C'est enFrance, enSuisse et enBelgique la roche la plus courante qui compose autant des montagnes (Alpes,Jura,Pyrénées) que des plaines (Champagne), des bassins (Bassin parisien) ou des plateaux (Jura, Larzac, Poitou-Charentes). Le calcaire est reconnaissable par sa teinte blanche et généralement la présence defossiles.
Carte de répartition mondiale desaffleurements de roches carbonatées (calcaires et dolomies).
Il se forme par accumulation, principalement au fond des mers, mais parfois en milieu lacustre, à partir descoquillages etsquelettes desmicro-algues et animaux marins. Il se forme aussi parprécipitation en milieu continental.
Les calcaires peuvent se former en milieu continental (tufière, stalactites, stalagmites), lacustre ou (le plus souvent) océanique.
Il existe plusieurs modes de formation des roches calcaires, ou roches carbonatées :
par précipitation (calcaire chimique) :
la lentesédimentation et/ou l'accumulation des éléments microscopiques obtenus par précipitation (voir paragraphe précédent), et leur consolidation par ladiagenèse, 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, destravertins, 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), comme lacraie, letuffeau, ou être bioconstruits (calcaire récifal). Ils sont toujours fossilifères ;
par érosion (calcaire détritique), par exemple les brèches calcaires ou ophicalcite.
Pour 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 différemment adaptés selon les usages auxquels ils sont destinés (il n'y a aucune commune mesure entre unmarbre et unecraie). 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[1]. Les pierres calcaires sont souvent de couleur blanche.
Par définition les roches carbonatées contiennent plus de 50 % de carbonates en poids. Les calcaires purs sont composés d'au moins 90 % decalcite. Les principaux autres constituants sont lesminéraux carbonatés de typearagonite« avec, dans les variétés impures, ladolomite et l'ankérite (dolomite ferreuse)… Dans les types passant auxroches détritiques, on trouve des élémentsallogènes non carbonatés : quartz, feldspaths, micas, argiles ; on peut trouver aussi des minérauxauthigènes : feldspaths, glauconie, phosphates, minerais de fer[2] ».
Au premier ordre, les microcristaux de calcite leur donnent une couleur blanche. Diverses impuretés peuvent néanmoins lui conférer des couleurs très diverses (teintes de jaune, gris, brun ou même noir) : les argiles qui peuvent piéger deshydroxydes de fer etoxydes de fer selon le processus d'adsorption, donnant des teintes allant de l'ocre clair, au jaune jusqu'au rouge, suivant leur niveau d'oxydation et d'hydratation ; lesoxydes de manganèse et lescharbons de bois colorent les calcaires en noir. D'autres impuretés ont des effets antagonistes : certaines favorisent la dissolution de la calcite (éléments métalliques, chlorures), d'autres augmentent la résistance à sa dissolution (présence de grains de quartz)[3].
« Les calcaires sont considérés comme impurs lorsqu'ils contiennent de 10 à 50 % de ces impuretés. Si cela dépasse 50 % on ne parle plus de calcaires (ou alors de calcaires gréseux, marneux, argileux, etc.) »[4].
L'action d'unacide sur le calcaire conduit à la formation d'un dégagement de dioxyde de carbone. Cette réaction effervescente est utile augéologue qui peut, sur le terrain, reconnaître une roche calcaire ou au pédologue pour déterminer qu'une terre contient du calcaire libre ou actif. Cette effervescence est modélisée par laréactionacido-basique suivante (mise en évidence par le dégagement de bulle de dioxyde de carbone qui trouble l'eau de chaux)[5] :
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Cette transformation chimique est fréquemment utilisée dans les cours et travaux pratiques debiologie, degéologie ou dechimie pour mettre en évidence la dissolution decarbonate de calcium (expérience de l'œuf cru qui rebondit[6], effervescence du calcaire, des coquillages, du corail et des écailles de moules, expérience du bâton de craie d'écolier qui mousse)[7], la présence de calcaire dans un sol[5].
La concentration en ions calcium (et magnésium) dans l'eau potable oudureté s'exprime en « degré français ». Un degré correspond à4mg/l deCa2+. Il n'y a pas de teneur maximum réglementaire.
La présence de calcaire dans l'eau ne présente pas d'inconvénient pour la santé lorsqu'on la boit, en ce sens qu'il apporte une supplémentation en calcium et ne cause par ailleurs pas de dommage. Cependant, il a un effet néfaste sur la peau, qu'il assèche, et constitue une source de complications (irritations, voire eczéma, psoriasis, etc.). De plus, une dureté trop élevée peut être source de désagréments à l'usage (entartrage, difficulté à faire mousser lesavon, linge rêche). Il est possible de baisser cette dureté de l'eau avec un adoucisseur d'eau ou une station de traitement de l'eau. Les eaux distribuées dans la plupart des régions calcaires de France sont dans ce cas (Bassin parisien,Causses du Quercy,Préalpes,Piémont pyrénéen).
Les géologues ont créé des classifications fondées surtout sur la structure des roches carbonatées, ce qui nécessite souvent l’emploi du microscope, ou au moins d’une forte loupe. Ils utilisent aussi une nomenclature pratique fondée sur les caractères les plus marquants[8] :
selon les proportions de calcite et de dolomite, la terminologie est la suivante : calcaire pur (100 % à 95 % de calcite, dolomite 5% maximum), calcaire magnésien (avec 5 à 10 % de dolomite), calcaire dolomitique (avec 10 à 50 % de dolomite) ;
selon les proportions de calcaire et d’argile : calcaire marneux (5 à 35 % d’argile), marne (35 à 65 % d’argile) ;
selon les structures et les textures : calcaire massif ou lité, calcaire oolitique, pisolitique, graveleux, noduleux, à nodules ou à accidents phosphatés, siliceux ;
selon la présence de matérielterrigène : calcaire sableux, silteux, argileux, avec passage progressif aux roches détritiques calcaires (calcirudites,calcarénites).
Le calcaire mélangé avec de l'argile donne de lamarne.
La présence de rognons, de bancs desilex et dechaille témoigne de la précipitation de la silice dissoute dans l'eau de mer, qui est issue de ladiagenèse des squelettes enfouis, lors de la formation du calcaire.
Le calcaire mélangé à de la serpentine est uneophicalcite.
Lorsque le calcaire est chauffé aux environs de900 °C dans desfours à calcination (fours à chaux), il prend l'apparence de pierres pulvérulentes en surface — chimiquement parlant de l'oxyde de calcium — appeléeschaux vive. 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.
comme matériau ensculpture (technique de la taille directe) ;
commeroche à bâtir utilisée dans la construction : par exemple, lapierre de Caen a servi à édifier de nombreux édifices religieux auMoyen Âge ou tout simplement pour construire desmaisons. Cet usage est à présent marginal dans la construction. Lataille 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 matière première entrant dans la fabrication du ciment ;
comme sable et granulat dans la fabrication des bétons, plus rarement dans les enrobés bitumineux, pour les calcaires les plus durs ;
pour créer desbas-reliefs selon la technique d'incrustation sur moulage[9], comme aux Fontaines Pétrifiantes de Saint-Nectaire[10] ;
pour cristalliser des objets (faire recouvrir ces objets de calcaire) à l'aide de sources thermo-minérales ;
pour reproduire tout objet, à l'aide d'unmoulage, grâce à des échelles depétrification, outil utilisé par Jean Serre àSaint-Nectaire ou encore par De Vigni à Bagni San Filippo, enItalie[11].
↑L'expérience consiste à placer le coquillage, le corail, les écailles de moules ou la craie dans un verre rempli de vinaigre. Tous ces objets dégagent du CO2 qui « trouble l'eau de chaux ».
↑Alain Foucault et Jean-François Raoult,Dictionnaire de géologie, Masson,,p. 49.
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