La chaux.

- La Chaux est le nom donné à une matière obtenue par combustion du calcaire et utilisée depuis l'antiquité. C'est chimiquement un oxyde de calcium avec plus ou moins d'oxyde de magnésium, mais la désignation usuelle de chaux peut englober différents états chimiques de ce produit. On les distingue surtout dans le langage familier à partir de leurs utilisations en construction :

• La chaux vive est le produit direct de la combustion du calcaire, essentiellement de l'oxyde de calcium (CaO).
• La chaux aérienne, ou chaux éteinte, est obtenue par la réaction de la chaux vive avec de l'eau. Elle est constituée en particulier d'hydroxyde de calcium (Ca (OH) 2) et on la dit aérienne car elle réagit avec le CO2 de l'air.
• La chaux hydraulique est constituée en plus de silicate et d'aluminate car elle provient à l'origine de calcaire moins pur. Elle est désignée hydraulique parce qu'elle durcit en présence d'eau.
• Enfin, la chaux sert à désigner aussi le matériaux "ayant fait prise". Quoique ce ne soit que le liant on parle d'un mur en chaux, mais chimiquement la chaux en question est surtout redevenue du calcaire (CaCO3).

Historique.

- La chaux est employée depuis l'antiquité tant par les Chinois que par les Grecs ou les Romains. Communément utilisée, la chaux tout progressivement supplantée au début du siècle par les ciments artificiels, dont la résistance et la prise ouvrirent la voie aux grandes réalisations modernes. La chaux fut pratiquement oubliée.

- Aujourd'hui , la chaux aérienne éteinte pour le bâtiment, conforme à la norme en vigueur NFP 15311 est commercialisées en sacs à l'état pulvérulent. D'utilisation aussi simple que celle des liants hydrauliques, la chaux aérienne éteinte offre de nombreux avantages, en particulier pour la restauration.

- Le principe qui consiste à brûler une pierre pour en extraire un composant meuble qu'on pourra reconstituer ensuite a certainement été en premier lieu découvert avec le gypse, qui en brûlant (a 150°) 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 avant JC.

- Des constructions en chaux sont ensuite apparues, jusqu'à devenir inévitables dans l'ensemble des constructions romaines des habitations aux aqueducs en passant pas les thermes. C'est d'ailleurs la chaux qui a donné son nom au calcaire, qui vient de “calcarius”, littéralement «qui contient de la chaux».

- Des nombreuses techniques d'application utilisées à l'époque romaine, peu ont traversé le Moyen Age.

- L'utilisation de la chaux est néanmoins restée presque inévitable dans le bâti jusqu'à la découverte du ciment au milieu du dix neuvième siècle. Il a rapidement remplacé la chaux dans l'ensemble des constructions modernes en raison d'une rigidité plus importante.

- La chaux connait au début du 21ème siècle un regain d'intérêt, dû surtout à une certaine incompatibilité constatée entre le ciment (rigide et étanche) et le bâti ancien (d'avant la construction au ciment) plutôt souple et poreux. La redécouverte de l'efficacité de certaines techniques anciennes, associée à l'évolution technique des matériaux vers plus de perméance n'est peut être pas étrangère non plus à ce phénomène.

La chaux vive.

- La chaux vive est un produit potentiellement dangereux, essentiellement employé dans l'industrie et l'agriculture. Hydrophile, elle est utilisée pour assécher, détruire les matières organiques riches en eau. Le principal constituant de la chaux vive est l'oxyde de calcium, qui a pour formule CaO.

- Après apport d'eau, elle devient la chaux éteinte Ca (OH) 2 (portlandite) utilisée dans le bâtiment pour la maçonnerie et la réalisation d'enduits : chaux grasse ou chaux aérienne, chaux hydraulique naturelle.

L'hydratation de la chaux vive.

- Mise en contact avec de l'eau, il se produit une réaction particulièrement exothermique. Cette étape est indispensable à l'obtention de chaux éteinte, qu'elle soit aérienne ou hydraulique.

- Dans le cas de la chaux hydraulique, il est indispensable d'employer la quantité juste d'eau, pour ne pas permettre la prise du matériau. Dans le cas de la chaux obtenue à partir de calcaire pur (chaux aérienne), la quantité d'eau n'est pas limitée.

- Quand la quantité d'eau ajoutée est juste suffisante pour obtenir la réaction d'extinction, c'est-à-dire d'hydratation de la chaux, on obtient une poudre blanche. Si la quantité d'eau est plus importante, on obtient une pâte blanche qui peut se dissoudre à des pH plus importants.

La chaux aérienne.

- La chaux aérienne est obtenue à partir de calcaire particulièrement pur. On la trouve sous différentes appellations : CÆB (ancienne normalisation : Chaux Aérienne Éteinte pour le Bâtiment), remplacée par CL : Calcique Lime, chaux éteinte, etc. C'est de l'hydroxyde de calcium Ca (OH) 2.

- 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.

- Le cycle de la chaux aérienne

- Représentation d'un four à chaux en 1906 Leçons élémentaires de chimie de l'enseignement secondaire des jeunes filles.

- L'emploi de la chaux est attesté dès l'âge du Bronze (environ 2000 ans avant l'ère chrétienne) sur certains sites archéologiques suisses. Des blocs de calcaire calcinés forment ainsi le noyau interne des murailles de certaines places fortifiées.

Calcination.

- Par calcination du calcaire aux environs de 900 °C (CaCO3) on obtient de la chaux vive (Oxyde de Calcium : CaO) et un fort dégagement de gaz carbonique (CO2) : La réaction s'accompagne d'une perte de poids d'environ 45 %, correspondant à la perte en gaz carbonique selon la formulation chimique suivante :

- CaCO3 → CaO + CO2

Extinction.

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

- CaO + H2O → Ca(OH)2 + 1155kj/kgCaO

- 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, CÆB, chaux éteinte…), dans le dernier cas la chaux éteinte produite prend l'apparence d'une pâte (chaux en pâte) qu'on pourra garder tant qu'on maintient en surface de l'eau limitant les échanges de gaz carbonique (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 par conséquent plus résistants. Par contre, son dosage est plus complexe, 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 certainement comme origine le fait que l'extinction se faisant à l'abri de l'air, aucune carbonatation partielle anticipant la prise ne se produit. D'autre part, la finesse de la chaux obtenue, la présence de gels colloïdaux sont tout autant d'éléments qu'il faudrait étudier.

Carbonatation de la chaux aérienne.

- La prise de la chaux aérienne s'effectue par carbonatation, c'est-à-dire en absorbant le gaz carbonique (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 gaz carbonique atmosphérique pour former l'acide carbonique ; la chaux fixe le gaz carbonique 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 s'effectue en présence d'eau, d'où une maîtrise indispensable des conditions de mise en œuvre (humidification des supports, contrôle des conditions climatiques… ).

Technologie de la chaux aérienne éteinte.

- La chaux est un produit naturel résultant de la cuisson d'un calcaire relativement pur à une T°C comprise entre 900 et 1 000°. L'oxyde de calcium CaO obtenu est hydraté, par addition d'eau pour obtenir l'hydroxyde de calcium Ca(OH)², appelé couramment fleur de chaux, chaux éteinte. Dans le domaine concerné, l'appellation correct est : chaux aérienne éteinte pour le bâtiment.

Terminologie succincte des liants.

- Un exemple d'application de la chaux dans le bâtiment : une maçonnerie respectant les traditions avec un enduit à la chaux.

- Les usages de la chaux aérienne sont nombreux. En France, son usage se répartit ainsi :

Sidérurgie : à peu près 40 %,

Travaux publics, routes : à peu près 13 %,

Agriculture : à peu près 10 %,

Traitement des eaux : à peu près 10 %,

Construction, bâtiment : à peu près 3 %

Absorption du gaz carbonique : appareils d'anesthésie et respiratoires de secours.

Chaux aérienne éteinte pour le bâtiment.

Chaux hydraulique naturelle.

Liant à maçonner.

Ciments portlands et autres.

Dans notre notice, le terme “chaux” s'applique à la chaux aérienne éteinte pour le bâtiment NORME NFP 15311 : C.A.E.B. commercialisée en sacs de 25kg à l'état pulvérulent sous la marque CHAUBAT.

Utilisation dans l'agriculture.

- Pour l'agriculture on utilise de la chaux magnésienne, ou dolomitique, qui amende les sols acides en apportant du magnésium. On utilise, le plus fréquemment, de la chaux calcique. Les chaux utilisées par l'agriculture sont toujours sous forme d'oxyde de calcium, ou d'oxyde de calcium combiné à l'oxyde de magnésium. Cet amendement est à utiliser modérément sur les sols argileux. 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 aussi la destruction des micro-organismes pathogènes contenus par les effluents d'élevage qui sont acides par nature. La base OH- associée au calcium qui arrive soudainement dans le milieu provoque une augmentation rapide du pH. Ainsi ces organismes sont détruits.

- Le plus fréquemment, l'agriculture utilise aussi du calcaire non cuit pour amender les terrains. C'est du carbonate de calcium, vulgairement nommé “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 doit dégrader le produit avant que ce dernier 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 avant tout d'ordre économique, car il coute moins cher à l'utilisateur. Dans l'absolu, son pouvoir neutralisant est , à quantité identique, particulièrement inférieur à celui de la chaux vive.

Utilisation dans l'industrie.

- Utilisation dans l'industrie, dans le traitement des eaux, dans le traitement des fumées.

- La chaux aérienne est beaucoup utilisée dans l'industrie, le plus fréquemment sous forme de chaux vive, on utilise sa capacité d'agglomération de certains matériaux on parle de «floculation».

- En sidérurgie, l'ajout de chaux dans le métal en fusion permet l'extraction de certaines impuretés. Dans le traitement des eaux usées, on stabilise les boues.

- Dans les incinérateurs elle est utilisée pour neutraliser les fumées acides chargées en soufre et/ou en chlore.

Utilisation dans les travaux publics.

- La chaux aérienne est aussi utilisée dans la réalisation des routes ou des chemins, le plus fréquemment sous forme de chaux vive. Comme dans l'industrie, on utilise sa propriété de «floculation», il s'agit ici de transformer l'argile (consistance plastique, souple, instable) en matière grumeleuse plus résistante à la compression des sols. Cette propriété est aussi utilisée dans le monde agricole.

Utilisation comme absorbeur de gaz carbonique.

- Les propriétés d'absorption du gaz carbonique (dioxyde de carbone) par la chaux ont été utilisées dans les appareils respiratoires dits “en circuit fermé” pour épurer le gaz expiré du gaz carbonique et permettre sa ré-inhalation après un éventuel apport d'oxygène à particulièrement 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 aussi la chaux comme absorbeur de gaz carbonique. 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 aisément transportables.

La chaux hydraulique.

- La chaux hydraulique est obtenue à partir de calcaire contenant des silicates, aluminates, des composés de magnésium. La chaux hydraulique la plus courante provient de la calcination de calcaire mêlé d'argile. Elle fait prise, en quelques heures, au contact de l'eau, d'où son appellation.

Carbonatation de la chaux hydraulique.

- Le calcaire naturel est le plus fréquemment mélangés à des marnes et des argiles riches en éléments chimiques essentiellement 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.

- Au contact de l'eau, lors de l'extinction de la chaux vive, et en particulier au cours de la mise en œuvre des mortiers, ces molécules forment des hydrates insolubles. Les proportions d'alumine et de fer sont particulièrement faibles : dans les liants blancs, les teneurs en fer sont inférieures à 0, 1 ou 0, 2%. La prise hydraulique est principalement due à la réaction entre le CaO et les silicates.

- C'est après la mise en œuvre 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. C'est la partie aérienne de la prise.

- Le rapport entre différents composants associés à l'argile et la part en chaux définit l'indice d'hydraulicité.

Précautions.

- 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 par conséquent 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 aussi recommandé de brasser le mélange eau/chaux vive tout au long de sa préparation, ceci pour limiter les risques de projection.

— Michaud Jacky 2019/03/02 15:54