Les Vertus de la Chaux Eteinte (Portlandite) et de la Chaux Vive (Oxyde de calcium)
Publié par German Montes Hernandez, le 10 octobre 2026
La portlandite (Ca(OH)2) et l’oxyde de calcium (CaO) sont des minéraux rares en tant que ressources naturelles mais ils ont été utilisés depuis des millénaires. La chaux est d’ailleurs considérée comme un marqueur prépondérant dans le développement technologique et architectural de nos civilisations. Sans doute, l’utilisation de la chaux continuera et probablement nous révélera de nouvelles applications dans l’avenir.
Depuis des millénaires, la chaux éteinte ou portlandite (Ca(OH)2) et la chaux vive (CaO) ont été utilisées pour leurs nombreuses vertus découvertes par les différentes civilisations jusqu’à nos jours. En effet, la chaux a été et continuera à être utilisée comme ingrédient primordial pour la formulation des mortiers et bétons bas carbone. Son pouvoir alcalin permet de neutraliser les eaux et les flux de gaz acides. Il permet aussi le piégeage des métaux lourds et des metalloïdes. Ce matériau est utilisé comme ingrédient dans la fabrication de carbure de calcium. C’est également un agent de capture et/ou stockage de dioxyde de carbone. La chaux vive a la particularité de stocker de l’énergie. Ce ne sont que quelques exemples parmi les vertus de la chaux. Malgré son utilisation depuis des millénaires, la méthode de fabrication de la chaux vive est restée la même. C’est-à-dire, par calcination et/ou décarbonatation du calcaire (CaCO3) à haute température (900-1100°C). Des avancées technologiques significatives sur les fours de calcination ont amélioré la production. Cependant, ce procédé est considéré comme énergivore et implique une très forte empreinte carbone due à la réaction de décarbonatation du calcaire qui émet du dioxyde de carbone dans l’atmosphère (globalement un mol de carbonate de calcium (calcaire) émet un mol de dioxyde de carbone). Très récemment, pour répondre à ce problème technologique, j’ai proposé un procédé innovant qui éviterait de rejeter des émissions de CO2 dans l’atmosphère (consulter source 1 et l’article de vulgarisation : Du ciment et de la chaux avec zéro émission de CO2 : mythe ou réalité ? | ECHOSCIENCES - Grenoble).
Concernant la chaux éteinte ou portlandite, elle est produite traditionnellement par simple hydratation de la chaux vive sous conditions atmosphériques ou sous des environnements humides contrôlés. Cette réaction d’hydroxylation est hautement exothermique. Pour cette raison, la chaux vive a été ainsi proposée comme un matériau de stockage d’énergie avec des applications innovantes dans des environnements froids. Comme décrit par un travail de recherche récent (source 1), la chaux éteinte peut aussi être produite par précipitation à température ambiante en utilisant des réactifs courants dans l’industrie (calcaire naturel, HCl et NaOH). L’avantage de cette innovation repose sur le fait qu’elle n’émet pas de dioxyde de carbone : https://www.echosciences-grenoble.fr/articles/du-ciment-et-de-la-chaux-avec-zero-emission-de-co2-mythe-ou-realite
Une partie importante de ma recherche à ISTerre a été focalisée sur la réactivité de la chaux éteinte. Tout d’abord, j’ai étudié ce minéral hydroxylé comme un précurseur simple pour la synthèse de nanoparticules et des méso-cristaux poreux de calcite (CaCO3) comme illustré ci-dessous (Figure 1) par des images de microscopie électronique à haute résolution (consulter sources 2-5).
Figure 1. Synthèse de nanoparticules et méso-cristaux de calcite (CaCO3) par carbonatation en milieu aqueux ou par voie humide (milieu insaturé) de la chaux éteinte. Pour des informations techniques et/ou scientifiques consulter les sources 2-5.
En règle générale la pureté, la taille et la forme des cristaux de calcite vont conditionner leur usage dans le monde moderne ; par exemple, comme excipient dans les médicaments, les cosmétiques ou les aliments, comme additif dans le papier de haute qualité (brillance) et dans les peintures. Mais en réalité la chaux éteinte a de nombreuses autres applications.
Dans un deuxième volet de recherche, la chaux éteinte a été étudiée à ISTerre comme matériau de piégeage de polluants ioniques (métaux lourds et métalloïdes) et organiques (antibiotiques) dissouts dans l’eau (consulter sources 4, 6-10). Cette ancienne méthode de traitement continue à être utilisée pour décontaminer l’eau sans nécessairement s’intéresser aux interactions polluant-solide. Mes travaux ont clairement mis en évidence comment lors du traitement de l’eau, certains polluants ioniques peuvent être incorporés dans la structure de calcite après une étape de neutralisation/carbonatation avec du CO2, comme illustré ci-dessous dans la Figure 2 pour le oxyanion sélénite (SeO32-). En revanche, d’autres polluants ioniques et/ou organiques restent seulement adhérés/piégés sur les agrégats des cristaux de calcite comme cela a été suggéré pour les antibiotiques (consulter source 7). Evidement, le traitement de l’eau avec la chaux éteinte nécessite une étape de neutralisation afin qu’elle soit à nouveau réutilisable et/ou avant qu’elle soit rejetée dans la nature. Pour cette raison, j’ai systématiquement utilisé le dioxyde de carbone sous pression (5-55bar) ou barboté dans des solutions modèles.
Figure 2. Images de microscopie électronique à transmission montrant une élongation de cristaux de calcite due à l’incorporation d’ions sélénite (oxyanion), c’est-à-dire, un remplacement structural des ions carbonate par des ions sélénite (consulter sources 4, 9-10). Images a, b et c : référence de calcite pure sans sélénium : images d, e, f, g, h, i : précipitation de calcite en présence de Se.
Finalement, un volet de recherche plus fondamentale a été mené sur le rôle de l’eau moléculaire initiale lors de la carbonatation de la chaux éteinte sous conditions insaturées (0≤humidité relative<70%). Grâce à la spectroscopie infrarouge en temps réel couplée à une cellule cryogénique (jusqu’à -150°C) et température élevée (jusqu’à 300°C), j’ai clairement démontré que l’eau initialement adsorbée sur la surface de la portlandite active la réaction de carbonatation à 30°C et à faible pression de CO2 (0.5-2bar), si l’humidité relative est supérieure à 50%. En revanche, si l’humidité relative est proche de zéro, la réaction de carbonatation de la chaux éteinte est inactivée à 30°C avec la même pression de dioxyde de carbone (consulter la source 11). Pour compléter ces résultats, la carbonatation de la chaux a aussi été étudiée à -10°C, et la spectroscopie infrarouge a clairement montré que la réaction reste active. Ceci permet d’imaginer que les poussières basiques dans les environnements froids peuvent être carbonatées en présence du dioxyde de carbone (consulter par exemple la source 12). Finalement, la carbonatation de la chaux éteinte et vive (synthétisée in-situ) a été étudiée sous conditions non-isothermiques et isothermiques entre température ambiante et 1000°C afin de déterminer les mécanismes de réaction quand l’eau n’est pas stable au contact de la chaux. Dans ce cas, un mécanisme alternatif non-classique a été proposé. A haute température une excitation atomique est nécessaire afin de permettre une migration locale d’un oxygène vers le CO2 adsorbé et ainsi permettre sa minéralisation en carbonate de calcium (consulter la source 13 pour avoir un aperçu détaillé de cette étude de recherche).
En résumé, toutes ces études de recherche, brièvement vulgarisées dans cet article, ont été motivées pour apporter des connaissances sur la capture du dioxyde de carbone, son utilisation et son stockage (programme international : « carbon capture, utilization and storage (CCUS) »). Dans cette optique et grâce à mon expertise actuelle sur le sujet, je lance une idée de géo-ingénierie afin d’enlever l’excèdent de CO2 atmosphérique. Si on assume un scenario d’urgence, il est techniquement possible d’enlever cet excèdent par épandage aérien des nanoparticules de chaux éteinte qui seront rapidement carbonatées avant d’arriver au sol sous forme de carbonate de calcium. Cependant, sur le long terme, la meilleure option serait d’éviter les émissions de CO2 anthropiques. Cela pourrait être possible si l’industrie est décarbonée (implémentation du programme CCUS) et si l’accélération de la transition énergétique se feraient à l’échelle mondiale.
Sources :
(1) Montes-Hernandez, German. Decarbonizing the cement industry is crucial for reducing CO2 emissions : Myth or reality ? Chemical Engineering Journal (2025) 518, 164995.
https://www.sciencedirect.com/...
(2) G. Montes-Hernandez, A. Fernandez-Martinez, F. Renard, Novel Method to estimate the linear growth rate of submicrometric calcite produced in a triphasic gas-liquid-solid system. Crystal Growth & Design 9 (2009) 4567-4573.
https://pubs.acs.org/cgdefu/ar...
(3) G. Montes-Hernandez, D. Daval, R. Chiriac, F. Renard. Growth of nanosized calcite through gas-solid carbonation of nanosized portlandite particles under anisobaric conditions. Crystal Growth & Design 10 (2010) 4823-4830.
https://pubs.acs.org/cgdefu/ar...
(4) G. Montes-Hernandez, G. Sarret, R. Hellmann, N. Menguy, D. Testemale, L. Charlet, F. Renard. Nanostructured calcite precipitated under hydrothermal conditions in the presence of organic and inorganic selenium. Chemical Geology 290 (2011) 109-120.
https://www.sciencedirect.com/...
(5) G. Montes-Hernandez, F. Renard, N. Findling, A-L. Auzende. Formation of porous calcite mesocrystals from CO2-H2O-Ca(OH)2 slurry in the presence of common domestic drinks, CrystEngComm 17 (2015) 5725-5733.
https://pubs.rsc.org/ce/articl...
(6) M. I. Chaibou Ousmane, G. Montes-Hernandez, A. Salam Manzola, S. Bureau. Simplified method to remove Fe (II) and Mn (II) from groundwater by oxidative coprecipitation with portlandite followed by neutralization with CO2 bubbling. Water Science and Engineering, (2026) doi: 10.1016/j.wse.2026.07.008
https://www.sciencedirect.com/...
(7) G. Montes-Hernandez, L. Feugueur, C. Vernier, A. Van Driessche, F. Renard. Efficient Removal of Antibiotics from Water via Aqueous Portlandite Carbonation. Journal of Water Process Engineering 51 (2023) 103466.
https://www.sciencedirect.com/...
(8) A. Hamdouni, G. Montes-Hernandez, M. Tlili, N. Findling, F. Renard, C. V. Putnis. Removal of Fe(II) from groundwater via aqueous portlandite carbonation and calcite-solution interactions, Chemical Engineering Journal 283 (2016) 404-411.
https://www.sciencedirect.com/...
(9) G. Montes-Hernandez, A. Fernandez-Martinez, L. Charlet, F. Renard, A. Scheinost, M. Bueno, Synthesis of a Se0/calcite composite using hydrothermal carbonation of Ca(OH)2 coupled to a complex selenocystine fragmentation. Crystal Growth & Design 8 (2008) 2497-2504.
https://pubs.acs.org/cgdefu/ar...
(10) G. Montes-Hernandez, N. Concha-Lozano, F. Renard, E. Quirico, Removal of oxyanions from synthetic wastewater via carbonation process of calcium hydroxide : Applied and fundamental aspects. Journal of Hazardous Materials 166 (2009) 788-795.
https://www.sciencedirect.com/...
(11) G. Montes-Hernandez, A. Pommerol, F. Renard, P. Beck, E. Quirico, O. Brissaud. In-situ kinetic measurements of gas-solid carbonation of Ca(OH)2 by using an infrared microscope coupled to a reaction cell. Chemical Engineering Journal 161 (2010) 250-256.
https://www.sciencedirect.com/...
(12) A. Garenne, G. Montes-Hernandez, P. Beck, B. Schmitt, O. Brissaud, A. Pommerol. Gas-solid carbonation as a possible source of carbonates in cold planetary environments. Planetary and Space Science 76 (2013) 28-41.
https://www.sciencedirect.com/...
(13) G. Montes-Hernandez, R. Chiriac, F. Toche, F. Renard. Gas-solid carbonation of Ca(OH)2 and CaO particles under non-isothermal and isothermal conditions by using a thermogravimetric analyzer : Implications for CO2 capture. International Journal of Greenhouse Gas Control 11 (2012) 172-180.
