à partir d'un morceau de gypse

1. Introduction

Le plâtre est un liant hydraulique connu depuis l'Antiquité. Il est fabriqué à partir d'une roche blanche et tendre à l'aspect de sucre: le gypse, un sulfate de calcium hydraté (CaSO4 . 2 H2O). L'eau représente le 21 % de cette pierre et c'est par sa déshydratation partielle lors d'une cuisson qu'on obtient le plâtre. Le gâchage consiste à réhydrater la poudre de plâtre, ce qui entraîne une prise rapide (quelques minutes). La réaction de deshydratation du gypse s'écrit:

CaSO4   .   2 H2O                                          CaSO4   .   0,5  H2O        +        1,5  H2O

gypse (forme stable)                                         plâtre (forme métastable)

Le plâtre est un bon isolant thermique. Poreux, il absorbe et restitue très rapidement l'humidité de l'air mais se dégrade dans les endroits humides. Il oxyde les métaux ferreux ce qui nous oblige de galvaniser (recouvrir d'une couche de zinc) les armatures d'acier qui sont en contact avec lui. C'est un bon matériau de protection contre le feu du fait qu'il est capable d'absorber une grande quantité d'énergie calorifique pour opérer des transformations chimiques internes accompagnées de dégagement de vapeur d'eau (1)(2).

Les pyramides de gypse du Col de la Croix (au premier plan)

et le massif des Diablerets (3000 m au fond).

Le gypse cristallise dans le système monoclinique. Il a une dureté de 1.5 à 2 sur l'échelle de Mohs. Sa densité varie entre 2.3 et 2.4 (3)

Les 7 systèmes cristallins

Cubique quadratique Hexagonal rhomboédrique orthorhombique monoclinique triclinique

Composition centésimale du gypse: pourcentage des oxydes contenus dans la roche (3)

CaO 32,6 %

SO3 46,5 %

H2O 20,9 %

Caractéristiques des cristaux de la famille du gypse (3)

CaSO4 . 2H2O gypse, monoclinique, stable

CaSO4 . ½ H2O Platre,metastable (le platre a perdu 75% de son eau)

CaSO4 anhydrite, orthorhombique

γ CaSO4 polymorphe metastable, hexagonal, de l’anhydrite

Le gypse fait partie de la famille des roches hydrochimiques ou évaporites qui se forment à partir de saumures ayant atteint leur point de saturation. Lorsque l'eau d'une lagune ou d'un marais salant s'évapore sous l'action du soleil, des sels peuvent précipiter (tomber au fond de l'eau). L'eau de mer contient 35 g/l de sels dissous, soit:

NaCl, sel gemme (cuisine) 78.0 %

Sels de Mg et K 18.0 %

CaSO4, gypse et anhydrite 3.6 %

CaCO3, calcaire 0.4 %

On peut représenter l'histoire de ces depots

Le calcaire précipite quand il reste 20% d'eau

Le gypse précipite quand il reste 20-12% d'eau                Le sel gemme précipite quand il reste 10-5% d'eau

Enfin lorsqu’il ne reste presque plus d’eau, les sels de magnésium et potassium se déposent. Lorsque l'on creuse dans de tels terrains qui n'ont pas été déformés et érodés on trouve successivement:

1- Des sels de magnésium (Mg) et de potassium (K): on n'en trouve pas  dans la région de Bex.

2- Du sel gemme (NaCl) qu'on trouve dans les mines de Bex (Lias des mines).

3- Du gypse qu'on trouve  au col de la Croix. Il s'est déposé au Trias au début de la subsidence alpine (phase de pré-rifting). C'est un dépôt de plateforme associé à la nappe de Bex (ultrahelvétique).

4- Du calcaire (Trias).

On ne retrouve pas facilement cette séquence de roches dans le profil géologique passant par le col de la Croix à cause des déformations subies par les roches lors de la formation des Alpes.

Coupe géologique passant par le col de la Croix, le massif des Diablerets et le col d'Anzeinde (5)

2. But de l’expérience

Fabriquer du plâtre à partir d'échantillons de gypse récoltés au col de la Croix dans les Alpes vaudoises.

3. Matériel

1 morceau de gypse

1 trépied

1 moule (ou gobelet en plastique)

1 massette

1 pilon

1 mortier

1 becher 400 ml

1 bec bunsen

de l'eau

4. Méthode

Nous brisons l'échantillon de gypse avec une massette et récupérons les morceaux aussi petits que possible dans un mortier. Nous le broyons à l'aide d'un pilon et d'un mortier jusqu'à l'obtention d'une poudre fine. Elle est ensuite versée dans un becher pour la cuisson (bec bunsen). La température de cuisson doit s'élever à environ 150°C. Après avoir laissé refroidir le produit, nous le mélangeons à l'eau pour le gachage puis le versons dans un moule où s'effectue la prise.

5. Remarques

1 Il est important de ne pas trop chauffer le gypse (150°C) sans quoi il se déshydrate complétement. Les réactions de déshydratation s'écrivent (1):

Mais dans une certaine proportion, le gypse anhydre CaSO4 a un rôle à jouer dans l'accélération de la prise.

2 Le plâtre provoque l'oxydation des métaux ferreux. En effet, un jour après avoir coulé du plâtre dans un creuset en acier, celui-ci est déjà fortement rouillé. Toute armature ou fixation métallique en contact avec le plâtre dans une construction doit être galvanisée (recouverte d'une mince pellicule de zinc).

3 On remarque lors de la cuisson un changement de consistance de la poudre de plâtre: l'augmentation de la plasticité est due à la réorganisation des cristaux et à la deshydratation. Cette transformation est accompagnée d'un dégagement de vapeur d'eau qui se condense immédiatement sur les bords du becher. Cette condensation est le signe que la réaction recherchée se réalise.

4 Le Chatelier, dans sa thèse sur l'étude expérimentale de la constitution des mortiers hydrauliques, a donné de l'hydraulicité la théorie suivante (valable aussi pour le plâtre). Il y a, d'après lui deux phases dans le phénomène: la prise, qui se produit au bout de quelques minutes, et le durcissement qui vient à la suite et qui est beaucoup plus lent. La prise serait due à la cristallisation d'une solution sursaturée produite par l'hydratation du ciment: les hydrates formés précipiteraient brusquement. Le durcissement serait lié à la poursuite du phénomène de dissolution de l'hydrate amorphe et de recristallisation.

5 il faut garder le plâtre à l'abri de l'humidité afin qu'il ne s'altère pas. Un emballage en plastique hermétique l'empêchera d'être en contact avec l'humidité atmosphérique.

6. Résultats & conclusion

Nous réussissons en un temps record la fabrication d'un plâtre de bonne facture qui nous permet de mouler divers objets.

7. Références

R. Perrin, J.P. Scharff. Chimie industrielle vol. 2. Masson, Paris, 1993.

R. Wagner. Nouveau traité de chimie industrielle. Savy, Paris, 1873.

R. Dud'a, L. Rejl. La grande encyclopédie des minéraux, Gründ, Paris, 1986.

Foucault et J.-F. Raoult. Dictionnaire de géologie, Masson, Paris, 1992.

H. Badoux, H.-H. Gabus. Feuille 1285 Les Diablerets. Atlas géologique de la Suisse, Service hydrologique et géologique national, 2e ed, 1991.

http://www.jeanduperrex.ch/Site/Gypse.html