CALCAIRES
Wolfgang Werner, Münster
Après avoir traversé les Alpes, les Romains furent en
contact avec les peuples germaniques au nord. Ils leur transmirent la
connaissance de la construction avec de la pierre. Les mots pour désigner cette
construction s’introduisirent alors dans les langues germaniques, comme le
témoignent des études étymologiques de quelques uns de ces termes p. ex.: mur,
tuile, mortier, ciment, cellier. Le mot latin calcis et le mot grec chalix ont donné
le nom de calcium à l’élément central des roches calcaires, si répandues, que le calcium prend la 5ème
place parmi les éléments de la croûte terrestre (tab.1).
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composition de la croûte terrestre [% en masse.] |
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Oxygène |
46,6 % |
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Silicium |
27,7 % |
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Aluminium |
8,1 % |
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Fer |
4,7 % |
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Calcium |
3,6 % |
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Sodium |
2,8 % |
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Potassium |
2,6 % |
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Magnésium |
2,1 % |
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Titane |
0,4 % |
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Hydrogène |
0,1 % |
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Les autres éléments |
< 0,1 % |
La plupart des roches calcaires sont d’origine biologique
ainsi que le montrent le calcaire coquillier et le calcaire corallien. La craie
(lat. terra creta
de Crète ?) est un dépôt de coquillages de foraminifères qui font partie du
plancton marin et ont des petites coquilles en calcaire. Ce calcaire
sédimentaire est peu dense et dur, c’est pourquoi souvent il n´est pas
considéré comme une roche ; la craie qui sert à écrire au tableau est
aujourd’hui fabriquée à partir de plâtre (CaSO4).
Carbonate de Calcium
Le calcaire est du carbonate de calcium, CaCO3,
il cristallise soit sous forme de calcite, dans le système cristallin trigonal
à réseau rhomboédrique, soit sous forme
d'aragonite dans le système orthorhombique. Le Spath calcaire se trouve sous forme de gros cristaux réguliers de calcite
pure. Il est connu pour sa biréfringence. Le nom spath vient de l’allemand spalten : cliver, une propriété très marquée de ces
cristaux. Le carbonate de calcium est incolore sauf s’il y a des
contaminations. Une roche voisine du calcaire est la dolomite, CaMg(CO3)2 ; le nom de ce minéral
vient du nom du scientifique Déodat Gratet de Dolomieu qui s’en est occupé. La question de la
formation de la dolomite fait toujours l'objet de recherches.
Il faut également mentionner la nacre qui est formée par
les mollusques. Elle est composée de 95% d’aragonite et de 5% de matière
organique, déposés en couches régulières, ce qui lui donne son aspect irisé.
Dans les perles, ces couches sont concentriques.
Chaque roche polissable n’est pas du marbre (lat. marmor, grec marmeron). Le
marbre est une roche métamorphique : du calcaire transporté dans des
profondeurs est transformé par la pression et par la chaleur. Le marbre se
caractérise par une grande densité (2,73g/cm3) et une cristallisation
sans failles.
Calcination
Déjà dans l’antiquité ce procédé était largement connu.
Le calcaire dégage à une température de 900 à 1000° C du gaz carbonique et
laisse un résidu d’oxyde de calcium (1)
L’oxyde de calcium s’appelle chaux vive parce qu’il
réagit avec l’eau en dégageant une forte chaleur pour donner l’hydroxyde de
calcium (2)
L’hydroxyde de calcium, nommé chaux éteinte parce qu'avec
l’eau il ne dégage plus de chaleur, est fortement alcalin et utilisé comme
base, la moins chère dans l’industrie chimique. Mélangée avec assez d’eau, elle
est utilisée pour badigeonner les murs en blanc. Cette peinture est fongicide
et désinfectante à la fois. Il ressort de la réaction (3), action du dioxyde de
carbone sur l'hydroxyde de calcium, que de l’eau est formée ; ainsi les murs
peints à la chaux deviennent humides. Pour accélérer cette réaction, on peut
placer un poêle à charbon ouvert dans le gros œuvre, ce qui génère beaucoup de
gaz carbonique. Une variante moins chère était utilisée dans des quartiers
neufs de Berlin à la fin du 19ième siècle : pour accélérer on louait
ces appartements en premier à des gens pauvres à des prix avantageux. On avait
même spécialement créé un nom pour ces gens qui grâce au CO2 de leur
respiration ajouté au chauffage aidaient á sécher plus vite ces appartements
qu´on pouvait alors louer plus tôt "normalement".
Le Calcaire dans le sol
Du calcaire mélangé avec de l’argile nommé marne est
apprécié comme sol fertile. Souvent il y a également du sable dans ce sol ce
qui en assure la perméabilté. S’il pleut, une partie
du gaz carbonique de l’air (0,03% environ) est dissoute sous forme d’acide
carbonique (à ne pas confondre avec les pluies acides) ; cette eau ainsi
chargée se fraye un chemin vers la nappe phréatique et dissout au passage le
carbonate de calcium (le calcaire), voir les équations (4) (5) (6) :
Dans l’eau potable ce sont les cations alcalino-terreux
qui sont responsables de la dureté de l’eau. L’eau dure influence le goût et
l’aspect du thé ; elle augmente également la consommation de détergents. Une
partie de la dureté totale est la dureté temporaire. Dans ce cas, l’eau
contient exactement la quantité d’acide carbonique qu'il faut pour qu’il ne se
forme pas de dépôt de tartre, en même temps cette eau ne dissout pas de
calcaire. Si une telle eau perd du gaz carbonique, par exemple en la chauffant,
du tartre se dépose (carbonate de calcium formé selon l’équation (6) dans le
sens droite-gauche). Le tartre rend la transmission de la chaleur difficile au
cours du chauffage dans une chaudière.
Il faut l’enlever quelquefois même mécaniquement. Dans l’aqueduc romain du Pont
du Gard près de Nîmes, par évaporation d’eau et de gaz carbonique, il s’est
formé au fil des années un dépôt de tartre qui atteint à certains endroits une
épaisseur de 45cm.
Dans la dureté de l’eau, si l’anion qui accompagne le
calcium n’est pas l'ion bicarbonate, on parle de dureté permanente de l’eau.
Pour éviter la propriété indésirable de dureté temporaire
ainsi que la formation du tartre, on peut enlever le calcium en faisant passer
l’eau sur un échangeur de cation ou en ajoutant des substances complexantes. Pour préparer l’eau destinée aux locomotives à vapeur, on
ajoutait du phosphate et on séparait les
boues contenant les phosphates de calcium et de magnésium.
Le Karst
Ce terme a été attribué à un sol caillouteux et peu
fertile, comme le paysage slovène Kras, par des
géographes allemands. Dans le cas de Karst
il s´agit de la dissolution du calcaire selon l'équation (6).
Ainsi dans la
roche calcaire de la région, des couloirs souterrains se sont formés dans
lesquels des cours d’eau disparaissent pour réapparaître quelque part ailleurs
comme résurgence. Il en existe un exemple remarquable en Allemagne : le Danube
disparaît dans le sol dans le Jura souabe entre Immenstadt
et Möhringen et ressort 60 heures plus tard dans la
résurgence de Radolfzeller Aach,
12 km plus loin avec un débit de 10 m3/s. Ceci a été prouvé en 1877
à l’aide de 10 kg du sel de sodium de la fluorescéine. Cette
source se déverse dans le Lac de Constance
et ainsi dans le Rhin qui va vers la Mer du Nord et non vers la Mer Noire, destination du
Danube.
En pénétrant dans une grotte les gouttes (grec, stalagmon) d´eau
chargée de calcaire perdent au contact de l´air en tombant du plafond de l’eau
et du gaz carbonique. Il se forme des dépôts de carbonate de calcium selon les
équations (6), (5), (4) dans le sens de
droite à gauche. Les formations de calcaire qui pendent du plafond sont
appelées des stalagtites
(tomber) et celles qui montent des stalagmites.
Répartition du Calcium
Les cendres de plantes peuvent contenir jusqu’à 40%
d’oxyde de calcium. Le fertilisant calcaire est du carbonate de calcium moulu ou de la chaux et contient souvent du
magnésium qui est également un élément nutritif pour les plantes. La
phosphorite (phosphate de calcium) se trouve en Allemagne, vers la Lahn ; le gisement de ce minéral est d’origine biologique. L’hydroxyapatite (Ca5(PO4)3(OH))
est le constituant des os qui représentent 12% du poids de l’homme. Il faut
donc absorber le calcium par la nourriture. Le lait et les produits laitiers
sont bien appropriés (tab.2).
Les coques des seiches ("os de
seiche") sont constituées de carbonate de calcium.
Tab.2
|
100g contiennent |
mg de calcium |
|
|
|
|
Lait et lait longue conservation |
120 |
|
Yaourt |
120 |
|
Babeurre |
110 |
|
Fromage blanc |
92 |
|
Camembert |
400 |
|
Roquefort |
600 |
|
Gouda |
800 |
|
Emmental |
1100 |
|
Parmesan |
1180 |
Traduction : Pauline Werner