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LES ASPECTS PHYSIQUES ET CHIMIQUES DE LA ROCHE
CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DE LA ROCHE
Le gypse est une roche généralement blanche, mais il peut être de couleur beige, rose, grise, rouge ou jaune selon les impuretés. Il est d’aspect mat, finement cristallin. Il est tendre et rayable à l’ongle. Des traces jaunes peuvent apparaître dues à la présence de soufre. Il est constitué en majeure partie de sulfate de calcium dihydraté (CaSO4, 2(H2O)).
Lorsqu’il est anhydre, il prend l’apparence d’un solide cristallin blanc. La forme dihydratée (dihydrate), CaSO4·2H2O (M=172,17 g·mol-1), est connue sous le nom de gypse. Il est classé selon les variétés morphologiques de ses cristaux. (7) Il est ainsi qualifié de :
➤ albâtre : variété de gypse pur très finement cristallisée, blanc et translucide, plus dur que les autres variétés, il est utilisé pour la sculpture d`objets décoratifs ou pour la conception des vitrages dans les monuments anciens .
➤ Sélénite (du grec sélène qui signifie lune) il désigne un gypse en cristaux transparents, vitreux bien formés pouvant atteindre plusieurs mètres de développement, sous forme lamellaire ou spathique, ou prismatique on peut en citer le fer de lance, pied d’alouette .
➤ gypse saccharoïde (du grec saccharos qui signifie sucre) se présente souvent en masse granulaire pulvérulente en variété compacte .
➤ gypse fibreux : en couches à fibres parallèles, ou en concrétions à fibres courbées on peut en citer les gypses fibreux, terreux, grenus .
➤ roses des sables, ce sont des gypses en cristaux lenticulaires à inclusions sableuses disposés en macles de forme radiée comme les micas, spath satiné, pailleté de soleil…
➤ Les couches les plus profondes de gypse peuvent perdre leur eau de cristallisation. On obtient alors le sulfate de calcium non hydraté (CaSO4) ou bien l`Anhydrite (figure 8), qui se retransforme lentement en gypse si elle entre à nouveau en contact avec l’eau ou si la température ou la pression baissent. L’anhydrite peut constituer un mode de stockage, puis le gisement parvenu en surface se transforme en couche de gypse par hydratation aérienne ou par lente imprégnation humide.
ROPRIETES CHIMIQUES DE LA ROCHE
D`un point de vue chimique il est classé parmi les sels. Il est soluble dans l`eau.
Formules:
– CaSO4 (anhydre) (Ca0 = 41,2 %, SO3 = 58,8 % ) Masse molaire = 136,14 g·mol-1
Densité : 2,9
Dureté : 3,5 sur l’échelle de Mohs
– Gypse CaSO4,2H2O : (Ca0 = 32,6 %, SO3 = 54,65 % , H2O= 20,9 %)
Masse molaire =172,17 g·mol-1
Densité : 2,3
pH neutre : Solubilité 1,75 g/L à 0 °C ; 2,1 g/L à 38 °C et 1,69 g/L à 100°C (9)
Dureté : entre 1,5 à 2 sur l`échelle de Mohs .
Types de liaisons :
Il existe deux types de liaisons chimiques dans la structure du gypse.
– Des liaisons ioniques fortes se trouvant dans les feuillets Ca2+/SO4²⁻ dues aux différences de charges électriques
– Des liaisons hydrogènes entre les molécules d’eau et les atomes d’oxygène des ions sulfates.
– L’atome d’oxygène de la molécule d’eau étant relié à un ion de calcium par des liaisons fortes mais ces liaisons sont beaucoup moins fortes que les liaisons ioniques Ca²⁺/SO4²⁻.
Cristallographie
Il cristallise dans le système monoclinique . Avec les paramètres de mailles suivantes :
a = 5,670Å
b = 15,201 Å
c = 6,533 Å
α = β = 90 δ =118 rad 36`
Volume de la cellule : 494,37 Å3.
LES DIFFERENTES PHASES DU SYSTEME CaSO4, 2H2O
Le gypse se présente sous différentes formes sous l`influence de la température, il peut donc être sous forme de sulfate de calcium dihydraté, d`hémihydrate α, d`hémihydrate β, d`anhydrite soluble ou insoluble selon la température du milieu. Le diagramme suivant explique ce changement .
L`hémihydrate
C`est un produit qui n`existe pas à l`état naturel. Il est le constituant principal du plâtre. Préparé par déshydratation du gypse le produit obtenu a pour formule brute CaSO4,ƐH2O, la valeur de Ɛ est fixée par la température et la pression de vapeur d`eau se trouvant dans le milieu où l`on effectue la cuisson. La phase reste identique si Ɛ varie entre 0,1 et 0,66.
Elle est désignée par hémihydrate car dans les conditions normales de la température d`hygrométrie, Ɛ = 0,5 c`est pour cela qu` on a pris la notation CaSO4,1/2H2O La forme hémihydratée (monohydrate) CaSO4,1/2H2O a une masse molaire M = 145,5 g·mol-1 .
L`hémihydrate existe sous deux variétés :
– Variété α : obtenue par chauffage du gypse à l`eau liquide ou par voie humide ; pendant la cuisson dans une solution saline concentrée à la vapeur d`eau saturante et au-dessus de 91°C et la pression est entre 2 à 12 atm. Le produit obtenu est non poreux et il présente une résistance mécanique plus élevée que l`autre variété mais le coût de production est très élevé. L`hémihydrate α demande peu d`eau pour former le dihydrate (variétés destinées aux plâtres dentaires).
– Variété β : obtenue par chauffage du gypse sous faible pression de vapeur d`eau ou par voie sèche. Elle est obtenue sous une pression à vapeur d`eau inférieure à 1 bar. Cette variété est très poreuse et a une résistance mécanique moins bonne que l`autre due aux pores laissés par le départ de molécule d`eau pendant la cuisson L`hémihydrate β est le composant principal du plâtre, le sujet de cette étude. Il nécessite un taux de gâchage très élevé. (Rapport eau /plâtre > 0,8) .
Les différences entre les propriétés de ces deux hémihydrates sont dues à la différence dans la structure et la forme de leurs cristaux. Leurs structures restent indéterminées, puisque plusieurs structures ont été observées ; il y en a des symétries rhomboédrique, orthorhombique, monoclinique, et hexagonale. Ces différences rendent la détermination de la structure très délicate.
Les sulfates de calcium anhydres
Les sulfates de calcium anhydres existent sous trois formes, dites anhydrite I, II, III.
L`anhydrite III est obtenu par cuisson au-delà de 200 °C, il rentre dans la composition du plâtre, pour en activer la prise car il est très avide d`eau. Il existe aussi sous deux variétés α ou β selon qu`il dérive de l` hémihydrate β ou hémihydrate α. L`anhydrite III est décrit par la formule brute CaSO4 , xH2O où la valeur de x est comprise entre 0,06 et 0,11.
L`anhydrite II obtenu par cuisson au-delà de 400 °C ; il existe aussi sous forme naturelle, c`est le dernier composant du plâtre. Il se dissout difficilement dans l`eau, c`est pour cette raison qu`il entre dans la composition, pour jouer le rôle de retardateur de prise.
L`anhydrite I il est obtenu par cuisson au de-là de 1000°C on l`appelle aussi plâtre cuit à mort, il n`est plus hydratable.
La chimie du plâtre fut étudiée afin d’élaborer un processus de fabrication industrielle et non basé sur l’empirisme. Les étapes sont plus nombreuses que la méthode traditionnelle et les paramètres de cuisson sont contrôlés précisément. On distingue 6 étapes :
– Extraction du gypse.
– Un concassage des blocs de gypse afin de réduire la dimension de ses grains.
– Un tamisage, afin de ne conserver que les particules d’un diamètre inférieur à 40mm un mélange par une machine à marteaux afin d’homogénéiser le gypse.
– Une cuisson dans des fours.
– Un mélange avec d’autres produits permettant d’améliorer certaines propriétés (de l’amidon pour améliorer son adhésion, des retardateurs pour modifier le temps de prise…).
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Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE I: ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
CHAPITRE I: ETUDE DU GYPSE
I-1- LES GISEMENTS DE GYPSE
I-2- FORMATION DU GYPSE
I-3-LES ASPECTS PHYSIQUES ET CHIMIQUES DE LA ROCHE
I-4- LES DIFFERENTES PHASES DU SYSTEME CaSO4, 2H2O
CHAPITRE II- PROCEDE DE PRODUCTION DE LA POUDRE A PLATRE
II-1-EXTRACTION DU GYPSE
II-2- CONCASSAGE PRIMAIRE
II-3-MODE DE CUISSON
II-4- BROYAGE
II-5- COMPOSITION DU PLATRE
CHAPITRE III : ANALYSE EN FLUORESCENCE X
III-1/ LES RAYONS X
PARTIE II : TRAVAUX PERSONNELS
CHAPITRE I : ANALYSE CHIMIQUE DU GYPSE
Chapitre II-COMPOSITION DE LA POUDRE A PLATRE
I-CUISSON DU GYPSE
II- BROYAGE DES PRODUITS OBTENUS
III-PREPARATION DES MELANGES
DISCUSSION
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
