Un nouveau mode de formation du gypse

Une collaboration internationale comprenant des chercheurs de l'Institut des sciences de la Terre (ISTerre/OSUG, CNRS / UGA / IRD / IFSTTAR / Université de Savoie) a mis en évidence un mode de formation complexe du gypse s'effectuant en quatre étapes. Les chercheurs envisagent d'ores et déjà de nouveaux procédés de fabrication du plâtre de Paris, moins coûteux en énergie.

Le sulfate de calcium, présent sous forme de gypse, de bassanite ou d'anhydrite selon le degré d'hydratation, est un composé d'intérêt majeur en sciences de la Terre et d'un point de vue industriel. Le gypse, formé en contexte évaporitique, est bien connu en tectonique pour son rôle de couche ductile. La forme partiellement hydratée (bassanite), hautement réactive, est le principal précurseur du plâtre de Paris utilisé pour fabriquer nos cloisons (1.6 milliards de m2/an en Europe).

Des chercheurs d'une collaboration internationale viennent de mettre en évidence, à l'aide de la technique de diffusion des rayons X sur synchrotron, in situ et résolu en temps, un mode de formation du gypse complexe, en plusieurs étapes, et donc très éloigné du modèle simple de précipitation de sels à partir d'une solution que l'on trouve dans les livres de minéralogie générale.

Les chercheurs proposent en effet un processus de formation en quatre étapes. Au début, des particules de taille inférieure à 3 nanomètres se forment. Ces premières briques s'agrègent ensuite en composés mésoscopiques, lesquels s'assemblent à leur tour selon une configuration qui dépend de la structure des premières briques pour finalement former les cristaux macroscopiques. Ce processus montre l'importance des toutes premières étapes de la réaction, qui conditionnent la structure de la phase finale.

Ces résultats permettent d'envisager de nouveaux procédés offrant la possibilité de contrôler ou orienter la cristallisation vers une phase donnée et ainsi de réduire l'empreinte carbone de la production. On pourrait par exemple envisager de produire la bassanite, obtenue actuellement par un procédé industriel très couteux en énergie, en bloquant la réaction au stade précoce des nano-cristaux.

Par ailleurs, la compréhension des processus de nucléation et croissance cristalline des sulfates de calcium fournit des éléments nouveaux pour comprendre et prédire leur formation en conditions naturelles, sur la Terre et sur d'autres planètes comme Mars.