La chaux est un corps chimique minéral, l'oxyde de calcium de formule brute . Référencée officiellement en 1935 dans le champ de la minéralogie, c'est un cristal à maille cubique (ou isométrique) qui fait partie du groupe isostructurel Fm3m du périclase .. On l'observe dans la nature dans des conditions rares et très particulières, car la chaux est très réactive, notamment avec l'eau. Il est possible d'en observer en petites masses blanches avec les éjectas transformés à haute température parmi les laves communes sur les flancs des formations volcaniques, par exemple sur le Vésuve en ItalieDes dépôts se trouvent aussi en Suède près de Malmö, dans la région russe de l'Oural, au Tibet, en Australie, en Arizona à Bisbee..
Le terme désigne surtout une matière obtenue par calcination du calcaire. Facilement poudreuse et hydrophile, de couleur blanche ou blanchâtre, sèche alcaline et fortement basique, elle est fabriquée depuis l'Antiquité, autrefois artisanalement dans un four à chaux, puis industriellement dans divers fours modernes. C'est l'un des produits manufacturés les plus communs de l'industrie. Le chaulage est l'apport de chaux ou un traitement spécifique à la chaux. Elle est utilisée notamment dans la construction (comme liant ou comme revêtement décoratif) et comme amendement agricole. En métallurgie du fer (sidérurgie) et de nombreux métaux non ferreux, la chaux, matériau à propriétés réfractaires et qui agit comme fondant, est à la base de la chimie de l'élément calcium et est utilisée tant dans le traitement des minerais que dans l'élaboration des produits.
D'un point de vue chimique, la matière fabriquée par l'industrie est un oxyde de calcium associé à une quantité variable d'oxyde de magnésium et à des impuretés à base de carbonates et d'hydroxydes de calcium ou magnésium, d'argiles, de divers silico-aluminatesComme impuretés, peuvent figurer des anions sulfure, des cations béryllium et surtout les autres alcalino-terreux : strontium, baryum Ainsi la désignation usuelle et traditionnelle de la matière chaux peut englober différents corps chimiques proches de ce premier produit. On les distingue dans le langage courant, par exemple, selon leurs utilisations anciennes et spécifiques dans la construction ou le bâtiment : la chaux vive est le produit direct de la thermolyse ou calcination du calcaire, principalement de l'oxyde de calcium (CaO) ; la chaux éteinte (ou hydratée) est obtenue après la réaction complète de la chaux vive avec de l'eau et un séchage rigoureux. Cette base, hydroxyde caustique peu corrosif, peu soluble dans l'eau (de l'ordre de à température ambiante), est constituée d'hydroxyde de calcium (Ca(OH)). D'un point de vue minéralogique, il s'agit de l'espèce minérale naturelle nommée « portlandite » ; la chaux aérienne ou chaux grasse, un liant de chaux, composant de base de mortier en très faible partie argileux, qualifié pour sa prise lente au gaz carbonique de l'air, car elle réagit avec le dioxyde de carbone () de l'air ; la chaux hydraulique, liant de chaux du commerce, proche d'un ciment de chaux qui prend et durcit à l'eau, contient en plus des silicates et des aluminates, car elle est fabriquée à partir de calcaires argileuxLes véritables ciments sont fabriqués à partir d'argiles calcaires, ou un mélange finement broyé de calcaire et d'argiles, la composante argileuse étant majoritaire.. Elle est appelée « hydraulique » en raison de sa prise rapide au contact de l'eau à la suite des réactions d'hydratation ; ensuite, elle continue à s'hydrater et à durcir en présence d'eau. Au contact du de l'air elle finit par se carbonater ; la chaux désigne aussi le matériau final de chaulage, la matière ou liant « ayant fait prise » après utilisation. Bien que ce ne soit que le liant, on parle d'un mur à la chaux, mais chimiquement la chaux en question est majoritairement redevenue de la calcite, c.-à-d., principalement du carbonate de calcium (CaCO), le minéral constituant naturellement les roches calcaires.
La chaux dolomitique ou chaux magnésienne est elle aussi utilisée depuis l'Antiquité, et est à base de dolomie.
Dénomination des chaux
La production de la chaux a longtemps été abandonnée aux maçons et aux chaufourniers. Les fours à chaux étaient d'ailleurs souvent attenants au chantier de construction. La dénomination traditionnelle des chaux est donc essentiellement liée à l'usage qui en a été fait dans les mortiers de chaux. La chimie y a superposé ses dénominations modernes.
Chaux des maçons et des chaufourniers
La « chaux vive » est simplement la chaux sortie du four à chaux. Elle présente un aspect de pierres pulvérulentes à la surface. Traditionnellement, le principal constituant de la chaux vive est l'oxyde de calcium, de formule CaO, obtenu à partir de calcaires très purs, voire de marbres. La chaux vive était de préférence fabriquée à côté du chantier ; elle pouvait aussi être amenée sur le chantier sous cette forme, où elle était éteinte, ou transportée sur de longues distances dans des sacs, à l'abri de l'humidité.
La chaux vive est transformée en « chaux éteinte » par immersion dans l'eau. Cette immersion provoque une dislocation et un foisonnement, et libère une forte chaleur (la réaction est exothermique). Le résultat est une pâte, qui prend le nom technique de « chaux éteinte », nom ancien de l'hydroxyde de calcium Ca(OH), et qui pouvait être employée telle quelle dans les mortiers et les enduits.
L'usage erroné était jusqu'au que les chaux qui foisonnent peu à l'extinction étaient impropres à l'usage des mortiers. La présence d'argile associée au calcaire de calcination dans les mortiers fabriqués après les découvertes de Louis Vicat a conduit à de nouvelles dénominations de chaux.
Il y a lieu de distinguer : chaux aérienne : le phénomène de prise (carbonatation de et recristallisation en ) s'opère au contact du atmosphérique. Les chaux aériennes se répartissent en : chaux grasses, obtenues à partir de calcaires très purs ou contenant de 0,1 à 1 % d'argile, chaux maigres, obtenues à partir de calcaires contenant de 2 à 8 % d'argile ; chaux hydrauliques, obtenues à partir de calcaires contenant plus de 8 % d'argile ; leur prise s'opère également en milieu aqueux (carbonatation de et hydratation des alumino-silicates anhydres présents en moindre quantité).
La dénomination chaux grasse/chaux maigre vient du fait que les chaux maigres augmentent peu de volume lorsqu'on les réduit à l'état de pâte, tandis que les chaux grasses donnent un volume plus important ; on dit qu'elles foisonnent beaucoup plus. De même, les chaux grasses forment, avec la même quantité de sable, un mortier plus gras que lorsqu'on emploie des chaux maigres.
Pendant longtemps, on a appelé « chaux maigres » celles qui avaient la propriété de durcir dans l'eau et « chaux grasses » celles qui ne la développaient pas. La distinction entre chaux aérienne et chaux hydraulique tient au fait que certaines chaux maigres ne sont pas hydrauliques.
On appelle donc chaux grasse, celle qui donne un foisonnement considérable, chaux maigre, celle qui foisonne peu et qui ne durcit pas dans l'eau et chaux hydraulique, celle qui a la propriété de durcir dans l'eau. On donnait aussi assez souvent le nom de chaux commune à la première de ces chaux.
À partir de 5 % d'argile, on parle de calcaire argileux. Au-delà de 20 % d'argile, les calcaires argileux sont impropres à la fabrication de chaux. À partir de 35 %, la roche devient tendre et friable ; c'est une marne. À partir de 50 %, la marne devient plastique. Avec 65 % d'argile, elle devient une argile calcaire. Les argiles calcaires, impropres à la fabrication des chaux, même hydrauliques, seront employées calcinées et broyées, dans les ciments naturels (le ciment prompt, improprement appelé ciment romain, ainsi que les premiers ciments Portland), ou dans la préparation du clinker pour les ciments artificiels (dits « ciments Portland »).
Chaux des anciens chimistes Encore fin , on appelait « calcination » toute opération consistant à traiter par le feu une substance quelconque jusqu'à ce qu'elle ait perdu les matières décomposables ou volatiles qu'elle contenait. Les anciens chimistes croyaient en effet que les métaux chauffés au contact de l'air perdaient du phlogistique et redevenaient « à l'état de chaux » et, de là, donnaient à l'opération le nom de calcination, ainsi qu'au résidu, celui de « chaux ». Il sera reconnu plus tard qu'il s'agissait de réactions d'oxydation des métaux transformés en oxydesWilliam Duckett. Dictionnaire de la conversation et de la lecture: inventaire raisonné des notions générales les plus indispensables à tous, Volume 4. Firmin Didot, 1868. Consulter en ligne. On donnait donc à la calcination deux fonctionsJean Élie Bertrand Descriptions des arts et métiers, Volume 2. L'imprimerie de la Société Typographique, 1774. Consulter en ligne : la production de chaux et de plâtre, ainsi que l'élimination des composés volatils indésirables () d'une substance que l'on souhaite isoler et purifier, comme lors de la calcination des minerais métalliques.
Dans l'ancienne nomenclature chimique française, le terme « chaux » désignait l'élément calcium, surtout précisément le cation calcium Ca, d'où les appellations aujourd'hui désuètes de sels de chaux, sulfate hydraté de chaux (gypse), carbonate de chaux et de magnésie (dolomie), chlorure de chaux (chlorure de calcium), pectate de chaux (le précipité de l'acide pectique par le cation calcium), phosphate de chaux (phosphate de calcium), chaux fluatée (fluorine ou fluorure de calcium)
Chaux des chimistes La chaux est de l'oxyde de calcium (chaux vive) ou de l'hydroxyde de calcium (chaux éteinte). C'est un matériau inorganique contenant du calcium, dans lequel prédominent des oxydes, des hydroxydes et des carbonates. C'est aussi le nom de la matière minérale (CaO) produite par les feux de mine de charbon, les feux de terril ou dans les calcaires altérés localement par la chaleur intense dégagée par les coulées de lave ou par la combustion de matières organiques comme celle des bitumes du gisement de Maqarin en Jordanie.
Espèce minérale naturelle rare Selon la classification minéralogique Dana, la suite de couples de chiffres caractéristiques 04.02.01.05 indique un simple oxyde (04) de cation métallique divalent (02) appartenant au groupe isométrique et de groupe d'espace Fmm dit groupe de la périclase, dont la chaux est le cinquième membre, entre la périclase MgO, la bunsénite NiO, la manganosite MnO, la montéponite CdO et en et 7, la wustite FeO et la hongquiite TiO.
La classification de Strunz 04.AB.25 n'admet pas le septième membre, tout en ordonnant le groupe formé de manière différente, soit la bunsénite, la chaux, la montéponite, la manganosite, le périclase et la wüstite. Le minéral chaux se retrouve parfois abondant parmi les éjectas de matières calcaires au sein des volcans actifs ou soumis à métamorphose préalable.
Elle est également caractéristique des mines de charbon en combustion lente, comme à Kopeïsk, près du bassin charbonnier russe de Tcheliabinsk dans le sud de l'Oural.
La mine Campbell à Bisbee, comté de Cochise en Arizona, aux États-Unis, montre de beaux échantillons de chaux vive nommée ici, comme en Vieille Angleterre, .
Elle est associée à la calcite sur le gisement volcanique topotype autour du Vésuve en Italie. Elle est encore associée à la fluorellestadite, au périclase, à la magnésioferrite, à l'hématite, à la srebrodolskite, voire à l'anhydrite dans les mines de charbon après combustion in situ comme à Kopeïsk en Russie.
Un grand nombre de minéralogistes reste ferme sur l'exclusion des matières minérales de synthèse, mais il semble évident que parfois l'art du chaufournier peut être remplacé par des phénomènes géologiques naturels de hautes températures.
Préparation et réactions caractéristiques