Vers le contenu

Historique de la chaux

L’homme qui vient de découvrir le feu, s’aperçoit que les pierres utilisées pour les foyers se désagrègent à la chaleur, puis se lient sous l’action de l’eau et finissent par durcir progressivement au contact de l’air…Ainsi naît la chaux, naturellement, sous l’action de trois éléments: le feu, l’air, et l’eau. Les premières traces de la fabrication de la chaux remontent à la préhistoire. Elle était utilisée comme liant dans les constructions. L'avènement de la chaux a marqué un tournant dans l'histoire de l'architecture en permettant le développement de l'espace d'une manière durable (c'est à dire en se passant du bois). Dès le VIe siècle avant J.-C., période néolithique, toutes les civilisations connaissent l'utilisation de liants à bâtir (chaux ou plâtre) : Mésopotamie, Amérique...les murs de la ville de JERICHO bâtis en briques de terre crue, étaient enduits à la chaux; pour la grande muraille, les chinois se sont servis de la chaux pour stabiliser les terres; au Maroc, en Perse, des terrasses, assurant une bonne étanchéité, étaient constituées d'un mortier d'argile, de chaux et de paille. Les grecs et les romains créèrent les liants hydrauliques en additionnant à la chaux des matières pouzzolaniques réussissant ainsi à améliorer la qualité de leur mortier de chaux et en en faisant leur matériau de construction principal. Les Romains ont démontré des trésors d’ingéniosité pour réaliser des mortiers pour des ouvrages aussi différents que : habitat, ponts, routes, citerne, adduction d’eau, décoration. L’adjonction de pouzzolanes ( poudre de roche volcanique ) à la chaux aérienne permet d’améliorer naturellement ses propriétés de résistance aux intempéries, aux sels, en créant une hydraulicité latente qui contribue au développement de résistances mécaniques comparables à celles des liants hydrauliques sans en avoir les inconvénients. Ils inventent l'architecture moderne.
A cette même époque, les civilisations méditerranéennes emploient aussi la chaux dans les enduits et décorations : peintures, stucs et ornements. Du monde byzantin au monde musulman, le matériau est présent dans les ouvrages de revêtement. A l'époque médiévale, l'Occident chrétien continue de bâtir et de décorer en utilisant la chaux. Au XVe siècle la chaux servait aussi dans la réalisation de fresques, donnant lieu à des traités alliant esthétique et technique, art et métier. Du XVIIe au XIX siècle, les travaux de recherches sur les chaux sont abondants. Dans le domaine de la fabrication de la chaux, deux points sont fréquemment étudiés : la cuisson et les modes d'extinction. Dans le domaine des propriétés et de l'amélioration des performances des matériaux, l'hydraulicité occupe les savants. Les recherches concernent tous les points de la chaîne de fabrication et d'emploi : les carrières, les fours, le durcissement sous l'eau de la chaux. L'émergence du savoir-faire empirique débouchera en 1824, à Portland (Angleterre), sur la mise au point du premier ciment, père et modèle d'une longue lignée.

Les chaux naturelles se divisent en deux catégories :

 
Préparation de la chaux. Les chaux aériennes éteintes pour le Bâtiment (CAEB ou CL Calcium Lime, ou DL : Dolomie Lime): obtenues par cuisson d'un calcaire très pur, renfermant moins de 3 % d'impuretés siliceuses (argiles...)à une température voisine de 1OOO°C - exemples: C.A.E.B Balthazar et Cotte. Elles font leur prise lentement, par carbonatation, c'est-à-dire en absorbant le gaz carbonique de l’atmosphère qui se fixe dans le mortier recomposant exactement le calcaire d'origine. On les trouvent sous différentes appellations : CAEB (chaux aérienne éteinte pour le bâtiment), CL (calcic ou calcium lime), DL (dolomie lime), CL90, chaux ayant un contenu élevé en calcium (Chaux Aérienne provenant d’un Calcaire pur à plus 98 %). CL80, chaux ayant un contenu élevé en calcium. CL70, chaux ayant un contenu élevé en calcium. DL85, dolomitique calciné. DL80, dolomitique calciné.(Chaux provenant d’un calcaire dolomitique. Chaux Aérienne pure aussi à 98 %, mais provenant de la cuisson de coquillages et de coraux uniquement). hydroxyde de calcium Ca(OH)2, chaux éteinte, fleur de chaux… les pré-norme européenne classent les différant types de chaux et de dolomites qu’elle désigne comme des «chaux de construction» selon leur contenu en oxydes de calcium et de magnésium. Sa résistance mécanique est de 30 kg/cm² à 28 jours. L'appellation chaux grasse est réservée à la chaux en pâte.

Les chaux hydrauliques naturelles NHL ( Natural Hydraulic Lime) ou XIIN:

Obtenues par cuisson d'un calcaire renfermant quelques impuretés (silicates, aluminates, composés de magnésium 3 % ou plus) avec une addition éventuelle de produits dits "améliorants" (grappiers, clinker, laitiers, pouzzolanes) exemple : chaux blanche Lafarge (avec additif de ciment blanc) chaux de St Astier. Leur hydraulicité est légère  : la prise se fait en quelques heures au contact de  l'eau, puis continue à l'air. Les pré-normes européennes classent les différant types de chaux hydrauliques, selon leur résistance à la compression au bout de 28 jours, mesurée en Newton par millimètre carré, ou en mégapascal par cm2.Leur résistance mécanique (toujours à 28 jours) s'échelonne entre : 20 et 40 kg/cm² pour les NHL2 (8% de silice); 35 et 100 kg/cm² pour les NHL3,5 (10% de silice), 50 et 150 kg/cm² pour les NHL5 (12% de silice)L’argile siliceuse se combinant au calcaire à la cuisson, provoque une vitrification naturelle de la chaux. Plus la résistance à la compression est élevée, plus la chaux est dure, et plus elle sera cassante et grise. Le Calcaire siliceux est cuit aux alentours de 1 030 °C. Elles présentent des avantages notamment pour les lieux humides : soubassements, fondations, bétons, dallages, caves, partout où il y a de l'humidité (la prise va consommer de l'eau, et celle-ci sera évacuée sous forme de vapeur). Elles peuvent être utilisées en bâtardage avec la chaux aérienne, pour profiter des avantages de l'hydraulicité. La chaux aérienne constitue par conséquent le liant de base pour toute entreprise de restauration/réhabilitation.

Les Chaux Hydrauliques Artificielles (XIIA):

Les XHA ne sont pas des chaux, mais des ciments. Ils sont produits à partir de clinker Portland et ne contiennent pas de chaux à l'état libre, la perméabilité à la vapeur d'eau des enduits réalisés à base de XHA est très faible, comparable à celle des enduits aux ciments.
Exemple: Chaux belledone, Télur, chaux grappier, etc.

Fabrication de la chaux

La chaux est obtenue à partir d'un calcaire très pur extrait de carrières. Traditionnellement, l'extraction était manuelle (pics, pioches...). Le four qui se situait à proximité de la carrière limitait les transports. Certains gisements, exploités par le passé, le sont encore parfois de nos jours : c'est toujours le cas en Inde pour le calcaire maritime (coquillages, coraux)... Aujourd'hui, pour faciliter l'extraction de la roche, on utilise des explosifs : on procède au tir de mine. Les blocs obtenus sont déposés dans des bennes par des pelles mécaniques, puis transportés vers les ateliers de préparation. Dès lors débute leur transformation. Le concassage, le criblage, le calibrage. Cette étape consiste à concasser et à cribler les blocs, afin d'obtenir une grosseur de pierres compatible avec le four utilisé. Les fours verticaux requièrent une fourchette de calibre de 20 à 140 mm, contre 5 à 40 mm pour les fours rotatifs. La cuisson ou calcination. Deux types de fours sont employés dans l'industrie pour la cuisson du calcaire : le four vertical et le four rotatif. L’extinction de la chaux est le passage de la chaux vive à la chaux éteinte par le phénomène d'hydratation. A l'issue de cette opération, sa masse volumique augmente ; c'est le "foisonnement" (résultat d'un changement de structure moléculaire et de la formation d'aiguilles d'hydrate de chaux). L'extinction : on mélange la chaux vive avec de l'eau. Il existe diverses méthodes. La méthode par arrosage manuel consiste à ajouter la quantité exacte d'eau nécessaire à l'extinction. La réaction étant exothermique, il en résulte alors un important dégagement de chaleur qui engendre parfois des projections (dans le cas de blocs de chaux). Certaines particules de chaux peuvent malgré tout rester vives. Il suffit alors de stocker la chaux obtenue dans une fosse fermée humide : les grains de chaux vive s'éteindront par extinction spontanée. La méthode traditionnelle par immersion consiste à tremper les blocs de chaux dans l'eau, les égoutter et les stocker pour laisser se terminer l'extinction. L'incorporation de la chaux doit se faire avec précaution, la réaction exothermique pouvant entraîner projections et bouillonnements.
Ces deux procédés fournissent de la chaux éteinte sous forme de poudre. L'extinction spontanée : on soumet la chaux vive à l'action lente et continue de l'air. La vapeur d'eau présente dans l'atmosphère permet l'extinction. L’extinction par fusion (ou extinction ordinaire) consiste à mettre la quantité d'eau utile afin d'obtenir une bouillie épaisse (chaux en pâte). La quantité d'eau ajoutée doit être précise afin d'éviter de brûler la chaux (formation de grumeaux) ou de la noyer (mauvaise consistance). Pour vérifier le degré d'extinction de la chaux, il suffit d'enfoncer un bâton dans le bassin :
"Si la chaux qui s'y attache est gluante, l'opération est bonne ; si elle ne s'y attache pas, si elle coule, la chaux est noyée : si une espèce de fumée ou de poudre tient au bâton, la chaux a probablement été brûlée."
Louis BOUCHARD-HUZARD traité des constructions rurales et de leur disposition, 1868.
"Pour déterminer la quantité d'eau strictement nécessaire, on prendra un fragment de chaux vive que l'on pèsera exactement, et qu'on mettra ensuite dans le fond d'un verre ou tout autre vase ; on versera dessus un volume d'eau quelconque, mais plus que suffisant pour éteindre la chaux ; lorsque l'eau aura produit son effet, la chaux éteinte en bouillie sera au fond du vase et recouverte de l'eau surabondante encore liquide. On décantera cette eau et l'on pèsera la bouillie: on retranchera de son poids celui de la chaux vive et la différence fera connaître la quantité d'eau absorbée par la chaux : c'est exactement la quantité que l'on devra employer pour l'extinction et il sera bien facile de la déterminer en volume, soi par le calcul, soit par une expérience directe." Valentin BISRON, Manuel théorique et pratique du chaufournier, 1836.

Pour une utilisation commode et la plus diverse possible, la chaux éteinte est plus fréquemment produite sous forme de poudre. La chaux vive est broyée et introduite en continu en même temps que l'eau dans un malaxeur appelé hydrateur. L'eau permet l'hydratation mais elle aide également à l'évacuation de la chaleur issue de la réaction. A la sortie de l'hydratateur, la chaux est tamisée par des séparateurs, sorte de ventilateurs qui effectuent un tri : Les particules les plus fines, les plus pures et à la teneur en chaux éteinte la plus élevée constituent la fleur de chaux. Les refus de séparateurs (impuretés, sur-cuits, incuits...) sont éliminés. La chaux éteinte est tamisée puis stockée en sac ou en vrac. Pour les chaux hydrauliques, l'extinction de la chaux vive se réalise à plus de 120°C, afin d'éviter l'hydratation des silicates et des aluminates. On conserve alors les propriétés hydrauliques. L’extinction permet d'obtenir 2 types de chaux éteintes : en poudre et en pâte. La Chaux Hydraulique Naturelle est cuite vers 1 030 °C, et laisse le mur respirer à la différence du ciment, assainissant ainsi l’intérieur des maisons.

Fabrication du ciment

Le composant principal des ciments industriels actuels est le clinker, appelé aussi "scorie".
Le clinker résulte de la cuisson à 1 450° C de 80 % d’un mélanges de calcaire et de 20 % d’argile , appelés " crus ". L'argile, composée principalement de silicates d'alumine, se fragmente sous l'effet de la chaleur en ses constituants : silice et alumine. Ceux-ci se combinent ensuite à la chaux provenant du calcaire pour donner des silicates et des aluminates de chaux. Au cours de la cuisson, de profondes modifications chimiques des constituants du cru se produisent. En premier lieu apparaît une émission de ferro-aluminate tétra calcique, de consistance pâteuse ou liquide. Lorsque le fer est épuisé par cette réaction, il se forme de l'aluminate tricalcique fondu. Ces deux corps fondus constituent le liquide des fours à ciment. Celui-ci dissout la silice et la chaux qui se combinent alors et cristallisent sous forme de silicates de chaux. Ce phénomène progressif constitue la "clinkérisation". Le clinker obtenu est ensuite moulu dans des broyeurs à boulets : grands cylindres métalliques horizontaux, rotatifs, et à moitié remplis de boulets d'acier. Le clinker est broyé, après ajout de gypse (de 3 à 5 %), pour donner le ciment. L'addition de ce constituant a pour but de régulariser la prise du ciment (notamment pour ceux qui contiennent beaucoup d'aluminate tricalcique). Sans gypse, la prise serait irrégulière et pourrait intervenir trop rapidement. Mais grâce à ce gypse, le début du durcissement du ciment s'effectue environ une demi-heure après le début de l'hydratation.

Différences entre la chaux et le ciment.

 La chaux est un liant minéral naturel extrait de roche sédimentaire utilisable après cuisson dont le durcissement est obtenu exclusivement avec l'air, le support respire. Le ciment est un liant minéral artificiel utilisable après plusieurs cuisson et qui est constitué de plusieurs composants dont la prise est obtenue avec l'eau, le support ne respire plus.

Désormais, nous savons d’où provient la chaux. La chaux est un liant, une colle pour fabriquer des mortiers, des enduits ou de la peinture. Il est impossible d’appliquer des liants directement sur des surfaces. La chaux et le ciment se  fissureraient en séchant et ne servirais plus à souder les éléments entre eux. La chaux doit être accompagnée de charge et d’adjuvants pour correspondre exactement à l’utilisation et aux qualités souhaitées.

Les charges et agrégats des enduits à la chaux.

Le sable est l’ossature de votre enduit. Il en est aussi le facteur esthétique, la coloration de l’enduit dépend de la teinte du sable que l’on mélange à la chaux plus ou moins blanche, de par sa transparence. C’est un élément indispensable à la construction et aux enduits de chaux. Attention, plus il y a de présence d’argile ou de fine dans le sable plus votre enduit sera fragile, les sables argileux, plus riches en silice, provoquent une fragilisation des enduits à base de NHL, étant donné que la silice cuite est déjà une constituante de base de la Chaux Hydraulique Naturelle, ce qui peut entraîner en séchant des fissures, donc, faites des essais préalables afin de vérifier le sable. Le sable sera exempt d'impureté chimique ou organique susceptible de rentrer en réaction avec le liant et d'affaiblir l'accrochage.
 « Or, dans la maçonnerie de moellons, d’abord il faut s’enquérir du sable. Qu’il soit propre au corroyage du mortier et ne contienne pas de terre mélangée. Or, les genres des sables de carrière sont ceux-ci ; le noir, le blanc, le rouge, le tuf noirâtre. Parmi eux celui qui, frotté dans la main sera criant sera excellent. Au contraire, celui qui sera terreux n’aura pas l’âpreté (du son). De même le sable terreux, jeté sur une étoffe blanche, puis chassé par secousse ou par choc : s’il ne l’a pas souillé et que la terre n’y soit pas restée, il sera convenable. S’il n’y pas de carrière d’où le sable puisse être extrait des cours d’eau ou provenant du gravier. Celui qui provient du rivage de la mer, a dans la maçonnerie a les défauts suivants : il sèche difficilement et le mur ne comporte pas une exécution qui fait croître la charge d’une manière continue, mais doit se reposer par intermittence, et ne résiste pas à l’effort des voûtes. Et le sable marin, en plus de cela, a encore un inconvénient, les parois lorsque des enduits leur auront été appliqués dessus rejettent la salure, détachant la croûte d’enduit. Au contraire des sables de carrière employés en maçonneries sèchent rapidement. Et les enduits se maintiennent. Et les maçonneries résistent à l’effort des voûtes : mais seulement ceux qui sont récemment extraits des carrières ; si en effet, après leur extraction, ils séjournent trop longtemps, brûlés par le soleil, la lune et la brume ils se désagrègent et deviennent terreux. À cet état, lorsqu’ils sont incorporés à la maçonnerie, ils ne peuvent maintenir les moellons, car ceux-ci s’écroulent et tombent et les parois ne peuvent supporter les charges. Par contre, ces sables de carrière récemment extraits ont dans les maçonneries de si grands avantages a contrario dans les enduits ne conviennent pas. La chaux ayant de la paille mêlée à sa patte ne peut, à raison de la violence de sa prise, sécher sans fente dans les enduits. Au contraire, les sables de rivière, à raison de leur ténuité, prennent dans les enduits, comme le béton damé, de la solidité sous, les coups de battes ».
D’après Vitruve architecte romain du  Ier siècle avant J.-C.

"les 10 livres de Vitruve " traduit du latin en français moderne :Accès au site
 
Important : Proscrire les sables comme charge pour la réalisation d'enduit de finition fine, de type glacée (stucco Italien, marmorino, tadelakt, etc…) des moirages au talochage, surtout dans les teintes pastel, apparaissent à l'application. Remplacer le sable par du marbre du type de carrare. Le marbre blanc de carrare - Matériau privilégié permettant la réalisation d'enduit décoratif du plus bel aspect - Particulièrement adapté pour l'intérieur. On peut utiliser du marbre colorés ou de la pouzzolanes naturelles d'origine volcanique (mélange d'alumine, de silice, de chaux et de fer) mais aussi de la pouzzolanes artificielles, La poudre d'argile cuite, La brique terre cuite pilée (tuileau romain), les scories métallurgiques et Les terres ocreuses peuvent être utilisés.
 

La quantité d'eau

Un manque d'eau entraîne une mise en œuvre difficile, des manques d'adhérences du mortier induit par une carbonatation incomplète (manque d'acide carbonique), un farinage.
Trop d'eau provoque un retrait trop important à l'évaporation entraînant des faïençages.
La quantité d'eau nécessaire à la réalisation des mortiers varie selon l'humidité, le sable choisi, la température et l'humidité ambiante.

Les adjuvants

Les adjuvants sont des produits ajoutés dans les mortiers en faible quantité afin d'en améliorer leurs propriétés.
Bière, vin, vinaigre : Améliore la carbonatation. Améliore la résistance au gel.
L'huiles de lin / d'olive Retarde la prise de l'enduit liée à une évaporation trop rapide de l'eau, et facilite la mise en œuvre, améliore la résistance au gel, diminue le retrait.
Attention au jaunissement, surtout pour l'huile de lin. Les colles de peau Retarde la prise, facilite la mise en œuvre, rend le mélange plus souple. Améliore les qualités mécaniques et physiques. Le sucre Retarde la prise. Le savon améliore la compatibilité des composants entre eux. Le suif, graisse animale Améliore l'étanchéité de l'enduit à l'eau. La méthyle de Cellulose retarde la prise de l'enduit liée à une évaporation trop rapide de l'eau (colle à papier-peint), facilite la mise en œuvre.
Attention à la température de la mise en œuvre de l'enduit : les méthyles sont sensibles au froid. L'alun Aide à la fixation des pigments. Les quantités de produits à adjoindre dans les mortiers sont très variables. Leur détermination nécessite une expérience et un savoir-faire car il s'agit de prendre en considération les conditions de la mise en œuvre, le support, les qualités des agrégats, la température et l'humidité ambiante, le choix du type de chaux, le support...