Maisons Paysannes de France
Délégation de la Moselle
Thomas Schuler, professeur de physique chimie
Mars 2011
1 La chimie des chaux aériennes
Le principe qui consiste à « brûler », calciner 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 150 °C), donne du plâtre. Ce matériau plus facile à obtenir a été découvert avant la chaux, mais des mélanges de plâtre et de chaux sont utilisés comme support de peinture murale en Égypte dès 2600 ans avant J.-C
1 LA CALCINATION
Pour simplifier, on fait l’hypothèse d’une roche extrêmement pure, contenant 100% de carbonate de calcium CaCO3. Partant d’une roche calcaire plus ou moins pure, la première étape consiste en une calcination. A une température voisine de 900°C, le carbonate de calcium constituant la roche calcaire se décompose selon l’équation chimique ci-dessous :
CaCO3 = CaO + CO2
Cette réaction est théoriquement totale, c’est-à-dire que l’intégralité du carbonate de calcium initialement présent se décompose sous l’effet de la chaleur en oxyde de calcium CaO et dioxyde de carbone CO2. L’oxyde de calcium obtenu de formule chimique CaO est plus couramment appelé chaux vive. On obtient donc de la chaux vive à la sortie du four ; le dioxyde de carbone se dégage dans l’atmosphère.
Pour 100 grammes de roche au départ dans le four, on obtient seulement 56 grammes de chaux vive à l’issu de la calcination. Ci-dessous l’explication théorique.
Tableau d’avancement de la réaction chimique : Le seul réactif de cette réaction est le carbonate de calcium. Cette réaction fournit deux produits : la chaux vive et le dioxyde de carbone
Equation chimique CaCO3 = CaO + CO2
Etat initial n 0 0
Au cours de la transformation n-X X X
Etat final n-Xfinal = 0 Xfinal = n Xfinal = n
n représente la quantité de matière de CaCO3 présente au départ (n s’exprime en mole ; la mole est l’unité pour la quantité de matière en chimie) X est l’avancement. Ici, c’est la quantité de matière qui disparaît au fil de la réaction (côté réactif) ou qui apparaît (côté produits)
Lecture du tableau : La réaction étant totale, à l’état final tout le carbonate de calcium initialement présent a été transformé. Pour une molécule de CaCO3 qui disparaît, il se forme une molécule d’oxyde de calcium CaO et une molécule de dioxyde de carbone CO2.
Calcul de la masse d’oxyde de calcium (chaux vive) obtenue :
n(CaO)obtenue = n(CaCO3)initial
(égalité des quantités de matière disparue et apparue)
Pour connaître les masses correspondantes, il faut utiliser la formule de passage suivante :
n = m/M où n est la quantité de matière exprimée en mole, m est la masse en gramme, M est la masse molaire moléculaire en g/mole.
On arrive à : m(CaO)obtenue/M(CaO) = m(CaCO3)initial/M(CaCO3)
Ce qui donne : m(CaO)obtenue = m(CaCO3)initial x (M(CaO)/M(CaCO3)
Les masses molaires moléculaires de la chaux vive et du carbonate de calcium étant respectivement égales à :
M(CaO) = 56 g/mol et M(CaCO3) = 100 g/mol
On obtient finalement :
m(CaO)obtenue = m(CaCO3)initial x 56/100
La masse de chaux vive obtenue ne représente que 56% de la masse de roche au départ ; en d’autres termes, il y a une perte de l’ordre de 44% au cours de la calcination du au dégagement de dioxyde de carbone dans l’atmosphère.
2. L’EXTINCTION
La chaux vive obtenue n’est pas utilisable directement pour confectionner un mortier. C’est une matière extrêmement avide d’eau, et à son contact l’hydratation entraîne une augmentation de volume et un fort dégagement de chaleur. Industriellement, à la sortie du four, la chaux vive est concassée puis tamisée ; elle a alors l’aspect d’une poudre blanche. On ajoute la quantité d’eau juste nécessaire à l’extinction, puis un second tamisage est réalisé avant de conditionner la chaux éteinte en sacs prêts à être commercialisés. Pour ainsi dire plus personne ne réalise soi-même l’extinction de la chaux vive. Seuls les Anciens avaient recours à cette étape, la chaux vive étant vendue en l’état et devait être éteinte sur place.
La chaux, même éteinte, est irritante pour la peau, les yeux et les voies respiratoires. Un contact prolongé entraîne des brûlures. L’idéal est de porter des gants étanches, et des lunettes, ainsi qu’un masque pendant le gâchage. Ces consignes de sécurités s’appliquent d’autant plus avec la chaux vive.
L’extinction peut être modélisée par cette équation chimique :
CaO + H2O = Ca(OH)2
C’est également une réaction totale, c’est-à-dire que chaque goutte d’eau ajoutée va transformer la chaux vive en chaux éteinte, et ce jusqu’à complète disparition de la chaux vive au profit de la chaux éteinte. Si on ajoute ensuite de l’eau en excédent on obtient de la chaux en pâte, et non plus en poudre. La réaction est très exothermique (libération de chaleur).
Si l’extinction est réalisée manuellement, des projections peuvent être extrèmement dangereuses pour les yeux, le pH du mélange étant fortement basique. Il faut porter des lunettes de protection.
Tableau d’avancement de la réaction chimique :
Les deux réactifs sont l’oxyde de calcium CaO (chaux vive) et l’eau H2O.
Le produit obtenu est de l’hydroxyde de calcium Ca(OH)2, plus communément appelé chaux éteinte.
Equation chimique CaO + H2O = Ca(OH)2
Etat initial n(CaO)initial n(H2O)initial 0
Au cours de la transformation n(CaO)initial-X n(H2O)initial- X X
Etat final n(CaO)initial-Xfinal = 0 n(H2O)initial- Xfinal = 0 Xfinal = n(CaO)initial
n (CaO)initial, représente la quantité de matière de chaux vive présente au départ
n (H2O)initial, représente la quantité de matière d’eau présente au départ
Lecture du tableau
Pour une molécule d’oxyde de calcium (chaux vive) et une molécume d’eau qui disparaissent, il se forme une molécule d’hydroxyde de calcium (chaux éteinte).
Calcul de la juste quantité d’eau nécessaire à l’extinction :
Si on veut ajouter la juste quantité d’eau, il faut que :
n (CaO)initial = n(H2O)initial
(égalité des quantités de matière introduites)
En passant aux masses correspondantes :
m (CaO)initial / M(CaO) = m(H2O)initial / M(H2O)
Ce qui donne :
m (H2O)initial = m(CaO)initial x M(H2O) / M(CaO)
Les masses molaires moléculaires de la chaux vive et de l’eau étant respectivement égales à :
M(CaO) = 56 g/mol et M(H2O) = 18 g/mol
On obtient finalement :
m (H2O) initial = m(CaO)initial x (18/56) = m(CaO)initial x 32/100
Industriellement, pour obtenir de la chaux éteinte, il suffit d’ajouter environ 32 grammes d’eau pour 100 grammes de chaux vive au départ. Cette opération est contrôlée précisément dans un hydrateur. La chaux éteinte est au final une poudre sèche, utilisable dans un mortier.
Dans la pratique, si l’extinction est faite de façon traditionnelle, la chaux vive est mise en contact d’une plus grande quantité d’eau. On attend quelques heures pour que l’extinction soit complète, et le gonflement de la chaux terminé. Avec un excès d’eau, on est alors en présence d’une pâte qui pourra se conserver tant qu’elle sera à l’abri de l’air. (On laisse pour cela en surface une pellicule d’eau).
On travaille parfois volontairement avec de la chaux en pâte plutôt qu’avec de la chaux éteinte en poudre. On trouve de la chaux en pâte dans le commerce, mais on peut l’obtenir soi-même partant de la chaux en poudre.
Les avantages de la chaux en pâte sont :
- Une meilleure carbonatation par la suite, une fois l’enduit confectionné.
- Pas de carbonatation précoce de la chaux quand celle-ci est stockée dans son sac !
- L’enduit que l’on va obtenir est soumis au problème de dessiccation trop rapide pouvant entrainer des fissures.
- L’enduit obtenu est encore plus souple à travailler.
- On peut préparer la chaux en pâte à l’avance, et la mettre en œuvre le jour du chantier avec les copains venus donner un coup de main !
- On peut même utiliser le liquide surnageant qui protégeait la pâte pour faire des badigeons …
3. LA CARBONATION
La carbonatation est la dernière étape des transformations liées à la chaux. Elle intervient lorsque le mortier a été mis en œuvre et que la chaux est exposée au contact de l’air.
C’est une étape lente mais dont le bon déroulement déterminera la durée de vie d’un enduit par exemple.
On peut modéliser cette dernière étape par l’équation chimique suivante :
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O
Toute la beauté de ce matériau est là !
Au fil des jours la prise intevient lorsque le dioxyde de carbone CO2 présent en faible quantité dans l’air se recombine à l’hydroxyde de calcium Ca(OH)2 pour redonner du carbonate de calcium CaCO3.
Outre les avantages de la chaux que l’on connaît pour le bâti ancien, il est bon de remarquer qu’elle a un bien meilleur bilan énergétique que le ciment.
Premièrement la température de cuisson est de 900 à 1000°C contre 1450°C (température à laquelle se produit le phénomène de Clinkerisation) et deuxièmement, l’énorme quantité de dioxyde de carbone qui s’est dégagée pendant la calcination est à terme, captée à nouveau par l’enduit faisant prise… Voilà un argument de plus pour tout ceux qui militent pour le réemploi de la chaux.
Remarque : La carbonatation est meilleure quand l’atmosphère est humide. La réaction chimique modélisant la carbonatation est alors facilitée car le dioxyde de carbone de l’air se combine à la vapeur d’eau ; l’échange entre l’air ambiant et l’enduit est alors meilleur.
De nos jours, seulement 3% de la chaux aérienne produite est destinée au bâtiment…
4. LA NORME EUROPEENNE POUR LA CHAUX AERIENNE
Pour pouvoir s’échanger des produits librement à travers l’Europe, une terminologie harmonisée était nécessaire. Le travail de rédaction s’est finalisé avec l’apparition de la norme fin 2001 : « EN 459 – Chaux de construction. »
En France, cette norme prend donc la forme : NF EN 459
Elle est obligatoire depuis le 1erAout 2003, tout comme le marquage CE sur le sac. Cette norme européenne est la seule norme pour toute chaux de construction.
Sous cette norme, une chaux vive prend la dénomination CL-90-Q ; tandis qu’une chaux éteinte (que l’on achète en sacs prêts à l’emploi) prend la dénomination CL-90-S
CL signifie « Calcic Lime », ou chaux calcique
Le chiffre 90 signifie que la chaux vive avant extinction contient au moins 90% d’oxyde de calcium CaO et /ou d’oxyde de magnésium MgO réunis (La teneur en MgO étant de maximum 5% pour une chaux calcique)
La lettre « Q » est l’abréviation de Quicklime, ou chaux vive.
La lettre « S » représente Slaked lime ou chaux éteinte ;
Bibliographie :
- http://fr.wikipedia.org/wiki/Chaux_%28mati%C3%A8re%29
- http://fr.wikipedia.org/wiki/Ciment
- http://lebeton.free.fr/ciment.html
- http://en.wikipedia.org/wiki/Belite
- http://www.bcb-tradical.fr/
- http://www.chauxflash.be
- Brochure Maisons Paysannes de Moselle : « Les mortiers à la chaux aérienne »
VIENNE
Le chanvre, un isolant aux vertus écologiques
18/10/2011
Au récent Salon de la Croissance verte, le stand du Cluster Eco-habitat Poitou-Charentes fleurait bon la nature. Le chanvre a le vent en poupe.
Pour ceux qui avaient l'odorat un peu développé, une agréable odeur de chanvre se dégageait du Cluster Eco-Habitat Poitou-Charentes au récent Salon de la Croissance verte et des éco-industries au Palais des Congrès du Futuroscope.
'' C'est un matériau recyclable dépourvu d'impacts négatifs sur l'environnement et la santé ''
Cette matière première renouvelable présente de nombreux avantages : le chanvre supporte l'absence de pesticides et d'insecticides durant sa culture, assainit l'air lors de sa croissance en assimilant le CO 2 et après récolte, il rend un champ propre et riche en éléments minéraux.
De nos jours, ce produit écologique est utilisé pour l'isolation des murs, des toits, des sols... Marié à une bonne qualité de l'air, il assure une régularisation de l'humidité sans perdition de chaleur.
Pour répondre aux objectifs de la réglementation thermique 2012, le Cluster Eco-habitat présentait ses avancées telle que sa dynamique régionale forte de 130 adhérents mobilisés et opérationnels.
Actuellement, on dénombre 190 hectares cultivés. Bien que le cultiver soit un ajout au travail quotidien d'Emmanuel Ingrand et de ses collègues de Chanvre Mellois, chacun y voit beaucoup d'avantages. « Notre SARL travaille sur environ 82 ha de chanvre, précise-t-il. Nous cultivons, produisons, récoltons, stockons, transformons cette matière première et la commercialisons en vente directe ce qui favorise les circuits courts. Les rendements moyens sont d'environ 4 tonnes de matière sèche à l'hectare et varient selon l'hygrométrie, le chanvre n'est pas irrigué. C'est un matériau recyclable dépourvu d'impacts négatifs sur l'environnement et la santé ».
Demande croissante
La paille de chanvre est transformée en quatre produits utilisables dans l'isolation de l'habitat : la laine de chanvre pour l'isolation de combles et trois chènevottes (1) , le standard pour l'enduit isolant mural, la fine pour une isolation de finition et la fibrée pour la réalisation de chapes isolantes... « Tous ces produits isolants s'utilisent mélangés à de la chaux naturelle », explique encore Emmanuel Ingrand. Face à la demande croissante dans le domaine de l'isolation le chanvre a de beaux jours devant lui comme... l'environnement et la santé de tous.
(1) La chènevotte est la partie centrale et moelleuse de la tige de chanvre. Elle représente environ 45 % du poids de la paille.
Rens. : Cluster Eco-habitat Poitou-Charentes, tél. 05.49.45.95.69. www.cluster-ecohabitat.fr cluster-ecohabitat@ cluster- ecohabitat.fr
Marc Wast
Bonjour,
Lors de la visite du château de Pont-Jarno, le 8 novembre 2009, j'avais ramassé (comme beaucoup d'autres) quelques noix sous le magnifique noyer d'Amérique du parc.
J'ai réussi à obtenir deux plants. Je n'aurai pas l'emploi de ces arbres. Si des adhérents de M.P.F.-79 sont intéressés, qu'ils me le fassent savoir, je leur donnerai bien volontiers les plants actuellement en pot (Hauteur : 70cm environ).
Le noyer d'Amérique est originaire d'Amérique du Nord où il atteint jusqu'à 50 m de haut. Il demande un sol argileux, profond, riche en substances nutritives. Planté en solitaire, le Noyer noir, qui développe alors une très belle cime sphérique, est un arbre impressionnant. Les noix sont comestibles.
Celui que nous avons vu est planté dans une terre qui lui convient parfaitement.
Bien cordialement.
Régis BERNET
