Ces propriétés découlent directement de la constitution du calcaire de départ et de la température à laquelle il a été calciné. Nous rappellerons succinctement les principales d‟entre elles.
3.2.1. Réactivité à l’eau et extinction de la chaux vive :
L‟oxyde de calcium donne à la chaux vive un caractère hydrophile important. En présence d‟eau, la chaux vive (en roche ou sous forme de poudre) devient instable et se transforme aisément en hydroxyde de calcium [Ca(OH)2] ou chaux éteinte [voir réaction (4)] qui, en conditions et quantités d‟eau contrôlées, s‟obtient sous forme solide. De plus, cette réaction d‟hydratation est fortement exothermique (1155 kJ/kg de CaO). Le suivi de la production de
chaleur au cours du temps est, par ailleurs, mis à profit pour tester la réactivité d‟une chaux
vive (Fig.3.1) ou rapidité d‟action lors de son emploi. Ce paramètre permet à l‟utilisateur de prévoir et de maîtriser la durée des réactions et, si celles-ci sont exothermiques, l‟élévation de température produite.
Fig. 3. 1-Réactivité ou temps mis par la chaux (calcitique) pour atteindre 60°C (Claude, 1994). En outre, ce dégagement de chaleur s‟accompagne d‟un accroissement de volume (facteur d‟expansion : x 2.5, dû à la fracturation lors de la cuisson) et d‟une augmentation de la
finesse des grains (réduction de la taille des cristaux de départ). Chaque type de chaux
possède sa réactivité propre qui dépend à son tour des spécifications d’application et du
procédé de fabrication.
La réactivité de la chaux vive est une mesure de la vitesse à laquelle la chaux vive réagit en présence d‟eau. La norme européenne EN 45 9-2 décrit la méthode de test utilisée pour
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mesurer la réactivité de la chaux broyée par extinction avec de l‟eau. Pour mesurer la réactivité de la chaux en morceaux. La réactivité de la chaux dépend de différents paramètres liés aux matières premières et au procédé employés. Ces paramètres sont :
la température et la durée de cuisson, la structure cristalline du calcaire, les impuretés présentes dans le calcaire, le type de four et de combustible.
La classification de la chaux s‟effectue souvent en fonction de sa réactivité, et notamment avec les termes suivants :
surcuite, dure, moyenne, douce.
La figure 3. 2- montre différentes morphologies (forme des particules) et de surfaces de la chaux douce et de la chaux dure vues au microscope électronique à balayage (MEB) -
Fig. 3.2- Morphologie de la chaux douce, moyenne et dure. Image MEB (x 5000), [in BREF, 2010]. La méthode standard européenne pour évaluer la réactivité de la chaux consiste à mesurer une durée appelée « t60 » c'est-à-dire le temps qu‟il faut à un mélange de chaux et d‟eau pour passer de 20 à 60 °C dans des conditions normalisées. En pratique, plus ce « t-60 » est élevé, plus la réactivité de la chaux produite est faible. Il n‟existe toutefois aucune norme pour définir la qualité du produit (douce, moyenne ou dure) car les seuils ne sont pas clairement déterminés. La Figure (3.3) montre l‟évolution de la réactivité (t-60) en fonction de la température de cuisson ainsi que de la nature du calcaire.
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Fig. 3.3: Evolution de la réactivité en fonction de la température de cuisson et du type de calcaire [In BREF-2010]
Lorsque sa réactivité est faible, la chaux est souvent qualifiée de moyenne, dure et surcuite. La baisse de réactivité s‟accompagne d‟une réduction de la surface et de la porosité de la chaux, un phénomène appelé frittage.
La chimie et la réactivité de la chaux sont les principaux paramètres qui gouvernent le marché d‟un tel produit (BREF, 2010).
Des données concrètes sur cet important caractère seront présentées dans la partie « applications » (Chapitre 10).
Cette propriété est utilisée pour des assèchements de toute nature (agriculture, constructions routières…).
Par ailleurs, contrairement à la chaux vive, la chaux hydratée est capable de fixer le gaz carbonique de l‟air, en atmosphère humide, pour donner du carbonate de calcium selon la réaction : Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O , (5), C‟est la recarbonatation (la chaux « revient » en quelque sorte à son état calcaire d‟origine). Cette propriété induit l‟usage de la chaux comme mortier dans le bâtiment, mais aussi comme « absorbeur » de gaz carbonique propice à la fabrication de sucre et à l‟adoucissement des eaux calcaires.
3.2.2. Structures cristallines :
L‟oxyde de calcium, pur, cristallise dans le système cubique (maille élémentaire: a = 4.8 Å). Les particules de chaux éteinte sont microcristallines ou de taille colloïdale, et peuvent cristalliser dans le système hexagonal (a = 3.58 Å, c = 4.9 Å). (Fig.3.4)
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Fig. 3.4-Mailles élémentaires des principaux carbonates, oxydes et hydroxydes de Ca et de Mg (Lauwers-Lhoist, 1992))
3.2.3. Poids spécifique et densités :
Le poids spécifique de la chaux vive (à porosité nulle) varie de 3,25 à 3,38 ; celui de la chaux hydratée est moindre, sa valeur calculée étant de 2,24. (Herrier G. et Al, 2010).
La densité apparente des particules de chaux vive est comprise entre 1,6 et 2,8 selon le degré de porosité ou, à l‟inverse, de frittage* des particules (* traitement thermique). La réaction d‟hydratation entraine une diminution de la densité apparente. Les chaufourniers définissent une autre densité : La densité apparente en vrac… (Herrier G. et Al, 2010).
La porosité des grains est dépendante à la fois, de celle du calcaire de départ et des conditions de sa calcination. Elle peut varier en pourcentages dans une gamme de 25 à 55 %.
32 3.2.4. Solubilité et pH :
Comme la plupart des sels de calcium, la chaux est peu soluble dans l‟eau (un peu plus de
1g/litre) et sa solubilité décroit avec la température. Si l‟on mélange chaux et eau de façon à
dépasser le seuil de solubilité, la chaux en excès passe en suspension pour devenir de l‟eau de chaux puis « lait de chaux » pour des concentrations plus élevées (30 à 150 g/l de chaux éteinte). Lorsque cette teneur est augmentée de 40 à 60 %, on obtient une pâte malléable constituant un excellent mortier pour l‟industrie du bâtiment et pour les façonnages en sculpture.
D‟autre part, lorsqu‟on met de la chaux dans une solution apte à la formation de sels de calcium, leur très faible solubilité dans l‟eau les fait précipiter : leur élimination devient ainsi très aisée. Ce phénomène se produit ainsi en présence des phosphates et des métaux lourds contenus dans les eaux usées, ce qui favorise leur séparation. Le diagramme de la figure 3.5 montre les domaines de précipitation de certains métaux en fonction du pH. (Claude, 1994).
pH Métal 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Aluminium Cadmium Chrome Cobalt Cuivre Fer Plomb Manganèse Mercure Nickel Argent Zinc
Fig.3.5- pH et précipitation de sels de quelques métaux par la chaux.
Comme pour le calcaire, la présence de calcium fait de la chaux une base forte (sa dissolution dans l‟eau provoque une augmentation de pH jusqu‟à 12.4 (dans les conditions normales à 25° C). Cette propriété la rend apte à neutraliser des acides ou à jouer le rôle de réactif chimique dans diverses opérations (traitement des eaux, des sols, industries chimiques et papetières, valorisation des minerais…). Elle induit aussi un caractère caustique important, d‟où de nombreuses applications de désinfection connues depuis longtemps.