Lime) suivi d'un chiffre (85, 80 ou 70) indiquant leur taux de CaO plus MgO. Elles contiennent du magnésium à raison de 5 % < MgO < 34 % pour les chaux magnésiennes et jusqu'à 34 % < MgO < 41,6 % pour leschaux dolomitiques. Elles sont obtenues parcalcinationde calcaire magnésien ou de dolomie. Après hydratation elles contiennent MgO ou Mg(OH)2.
Dans une autre catégorie, lachaux sodéeest un mélange de chaux et de soude, qui a comme principale propriété d'absorber le CO2. Lelait de chauxest une suspension de chaux éteinte (hydroxyde de calcium) dans l'eau.
Le blanc de chaux est un enduit à base de chaux éteinte étendue d'eau qui peut être utilisé pour l'échaudageou blanchiment des murs, pour deschaulagesou épandages de superficie en agriculture, pour le traitement des peaux, opération nommée « plamée » ou « chamoisage ».
Le principe qui consiste àcalcinerou « brûler » une pierre ou une roche plus ou moins compacte ou dure pour en extraire un composant meuble que l'on peut ensuite reconstituer, fait partie des découvertes liées aux premiers grands feux humains. Legypsechauffé à environ120°Cdonne duplâtre. Ce matériau plus facile à obtenir a probablement été découvert bien avant la chaux.Le premier usage attesté de la chaux date de l'Épipaléolithiqueau Proche-Orient, où elle est employée comme colle pour fabriquer de petits outils. LeNatoufienvoit son premier usage connu en architecture, mais limité aux revêtements (Eynan, Israël,9000av. J.-C.).Des sols enterrazzoincorporant de la chaux ont été construits dans les bâtiments duNéolithique précéramique(PPN A et B, environ9000à8000 av. J.-C.) enAnatolie, àÇayönüetNevalı Çori.
Des mélanges plâtre et chaux sont utilisés comme supports de peinture murale enÉgyptedès2600av. J.-C..
L'emploi massif de la chaux est attesté dès l'âge du bronze(environ2000av. J.-C.)sur des sites archéologiques suisses majeurs. Des blocs de calcaire calcinés par des chaufourniers expérimentés constituent le noyau interne des murailles decertaines places fortifiées.
Les enduits en chaux sont répandus dans le mondegrec ancien. La chaux est ensuite utilisée comme mortier dans les habitations, avec une grande maîtrise technique dans les constructions romaines de prestige, lesaqueducsen passant par lesthermes. C'est d'ailleurs la chaux qui a donné son nom à la roche «calcaire», mot latin qui est issu de l'adjectif latincalcarius, c'est-à-dire « qui contient de la chaux », d'ailleurs logiquement formé à partir du terme latin féminincalx, calcis, la chaux. Les Romains utilisent abondamment la chaux dans la construction à partir duIIIouIIsiècleav. J.-C.Ils l'utilisent aussi dans les revêtements, en développant une technique décrite parVitruvepour les enduits de fresques à sept couches de mortier : une première couche grossière, les trois suivantes chargées de sable, les trois dernières additionnées de marbre broyé.Ils obtenaient une sorte de chaux hydraulique en ajoutant de lapouzzolaneet/ou des tuiles et des briques concassées.
De nombreuses techniques d'application de la chaux et de maçonnerie, utilisées à l'époque romaine, ont traversé leMoyen Âge. Hormis lemortier de terre, le mortier de chaux demeure quasiment incontournable dans le bâti jusqu'à l'invention ducimentmoderne, au milieu duXIXsiècle.
Techniciens et scientifiques à la fin duXVIIIsiècle et au début duXIXsiècle s'intéressent à l'hydraulicitédes chaux. On attribue cette propriété d'abord erronément à l'oxyde de manganèse (Bergman, Louis-Guyton de Morveau) et ensuite à l'argile (lephare d'EddystoneparJohn Smeaton,Saussure,Gratien-Vitaliset enfinVicat). Ce dernier est crédité en France de l'invention du ciment au sortir des guerres napoléoniennes.Il ne dépose pas de brevet ; le brevet sur leciment Portlandest déposé par l'anglaisJoseph Aspdinen1824.
Le ciment 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,etc.
La mise en œuvre est très variable selon le type de construction et les exigences techniques imposées.
Lorsque l'équipe de maçons bâtissaità chaux et à sable, le choix de ces derniers matériaux était crucial. Prenons l'exemple de l'ancienne digue deHolyhead, petite île à proximité de la grandeîle d'Anglesey, auPays de Galles, construite de 1845 à 1863 pour un coût estimé de1,2 millionde livres sterling. Des variétés fines de sables collectés à Anglesey et une chaux hydraulique préparée avec le calcaire d'Aberthaw, au sud du Pays de Galles, s'étaient imposées pour ce vaste chantier reposant sur le socle dur précambrien, mais en milieu quasiment marin avec des horaires de labeur déterminées par lamaréeet une luminosité minimale.
La chaux connaît au début duXXIsiècle un regain d'intérêt. En effet le ciment est incompatible avec la maçonnerie de bâtis anciens enmoellons,pierres de taille,torchisoupisé. 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 lavapeur d'eau. Laperméabilitéà 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 ; avec un mortier au ciment, le mur ne peut pas s'assécher et conserve l'eau qu'il absorbe, ce qui peut entraîner l'apparition desalpêtre, de mousses microscopiques, d'auréoles, de taches, et de coulures. Lescrépisde 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 crépi de ciment se décolle assez vite de son support en matériaux anciens. Les nombreux désordres du bâti engendrés par de tels 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 :parpaingde ciment,carrelage,etc.
Cette redécouverte de la chaux commematériau de constructions’accompagne de la redécouverte de son usage à la fois protecteur et décoratif des supports. Elle est utilisée pure enbadigeon, éventuellement additionnée d’un fixatif naturel (par exemple lacaséine) ou artificiel (résines synthétiques), entadelakt(seul badigeon à la chaux qui soit imperméable) ou est présente dans diverses recettes depeintures dites « à la chaux ».
Les entreprises soucieuses de l'environnement trouvent dans la chaux une matière relativement moins énergivore que d'autresliants. On utilise donc aujourd'hui de plus en plus la chaux dans les ciments, mortiers-colles et autres applications.
En voici une liste :
Les avantages d'un chaulage s'expliquent par les propriétés de la chaux :
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.
La chaux apparaît comme unalcalifort disponible ou accessible entre les années 1830 et 1840. Il est possible aux malfrats de dérober de la chaux vive auxcantonnierssur le bord desroutescampagnardes ou des nombreuxchemins vicinaux. C'est pourquoi son usage irrationnel et démesurément polluant se généralise, et les historiens contemporains peuvent suivre les recensions des délits de « pêche à la chaux » de poissons, lesbraconniersavides n'hésitant pas à chauler des parties de rivières pour recueillir les poissons morts paralcalosefoudroyante.
La production française de chaux vive s'est accrue de 2,6Mtou millions de tonnes en 1958 à 4,87Mten 1981 en passant par 4,2Mten 1977. Elle n'atteint plus que 3Mten 2013, si on excepte 900ktde production intégrée. Lasidérurgieexplique la croissance et le déclin car elle consommait encore avant 1980 environ la moitié de la production en masse. La chaux est unfondantqui dans les anciensconvertisseurs Bessemer, est nécessaire pour la fabrication de l'acierà partir de lafonte, puisqu'elle se combine aux impuretés acides nuisible à la qualité du métal final. Sa présence explique l'abondance desscoriesà base d'oxydes de silicium et de phosphore. Les autres procédés consomment de la chaux, par exemple 50 à 60kgde chaux vive pour produire de l'acier avec du fer impur ou même le moderne convertisseur à oxygène, nécessitant alors 15 à 20kg td'acier.
En 1981, l'industrie chimique représentait 1,12Mtsoit 23 % en masse, l'industrie sucrière 0,55Mt, l'agriculture et l'ostréiculture 0,27Mt, l'industrie des métaux non ferreux et les travaux sur les routes et voies de circulation 0,24Mtchacune, le traitement des eaux 0,20Mt. L'industrie papetière atteint 0,06Mt, alors que les secteurs des matériaux de constructions in situ (liants aériens et hydrauliques) et préfabriqués à l'usine (briques silico-calcaires et autresbétons cellulaires) ne dépassent pas 0,04Mtchacun. Il faut encore compter les traitements de fumées industrielles, notamment l'élimination de SO2et des usages divers représentant plus de 0,18Mt.
Les usages de la chaux sont nombreux. EnFrance(2010), son usage se répartit approximativement de cette manière :
Corps chimique basique, à coût modeste, d'emploi facile en milieu aqueux, la chaux vive est utilisée depuis l'époque antique pour les travaux de fortifications, comme en témoigne la semelle de chaux marquant l'enceinte duCamp d'Affriqueil y a plus de 2 500 ans, ou de soubassement de bâtiments, de routes, de voies. La chaux vive déshydrate fortement le sol et réagit avec lesargiles, 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 laBelle Époqueétait lecarbure de calcium, matière première synthétique du gazacétylène, à l'origine de l'éthylène, mais aussi de lacyanamide calciqueet d'une filière d'engrais. Les procédés pétroliers, notamment ceux partant du gaz naturelméthane, ont éclipsé cette ancienne voie de synthèse. Il reste la fabrication chimique, decarbonate de calciumen poudre très fine de haute pureté, employé comme charge dans l'industrie du papier. Leprocédé Solvayde fabrication ducarbonate de soude, les synthèses de l'hypochlorite de calcium, duglycérol, de l'oxyde de propylèneont recours à la chaux.
Les impuretés minérales et organiques desmélassesou jus sucrés, de l'industrie sucrière partant de lacanne à sucreou de moins en moins de labetteravesont précipités par de la chaux. Les filières nécessitent en principe 150kgde chaux par tonne de sucre brute, mais la filière canne à sucre parvient par économie drastique et récupération à limiter cet usage à 3kgpar tonne de sucre. La filière betterave est plus gourmande, avec 25kgpar tonne de betterave. Des fours à chaux caractérisent cette industrie, réclamant un de ses sous-produits, ledioxyde de carbone.
La chaux est unagent de blanchimentdans lapâte à papier. Le procédé kraft ausulfure de sodiumnécessite aussi du carbonate de sodium, vite épuisé au cours du procédé mais régénéré par la chaux vive, pour séparer lacellulosedu bois ou des matières premières cellulosiques. Il faut ainsi 270kgde CaO pour fabriquer une tonne depapier kraft.
La chimie des métaux non ferreux, usant de la chaux, concerne l'obtention des métauxaluminium,magnésium,calcium,cuivre,zinc,plomb,or,argent,uranium. Encore en 1980, la fabrication d'aluminium, en particulier l'attaque de labauxitedans leprocédé Bayer, réclamait massivement de la chaux éteinte Ca(OH)2, transformée enhydrogénocarbonate de calciumCa(HCO3) avant d'être régénéré par une lessive de soude. L'eau de merou les saumures de traitement de minerai-sel depotassepeuvent être traitées par la chaux basique. Lechlorure de magnésiumprécipite par exemple enhydroxyde de magnésium, qui, purifié, peut être réduit en magnésium.
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 lazirconeZrO2cubique joue un rôle stabilisant pour la morphologie cubique à haute température.
Les amendements agricoles peuvent utiliser une à cinq tonnes de chaux magnésienne, soit un mélange de CaO et MgO, par hectare. L'usage enagriculturede la chaux magnésienne oudolomitique, permet d'amender les solsacidesen apportant également l'oligoélémentmagnésium, 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. Le rôle de l'ioncalciumdans lecomplexe argilo-humiqueest déjà tenu par lefer.
En plus d'être un amendement calcique et magnésien, lechaulagepermet également la destruction desmicro-organismespathogènescontenus dans leseffluentsd'élevage qui sont acides par nature. La base OH- associée au calcium qui arrive soudainement dans le milieu provoque une augmentation superficielle dupHqui détruit ces organismes. Le plus souvent, l'agriculture utilise pour amender les terrains du simple calcaire non cuit, soit ducarbonate 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.
Enostréiculture, la chaux permet de former un enduit désinfectant pour couvrir destuiles, fixant lenaissaind'huître.
L'ajustement dupotentiel hydrogèneou pH, l'éventuel précipitation d'hydroxydes métalliques, la capacité d'agglomération de certains matériaux par « floculation », voire la décarbonatation par précipitation de CaCO3ou 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 endioxyde de soufre(SO2) et/ou enacide chlorhydrique(HCl).
Elle est une matière essentielle dans le contrôle de la pollution de l'air et de l'eau.
Legaz de houille, premiergaz d'éclairage, était débarrassé du dioxyde de carbone (gaz non combustible) et du dangereuxsulfure d'hydrogènepar brassage avec de la chaux, procédé inventé parSamuel Cleggvers 1807.
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 desappareils respiratoiresutilisés 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 lachaux sodéeou 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'échange 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 restant dans la cartouche.
La chaux a été utilisée pour la conservation d'aliments comme les œufs.
La chaux (à raison de 0,1 % dans l'eau) est utilisée dans le trempage dumaïsavant cuisson afin de ramollir sestégumentset d'en augmenter la teneur encalcium. En Amérique centrale et au Mexique, la chaux est ajoutée au maïs que l'on broie pour réaliser de lafarine«nixtamalisée». Cette farine additionnée d'eau donnera la « masa » qui servira à constituer les différentes galettes de maïs (« tortillas », « nachos », « gorditas »,etc.).
La chaux vive et lanoix d'arecétaient et sont encore des ingrédients dans la préparation dubételpar mastication/mâchage et salivation.
La chaux en poudre (hydraulique ou aérienne) est aujourd'hui conditionnée en sac de 15kg, 25kgou 35kg. 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 à condition d'être contenue dans un emballage hermétique et étanche au dioxyde de carbone afin de ne pas se carbonater prématurément au contact du CO2présent dans l'air.