Données physico-chimiques

Données atomiques

Données physiques

Données thermodynamiques

Hémihydrate cristallisé (bassanite) :

• Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : -1 575,2 kJ.mol^-1
• Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : -1 436,4 kJ.mol^-1
• Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 134,4 J.K^-1mol^-1
• Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 124,3 J.K^-1mol^-1

Données industrielles

Matières premières

Gypse naturel, synthétique ou recyclé, voir les chapitres sulfate de calcium et gypse.

Fabrication industrielle

Quelle que soit l’origine du gypse, naturel, synthétique ou recyclé, une déshydratation partielle, par chauffage, donne de l’hémihydrate de calcium selon la réaction suivante, à 150°C :

CaSO₄,2H₂O = CaSO₄,1/2H₂O + 3/2 H₂O

Un chauffage à plus haute température, 290°C, donne de l’anhydrite CaSO₄, sulfate complètement déshydraté, appelé « surcuit » par la profession. Un chauffage à plus de 700°C, donne une anhydrite très peu réactive à l’eau, appelée « plâtre cuit à mort ».

Procédés utilisées : 2 types.

• Le procédé par voie sèche, qui est de très loin le plus utilisé, est réalisé à la pression atmosphérique. Il donne, vers 140-170°C, de l’hémihydrate bêta et par chauffage vers 400-600°C, de l’anhydrite (CaSO₄). Le chauffage est effectué, en général, dans des fours rotatifs, de 1 à 2,5 m de diamètre et 10 à 30 m de longueur. Les fours sont munis intérieurement de pales permettant le brassage de la charge. Ils fonctionnent à température constante et donnent soit de l’hémihydrate soit de l’anhydrite en fonction de la température de chauffage choisie, le mélange éventuel étant effectué par la suite. Les capacités de production varient de 5 à 30 t à l’heure.
• Le procédé par voie humide s’effectue sous pression saturante de vapeur d’eau, dans des autoclaves, sous 2 à 7 bar, pendant quelques heures. Il donne de l’hémihydrate alpha utilisé pour des plâtres spéciaux et pour les moulages dentaires. La résistance mécanique de l’hémihydrate alpha est nettement plus importante que celle de l’hémihydrate bêta mais les coûts de production sont beaucoup plus élevés. En conséquence, la production annuelle est faible, de l’ordre de quelques dizaines de milliers de t/an, en France, par comparaison à celle du plâtre obtenu par voir sèche (quelques millions de t/an).

La prise du plâtre

Lors d’un ajout d’eau, l’hémihydrate et l’anhydrite se dissolvent, puis CaSO₄,2 H₂O précipite : c’est la prise du plâtre.

CaSO₄,1/2H₂O + 3/2 H₂O = CaSO₄,2H₂O

Le plâtre fait prise du fait de la différence de solubilité entre l’hémihydrate et de dihydrate (le gypse). La solubilité de l’hémihydrate est, à 20°C, de 9 g.L^-1, alors que celle du gypse est de 2 g.L^-1. En conséquence, en présence d’eau, l’hémihydrate passe en solution, le dihydrate se forme en fixant une partie de l’eau de la solution, la solution devient sursaturée en sulfate qui précipite. Il se reforme ainsi du gypse matière première du plâtre. En 30 minutes environ, 95 % de l’hémihydrate se transforme en dihydrate et il faut moins de 2 heures pour que la réaction soit totale.
La quantité théorique d’eau est de 36 g d’eau pour 145 g d’hémihydrate mais dans la pratique, afin d’avoir une pâte facilement moulable, la quantité ajoutée est de 4 à 5 fois plus importante.
Afin de moduler la vitesse de prise divers ajouts peuvent être effectués.

• Des accélérateurs, particulièrement utilisés dans l’élaboration de produits préfabriqués, permettent de diminuer le temps de prise. Le gypse finement broyé (provenant par exemple du recyclage de chutes de fabrication) permet d’apporter de nombreux germes de cristallisation. L’ajout d’ions sulfate permet également d’accélérer la prise.
• Les principaux retardateurs de prise sont des phosphates alcalins, des acides organiques et leurs sels (par exemple l’acide citrique et les citrates).

Productions

En 2018, la production mondiale est d’environ 100 millions de t, dont, en 2021, 19 millions de t aux États-Unis.

Commerce international : en 2023.

Principaux pays exportateurs, sur un total mondial de 5,745 millions de t, en 2022 :

Source : ITC

Les exportation turques sont destinées principalement à 46 % au Nigeria, 9 % aux États-Unis, 8 % à l’Irak.

Principaux pays importateurs :

Source : ITC

Les importations du Nigeria proviennent principalement, à 53 % de Turquie, 39 % d’Égypte.

Produits en plâtre

Poudre : le plâtre utilisé en construction, appelé plâtre de Paris, est un mélange. Il est principalement constitué d’hémihydrate bêta (CaSO₄,½H₂O, de 60 à 80 %) et d’anhydrite (CaSO₄), les autres composés présents provenant d’impuretés contenues initialement dans le gypse. Il est obtenu par le procédé par voie sèche. Les propriétés du plâtre (donc ses utilisations) dépendent, en grande partie, de sa composition en hémihydrate et en anhydrite. Exemple de composition de plâtre destiné à la réalisation d’enduits :

Le plâtre utilisé pour élaborer des produits préfabriqués (carreaux, plaques…) est généralement de l’hémihydrate bêta.

Carreaux : ils ont généralement une épaisseur comprise entre 4 et 10 cm pour des dimensions de 66 x 50 cm. Le plâtre est versé sur l’eau et après un gâchage de quelques dizaines de secondes, le plâtre est coulé dans des moules verticaux en acier, à fond mobile. Le démoulage a lieu après 7 à 10 minutes par montée du fond qui ainsi extrude le carreau en lui donnant une finition de surface particulièrement lisse. Un séchage est réalisé, à l’air chaud, dans des séchoirs tunnels pendant 20 à 35 heures. Le coût du séchage représente environ 25 % du prix de revient du produit fini.

Plaques : elles ont généralement une épaisseur comprise entre 9,5 et 15 mm pour des dimensions de 1,2 x 2,5 m. La production se déroule en continu sur un tapis à une vitesse comprise entre 60 et 160 m/min. Après mélange (avec un rapport massique eau/plâtre de 80 à 90 %, un ajout d’amidon pour assurer l’adhérence avec le carton et un accélérateur de prise, en général du gypse finement broyé) et gâchage, le plâtre est coulé entre 2 feuilles continues de carton recyclé, l’ensemble étant ensuite laminé à l’épaisseur souhaitée par deux cylindres puis coupé en bout de chaîne, la prise étant terminée. Les plaques sont enfin séchées pendant environ 45 minutes. La longueur d’une chaîne de fabrication est de 350 à 500 m avec des consommations qui peuvent atteindre 200 000 t/an de gypse et 10 000 t/an de carton pour des capacités annuelles de production de 20 millions de m² de plaques. En 2020, la capacité moyenne de production d’une usine est de 32 millions de m²/an.
Les plaques ont été inventées, en 1894, aux États-Unis, par Augustine Sackett, où elles sont appelées « plasterboard » ou « wallboard ». Au Québec, elles sont appelées « cloisons sèches ».
Les coûts de productions sont répartis, par exemple pour Siniat, entre le papier, 25 %, l’énergie, 25 % et le gypse, 10 %.

Productions de plaques : en 2021, en capacités de production, avec un total mondial de 14,305 milliards de m²/an.

Source : Global Gypsum magazine, juillet 2021

En 2021, dans le monde, il y a 435 usines, dont 85 en Chine, 63 aux États-Unis, 20 au Japon, 16 en Russie.

Producteurs de plaques : répartition des capacités de production, en 2021

Propriétés du plâtre

Lors du séchage du plâtre, naturel ou en usine, le départ de l’eau s’accompagne de l’apparition d’une porosité qui confère au plâtre des qualités d’isolation thermique et phonique. Par ailleurs, la présence de cette porosité permet de réguler l’hygrométrie des locaux.
C’est un matériau résistant au feu. Il est classé A1, c’est-à-dire incombustible. D’autre part, du fait de sa porosité, il est mauvais conducteur de la chaleur et surtout, lors d’un incendie, il libère de l’eau (l’eau de constitution du gypse), en se déshydratant par une réaction de plus endothermique (qui absorbe de la chaleur). Par kilogramme de plâtre, la consommation d’énergie est de 711 kJ pour déshydrater et 544 kJ pour vaporiser l’eau libérée. Tant qu’il reste de l’eau à vaporiser, la température du matériau reste constante à 100°C. Enfin, les transformations subies ne génèrent aucun gaz toxique ni combustible.

Situation française

Production

Gypse et anhydrite, en 2021 : 3,371 millions de t dont 614 000 t utilisées, en 2016, dans les cimenteries.

Carte des usines de production de plâtre et d’anhydrite : document du Syndicat National des Industries du plâtre.

Commerce extérieur

Exportations, en 2024 :

• Plaques : 69 799 t (6,632 millions de m²) vers l’Espagne à 31 %, le Royaume Uni à 26 %, la Belgique à 18 %, l’Italie à 7 %, la Nouvelle Calédonie à 4 %.
• Carreaux : 15 067 t (911 534 m²) vers la Belgique à 57 %, l’Australie à 6 %, le Brésil à 5 %, l’Espagne à 5 %.
• Plâtre de construction : 314 491 t vers la Belgique à 64 %, l’Espagne à 9 %, les Pays Bas à 9 %, le Portugal à 8 %.

Importations, en 2024 :

• Plaques : 325 021 t (51,904 millions de m²) d’Espagne à 39 %, de Belgique à 39 %, d’Italie à 11 %, d’Allemagne à 7 %.
• Carreaux : 66 198 t (9,930 millions de m²) d’Espagne à 71 %, d’Allemagne à 11 %, d’Italie à 5 %.
• Plâtre de construction : 62 720 t d’Espagne à 50 %, d’Allemagne à 35 %, de Belgique à 6 %.

Producteurs

3 groupes assurent l’essentiel de la production.

• Siniat, filiale du groupe belge Etex, avec des usines de plaques à Auneuil (60) : 38 millions de m²/an, Carpentras (84), Saint Loubès (33) avec 35 millions de m²/an, Ottmarsheim (68), des usines de plâtre en poudre au Pin (77), Mazan (84), Carresse (64) et des produits en plâtre à Mériel (95) avec 150 000 t/an.
• Placoplâtre, filiale de Saint-Gobain, avec des usines de plaques à Vaujours (93) avec 72 millions de m²/an, Chambéry (73) avec 40 000 m²/an et Cognac (16) avec 33 millions de m²/an, des usines de carreaux et de poudre à Cormeilles (95) et Vaujours (93).
• Plâtres Knauf, filiale française du groupe Knauf avec une usine de plaques de plâtre à Saint-Soupplets (77), avec une production de 45 millions de m²/an de plaques et une consommation de gypse de 450 000 t/an.

Utilisations

Consommations de plaques : 2,6 milliards de m² de plaques, en 2021, aux États-Unis, 1,6 milliard de m²/an de plaques, en Europe, plus de 300 millions de m²/an de plaques, en France.

Autres utilisations :

Une autre utilisation importante est la fabrication de moules dans l’industrie céramique par exemple pour élaborer des pièces en série : faïences, porcelaines, grès, céramiques sanitaires…

Des mortiers à base de plâtre (sous forme d’anhydrite) et de sable sont utilisés pour réaliser des sols intérieurs de locaux.

Le stuc est un plâtre additionné d’ajouts chimiques et de poudre de pierre, il est destiné à imiter le marbre. Le staff est un plâtre armé de fibres végétales, de fibres de verre ou d’autres matériaux, il est utilisé pour confectionner des plaques pour plafond, des rosaces, des corniches… et est concurrencé par le polyuréthane.

Bibliographie

Archives

Plâtre 2023

Plâtre 2022

Plâtre 2019

Plâtre 2015

Plâtre 2012

Plâtre 2008

Plâtre 1996

Données physico-chimiques

Données atomiques

Données physiques

Données thermodynamiques

Gypse cristallisé :

• Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : -2 023,4 kJ.mol^-1
• Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : -1 798,1 kJ.mol^-1
• Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 194,2 J.K^-1mol^-1
• Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 186,1 J.K^-1mol^-1

Données industrielles

État naturel

Le sulfate de calcium se présente sous forme de gypse : CaSO₄, 2 H₂O ou d’anhydrite : CaSO₄, dans des roches sédimentaires. Ce sont les gisements de gypse qui sont principalement exploités. Ils sont nombreux dans le monde, particulièrement en Chine, en Amérique du Nord et en Europe.

Quelques gypses naturels particuliers : le gypse qui se présente généralement sous forme de roches, peut aussi se rencontrer dans la nature sous forme de roses des sables. Il forme également l’albâtre qui lorsqu’il est pur est translucide et utilisé traditionnellement comme vitrage au Yémen. Impur, l’albâtre est veiné.

Exploitations industrielles

Les exploitations, qu’elles soient souterraines ou à ciel ouvert, sont, en France, d’après le code minier et la propriété du sous-sol, dénommées carrières. Les exploitations souterraines sont exploitées de façon classique selon la méthode des chambres et piliers avec un taux de récupération d’environ 35 %. Les exploitations sont à ciel ouvert lorsque le gisement n’est pas à une trop grande profondeur. Après extraction, les roches sont concassées en blocs primaires de moins de 200 mm puis subissent un concassage secondaire jusqu’à moins de 50 mm de diamètre. La teneur en gypse des roches extraites est supérieure à 75 %. Le gypse exploité en France qui a une pureté supérieure à 90 % (souvent 98 %) ne nécessite pas de traitement de purification. Exemple de composition de gypse extrait en France :

Aux États Unis, en 2024, la production minière est assurée par 47 sociétés qui exploitent 45 carrières principalement dans la Californie, l’Iowa, le Kansas, le Nevada, l’Oklahoma, le Texas…

En Europe, en 2020, 154 carrières sont en exploitation, dont 26 en Espagne.

Productions

Production de gypse naturel

En 2024, en millions de t, sur un total mondial de 160 millions de t. Source : USGS

La production de Union européenne, en 2023, est de 24,924 millions de t dont 14,463 millions de t en Espagne, 2,475 millions de t en Allemagne, 2,408 millions de t en France, 1,510 million de t, en 2021, en Pologne, 897 176 t en Roumanie, 418 061 t en Italie, 310 379 t en Autriche, 267 527 t, en République tchèque, 254 913 t au Portugal, en 2022, 241 436 t en Croatie, 32 846 t, en 2021, en Suède.

Commerce international : en 2023.

Principaux pays exportateurs de gypse et d’anhydrite, sur un total, en 2021, de 38,043 millions de t de gypse et anhydrite :

Les importations des États-Unis proviennent à 41 % d’Espagne, 28 % du Mexique, 27 % du Canada, 4 % de Turquie.

Réserves :

Les réserves mondiales sont considérables, probablement de plus du million de millions de tonnes, avec en particulier 910 millions de t en Thaïlande, 800 millions de t en Chine, 760 millions de t au Pakistan, 750 millions de t en Iran, 700 millions de t aux États-Unis, 450 millions de t au Canada, 450 millions de t au Brésil, 300 millions de t en France, 200 millions de t en Turquie.

Principaux producteurs :

• Le groupe chinois BNBM (Beijing New Building Material) est le principal producteur mondial.
• Knauf, exploitait, dans le monde 70 carrières avec une production annuelle de 5 millions de t de gypse et, en avril 2019, a acquis US Gypsum Corp (USG) qui exploite 9 carrières aux États-Unis et 3 au Mexique. Les carrières en exploitation de UGS fournissent 53 % de la consommation des usines de plâtre, le désulfogypse acheté aux centrales thermiques, 39 % et le gypse naturel acheté 8 %. Par ailleurs, est partie prenant dans une joint venture, USG Boral, 50/50 avec le groupe australien Boral, avec 3 carrières en exploitation, à Oman, en Australie et en Thaïlande. En 2021, Knauf a pris le contrôle total de USG Boral.
• Saint-Gobain et ses filiales exploitent 75 carrières, dont 7 carrières en France (voir plus loin) et avec sa filiale Certain Teed Corp. 4 carrières aux États-Unis et 2 au Canada.
• National Gypsum Co. (NGC) avec 7 carrières aux États Unis et une au Canada, qui est la plus importante exploitation mondiale, à Milford Station au nord d’Halifax, en Nouvelle Écosse.
• Georgia Pacific Corp. (GPC), filiale du groupe Koch Industries, avec 3 carrières exploitées aux États Unis.
• Siniat, filiale du groupe belge Etex, a acheté, fin 2011, les activités du groupe Lafarge dans le gypse et le plâtre, en Europe et Amérique Latine, en janvier 2016 celles d’Afrique du Sud et en 2021, celle de USG Boral Australia.
• Par ailleurs, les activités de Plâtres Lafarge en Asie, c’est-à-dire 50 % de la joint venture avec le groupe australien Boral, ont été reprises par ce dernier, fin 2011.
  Les activés de Plâtres Lafarge en Australie ont été, fin 2011, vendues au groupe Knauf.
  Les activités de Plâtre Lafarge en Amérique du Nord, où la production de plaques de plâtre est réalisée exclusivement à l’aide de gypse de désulfuration, ont été vendues mi-2013 pour former Continental Building Products, repris, en 2020, par Saint-Gobain.
  Holcim poursuit l’activité de Lafarge dans le gypse et le plâtre en Algérie et au Maroc, en association avec Saint-Gobain dans ce dernier pays.

Le gypse synthétique sous-produit de traitements chimiques

La production mondiale de gypse synthétique est supérieure à celle du gypse naturel. Toutefois, plus de la moitié du gypse synthétique est du phosphogypse qui présente des inconvénients pour une utilisation en construction. Aux États Unis, en 2021, le gypse synthétique provenant à 85 % de la désulfuration des gaz de combustion des centrales thermiques au charbon (FGD : Flue Gas Desulfurization) représente 30 % de la consommation totale de gypse.

Diverses industries donnent comme sous-produit du gypse et en particulier l’industrie des engrais phosphatés donne du phosphogypse. Ce gypse, qui concentre les impuretés du minerai de base, pose souvent des problèmes de stockage et de préservation de l’environnement. Après purification, une utilisation comme matière première pour fabriquer du plâtre a été envisagée avec succès dans certains pays dépourvus de gypse naturel (Belgique, Pays-Bas…). En France, les tentatives effectuées dans les années 70 ont échoué.

Les traitements chimiques de désulfuration des gaz de combustion, à l’aide de carbonate de calcium ou d’hydroxyde de calcium, donnent un gypse, non pollué, directement utilisable comme matière première. La production de ce type de gypse synthétique s’est développé fortement en liaison avec la préservation de l’environnement. Toutefois, la diminution, aux États-Unis et en Allemagne, de la production d’électricité à partir de charbon entraîne une réduction de la production de ce co-produit.

Le phosphogypse

L’industrie des engrais phosphatés produit du gypse (1,7 t/t de phosphate) lors de la fabrication de l’acide phosphorique à partir de phosphate naturel selon la réaction :

Ca₁₀(PO₄)₆F₂ + 10 H₂SO₄ + 20 H₂O = 6 H₃PO₄ + 10 CaSO₄,2H₂O + 2 HF

La quantité de gypse formé (appelé phosphogypse) est considérable, de l’ordre de 241 millions de t/an dans le monde. L’acide phosphorique formé sert, en grande partie, à produire du superphosphate triple ou des phosphates d’ammonium. Dans le cas de la fabrication du superphosphate normal, de moins en moins utilisé, le gypse, qui n’est pas séparé, accompagne le phosphate monocalcique dans l’engrais. Lors de la fabrication de l’acide phosphorique l’élimination du gypse est effectuée par filtration. Dans les années 80, la production totale française était d’environ 6 millions de t dont 900 000 t dans chacune des unités de Grand Quevilly, Grand Couronne et du Havre, en Seine Maritime. Cette production était du même ordre de grandeur que celle du gypse naturel (voir le chapitre acide phosphorique). Cette production est terminée depuis 2004.

Afin de valoriser ce sous-produit, en 1978, 4 usines de traitement fonctionnaient en France. Par exemple, l’usine de fabrication de carreaux de plâtre de Grand Quevilly, construite en 1975, de 300 000 t de capacité, a été arrêtée en 1979, le coût du séchage (pour éliminer l’eau absorbée par le phosphogypse) et de la purification rendant la production non rentable. Tous les autres pays ont abandonné cette valorisation sauf le Japon et la Belgique. Pour ces pays, la récupération du phosphogypse pour l’industrie du plâtre est considérée rentable. Dans le monde, en 2018, l’utilisation du phosphogypse est de 50 à 60 millions de t, principalement en agriculture. En conséquence, la plus grande partie du phosphogypse produit est stockée avec, dans le monde, une accumulation de 3 à 4 milliards de t dont 1,2 milliard de t en Floride.

Les autres inconvénients de l’utilisation du phosphogypse pour fabriquer du plâtre résident dans l’extrême finesse du gypse obtenu qui rend difficile son utilisation dans le cas de plâtres à enduire. Par ailleurs, la radioactivité de certains phosphogypses, liée à la présence de traces d’uranium dans le minerai phosphaté et à l’émission de radon, entraîne une utilisation délicate dans le bâtiment.

Le désulfogypse

La désulfuration des gaz de combustion de charbon et de fuel est de plus en plus rendue obligatoire afin de préserver l’environnement. Cela concerne principalement les centrales thermiques au charbon qui produisent de l’électricité. La France, avec un parc important de centrales nucléaires, est peu concernée. Par contre, des pays tels que l’Allemagne, la Grande Bretagne, les États-Unis, le Japon, pratiquent, à grande échelle, la désulfuration des fumées. En 2020, aux États-Unis, il y a 381 unités de production de désulfogypse avec une production de 16,037 millions de t et une utilisation de 11,928 millions de t à comparer à une production de gypse naturel de 21,2 millions de t.

La technique de désulfuration la plus couramment adoptée, car la moins chère, consiste à absorber le dioxyde de soufre (ainsi que les oxydes d’azote) présent dans les gaz de combustion, par une suspension dans l’eau de carbonate de calcium. Les réactions globales sont les suivantes :

SO₂ + CaCO₃ = CaSO₃ + CO₂

CaSO₃ + 1/2 O₂ + 2 H₂O = CaSO₄,2H₂O

La fixation par une suspension aqueuse d’hydroxyde de calcium (c’est le classique lait de chaux) est aussi utilisée, selon la réaction globale suivante :

2 SO₂ + 2 Ca(OH)₂ + O₂ + 2 H₂O = 2 CaSO₄,2H₂O

Le gypse obtenu est appelé désulfogypse, gypse FGD (Flue Gas Desulfurization) ou REA gips en Allemagne. C’est la principale ressource de substitution du gypse. En 2012, la production de l’Union européenne a été de 18 millions de t dont 7,03 millions de t en Allemagne.
Aux États Unis, en 2020, sur les 11,928 millions de t, 75,8 % ont été utilisés dans l’industrie des plaques de plâtre, 11,8 % dans celle du ciment et 5,8 % en agriculture. Le désulfogypse non utilisé a été mis en décharge.
La France ne produit qu’une faible quantité de désulfogypse du fait de l’importance du parc nucléaire pour la production d’électricité et en conséquence de la faible consommation de charbon dans des centrales thermiques. Par exemple, en 2018, la centrale thermique EdF de Cordemais (44) a produit ainsi 38 017 t de désulfogypse valorisées dans la production de ciment et 6 561 t valorisées en agriculture.
Le développement du gaz de schiste aux États-Unis a entraîné, pour l’alimentation des centrales thermiques produisant de l’électricité, en partie la substitution du charbon par le gaz naturel qui renferme moins de soufre que le charbon et en conséquence, une production moindre de désulfogypse.

Les autres gypses synthétiques

La fabrication de l’acide fluorhydrique à partir du spath fluor coproduit de l’anhydrite appelée fluoranhydrite selon la réaction, réalisée à 200°C :

CaF₂ + H₂SO₄ = CaSO₄ + 2 HF

D’autres industries produisent également du gypse : la fabrication de l’acide borique (borogypse), des acides citrique (citrogypse) et tartrique, du dioxyde de titane (titanogypse), du sucre… Les quantités de gypse produites par ces industries restent limitées.

Du gypse est également coproduit, en faible quantité, lors de la production de chlorure de sodium par évaporation d’eau de mer dans des marais salants (voir le chapitre chlorure de sodium).

Productions de gypse synthétique

Source : Global Gypsum Magazine, mars 2020

Recyclage

Le gypse utilisé en construction est totalement recyclable car mis en œuvre sous forme de plâtre (gypse partiellement déshydraté) il est réhydraté en gypse. Les chutes de fabrication et d’installation des plaques de plâtre sont récupérées et recyclées dans la fabrication de nouvelles plaques. Le plâtre provenant de la démolition d’immeubles est également, en partie, recyclé en agriculture. Aux États-Unis, le recyclage représente, en 2016, 4 millions de t.
Au Japon, en 2020, sur une consommation de 8,867 millions de t, le gypse synthétique a représenté 6,090 millions de t, le gypse naturel 2,284 millions de t, le gypse recyclé 493 000 t.
En France, en 2021, le recyclage, hors déchets de fabrication, a porté sur 127 300 t.
Par exemple, en 2018, la société Placoplâtre a recyclé 51 000 t de plâtre, sur 3 sites, Vaujours, Chambéry et Cognac, à l’aide d’un réseau de 170 collecteurs.
Siniat recycle le plâtre sur 4 sites, Auneuil, Saint-Loubès, Ottmarsheim et Carpentras, à l’aide d’un réseau de 150 collecteurs.

Situation française

La production naturelle de gypse et d’anhydrite est, en 2023, de 2,408 millions de t.

Gisement du Bassin Parisien : avec 3 400 hectares exploitables il a été formé à l’Éocène, il y a 65 millions d’années. Il est constitué de 3 à 4 couches (appelées masses) successives de gypse séparées par des marnes (argiles calcaires) qui ont protégé le gypse de la dissolution. La couche la plus proche de la surface est la plus épaisse (jusqu’à 21 m), la deuxième couche étant plus mince (environ 7 m). Ces 2 couches sont les principales actuellement exploitées. L’érosion intense du quaternaire n’a laissé subsister que des buttes dans lesquelles sont effectuées les exploitations actuelles. Les réserves exploitables de gypse du Bassin Parisien qui étaient estimées, il y a 25 ans pouvoir durer 100 ans, ne sont plus actuellement que de 30 à 40 ans du fait de l’emprise de l’urbanisation et de la réglementation.

Carrières : en France, sur 14 carrières de gypse en cours d’exploitation, les principales sont situées :

• Dans le Bassin Parisien, les carrières exploitées fournissent environ 68 % de la production française : dans le Val d’Oise à Cormeilles en Parisis (à ciel ouvert et en cours de transformation en exploitation souterraine) et Montmorency (souterraine), dans la Seine-Saint-Denis à Bernouille (souterraine), dans la Seine et Marne au Pin-Villeparisis (à ciel ouvert), Villevaudé-Le Pin (souterraine) et Saint Soupplets (souterraine).
• En Provence (environ 13 % de la production française) : en particulier à Lantosque (06) et Mazan (84) où la carrière à ciel ouvert, la plus importante d’Europe, a une capacité de production de 750 000 t/an.
• Dans le Sud-Ouest (environ 9 % de la production française), à Carresse (64), Pouillon (40).
• Dans les Alpes (environ 5 % de la production française) à Saint Jean de Maurienne (73) et Lazer (05).
• En Charente (environ 4 % de la production française), à Cherves-Richemont (16).

Production d’anhydrite : des gisements sont présents en Moselle. Ils sont exploités par :

• Saint-Gobain au travers de sa filiale Anhydrite Minérale, à Faulquemont (57), avec une exploitation souterraine et une capacité de production de 370 000 t/an.
• Knauf au travers de sa filiale L’Anhydrite Lorraine, à Koenigsmacker (57). L’exploitation est souterraine avec une capacité de production de 500 000 t/an.

Carte des carrières de gypse et d’anhydrite : document du Syndicat National des Industries du Plâtre.

Principaux producteurs :

• La société Placoplâtre, filiale de Saint-Gobain, avec une capacité de production d’environ 2 millions de t/an, exploite 7 carrières en France à :
  • Pouillon (40), qui couvre 79 hectares, exploitée à ciel ouvert, avec 15 000 t/an pour alimenter principalement l’usine de Cognac qui produit des plaques de plâtre et des amendements de sols.
  • Lazer (05), qui couvre 171 hectares dont 12 en exploitation à ciel ouvert, avec de 80 000 à 150 000 t/an pour alimenter l’usine de plaques de plâtre de Chambéry en couvrant 1/3 de ses besoins.
  • Saint Jean de Maurienne (73), détenue à 77 % par Placoplâtre et 20 % par Vicat, couvre 41 hectares, exploitée à ciel ouvert, avec 265 000 t/an pour alimenter l’usine de plaques de plâtre de Chambéry et les cimenteries régionales. Journellement, un train de 1 100 t assure le transport entre la gare de Saint Jean de Maurienne et Chambéry.
  • Cormeilles en Parisis (95), qui couvre 86 hectares, exploitée à ciel ouvert, avec 350 000 t/an pour alimenter à l’aide d’un convoyeur à bande, l’usine proche de fabrication de plâtres industriels et de carreaux de plâtre. Les 3 couches du gisement, possédant des épaisseurs de 16, 5 et 2 mètres sont exploitées. Les réserves de l’exploitation à ciel ouvert s’épuisant, l’exploitation sera poursuivie souterrainement dans la première couche.
  • Montmorency (95), qui couvre 1418 hectares sur 16 communes, dont 945 exploités par Placoplâtre, le reste par Siniat, exploitée souterrainement à 80 mètres de profondeur, avec 620 000 t/an extraites dans la principale couche du gisement, à l’aide de galeries de 8 m de large et de 8 à 11 m de haut, avec des piliers de 16×16 ou 10×10 m². Le concassage et le criblage sont effectués en souterrain.
  • Bernouille (93) sur les communes de Coubron et Vaujours, qui couvre 82 hectares, exploitée souterrainement, avec 500 000 t/an pour alimenter l’usine proche de Vaujours (93).
  • Le Pin-Villeparisis (77), qui couvrait 91 hectares, exploitée à ciel ouvert, avec 600 000 t/an pour alimenter l’usine de plaques de plâtre de Vaujours (93). Le gisement s’épuisant, la carrière, à ciel ouvert du Bois Gratuel – Les Mazarins, a pris le relai sur 55 hectares avec une production de 580 000 t/an.
  • Placoplâtre a un projet d’ouverture d’une nouvelle carrière à ciel ouvert au fort de Vaujours (93) sur un ancien site du Commissariat à l’Énergie Atomique afin d’alimenter l’usine de Vaujours, la carrière de Bernouille arrivant en fin d’exploitation.
• La société Siniat, qui a repris les activités de Plâtres Lafarge, exploite, en France, les carrières de Montmorency (95), Villevaudé-Le Pin (77), Carresse (64), Lantosque (06) et Mazan (84).
• Le groupe Knauf Plâtre exploite la carrière de Saint Soupplets (77).
• Le groupe Garandeau exploite la carrière de Cherves-Richemont (16).

Commerce extérieur : en 2024.

Les exportations étaient de 336 730 t avec comme principaux marchés à :

• 62 % la Belgique,
• 35 % les Pays Bas.

Les importations s’élevaient à 265 886 t en provenance principalement à :

• 42 % d’Espagne,
• 21 % d’Allemagne,
• 9 % d’Italie.

Utilisations

Consommations : en 2018, la consommation mondiale, de gypse naturel et synthétique, est de 278,5 millions de t dont, en 2024, aux États-Unis, 44 millions de t.

Secteurs d’utilisation du gypse

En 2018, dans le monde. Source : Global Gypsum Magazine

Secteurs d’utilisation : en 2018, dans le monde.

Source : Global Gypsum Magazine

La part importante de consommation du gypse dans la fabrication de produits de plâtre (plaques…) concerne principalement les États-Unis et l’Europe.

• Plâtre : voir ce chapitre.
• Cimenteries : le ciment contient de 3 à 5 % de gypse qui sert de régulateur de prise. En 2018, la consommation mondiale de gypse par l’industrie cimentière est de 160,8 millions de t, à 55,8 % naturel et 44,2 % synthétique. En France, en 2016, 641 000 t de gypse ont été consommées dans les ciments, aux États-Unis, en 2020, la consommation a été de 4,44 millions de t.
• Agriculture : le gypse apporte les ions calcium et sulfate nécessaires à la croissance des plantes, en évitant l’augmentation du pH comme lors de l’apport de chaux.
• Autres utilisations (de consommations faibles) : industries du papier, du verre, des peintures, traitement des eaux, constructions dans les régions sèches (Souf et Mzab algérien).
• Le sulfate de calcium commence à être utilisé pour effectuer des greffes osseuses.

L’anhydrite est utilisé dans l’industrie cimentière ainsi que pour élaborer des chapes « liquides » destinées aux planchers chauffants.

Bibliographie

Archives

Gypse 2023

Gypse 2022

Gypse 2019

Gypse 2015

Gypse 2012

Gypse 2009

Gypse 1993

Données physico-chimiques

Données atomiques

Données physiques

Données chimiques

Données thermodynamiques

Données industrielles

État naturel

La teneur moyenne de l’écorce terrestre est de 4 % en carbonate de calcium.

L’élément calcium est surtout présent dans la nature associé aux ions carbonates pour donner du carbonate de calcium, CaCO₃, principalement sous forme de calcite ou d’aragonite, dans des roches calcaires (qui par définition contiennent plus de 50 % de CaCO₃), des dolomies, qui contiennent de la dolomite, (Ca,Mg)CO₃, des marnes, qui contiennent de la calcite et de l’argile.
Les principaux autres composés naturels du calcium : sulfate de calcium (gypse), principalement utilisé dans la fabrication du plâtre, phosphates de calcium, principalement utilisés par l’industrie des engrais, fluorure de calcium et chlorure de calcium sont traités dans les chapitres correspondants.

Les dépôts de calcaire abondent presque partout dans le monde où ils représentent 20 % des roches sédimentaires. Ils se sont formés principalement par précipitation de carbonate de calcium dissous dans l’eau. Le calcaire est extrait, généralement, à ciel ouvert.

Calcaires particuliers : craie (contient de 90 à 98 % de CaCO₃, elle s’est formée par accumulation de squelettes calcaires de végétaux unicellulaires marins), castine (fondant utilisé en sidérurgie, métallurgie, verreries…), stalactites, stalagmites, marbre (formé par transformation métamorphique du calcaire)…

Production de calcaire

C’est, dans le monde, la 2^ème industrie extractive, en tonnages, après celle du sable et des graviers.

• Aux États-Unis, en 2020, la production de calcaire concassé a été de 952 millions de t, celle de dolomie concassée de 57,3 millions de t, celle de marbre concassé de 4,32 millions de t, celle de marnes de 1,99 million de t, celle de pierre de taille calcaire de 1,14 million de t et celle de marbre de 35 300 t, dans environ 2 400 carrières.
  La production de calcaire et de dolomie représente, en 2021, 70 % de la production de pierre concassée, à côté du granit, 15 %.
• En France, en 2018, la production est de 100,2 millions de t.

On distingue les granulats utilisés après concassage dans les travaux publics et les bétons, du calcaire utilisé comme matière première pour élaborer les ciments et la chaux, de celui employé comme amendement et de celui, de qualité chimique, qui est produit selon deux voies :

• l’une chimique pour le carbonate de calcium précipité,
• l’autre, à partir de calcaire naturel de grande pureté, finement broyé.

Carbonate de calcium de qualité chimique

Carbonate de calcium précipité (PCC) : CaCO₃ est également produit synthétiquement, en quantités nettement moins importantes que les exploitations de calcaire, par précipitation de lait de chaux purifié à l’aide de CO₂ selon la réaction :

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃ + H₂O

Le lait de chaux et le dioxyde de carbone sont obtenus à partir de carbonate de calcium naturel (calcaire) (voir le chapitre hydroxyde de calcium).

Il peut être également produit à partir de lait de chaux et de carbonate de sodium naturel dans des pays, par exemple les États-Unis, qui possèdent de tels gisements. Dans ce dernier cas, de l‘hydroxyde de sodium est coproduit selon la réaction suivante :

Ca(OH)₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃ + 2 Na⁺ + 2 OH^–

Le produit obtenu, plus pur que le produit naturel, est principalement utilisé dans l’industrie papetière comme charge blanche des papiers et matériau de couchage.

Productions :

La production de l’Union européenne, en 2022, est de 3,583 millions de t dont 825 171 t en Finlande, 509 016 t, en 2021, en Italie, 492 435 t au Portugal, 322 482 t en Grèce, 240 418 t en Suède, en 2021, 166 544 t en Espagne, 113 686 t en Allemagne, 122 004 t en France.

Producteurs :

• La société nord américaine Minerals Technologies, avec une production annuelle de 4 millions de t, est leader mondial avec 55 usines implantées dans le monde sur les sites des industries papetières dont 3 en France à Alizay (27) dans l’usine Double A Paper Company, Quimperlé dans l’usine de PDM Industries et Saillat sur Vienne (87) dans l’usine d’International Paper. Par ailleurs, 2 usines sont situées hors sites papetiers, aux États-Unis, à Adams, dans le Massachusetts et au Royaume Uni à Lifford.
• La société Omya (Suisse) est n°2.
• Le groupe français Imerys est n°3 en exploitant 17 usines de fabrication de carbonate de calcium précipité (5 en Europe, 9 en Amérique – Argentine, Brésil, États-Unis, 3 en Asie – Chine, Inde, Indonésie). A acquis, en 2015, les activités de Solvay dans le carbonate de calcium précipité avec ses 4 usines en Europe, Egensee (Autriche), Lostock (Royaume Uni), Rheinberg (Allemagne) et, en France, Salin-de-Giraud (13) avec 50 000 t/an.
• La société allemande Schaeffer Kalk produit 442 000 t/an avec en particulier une usine en France, à Publier (74).

Carbonate de calcium naturel finement broyé (GCC) : le carbonate de calcium précipité est concurrencé par le calcaire pur finement broyé (GCC). Ses principales utilisations concernent, en Europe de l’Ouest, l’industrie papetière où les papiers contiennent jusqu’à 28 % de charge blanche. Au Japon, le principal marché est celui des matières plastiques. Le n°1 mondial est le groupe suisse Omya, le n°2, le groupe français Imerys avec une production de 2 millions de t/an dans 26 usines dont 6 en Europe, 6 en Amérique et 13 en Asie.

La capacité mondiale de production de carbonate de calcium de qualité chimique (PCC et GCC) est de 100 millions de t/an située à 50 % en Chine.

Situation française

En 2018.

Granulats de calcaire concassé production de 100,2 millions de t.

Calcaires industriels : productions.

• Construction : 15 795 900 t principalement pour la production de ciments (voir ce chapitre).
• Castines pour la sidérurgie et diverses industries métallurgiques : 3 486 200 t.
• Amendements agricoles : 1 657 000 t.
• Chimie et pharmacie : 1 818 700 t, en 2015.
• Charges minérales : 242 700 t.
• Industries agroalimentaires : 283 000 t.
• Produits d’absorption ou de filtration : 75 500 t.
• Autres industries : 1 285 100 t.

• Extraction : 270 400 m³.
• Producteurs : Rocamat, qui exploite, en France, 30 carrières dont Vilhonneur (16), Massangis (89), Buxy (71), Anstrude (89), Chassagne (21), Rocherons (21) …

Carbonate de calcium : production. Les productions destinées aux industries sidérurgiques, métallurgiques, chimiques, pharmaceutiques, aux produits abrasifs et à l’agriculture sont confidentielles.

• Construction : 1 493 500 t.
• Charges minérales : 1 221 600 t.
• Industries du verre et du papier : 303 600 t, en 2015.
• Agroalimentaire : 166 900 t, en 2015.
• Produits d’absorption ou de filtration : 51 800 t, en 2015.

Craie : production. Les productions destinées aux charges minérales et aux autres industries sont confidentielles.

• Construction : 2 894 700 t.
• Agriculture : 189 900 t.

Marnes : production.

• Construction : 2 310 400 t.
• Agriculture : 237 700 t.

Commerce extérieur : en 2024.

Carbonate de calcium :

• Exportations : 119 263 t à 59 % vers l’Allemagne, 8 % vers la Belgique, 5 % la Suisse, 3 % le Royaume Uni.
• Importations : 76 711 t à 45 % d’Espagne, 17 % d’Allemagne, 17 % de Belgique, 12 % d’Italie.

Castines et pierres à chaux :

• Exportations : 363 183 t à 76 % vers le Luxembourg, 15 % l’Allemagne, 8 % le Royaume Uni.
• Importations : 105 190 t à 69 % de Belgique, 23 % d’Allemagne, 7 % d’Italie.

Dolomie crue :

• Exportations : 14 154 t à 76 % vers le Gabon, 12 % la Suisse, 6 % le Portugal, 3 % l’Italie.
• Importations : 94 618 t à 58 % d’Allemagne, 19 % d’Espagne, 8 % de Belgique, 7 % d’Italie, 5 % des Pays Bas.

Dolomie calcinée ou frittée :

• Exportations : 2 826 t à 50 % vers la Belgique, 48 % l’Allemagne, 2 % Oman.
• Importations : 58 964 t à 63 % de Belgique, 20 % d’Italie, 12 % d’Espagne, 3 % d’Allemagne.

Craie :

• Exportations : 268 929 t à 39 % vers l’Allemagne, 25 % la Belgique, 10 % l’Espagne, 9 % les Pays Bas.
• Importations : 54 208 t à 56 % de Belgique, 17 % de Norvège, 10 % d’Espagne, 7 % d’Allemagne.

Marbre  brut :

• Exportations : 342 t à 42 % vers l’Italie, 39 % la Suisse, 14 % l’Espagne, 4 % la Belgique.
• Importations : 2 208 t à 32 % du Portugal, 20 % d’Espagne, 18 % d’Italie, 7 % d’Allemagne.

Producteurs :

• CMF Products a été créé, en 2015, après l’achat par Omya des activités de Carmeuse France dans le carbonate de calcium. Les usines issues de Omya sont situées à Saint-Béat (31), Salses le Château (66), Orgon (13), Etival Clairefontaine (88), Omey (51), Sainte Croix de Mareuil (24) et Entrain-sur-Nohain (58), celles issues de Carmeuse France, à Saint Porchaire (17), Carlencas (34), Verfeuil (30), Montoir (44), Lanester (56), Audierne (29), Châteaupanne (49), Les Aucrais (14), Ecuelles (77), Bois Bernard (62), Void (55).
• Meac (filiale de Omya), spécialisée dans les amendements calcaires, à Noguères (64), La Tour Blanche (24), Saint Césaire (17), Sillars (86), Erbray (44), Ecouché (61), Saint Maur (36), Villeau (28), Maxey sur Vaise (55) et Gy (70).
• Imerys à Villers sous Saint Leu (60), Axat (11).
• Samin, filiale de St Gobain, à Chatillon-en-Michaille (01), Chanac (48) et Les Pennes-Mirabeau (13).
• Provençale S.A à Brignoles (83), Espira de l’Agly (66), Courson les Carrières (89) et Pouzihac (30).
• Timac Agro, filiale du groupe Roullier spécialisé dans les amendements à Saint Malo (35) et Voisey (52).
• Groupe CB, avec les Carrières du Boulonnais, plus importante carrière française de calcaire, à Ferques (62) qui produisent 6 millions de t/an, les Carrières du Bassin de la Sambre à Limont-Fontaine (59), avec 900 000 t/an et les carrières Blanc à Izernore (01).
• Les producteurs de carbonate de sodium, Solvay et Humens (ex-Seqens) exploitent des carrières de calcaire dans la région de Pagny-sur-Meuse (55). Solvay exploite la carrière de Mansolle, à Saint-Germain-sur-Meuse et Humens, les carrières de Pagny et du Revol.
• Les producteurs de chaux et en particulier le groupe belge Lhoist, voir le produit hydroxyde de calcium.
• Les producteurs de ciment, voir le produit ciments courants.

La principale utilisation du calcaire est la construction.

Aux États-Unis, en 2014, le calcaire a été utilisé à 75 % comme granulats en construction, 14 % pour la fabrication du ciment, 9 % dans celle de la chaux, 2 % comme amendement agricole, 2 % dans la désulfuration de fumées.

Utilisations particulières :

• Source de CO₂ : par exemple dans la fabrication de Na₂CO₃ selon le procédé Solvay. Le carbonate de sodium est utilisé, en particulier, dans l’industrie verrière.
• Sidérurgie : CaCO₃, appelé castine est ajouté, comme fondant, au minerai et au coke dans le gueulard du haut fourneau, afin de faciliter la fluidité du laitier, par formation de silicates ou silicoaluminates de calcium.
• Amendement agricole : sous forme de CaCO₃ (apport compté en CaO). Permet d’apporter les ions Ca²⁺ consommés par les récoltes (50 kg de CaO par hectare de blé, 300 kg/ha de luzerne), de diminuer l’acidité des sols (pour augmenter le pH de 0,5 unité, il faut apporter, pour une terre sableuse de 800 à 2 000 kg de CaCO₃/ha) et d’améliorer le travail du sol.
• Désulfuration : introduit, finement broyé, avec le charbon lors de sa combustion dans des centrales thermiques. Permet d’éliminer jusqu’à 95 % du soufre qui serait émis sous forme de SO₂, voir les chapitres dioxyde de soufre et gypse.
• Charge et produit de couchage des papiers à l’aide de carbonate de calcium précipité (PCC) ou naturel, finement broyé (GCC). Dans cette application, le carbonate de calcium est en concurrence avec le kaolin, le talc, le dioxyde de titane.
• Pigment blanc pour peintures, matières plastiques, caoutchoucs, films, joints et adhésifs.
• Dans des fluides de forage.
• La dolomie est utilisé comme matériau réfractaire dans la construction de fours. Après chauffage vers 1400°C comme revêtement basique de poches d’affinage en sidérurgie et sous forme de briques réfractaires de dolomie frittée par chauffage à 1900-2000°C.

Bibliographie

Archives

Carbonate de calcium 2023

Carbonate de calcium 2022

Carbonate de calcium 2019

Carbonate de calcium 2014

Carbonate de calcium 2013

Carbonate de calcium 2010

Carbonate de calcium 1996

Carbonate de calcium 1993