La chaux en génie civil : Sources, composition, production et usages pratiques

La chaux comme liant est utilisée depuis l'Antiquité. Égyptiens et Romains l'ont employée remarquablement. En Inde, palais, ponts, temples, forts, monuments construits à la chaux existent encore en bon état.

Aujourd'hui, le ciment a largement remplacé la chaux. Mais là où la chaux est disponible localement et en cas de pénurie de ciment, elle reste une alternative économique et fiable.

Sources de la chaux

La chaux n'existe pas à l'état libre dans la nature. Elle s'obtient par calcination de :

• Calcaires des collines
• Blocs calcaires lits anciens fleuves
• Kankar (calcaire impur) sous-sol
• Coquillages animaux marins

Craie blanche = calcaire pur. Kankar = calcaire impur.

Constituants des calcaires

Les propriétés de la chaux dépendent de la composition du calcaire d'origine.

1. Argile (5-30% souhaitable) : Responsable de l'hydraulicité. Rend la chaux insoluble dans l'eau. Excès : arrête l'extinction. Faible quantité : la retarde.
2. Silice soluble : Essentielle avec alumine en combinaison chimique pour développer l'hydraulicité. Silicates Ca, Mg, Al responsables. Inertes à basse T°, actifs à haute T° (combinent avec chaux).
3. Carbonate magnésien : Permet extinction et prise lentes, mais plus de résistance. Moins de chaleur et dilatation. ~30% MgCO₃ → hydraulicité même sans argile.
4. Alcalis et oxydes métalliques (≤5%) : Développent hydraulicité par silicates solubles à basse T°.
5. Sulfates (faibles quantités) : Accélèrent prise, réduisent extinction.
6. Fer (faible quantité) : Silicate complexe à haute T°. Excès indésirable.
7. Pyrites : Indésirable. Calcaires concernés à rejeter.

Classification des chaux

Trois grandes catégories par calcination :

1. Chaux grasse (fat lime)
2. Chaux hydraulique
3. Chaux pauvre (poor lime)

1. Chaux grasse (Chaux calcique haute, pure, riche, blanche)

Extinction vigoureuse, volume ×2 à 2,5. Calcination calcaire pur (~95% CaO, <5% impuretés).

Propriétés : Durcit lentement. Plasticité élevée. Soluble dans eau renouvelée. Blanc pur. Prend lentement à l'air. Extinction vigoureuse.

Usages : Badigeon, enduit murs. + sable → mortier chaux joints fins (maçonnerie brique/pierre). + surkhi (poudre briques cuites) → mortier hydraulique bons murs épais, fondations.

2. Chaux hydraulique (Chaux d'eau - prise sous l'eau)

Contient argile + oxyde ferreux. Selon % argile :

• Faiblement hydraulique
• Moyennement hydraulique
• Éminemment hydraulique

Points clés : + argile = extinction difficile + hydraulicité. ~30% argile ≈ ciment naturel. Prend sous l'eau et murs épais (pas d'air libre). Couleur moins blanche → moins sanitaire. Pâte fluide avec eau, insoluble. Pour enduit : broyer fin, mélanger sable, tas 1 semaine, rebroyer.

Tableau 5-1 : comparaison types chaux hydrauliques.

3. Chaux pauvre (Chaux impure, maigre)

>30% argile. Extinction très lente. Pâte fluide. Insoluble. Durcit très lentement. Mauvaises propriétés liantes. Couleur blanc boueux. Mauvais mortier → travaux inférieurs ou sans alternative.

Classification BIS (IS 712-1984)

Six classes : A, B, C, D, E, F.

• Classe A : Chaux éminemment hydraulique, usages structurels, forme hydratée seulement. Rc 14j/28j : 1,75/2,80 N/mm² (mortier chaux/sable 1:3).
• Classe B : Chaux semi-hydraulique, mortiers maçonnerie, chaux vive ou hydratée. Rc : 1,25/1,75 N/mm².
• Classe C : Chaux grasse, finition enduit, badigeon, + adjuvant (surkhi/pozzuolane) → mortiers hydrauliques artificiels. Vive ou hydratée.
• Classe D : Chaux magnésienne/dolomitique, finition enduit, badigeon. Vive ou hydratée.
• Classe E : Chaux kankar, mortiers maçonnerie, hydratée seulement.
• Classe F : Chaux dolomitique siliceuse, sous-couche et finition enduit. Vive ou hydratée.

Applications indicatives. Exigences chimiques/physiques et méthodes essai (IS 6932-1973) dans la norme.

Fabrication chaux hydraulique naturelle

Trois opérations :

1. Collecte kankar : Nodules (surface ou peu profond) ou blocs (strates souterraines, berges rivières, 50-300 mm). Nodules supérieurs : résistent chaleur/pluie, + argile = meilleures propriétés hydrauliques. Extraction pioche/pied-de-biche, nettoyage, calibrage.
2. Calcination kankar : Rouge vif, en clamps ou fours (comme chaux grasse).
3. Extinction et broyage chaux vive : Extinction lente → broyage à sec avant eau. Broyage : (i) main/battoirs bois, (ii) moulins bœufs/vapeur, (iii) machines spéciales.

Différences extinction chaux grasse vs hydraulique :

• Chaux grasse : eau nécessaire d'un coup. Hydraulique : eau progressivement pour extinction complète.
• 1 partie chaux grasse vive → 1,5 pâte / 2 poudre. 1 partie hydraulique → 1 pâte / 1,5 poudre.
• Eau nécessaire : chaux grasse > hydraulique.
• Temps extinction : chaux grasse 3-4 h ; hydraulique 12-48 h.

Fabrication chaux hydraulique artificielle

Si matière naturelle inadaptée, préparation artificielle possible. Chaux grasse → hydraulique par addition argile proportionnée.

Deux méthodes :

1. Conversion calcaire tendre (craie) : Broyage poudre + argile proportionnée → cuisson four → extinction comme naturelle.
2. Calcaire dur : Cuisson + extinction d'abord. Chaux éteinte + argile proportionnée → matière première. Boulettes calibrées, séchées, cuites four. Extinction comme naturelle. Cuite deux fois → chaux double-cuisson (twice-kilned lime).

Précautions manipulation chaux

1. Contact eau : Chaux vive ne doit pas toucher eau avant extinction.
2. Protection ouvriers : Poussière irritante → lunettes, masques. Brûlures peau (surtout humide) → gants caoutchouc, bottes, crème protectrice.
3. Risque incendie : Chaux vive dégage chaleur intense à l'extinction → mesures anti-incendie.
4. Consignes ouvriers : Lavage parties exposées eau abondante après manipulation. Ouvriers lait de chaux (chaud) : huiler peau quotidiennement contre brûlures.

Usages de la chaux

• Matière première chimique : purification eau, traitement eaux usées
• Fondant métallurgie
• Matrice béton, mortier
• Réfractaire : revêtement fours à sole ouverte
• Production verre
• Mortiers maçonnerie
• Enduits murs, plafonds
• Pierre artificielle, brique chaux-sable, produits silico-mousseux
• Stabilisation sols, amélioration sols agricoles
• Badigeon, sous-couche distemper
• Mélange ciment Portland → mortier propriétés précieuses, remplace mortier ciment coûteux

Essais calcaires

Pour déterminer qualité chaux obtenable. Analyse chimique détaillée en labo pour adéquation exacte. Quatre essais pratiques :

1. Propriétés physiques : Calcaire pur = blanc. Hydraulique = gris-bleu, brun, foncé. Goût argileux, odeur terreuse. Particules brillantes = sable libre. Grumeaux = chaux vive ou calcaire non cuit.
2. Essai chaleur : Morceau calcaire sec pesé, chauffé feu nu quelques heures. Repesé. Perte poids = CO₂. → % CaCO₃ calculé.
3. Essai acide : Cuillère poudre chaux + HCl dilué. Agiter, repos 24h. CaCO₃ élevé → effervescence forte, peu résidu = calcaire pur. CaCO₃ faible → peu effervescence, beaucoup résidu = calcaire impur/hydraulique. Gel épais ne coule pas tube inversé = classe A. Gel coule en inclinant = classe B. Pas de gel = classe C.
4. Essai boule : Boules ~40 mm pâte chaux raide (eau qsp) repos 6h. Dans bassine eau. Dilatation lente + désintégration lente minutes = classe C. Peu/pas dilatation + nombreuses fissures = classe B.