Le gypse, dénommé aussi gypsite ou pierre à plâtre, est une roche tendre saline ou une évaporite commune, voire abondante, entièrement cristallisée, composée principalement du minéral gypse, un sulfate doublement hydraté de calcium, décrit par la formule CaSO · 2 HO et qui constitue le premier fin dépôt dans les marais salantsL'anhydrite CaSO anhydre commence à se former dans les fins dépôts des lagunes à partir de 42 °C.. La roche de gypse possède un domaine de stabilité assez étendu, mais en général dans des conditions de température élevée et de migration aisée de l'eau, elle se transforme en anhydrite, plus dense et plus dure. Sa texture cristalline est généralement moyenne à fine, mais elle peut être granulaire à fibreuse.
Il faut se méfier de la catégorisation facile de roche sédimentaire évaporitique puisque le processus d'évaporation qui n'est le plus souvent qu'une première étape ne décrit qu'un aspect des diverses para- et dia-génèses à l'origine de la roche gypseuse. Outre les dépôts d'hypernoguessites ou de roches chimiques salinesDes dépôts épais en affleurement plan forment des croûtes découpées dans les milieux arides, comme dans la vallée de la Mort en Californie. Le visiteur du désert marche sur la roche., le gypse est parfois inséré en bancs plus ou moins puissants (épais) ou lentilles plus ou moins minces dans les roches sédimentaires, notamment dans les calcaires dolomitiques et dans les marnes et les roches argileuses. C'est la roche qui permet de fabriquer industriellement le plâtre.
La roche est parfois quasiment pure, mais elle peut être accompagnée par des impuretés variées ou associée à d'autres espèces minérales comme l'anhydrite, l'argile, la calcite ou l'aragonite, des clastes de silice ou de calcaire... Il existe aussi des filons miniers remarquables. La mine de Naïca dans l'État mexicain désertique de Chihuahua possède des cavités à cristaux métriques épargnés, les géants dépassant 10 mètres.
La « migration de fontis », cavité due à la lente dissolution de gourdanite ou entonnoir creusé par l'effondrement catastrophique des toits argileux et/ou sableux d'anciennes carrières de gypse, s'élargissant en suivant des lignes de failles, et générant des effondrements successifs parfois souterrains, est un puissant facteur d'instabilité des terrainsCitons le fontis de Gagny, en Seine-Saint-Denis, photographié en 1874. Charles Pomerol, opus cité..
Propriétés physique et chimique du gypse Le gypse est une roche tendre, entièrement cristalline, de masse spécifique entre 2,2 à 2,4 selon le degré d'impuretés : elle est entièrement cristallisée lorsqu'elle est suffisamment pureLa lecture préalable ou conjointe de l'article gypse concernant le minéral, principal constituant de la roche, est recommandée.. L'indice de dureté Mohs des grands cristaux, en prisme rhomboïdale oblique ou en fer de lance ou macle de deux cristaux lenticulaires, est situé entre 2 et 3, mais la plupart des gypses ont un indice entre 1,5 et 2. Elle se laisse facilement rayer à l'ongle, ce qui permet de l'identifier en la distinguant des calcaires.
Selon la nature et l'agencement des cristaux, le gypse a pu être dénommé compact, lamellaire, fibreux, terreux ou saccharoïde. L'albâtre en fines masses grenues, translucide à blanche, la rose des sables à noyaux de grains de quartz et le gypse mica sont considérés comme des variétés de la roche évaporite.
Sa cassure conchoïdale et irrégulière rappelle parfois la texture du sucre cristallisé en pain, en latin saccharum : c'est la variété commune de gypse saccharoïde aux masses grenues bien plus grossières que l'albâtre. Sa cristallisation s'est effectuée en masse grenue de façon grossière, visible à l'œil. Mais elle peut être en masse composée de particules très fines, uniquement visible au microscope, c'est la variété recherchée de l'albâtre utilisée pour la sculpture ou le moulage d'objets précis. Souvent, la porosité du matériau permet une teinte dans la masse.
Les cristaux prismatiques aplatis présentent aussi parfois l'aspect allongé de lamelle ou de fibre : le gypse est dit alors lamelleux ou fibreux. Ils peuvent aussi groupés en aiguilles parallèles, en bouquet, en amas radié stalactiforme.
Le gypse a une dureté Mohs de l'ordre de 2. La cristallisation en agrégats fibreux, avec des cristaux allongés et(ou) enchevêtrés lui confère un aspect particulier anciennement appelé spath satinéGabriel Delafosse, Adolphe Brongniart, Anselme-Gaëtan Desmarest - Bulletin des sciences naturelles et de géologie, volume 1 - Page 338.
Signalons enfin la grande facilité du gypse à former des macles, ce qui explique les propriétés mécaniques de la roche, par l'enchevêtrement des cristaux ainsi pontés. Les petits cristaux qui s'assemblent en masse cristalline jaunâtre, formant la variété nommée le « grignard de Montmartre », dévoilent des macles en pied d'alouette.
L'existence de plans interfoliaires, c'est-à-dire entre feuillets formés par les tétraèdres SO, la souplesse des fines lames cristallines, facilement découpées au couteau, donc amovibles, expliquent la plasticité des puissantes formations gypseuses et leur aisance à se déplacer ou se mouvoir sous les contraintes tectoniques ou les pressions d'enfouissement.
La roche gypseuse est en général blanche ou jaunâtre, grise ou rosâtreL'adjectif gypseux décrit ce qui appartient au gypse ou est de nature ou caractéristique du gypse. Une couche gypseuse est, pour un géologue, à base du minéral gypse ou en contient.. Au microscope, les cristaux présentent des formes et des couleurs variées. Ils sont transparents aux rayonnements infra-rouges et ne montrent qu'une faible absorption aux UV.
Le trait est blanc et la trace est suffisamment poudreuse pour que la plupart des craies marqueurs sur l'ardoise des écoliers soit confectionnée à partir de gypse coloré. Un des noms anglais le plus anciens, adapté du latin médiéval, est terra alba soit la terre blanche. thumb|Gypse légèrement fibreux|left Leurs éclats sont vitreux à soyeux pour les variétés fibreuses, nacrés sur le plan du clivage si le cristal est suffisamment grand.
Le gypse est soluble dans l'eau pure. Il se dissout très lentement. Un litre d'eau dissout 2,5 g de gypse. La solution obtenue, autrefois appelée eau séléniteuse, est impropre à la cuisson des aliments et au savonnage du linge. Un savon liquide agité dans une eau séléniteuse forme immédiatement de grumeaux grossiers.
Les suspensions aqueuses épaisses de fines poudres de gypse (granulométrie entre 1 et 10 μm, proportion pulvérulente de 42 % en masse dans l'eau) ont la particularité d'être des fluides rhéopectiques, c'est-à-dire dont la viscosité augmente avec le cisaillement.
La roche gypseuse ne fait pas effervescence avec les acides. L'eau chargé de gaz carbonique est sans action sur la roche. Elle est soluble à chaud dans l'acide chlorhydrique dilué. L'addition d'une solution de dichlorure de baryum à une eau séléniteuse entraîne un précipité blanc de sulfate de baryum. Chauffé, ce sel cristallisé montre une fluorescence vert-jaune ainsi qu'une phosphorescence à la lumière ultra-violette. C'est une technique d'identification des feuillets d'ions sulfates reconstitués.
La gypsification est la transformation par hydratation progressive de l'anhydrite en gypseElle peut parfois inclure l'hémihydrate de sulfate de calcium ou bassanite.. À température ordinaire, elle nécessite un contact prolongé avec l'eau. Lorsqu'elles concernent des masses rocheuses, l'augmentation de volume provoquent des gonflements de terrains proches
Sous l'action de la chaleur, le minéral se transforme en plâtre. Des lamelles de gypse chauffée légèrement à 40 °C dans un tube à essai blanchissent, puis s'effritent et tombent en poudre. La matière qui se dégage du tube est simplement de la vapeur d'eau rapidement condensé en buée - eau liquide sur les parois plus fraîches - ou bien en brouillard ou micro-gouttelettes en suspension dans l'air. Par une réaction chimique légèrement exothermique, le sulfate de calcium doublement hydraté perd la majorité de son eau de structure et se transforme en hémihydrate ou bassanite, un des constituants majeurs du "plâtre sec" ou du plâtre vif.
thumb|Four à plâtre (peinture)
Le gâchage du plâtre consiste, au niveau microscopique, à générer une renaissance ou apparition de cristaux gypseux, allongés, enchevêtrés ou entremêlés, qui explique les qualités de « prise » du matériau plâtre humidifié. La cinétique de ces micro-formations peut être corrélée au « temps de prise », bien connu des plâtriers. Notons que le plâtre mort, par définition sans aucune prise, est une variété artificielle de « gypse pulvérulent », reconstitué en hydratant le plâtre de façon contrôlée, mais avec un excès d'eauLes volumes dosés d'eau sont multipliés par un facteur 10 et plus, par rapport à un gâchage normal. La durée d'abandon à l'eau est accrue parfois considérablement. Le plâtre mort, s'il représentait une charge et un pigment pour les artistes, est une perte pour les artisans.. Il s'agit au microscope d'une poudre blanche légère, douce au toucher, comportant une multitude de fins cristaux aciculaires de gypse.
Réaction et transformations thermiques sophistiquées : fabrication du plâtre et gypsage de ciments
La fabrication industrielle de plâtre est réalisée, dans des fours spéciaux à moins de 200 °C à charge unique ou lot pendant un temps court ou au niveau industriel, dans un séchoir pneumatique, un four cylindrique mécanique tournant ou rotatif en procédé continu pendant une heure à 70-80 °C. C'est le plâtre d'hémihydrate β, solide microporeux qui est obtenu : après réhydratation, il donne un plâtre à faible résistance mécanique en compression (10 MPa). Le plâtre d'hémihydrate α est une variété microcristallisée obtenue par traitement autoclave : il fournit de meilleures résistances à la compression, supérieure à 30 MPa.
En réalité, le plâtre est un mélange sophistiqué de différents produits qui, selon les divers procédés, utilisent les leviers des réactions chimiques de déshydratation réversibles ou irréversibles : température; durée, hygrométrie. Il comporte aussi des sulfates de calcium anhydre de diverses natures. La variété β s'obtient par une réaction de déshydratation du gypse réversible au-delà de 150 °C. Ce sulfate de calcium anhydre β est un déshydratant puissant, soluble dans l'eau. Chauffé au-delà de 300 °C, par exemple à 400 °C pendant une heure, le gypse perd de façon irréversible l'eau interfoliaire : il donne le sulfate de calcium anhydre α ou anhydrite α, non hydratable, qui est une forme stable des sulfates naturels jusqu'à . Mais certains activateurs chimiques peuvent le rendre à nouveau hydratable.
Gâché avec de l'eau, le plâtre forme une pâte épaisse qui durcit rapidement en augmentant de volume : le plâtre fait prise. Il se réhydrate à la fois facilement et lentement en présence d'eau. L'eau permet au niveau microscopique la solidification des feuillets tétraédriques et assure la cohésion des enduits au niveau macroscopique.
Les plâtriers savent de temps immémoriaux que tous les plâtres ne se valent pas. Prise rapide et résistance étaient et sont recherchées. Les plâtres d'Aix-en-Provence et de Paris étaient appréciés pour ces qualités. Le plâtre de Paris, au renom universel au , a été exporté au loin. Ainsi le quartier parisien d'Amérique sur la butte de Belleville, entre la rue des Plâtrières et la rue des Carrières-d'Amérique, tire sa désignation de l’origine de la fortune du premier propriétaire qui exploita ces carrières Histoires de Paris; Les carrières d’Amérique