Définition

Le carbonate de calcium (CaCO₃) est composé d’ions carbonate (CO_32-) et d’ions calcium (Ca₂₊). Il est très abondant dans la nature essentiellement sous forme de calcite.

Géologie

La calcite est le composant majeur des roches sédimentaires calcaires, comme la craie, mais également du marbre, une roche métamorphique. C’est aussi le constituant principal des coquilles d’animaux marins, du corail et des escargots. Mais les roches carbonatées ne se restreignent pas à ces seules roches : il existe aussi des carbonates de magnésium : les dolomies.

Des carbonates naturellement blancs
Les formations carbonatées sont très largement distribuées à la surface du globe. Elles constituent près de 15 % des séries sédimentaires qui couvrent elles-mêmes les ¾ des continents. Mais elles ne présentent que rarement la pureté suffisante pour la production de charges minérales entrant dans la fabrication de produits aussi variés que le papier, les plastiques, les peintures.

Parmi toutes les roches à carbonates de calcium, trois répondent aux critères recherchés et satisfont à elles seules près de 90% des besoins en carbonates naturels de la planète : la craie, roche tendre, friable constituée par l’accumulation de squelettes de micro-organismes marins, les coccolithes; les calcaires en particulier
le cas des calcaires blancs d’origine récifale et les marbres très purs (la craie, les calcaires, les marbres très purs).

Propriétés et usages

Bien qu’étant de nature et d’origine différentes, les roches précédemment décrites ont en commun leur très grande richesse en carbonate de calcium ( plus de 95% de CaCO₃ ). Pour satisfaire à ces critères, les cibles retenues doivent présenter une grande pureté tant à l’échelle du minéral (calcite) qu’à celle de la roche, qui ne doit pas contenir d’impuretés telles que le fer, les matières organiques, le graphite et les sulfures qui peuvent altérer la blancheur etc.  Les produits commercialisés sont soit du GCC (Ground Calcium Carbonate), roche finement broyée, soit du PCC ( precipitated Calcium Carbonate), un carbonate de calcium de synthèse employé pour des usages haut de gamme comme la pharmacopée.

Les principaux marchés sont l’industrie du papier, des matières plastiques, de la peinture, vernis et adhésifs ainsi que l’industrie du bâtiment, l’environnement, la pharmacie, l’agriculture et la
nutrition animale.

Dans toutes ces applications, leur rôle s’étend des procédés d’élaboration aux propriétés d’usage conférant à la charge un caractère de plus en plus fonctionnel qui dépend à la fois de ses propriétés naturelles (couleur, densité, pureté chimique…) et des traitements appliqués (finesse, forme des particules, surface spécifique…).

• Dans le papier, les carbonates de calcium représentent une part de plus en plus grande des charges minérales. Dans les peintures et les enduits, la très grande blancheur des carbonates évite l’usage de pigments plus onéreux comme l’oxyde de titane ; leur finesse et leur faible pouvoir absorbant permettent d’augmenter la quantité de charge sans affecter la viscosité et d’améliorer de cette façon certaines propriétés d’application comme le pouvoir couvrant, l’opacité, l’aspect final et le temps de séchage des peintures à dispersion aqueuse.
  
  

  

  
  
  
• Les plastiques et les élastomères sont un autre grand domaine d’emploi des carbonates de calcium. Ils entrent dans les formules de nombreux “compounds” (mélanges de résines et d’additifs) pour en améliorer les propriétés d’usage comme la résistance thermique et mécanique, l’aspect et la finition des produits finis (PVC profilés blancs) et la résistance électrique (gaine d’isolation électrique). Le taux d’incorporation peut atteindre 80 % en poids (revêtements de sol).
  
  

  

  
  
  
• Le carbonate de calcium est aussi utilisé dans des produits alimentaires aussi bien que dans des formulations pharmaceutiques – avant tout pour un apport en calcium élémentaire hautement biodisponible, mais aussi comme additif multifonctionnel.
  
  

  

  
  
  
• On observe aussi une demande en additifs adaptés dans les produits actuels d’hygiène personnelle : le carbonate de calcium offre des avantages considérables quand on l’utilise dans des dentifrices, du baume pour les lèvres, des produits de soin de la peau et bien d’autres encore.
  
  

  

  
  
  
• Il existe bien d’autres applications des carbonates dans les domaines de l’environnement : traitement de l’eau potable, désulfurisation des fumées, lutte contre l’acidification de milieux naturels sans oublier l’agriculture en amendements des sols et nutrition animale.

Localisation et quelques chiffres

Des exemples de gisement français…
Le Bassin parisien est formé entre autres d’une puissante formation de craie déposée au Crétacé, précisément au Sénonien, il y a 70 à 80 millions d’années. Elle est mondialement connue car elle forme les célèbres falaises d’Etretat et de Douvres. La craie est exploitée sur plusieurs sites, notamment à Omey en Champagne,et Précy-sur-Oise en Picardie.

Le gisement de craie d’Omey en Champagne
Le dépôt de craie est régulier, stratifié en bancs métriques et possède une blancheur et une pureté minéralogique qui ont été mises à profit pour la fabrication de charges minérales micronisées (poudres et slurries). Au total une quinzaine de mètres de craie blanche sont extraits de façon sélective sous un recouvrement qui ne dépasse pas 2 à 3 m. L’absence de silex et la très faible teneur en argiles et autres impuretés (magnésium, phosphore…) ont contribué au développement industriel de ce site.

Au total plus de 20 sites de production sont répartis sur le territoire national (les craies du bassin de Paris, les calcaires dans le bassin d’Aquitaine, d’autres engagés dans des structures péri-alpines à proximité de la vallée du Rhône, d’autres jalonnent l’extrémité orientale de la chaîne pyrénéenne, sans oublier les marbres des Pyrénées de Haute-Garonne).

La richesse naturelle de son sous-sol en carbonates de calcium : craie, calcaire et dans une moindre proportion marbre, a largement contribué à la naissance puis à l’essor d’une importante production nationale qui se place au 5^ème rang des pays européens.

Sources bibliographiques & Pour en savoir plus :
Fiches Détaillées « Les carbonates blancs » la SIM, par Jean Michel Negroni.
Beun Sébastien, 2009. « Gîtologie, extraction et utilisation des carbonates
comme charges minérales. » Hors-série « Mines & Carrières » n°159, mai 2009, pp 45-48.
CCA-Europe, 2005. « Le carbonate de calcium. » Fiche IMA Europe. 2p.
Gony Jean-Noël, 1998. « Calcaires blancs pour charges. » Revue de l’Industrie minérale
« Les Techniques » n°III-IV 98, pp 93-96.
Gutierrez Thomas, 2009. « La craie: du dépôt à l’application industrielle. »
Hors-série « Mines & Carrières » n°159, mai 2009, pp 49-52.
Harben Peter W. et Kuzvart Milos, 1996. « Carbonates rocks. In Industrial Minerals,
A global geology. » pp 81-90. Editions Industrial Minerals Information,
Metal bulletin PLC London.
Mannoni Luciana et Tiziano, 1984. « Le marbre, matière et culture. » 270p.
Editions SAGEP Gênes, Italie.
Negroni Jean-Michel, 1989. « Notice de présentation du gisement de calcaires
blancs de Sainte-Croix- de-Mareuil en Dordogne. » Rapport interne AGS-BMP. 6p.
Pasquet Jean-François, 1996. « Calcaires blancs pour charges. »
Mémento roches et minéraux industriels. Rapport BRGM R 38742.