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| Portlandite Catégorie IV : oxydes et hydroxydes[1] | |
| Général | |
|---|---|
| Nom IUPAC | hydroxyde de calcium, en anglais calcium hydroxide |
| Numéro CAS | |
| Classe de Strunz | 04.FE.05
|
| Classe de Dana | 06.02.01.04
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| Formule chimique | Ca(OH)2 |
| Identification | |
| Masse formulaire[2] | 73,085 ± 0,005 uma H 1,38 %, Ca 54,84 %, O 43,78 %, |
| Couleur | incolore, blanc, blanc verdâtre, jaune clair ou pâle, etc. |
| Système cristallin | trigonal |
| Réseau de Bravais | réseau de Bravais hexagonal a = 3,589 Å c = 4,911 Å Z = 1 |
| Classe cristalline et groupe d'espace | Trigonale (3 2/m) – hexagonal scalénoédrique, groupe d'espace P3m1 |
| Clivage | parfait sur {0001} |
| Habitus | cristaux aplatis hexagonaux, à six faces et souvent coupés en croix, cristaux en général plats d'aspects micacés, agrégats fibreux, masses blanches parfois fibreuses, masses pulvérulentes, poudres |
| Échelle de Mohs | 2 à 3 |
| Trait | blanc |
| Éclat | perlé sur clivage |
| Propriétés optiques | |
| Indice de réfraction | nω = 1,574 nε = 1,547 |
| Biréfringence | Uniaxe (-) δ = 0,027 |
| Transparence | transparent |
| Propriétés chimiques | |
| Densité | 2,23 |
| Solubilité | faiblement soluble dans l'eau[3]; |
| Comportement chimique | fortement basique en solution aqueuse, suspension appelée lait de chaux |
| Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire. | |
| modifier |
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La portlandite est une espèce minérale rare, de formule brute Ca(OH)2. C'est la forme naturelle de l'hydroxyde de calcium, analogue de la brucite Mg(OH)2. Elle appartient au système cristallin trigonal, et s'observe en minuscules plaques hexagonales, incolores et transparentes, à éclat perlé sur les clivages. On la trouve dans les dépôts de produits de sublimation des émanations ou fumerolles volcaniques, ou parmi les produits de dégradation des éjectas transformés à haute température parmi lesquels les laves communes sur les flancs des formations volcaniques, par exemple sur le Vésuve en Italie, mais aussi avec des roches métamorphiques de contact, par exemple à Scawt Hill, comté d'Antrim en Irlande du Nord.
Ce minéral, rare à l'état naturel, est cependant commun dans la pâte de ciment durcie et le béton dont il constitue une des principales phases hydratées. De ce fait il est très étudié par l'industrie cimentière.
Description et dénomination, géotype
La portlandite a été décrite en 1933 par le professeur Cecil Edgar Tille, géologue et minéralogiste à l'université de Cambridge, à partir d'échantillons de ce type de la colline Scawt, près de Larne. Ce métamorphisme de contact est caractérisé par le couple larnite Ca2SiO4 – spurrite Ca5(SiO4)2CO3. Il s'agit d'un produit d'altération des roches silico-calcaires lors du métamorphisme.
La portlandite est l'ancienne chaux éteinte Ca(OH)2. C'est aussi un produit de l'hydratation des silicates de calcium des ciments. La racine de son nom atteste que, chimiquement, c'est aussi un produit artificiel de l'hydratation du ciment Portland[4].
Caractéristiques
Tout comme son équivalent artificiel, l'hydroxyde de calcium (chaux éteinte), la portlandite est faiblement soluble dans l'eau (~ 1–2 g/L). Sa solubilité diminue quand la température de la solution augmente car sa réaction de dissolution est exothermique. On la trouve parfois dans les milieux arides avec d'autres évaporites alcalines.
C'est un produit basique. Une mesure du pH d'une suspension aqueuse peut signaler sa présence à l'état naturel. Une solution saturée d'hydroxyde de calcium a un pH de 12,5.
La carbonatation du béton armé est l'une de ses principales causes de dégradation (responsable de la corrosion des armatures aggravée par la présence d'ions chlorures) avec les attaques sulfatiques interne et externe, les cycles gel-dégel parfois en présence d'eau et la réaction alcali–silice. Elle correspond surtout à la transformation de la portlandite de la pâte de ciment durci en calcite, au contact du dioxyde de carbone atmosphérique en présence d'humidité. Cette transformation lente abaisse progressivement la valeur du haut pH (13,5 – 12,5) qui protégeait l'acier de l'oxydation. Ses conséquences deviennent catastrophiques quand le front de carbonatation atteint les armatures d'acier externes qui ne sont plus passivées comme à haut pH. La corrosion de l'acier conduit à la formation d'oxydes de fer de plus faible masse volumique. L'expansion de la rouille qui foisonne autour des armatures externes crée des tensions internes dans leur enrobage de béton qui se fissure. La fracturation facilite la carbonatation et la venue d'eau ce qui conduit ultimement à la ruine de l'ouvrage.
Cristallochimie et cristallographie
La portlandite, un minéral hydroxyde à structure en couches, cristallise de manière trigonale et appartient au groupe d'espace P3m1. Sa maille est assimilée au réseau hexagonal.
D'un point de cristallochimique, elle se rapproche des analogues de la brucite Mg(OH)2 comme l'amakinite (en) (Fe,Mg)(OH)2, l'ashoverite (en) Zn(OH)2, la paraotwayite (it) Ni(OH)2-x(SO4,CO3)0.5x, de la pyrochroïte Mn(OH)2, de la spertiniite Cu(OH)2, de la sweetite (en) Zn(OH)2, de la théophrastite Ni(OH)2 et de la wülfingite (es) Zn(OH)2.
Toutefois, les empilements d'octaèdres formés par les ions hydroxyle reliés bord à bord la placent selon la classification de Strunz dans le groupe de la brucite, avec l'amakinite, la brucite, la pyrochroïte, la théophrastite (it) et la fougerite (Fe,Mg)6Fe2(OH)18•4(H2O).
Seul le dernier membre de ce groupe ne correspond pas à la formule type du cristal ionique M2+(OH−)2. C'est pourquoi elle ne figure pas dans le groupe de la brucite selon Dana.
Gîtologie
Outre les zones volcaniques ou de métamorphisme de contact, comme la carrière Caspar sur le volcan Bellerberg de Mayen dans l'Eifel (couple mayenite (en) – ettringite), ce minéral rare peut se trouver dans les eaux alcalines des sources thermales issues de roches ultramafiques. C'est le cas par exemple des sources salées du Jebel Awq à Oman.
C'est aussi un produit de la combustion naturelle des veines de charbon ou des puits naturels de bitume. Ces cas de formation in situ ont été relevés dans les mines du bassin charbonnier de Tcheliabinsk, en Russie, ou dans le désert jordanien de Maqarin, ou au voisinage d'Hatrurim, dans le Néguev israélien, à partir d'affleurements bitumineux.
La portlandite apparaît également dans les mines de manganèse de Kuruman, dans la province du Cap en Afrique du Sud. Noter les gros cristaux en tablettes de plus de 5 cm et les pièces massives trouvées dans cette partie du désert du Kalahari.
Elle est habituellement associée en paragenèse avec : afwillite, calcite, halite, brownmillerite (en), hydrocalumite, larnite et spurrite, mayenite et ettringite.
Lieux d'occurrence
- Afrique du Sud
- mine de Black Rock ou mine Wessels à Hotazel ou mine N'Ch'wanning à Kuruman, dans le champ minier de Manganèse du Kalahari
- Mine de Palabora, Phalaborwa, Province de Limpopo
- Allemagne
- carrière de Zeilberg, Maroldsweisach, Franconie bavaroise
- Feuerberg,
- Emmelberg, Übersdorf, Daun dans le massif de l'Eifel, Rhénanie-Palatinat
- volcan Bellerberg, Ettringen près de Mayen dans le massif de l'Eifel
- Mine Lichtenberg, Gera, Thuringe
- Australie
- Carrière de granite, Lac Boga, Province de Victoria
- Belgique
- Mine Saint-Jean, Montignies-sur-Sambre
- Canada
- Mine du géant Mascot(te), Hope, Colombie Britannique
- Oka dans le massif des Laurentides au Québec et ancien cratère météoritique de Kativik, Nord Québec
- Chine
- Mines manganisifères de Hougou-Dapingshan, Mian, Hanzhong, Shaanxi
- États-Unis
- Anciennes mines de charbon de Virginie
- France
- Mines de Boisséjour, Ceyrat, Puy-de-Dôme
- zone de métamorphisme de Lapanouse-de-Sévérac, Aveyron
- Mines de Cu et Pb Les Rats, au Crozet, La Pacaudière, Loire
- Grande-Bretagne
- Scawt Hill, comté d'Antrim en Irlande du Nord (géotype)
- Carneal, Glenoe, comté d'Antrim
- Italie
- Carrière de Campomorto, Momalto di castro, Province de Viterbe
- Carpenara, Province de Gênes, Ligurie
- Colle Fabbri, Spolète, Ombrie
- Vésuve, Campanie
- Israël
- Bassin d'Hatrurim et formation homonyme, Néguev
- Jordanie
- Maqarin
- Hongrie
- dans la puszta de Kanya ou Kányáspuszta, Monts Matra
- Mexique
- Cerro de la Coronita, Cuernavaca, Morelos
- Norvège
- Mines de fer du Kongsberg, Buskerud,
- Oman
- sources salées du Jebel Awq
- Palestine
- Ma'aleh Adumim ou Djebel Harmun, dans les formations géologiques d'Hatrurim
- Pologne
- mine de Dąbrowka Wielka, près de Katowice, Haute Silésie
- Roumanie
- colline Cornet, Hunedoara
- Russie
- mine de charbon de Korkino, Bassin minier de Chéliabinsk, Oural méridional
- Dépôt de Khiagda, plateau de Vitim, République de Bouriatie
- Suède
- Alnö, Sundsval
- Tadjikistan
- Zones de roches alcalines, Dunkelsdyksky, Mont Pamir
- Tunisie
- Djebel Sekarna, Siliana
- autres anciennes mines de charbons
- autres affleurements bitumineux
Usages
La portlandite étant un minéral naturel rare, elle ne présente pas d'intérêt pour remplacer l'hydroxyde de calcium produit massivement de façon industrielle. C'est un minéral de collection.
Notes et références
- ↑ La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.
- ↑ Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
- ↑ Environ 1,85 g/litre à 0 °C, 1,2 g/litre à 20 °C, 0,66 g/litre à 80 °C
- ↑ Tilley, Mineralogical Magazine: 23: 419,(1933) Article fondant la dénomination par CE Tilley Notons que la réaction pouzzolanique pour obtenir des pouzzolanes artificielles à base de chaux et de silice par voie humide consomme de l’hydroxyde de calcium, ou portlandite, contrairement à l’hydratation du clinker ou du ciment Portland qui en libère [1].
Voir aussi
Bibliographie
- Alain Morandeau, Carbonatation atmosphérique des systèmes cimentaires à faible teneur en portlandite, Thèse de génie civil, Université Paris Est, 2013. Thèse en ligne
- Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (M. Thiery, G. Villain, V. Baroghel-Bouny du B.C.C., G. Platret, E. Massieu du P.C.M., Intervention commune sur le thème " Un modèle d’hydratation pour le calcul de la teneur en portlandite des matériaux cimentaires comme donnée d’entrée des modèles de carbonatation" aux Journées Ouvrages d’Art du réseau des L.P.C. à Lyon, Résumé et texte
- G. Arliguie, J. Grandet, J. P. Ollivier, "Orientation de la portlandite dans les mortiers et bétons de ciment Portland: Influence de la nature et de l’état de surface du support de cristallisation", revue Materials and Structures, , Volume 18, Issue 4, p. 263-267.
- Deux articles en anglais concernant la portlandite dans la revue American Mineralogist 19: 35 (1934) et 48: 924-930 (1963).
- Henderson D M, Gutowsky H S, "A nuclear magnetic resonance determination of the hydrogen positions in Ca(OH)2 T = -190 °C ", American Mineralogist 47, 1231-1251 (1962) texte Pdf
Articles connexes
- Carbonatation du béton
- Ciment
- Chaux (matière)
- Notation cimentière
- Hydroxyde de calcium, terme équivalent en chimie minérale
- Pouzzolane
Liens externes
- (en) Données, sur webmineral.com
- (en) Présentation minérale et localisation géographique
- (en) Portlandite, sur le Manuel de Minéralogie
- (en) Différents spectres caractéristiques de la portlandite sur le projet RRUF
- Quelques articles sur la portlandite, projet RRUF
- (en) Pages d'un exposé sur la croissance et morphologie de la portlandite, par le nanocem, école polytechnique de Lausanne
- (en) Ruiz-Agudo E1, Kudłacz K, Putnis CV, Putnis A, Rodriguez-Navarro C., "Dissolution and carbonation of Portlandite [Ca(OH)2] single crystals" in revue Environmental Science & Technology 47(19):11342-9, doi: 10.1021/es402061c. Epub 2013 Sep 11., Résumé
- (de) Portlandite sur le Mineralienatlas
