Calcaire

Les calcaires sont des roches sédimentaires, troisièmes plus abondantes après les schistes et les grès, facilement solubles dans l'eau (voir karst), composées majoritairement de carbonate de calcium CaCO₃ mais aussi de carbonate de magnésium MgCO₃. Lorsque la roche comporte une proportion non négligeable d'argile, on parle plutôt de marne. Ils se forment par accumulation, au fond des mers, à partir des coquillages et squelettes des microalgues et animaux marins. C'est en France, en Suisse et en Belgique la roche la plus courante qui compose autant des montagnes (Alpes, Jura, Pyrénées) que des plaines (Champagne), bassins (Bassin parisien) ou des plateaux (Ardenne). Le calcaire est reconnaissable par sa teinte blanche et généralement la présence de fossiles. Il est la base de nombreux matériaux.

Nettoyé de ses impuretés et réduit en une poudre fine de généralement 40 microns le calcaire porte le nom de blanc de Meudon ou blanc d'Espagne. Il est utilisé pour occulter provisoirement une vitrine désaffectée, décorer les fenêtres lors de Nöel ou Pâques, fortifier les pelouses, nettoyer vitres, marbres, cuivres, étains et bronzes. Mélangé à de l'huile de lin le blanc d'Espagne devient mastic de vitrier. Mélangé à du savon et à de la glycérine le calcaire devient une "Pierre d'argent" ou "Pierre d'argile" un produit de nettoyage multi-usages.

• La craie est une roche calcaire formée par une accumulation de squelette calcaire des microalgues (exemple: les coccolitophoridés) et animaux marins (exemple: les foraminifères) dans la zone de suintement pélagique (voir lysocline pour des informations sur la dissolution de la calcite).

• La calcite est le polymorphe d'origine secondairement géologique du carbonate de calcium. Le polymorphe d'origine primairement biogénique est l'aragonite (exemple d'aragonite : le squelette des coraux hermatypiques).

La concentration du calcaire dans l'eau potable ou dureté s'exprime en « degré français ». Un degré correspond à 4 mg/l de Ca. La présence de calcaire dans l'eau ne présente pas d'inconvénient pour la santé, bien au contraire. Il n'y a donc pas de teneur maximum réglementaire.

En revanche une dureté trop élevée peut être source de désagréments à l'usage (entartrage, difficulté à faire mousser le savon, linge rèche). Les eaux distribuées dans la plupart des régions calcaires de France sont dans ce cas (Bassin parisien, Causses, Préalpes, Piémont pyrénéen).

Les terrains calcaires sont généralement karstifiés, c'est-à-dire modelés par la dissolution et l'érosion dues aux eaux de ruissellement et d'infiltration. Cette forme d'évolution se manifeste par des grottes, gouffres, canyons, lapiaz et autres formes dites karstiques. Ces formes karstiques sont le terrain de prédilection des spéléologues.

Précipitation du carbonate de calcium

Le carbonate de calcium se forme dans les milieux aquatiques (le plus souvent dans l'eau de mer). Ils résultent de la précipitation d'ions dissous. Cette précipitation suit la réaction :

Cette précipitation est facilitée par les organismes à coquille ou carapace (mollusques , oursins, coraux, algues planctoniques...), par la respiration des êtres vivants, ou par le brusque dégazage des eaux.

Formation des roches calcaires

Les calcaires peuvent se former en milieu continental (tufière, stalactites, stalagmites), lacustre, ou (le plus souvent) en milieu océanique.

Il existe plusieurs modes de formation des roches calcaires, ou roches carbonatées :

• Par précipitation (calcaire chimique) :

• La lente sédimentation et/ou l'accumulation des éléments microscopiques obtenus par précipitation (voir paragraphe précédent), et leur consolidation par la diagenèse, aboutit à la formation de la roche calcaire. Ces calcaires sont souvent fossilifères.

• Le brusque dégazage d'une eau souterraine arrivant à l'air libre (grotte, source) ou soumise au prélèvement par des végétaux du CO₂, peut provoquer une précipitation localisée produisant, selon les circonstances, des travertins, ou des stalactites et stalagmites. Ces calcaires formés en milieu continental sont rarement fossilifères.

• par action des êtres vivants (calcaire biogène). Ils peuvent résulter d'une forte accumulation de coquilles ou de carapaces calcaires (intactes ou en débris) ex : craie, ou être bioconstruits (calcaire récifal). Ils sont toujours fossilifères.

• par érosion (calcaire détritique), par exemple les brèches calcaires ou ophicalcite.

À cause des usages dans le bâtiment et les travaux publics, les caractéristiques mécaniques des calcaires sont importantes, d'autant que très variables. Les calcaires peuvent être soit très adaptés, soit inutilisables, dans les divers usages auxquels ils sont destinés (il n'y a aucune commune mesure entre un marbre et une craie). On les soumet à divers essais : la résistance à l'usure par frottement mesurée par l'essai Micro-Deval en présence d'eau et l'essai de résistance aux chocs (aptitude à se casser) par l'essai Los Angeles.Les pierres calcaires sont souvent de couleur blanche .

Le calcaire peut être identifié car il peut être dissous par les acides tel que l'acide chlorhydrique en solution, l'acide éthanoïque ou acétique contenu dans le vinaigre ou encore par l'acide tartrique (il forme alors du tartrate de calcium et du CO₂). Le chauffage aux environ de 900 °C produit l'oxyde de calcium ou chaux vive avec du CO₂. Cette chaux vive réagit vigoureusement avec l'eau pour produire la chaux éteinte ou hydroxyde de calcium. Des suspensions de chaux dans l'eau (eau de chaux) répandues sur les murs (chaulage) réabsorbent le CO₂ de l'air et les couvrent d'une couche de carbonate de calcium.

Composition minéralogique et couleur

Il est composé d'au moins 70 % de calcite et peut contenir de la silice, de l'argile et de la matière organique ainsi quelques autres minéraux dont les plus courants sont la dolomite, l'aragonite et la sidérite, qui influent sur sa couleur. En général blanc, le calcaire existe aussi dans des teintes de jaune, gris, brun ou même noir.

• calcaire oolithique
• calcaire saccharoïde
• calcaire lité
• calcaire massif
• calcaire lithographique
• calcaire pisolithique

Métamorphisme

• Le calcaire métamorphisé donne du marbre.

Calcaire mélangé

• Le calcaire mélangé avec de l'argile donne de la marne.
• La présence de rognons et de bancs de silex, et de chaille témoigne de la précipitation de la silice dissoute dans l'eau de mer, qui est issu de la diagenèse des squelettes enfouis, lors de la formation du calcaire.
• Le calcaire mélangé à de la serpentine est une Ophicalce.

Érosion

• L'érosion marine des affleurements de calcaires en Haute-Normandie donne des reliefs en creux (portes) et des aiguilles.
• La dissolution des calcaires solides et massifs forme des surfaces aux modelés particuliers : les lapiaz.

Modelés karstiques

Le calcaire est également faiblement soluble dans les eaux acides. Ces phénomènes de dissolution des calcaires, via circulation des fluides dans les diverses fractures et cassures, sont appelés phénomènes karstiques (grottes, dolines, pertes, aven, etc.). Le calcaire ainsi dissout peut se reprécipiter sous forme de stalactites et stalagmites dans les grottes.

Les roches de calcaires sont utilisées :

• Comme matériau en sculpture (technique de la taille directe).
• Comme roche à bâtir utilisée dans la construction : par exemple, la pierre de Caen a servi à édifier de nombreux édifices religieux au Moyen Âge. Cet usage est à présent marginal dans la construction. La taille de pierre est un métier de la restauration des Monuments historiques.
• Comme matériau d'empierrement de la voirie : macadam, graves calcaires, ballast , d'un usage très fréquent.
• Comme sable et granulat dans la fabrication des bétons, plus rarement dans les enrobés bitumineux, pour les calcaires les plus durs.
• Comme charge minérale pulvérulente dans divers produits industriels (plastiques, peintures, colles, récurrents...)
• Comme fondant dans la fusion du verre (en sable) et dans la fusion des métaux ferreux (en castines).
• Comme amendement calcique agricole pour lutter contre l'acidification du sol.
• Comme apport de calcium, dans l'alimentation des animaux d'élevage.
• Comme matière première entrant dans la fabrication du ciment.
• Comme Blanc de Meudon, blanc d'Espagne, de Toulouse, ou encore de Champagne (Troyes).

Les productions en France sont :

• Granulats calcaires de carrières : 101 700 000 tonnes en 2004.
• Calcaires industriels : 3 170 800 tonnes en 2005.
• Amendements calciques: 1 400 000 tonnes en 2003.
• Blanc de Meudon et d'Espagne (calcaire réduit en poudre fine habituellement de 40 microns)

Le calcaire calciné produit de la chaux dont les usages sont multiples.