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Représentation
d'un
four à chaux en 1906 Leçons
élémentaires de
chimie de l'enseignement secondaire des jeunes filles
Grès
(géologie)
Un
article de Wikipédia,
l'encyclopédie libre.
Le
grès est une roche détritique,
issue de l’agrégation et la cimentation (ou diagenèse) de grains
de sable.
Il s'agit donc d'une roche cohérente et dure[1].
Ces grains sont souvent composés de silice,
mais ils peuvent avoir d’autres compositions. On parle alors
plutôt d'arénite,
en particulier si les grains sont carbonatés.
Formation
Les
dépôts successifs de sable se
retrouvent dans la stratification
du grès. La cimentation des grains se fait par
précipitation et
cristallisation des sels
dissous dans l’eau interstitielle. On appelle ce processus la
« grésification ». La
roche prend des couleurs différentes en fonction
de la présence d'oxyde de fer.
Les
grains, et le ciment entre ces
grains peuvent avoir une composition différente selon
l’origine et l’histoire de ce grès.
Si
les grains sont peu cimentés, le
grès est très poreux ;
les couches géologiques constituées de tels
grès
peuvent former de bons réservoirs d'eau, de
pétrole ou de
gaz.
Différents
grès
Altération
Certains
grès peuvent subir une
altération rapide. Cette altération
dépend de :
- La
propension à absorber l’eau
et à sécher, la circulation de l’eau
dans les pores, le gel.
- La
composition du ciment : les grains dans
un ciment calcaire
se déchaussent plus rapidement, suite à une
dissolution plus rapide de
ce ciment. Certaines constructions sont dans ce cas et
nécessitent de
fréquentes restaurations.
- La
présence d’une matrice
argileuse (plutôt que d'un ciment).
En
s'altérant, le grès peut
redevenir du sable et recommencer un cycle de sédimentation.
Utilisations
Les
grès sont utilisés dans les
constructions,
la sculpture, la fabrication de meules naturelles et de
pavés.
Maçonnerie
et sculpture
Le
grès est une excellente pierre de
construction non gélive, facile
à travailler et à scier. Il doit être
choisi soigneusement en rejetant
les pierres fissurées, non homogènes, contenant
des trous ou bien des
inclusions de galets. Selon la provenance la roche peut être
colorée
dans une infinité de nuances : ocre, rose, jaune,
orangé, brun, gris,
blanc, violacé... et veinée ou
marbrée. On peut trouver des blocs de
grès bruts de grandes dimensions. Le grès est un
matériaux très utilisé
en Lorraine comme en Alsace,
dont l'origine est le massif Vosgien
Les
applications dans le bâtiment sont
très nombreuses, en
particulier pour toutes les pierres de taille
façonnées et sculptées :
appui de fenêtre, seuil de porte, encadrement de
fenêtre, linteaux,
acrotère, marches d'escalier, margelle de puits,
éviers en pierre,
caniveau, monument, bordure de trottoir, colonne, etc.
Calcaire
Les
calcaires sont des roches sédimentaires,
troisième plus abondantes après le schiste
et le grès,
facilement solubles dans l'eau
(voir karst), composées
majoritairement de carbonate de calcium
CaCO3 mais aussi de carbonate de
magnésium MgCO3. Lorsque la roche
comporte une proportion non négligeable d'argile,
on parle plutôt de marne. Ils se forment par
accumulation, au fond des mers, à partir des coquillages et squelettes
des animaux marins. C'est en France, en Suisse et en Belgique la roche
la plus courante qui compose autant des montagnes (Alpes,
Jura, Pyrénées)
que des plaines (Champagne), bassins
(bassin parisien) ou des plateaux (Ardenne).
Le calcaire est reconnaissable par sa teinte blanche et
généralement la présence de fossiles.
La
craie est une roche calcaire
formée par une accumulation de tests de
coccolitophoridés (protozoaires à
tests calcaires) dans la zone de suintement pélagique (voir lysocline
pour des informations sur la dissolution de la calcite).
La
calcite est le polymorphe
d'origine secondairement géologique du carbonate de calcium.
Le polymorphe
d'origine primairement biogénique est l'aragonite.
Exemple d'aragonite : le squelette des coraux
hermatypiques)
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sur
la photo ci-contre, on voit bien l'origine biologique de la formation
du calcaire.
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La Chaux:
Nous
utilisons de la chaux hydraulique naturelle, elle a un tirage franc, ce
qui nous permet de travailler à des horaires syndicaux:
l'été, nous confectionnons les pierres le matin
pour les
gratter l'après midi, l'hiver, nous les appliquons
l'après midi, pour les gratter le lendemain matin.
La chaux hydraulique est
imperméable à l'eau, mais perméable
à l'air.
Elle
devient
amoureuse de presque toutes les surfaces sur lesquelles on l'applique,
et encore plus sur elle-même; elle se dilate et se
contracte avec le support, ce qui fait qu'il n'y a jamais de fissures
(sauf les fissures structurelles).
Les
pierres sont un
grès artificiel, ci-contre les articles Wikipédia
sur le grès et le calcaire...
Un article de Wikipédia,
l'encyclopédie libre:
Le
terme de chaux est générique. Il regroupe un
grand nombre
de produits, dont le seul point commun est d'être obtenu par
calcination, c’est-à-dire chauffage à
haute
température, de pierre calcaire. Selon la composition du
matériau de base, on obtiendra de la chaux
aérienne ou de
la chaux hydraulique. La chaux vive désigne le
matériau
brut obtenu en sortie de four. Les usages de la chaux sont
très
nombreux.
La chaux
vive est un
produit potentiellement dangereux, principalement employé
dans
l'industrie et l'agriculture. Avide d'eau, 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 très
exothermique.
Cette étape est nécessaire à
l'obtention de chaux
éteinte, qu'elle soit aérienne ou hydraulique.
Dans le
cas de la chaux hydraulique, il est nécessaire d'employer la
quantité juste d'eau, afin de ne pas permettre la prise du
matériau. Dans le cas de la chaux obtenue à
partir de
calcaire pur, la quantité d'eau n'est pas
limitée.
Lorsque 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.
La chaux
aérienne
La chaux
aérienne
est obtenue à partir de calcaire très pur. On la
trouve
sous différentes appellations : CAEB (ancienne normalisation
:
Chaux Aérienne Eteinte pour le Bâtiment
remplacé
par CL : Calcique Lime, chaux éteinte... C'est de
l'hydroxyde de
calcium Ca(OH)2.
La chaux
aérienne
sert pour ses propriétés, depuis
l'antiquité pour
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
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
constituent ainsi le noyau interne des murailles de certaines places
fortifiées.
Calcination
[modifier]
Par
calcination du
calcaire aux environ 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 :
CaCO_3 -->
CaO + CO_2
Extinction
[modifier]
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 + H_2O --> Ca(OH)_2 +1155 kJ/kg CaO
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, CAEB,
chaux éteinte...), 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 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 mortier plus "gras", moins sujet
à la déssication rapide, des enduits ou des
badigeons
carbonatant plus vite et mieux donc plus résistant. Par
contre,
son dosage est plus difficile, 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 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.
Carbonatation
de la chaux aérienne [modifier]
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 + CO_2 --> CaCO_3 + H_2O
Selon
l'humidité
du millieu, 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...).
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 souvent mélangés à des marnes
et des
argiles riches en éléments chimiques
principalement la
silice et aussi le fer, l'aluminium. Aux températures de
cuisson
(800 et 1500°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 surtout pendant la mise en oeuvre
des mortiers, ces molécules forment des hydrates insolubles.
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.
C'est
après la
mise en oeuvre 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.
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