La chaux

Histoire de la chaux

Aujourd’hui la chaux représente, avec une production d’outre 300 millions de tonnes, un des produits chimique/industriel avec la majeure diffusion au monde.
Mais, son histoire remonte à l’aube de l’histoire de l’Homme sur la Terre.

On suppose que la découverte de la chaux par l’homme préhistorique a été contemporaine à la découverte d’autres liants naturels, tels que l’argile et le gypse, et précédent à la découverte des métaux en raison des températures plus basses auxquelles sa cuisson a lieu.

On peut raisonnablement supposer que la découverte est survenue par hasard en remarquant que, dans des zones géographiques, en plaçant des pierres au feu, les mêmes en contact avec le feu modifiaient leur structure en se transformant en poussière et donc, si unies à l’eau, devenaient une pâte plastique qui, séchant, perdait sa plasticité et retournait à avoir la rigidité de la pierre originelle.

La découverte des liants est à considérer un pas très important dans l’évolution humaine, car elle a été une des premières opportunités pour l’homme de modifier la nature à son avantage.

Les premières évidences historiques de l’utilisation systématique de la chaux ou des composés à base de chaux et gypse par l’homme ont été trouvées par les archéologues :

Cajenu (Turquie), où la chaux a été utilisée sous forme de mélange avec le sable pour la couverture de certaines terrasses dès 8000 avant JC
Yiftah (Israël) ont été trouvés des planchers de chaux et de pierre placées sur un piédestal d’argile (7000 avant JC)
Lepenski Vir (Serbie) ont été trouvés étages des maisons construites avec l’utilisation des mortiers à base de chaux de sable et d’argile (6000 avant JC)
Shersi (Tibet), la chaux est utilisée pour la construction des pyramides (3000 avant JC)
Kafaje (Mésopotamie) a été trouvé un four à chaux datant de 2450 avant JC

Au Caire (Egypte), la chaux a été utilisée pour la construction structurelle de la pyramide de Khéops, chaux mélangée avec du gypse a été utilisée pour faire l’enduit sur lequel ont été peints les hiéroglyphes, et même la fermeture de la porte de la chambre funéraire résulte faite avec des pierres et mortier à base de chaux (2500 avant JC).

À l’an 1000 avant JC remonte par contre la construction des murs de Jéricho (23 km de Jérusalem) pour protéger la ville contre les ennemis, murs que la Bible nous rapporte avoir été détruits par les Juifs quand ils se sont installés dans la Terre Promise.

Au moment où l’utilisation de la chaux se répandait en Italie par les Romains, et dans de nombreuses autres parties du monde, même très éloignées entre elles, ont été trouvés des objets humains d’époque réalisés avec l’utilisation de la chaux ; on rappelle à cet égard en Amérique centrale les pyramides et les palais Maya et les Incas, en Chine la Grande Muraille réalisée par la dynastie Chin en 228 avant JC, en Inde et en Mongolie de nombreux temples et maisons privées.

Bien que l’utilisation de la chaux par les Romains soit plus tardive, les premières utilisations connues ont été l’aqueduc et la route Appia qui remonte au 300 avant JC, en fait nous devons à la civilisation romaine la codification de la chaux, des modalités de son utilisation et de sa production.

Empédocle, un poète et scientifique de la Grande-Grèce, vécu entre 482 et 426 avant JC dans la ville Sicilienne d’Agrigente, dans son livre « de la Nature », décrit de nombreux phénomènes naturels et fut le premier à décrire le « cycle de la chaux« .
Empédocle écrit : “ Il y a de la magie dans la collecte d’une pierre de la terre, la démolir avec le feu, la modeler avec l’eau et avec l’ingéniosité de l’homme pour récupérer avec l’aide de l’air un solide dur comme la pierre initiale “.

En raison de la géologie prédominante de leur territoire, les Romains, dans la phase initiale de l’utilisation de la chaux, ne connaissaient que les propriétés des chaux aériennes (coups de pied capables de faire prise en utilisant l’air) mélangées avec du sable.

Bientôt, cependant, les Romains importèrent des Grecs et des Phéniciens la technologie de la préparation des liants hydrauliques (liants à base de chaux qui font prise avec l’eau). Les liants hydrauliques étaient obtenus des Grecs et des Phéniciens en mélangeant la chaux aérienne avec des sables volcaniques provenant des îles de Santos et Thera (aujourd’hui Santorin).

Ces types de matériaux mélangés à la chaux aérienne permettaient des performances, en termes de résistance, supérieures à celles obtenues avec la chaux aérienne mélangée à du sable « propre » et permettaient en autre au mortier d’adhérer même sous l’eau permettant ainsi la construction de ports et ponts avec des parties immergées dans l’eau.

Pour la production de leurs mortiers hydrauliques, les Romains, utilisèrent principalement les dépôts de pouzzolane, [terre volcanique près de la ville de Pozzuoli (Naples)], c’est du nom de cette ville que dérive le nom, encore aujourd’hui utilisé, de « ciment pouzzolane« .

Les Romains, importèrent probablement de la civilisation Minoenne de Crète, la technique de production de mortiers à caractéristiques hydrauliques en mélangeant la chaux avec des briques, des tuiles et des pots broyés ou concassés (coccio-pesto).

La légende raconte que la Rome antique s’était installée sur sept collines, mais les Romains au cours de leur histoire, ont fabriqué artificiellement la huitième colline, la colline du Testaccio.

Le transport de tous les produits alimentaires, à l’époque de l’Empire, s’effectuait à l’aide d’amphores en terre cuite du poids d’environ 30/40 kg chacune qui, une fois vidées du contenu, avaient le problème d’être assainies et stockées.

Les Romains commencèrent à stocker les amphores vides, près du port fluvial du Tibre, les amphores étaient recouvertes de chaux pour empêcher la fermentation et la putréfaction des résidus alimentaires qui provoquaient des miasmes.

Au cours des siècles, ce stockage d’amphores a atteint une hauteur de 80 mètres, créant ainsi la huitième colline de Rome. Grâce à la réaction entre la chaux et l’argile, cette nouvelle colline a acquise une structure tellement stable qu’elle est aujourd’hui entièrement construite par des bâtiments modernes.

Avec l’expansion de l’empire, les Romains ont exporté la technologie de la production de chaux dans toute l’Europe. Il était habituel que lorsque les légions romaines s’installent dans de nouveaux territoires, elles construisent un four à chaux près du camp militaire afin de disposer toujours de ce matériel pour la réalisation d’aqueducs, routes, ports, pour l’assainissement, l’agriculture, pour le tannage des peaux et pour usage médical.

La technologie de la chaux des Romains atteignit un tel niveau technologique qu’en l’an 27 avant JC, ils purent réaliser la coupole Panthéon de Rome qui, avec ses 43 mètres de diamètre, est resté le plus grand dôme jamais réalisé par l’homme jusqu’au vingtième siècle.

De grands travaux ont été réalisés par des auteurs Romains pour répandre le bon usage de la chaux en créant un « règlement » pour sa production, vieillissement et utilisation.

Le premier texte connu en ce sens est « De Architectura« , une œuvre en dix volumes écrite par Marco Vitruvio Pollione en 13 avant JC. L’œuvre monumentale de Vitruve traite de nombreux aspects de la production et de l’utilisation de la chaux, il est surprenant de constater que certaines notes, contenues dans le texte, se reflètent encore dans la vie quotidienne des producteurs ou utilisateurs de chaux aujourd’hui.

Nous ne citons ci-dessous qu’une seule de ces notes, car elle nous semble plutôt emblématique. En ce qui concerne la préparation du mastic à la chaux en citant Vitruve: « Quand la macération est faite, et préparée avec soin pour le travail, prenez une hache et comme on fend le bois, ainsi on fera à la chaux macérée dans le réservoir: si avec la hache on rencontre des cailloux, elle ne sera pas bien macérée, si l’on sort le fer sec et net, indiquera être la chaux maigre et sec, si elle reste ensuite attachée autour du fer en tant que gluten, indiquera être grasse et bien macérée et ce sera preuve plus que suffisante pour la croire bien macérée « .

Aujourd’hui, demandez à un technicien qui s’occupe de production de mastic à la chaux comment reconnaître un bon mastic à la chaux sans recourir à des essais de laboratoire, vous remarquerez que la réponse est exactement celle donnée par Vitruvio il y a 2000 ans !

Même Pline l’Ancien (23-79 après JC) intègre les expériences de Vitruve, dont il était un admirateur, en approfondissant dans son livre “Naturalis Historiae” certains aspects spécifiques relatifs à l’ingénierie pour la construction de fours à chaux. Pline reprend et cite, dans son texte, la codification des méthodes de construction des fours à chaux sur la base de ce qui avait été établi à cette époque par la guilde des “calcis cocitores” (cuiseurs de chaux à Rome).

En 75 avant JC le docteur grec Descor rapporte l’utilité de l’utilisation de l’eau de chaux saturée pour combattre les douleurs d’estomac (acidité).

Saint Augustin Evêque (354-430 après JC) né à Alger, plus connu comme l’un des principaux théologiens de l’Église chrétienne, était aussi un ingénieur civil respecté et il a poursuivi et amélioré les méthodes de construction déjà décrits par Vitruve et Pline.

La chute de l’Empire Romain et le début du Moyen Age ont conduit à une perte de la “connaissance de la chaux ” tant cultivée par les Romains.

En cette période historique, la qualité de la chaux et des artefacts devient très médiocre, de nombreux vestiges de cette période ont été perdus, usés par le temps et les intempéries, car ils sont souvent “mal construits”.

Les fours à chaux réalisés en maçonnerie et avec quelques « ruses » technologiques pendant la période de l’Empire Romain, laissent maintenant place à des fours rudimentaires provisoires (fours ruraux) qui étaient à peine plus que des trous dans le sol, entourés de murs en pierre.

Les données historiques relatives à la production et à l’utilisation de la chaux au cours de cette période nous amènent à penser que l’on a régressé de 1500 ans.

En Angleterre et en France aussi, la période des Saxons et des Normands (450-1150 après JC) correspond à une période de forte décroissance de la technique de construction et de la production de chaux.

Cependant, c’est au Moyen Âge que certains alchimistes découvrent comment, en mélangeant de la chaux avec de la cendre de bois, il est possible de provoquer une caustisation du carbonate de potassium pour produire une forme de lessive qui est à la base de la production de savon.

Shakespeare mentionne dans ses œuvres comment en 1217 la chaux a été utilisée par les Anglais pour la lancer contre les ennemis Français, donnant lieu à la première forme de guerre chimique dans l’histoire.

Certains auteurs nous racontent comment, au cours des siècles IX, X et XI, en Angleterre et en France, on avait perdu toute connaissance de l’usage correct de la chaux et des mortiers.

Aujourd’hui, l’analyse des mortiers utilisés pour la construction dans cette période historique nous conduit à souligner combien souvent les sables étaient utilisés “sales“, non sélectionnés, mal mélangés et l’utilisation de mortiers hydrauliques ou des cocottes de pesto étaient complètement disparus.

En Europe, la situation “chaux “ ne commence à s’améliorer qu’au XIIe siècle et se poursuit jusqu’au XIVe siècle où l’avènement des Lumières conduisit à la traduction du latin des textes classiques de Vitruve et Pline, en redécouvrant les méthodes constructives et productives citées par ces auteurs.

Au XVIIe siècle, au cours des grands travaux de génie hydraulique réalisés pour la construction du château de Versailles, certains savants français tels que De La Faye, Lariot et d’autres, reprennent l’étude des technologies romaines qui permettaient la réalisation de bâtiments stables et durables dans le temps.

Jean Rondelet publia en 1805 un livre influent intitulé “Traité de la construction“, où il analysait et cherchait à expliquer les raisons des prestations obtenues avec les mortiers par les Romains en attribuant notamment ce mérite plus qu’à la chaux elle-même aux conditions dans lesquelles elle était utilisée, le soin des compositions des agrégats, le mélange et la constipation de la masse.

Seulement dans les années suivantes, avec le développement des sciences, les intuitions empiriques de Rondelet ont trouvé confirmation et avis scientifique.

Au milieu des années 1700, une étape importante a eu lieu dans le monde de la chaux, d’abord Josef Blank de l’Université de Glasgow, puis le physicien Lavoisier ont isolé et identifié le CO2, en commençant à donner un aspect scientifique aux processus de décarbonatation du calcaire et recarbonation de la chaux.
Dans ces premières années de la chimie moderne, le processus de décarbonation grâce à sa simplicité attira l’intérêt de nombreux savants qui essayèrent d’en comprendre les secrets.

En 1766, De Romecourt publia une étude détaillée intitulée « l’art de la cuisson de la chaux« , dans laquelle il fut le premier, depuis l’époque de l’Empire romain, à essayer de décrire les aspects techniques et économiques du processus de cuisson industrielle de la chaux.

En 1818 le français Vicat fut le premier à établit les principes rationnels pour la production de la chaux hydraulique moderne.

En 1867, Debray mesure les pressions de dissociation du carbonate de calcium, mesures prises plus tard de manière encore plus précise par Le Chatelier en 1886.

En 1935, Searle décrit dans un texte la technologie et les principaux aspects constructifs de 40 types de fours connus.

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