E170 : Carbonate de calcium

Le carbonate de calcium est un minéral omniprésent dans l’environnement. Principale composante des coquilles et des os, il est également exploité dans plusieurs domaines industriels grâce à ses multiples qualités. Il recèle un grand nombre de caractéristiques qui en font une ressource incontournable pour de multiples applications depuis l’Antiquité.

Description du carbonate de calcium

Le carbonate de calcium est un minéral ubiquiste naturellement présent sur Terre. Il tire son origine de la sédimentation d’organismes marins au fond des océans au fil des temps géologiques. Ses principales occurrences naturelles sont la craie, la roche sédimentaire meuble issue de coquillages fossilisés, ainsi que le marbre et le calcaire. Ce dernier désigne des roches plus denses résultant de la compaction et recristallisation de dépôts coquilliers.

De formule chimique CaCO₃, le carbonate de calcium se présente sous la forme d’une poudre microcristalline blanche insoluble dans l’eau. Abondamment extrait de carrières, il représente l’un des principaux composés de la croûte terrestre. Il constitue en grande partie les coquilles et les exosquelettes marins.

Ce minéral constitue, entre autres, une ressource naturelle primordiale largement exploitée dans l’industrie pour de nombreuses applications. Il est notamment utilisé comme matériau de construction, comme charge dans les peintures ou dans les plastiques, comme additif alimentaire, comme complément nutritionnel, etc.

Historique du carbonate de calcium

Dès la préhistoire, les Hommes se sont servis du carbonate de calcium sous forme de craie. Cette matière est en effet facile à creuser et à modeler, et servait à dessiner sur les parois rocheuses.

Dans l’Antiquité, les Égyptiens et les Romains l’ont couramment utilisée comme mortier dans la construction de leurs monuments. De même, le calcaire a été largement employé pour la sculpture, comme en témoignent les nombreuses statues de marbre trouvées dans diverses parties du monde.

Au Moyen Âge, l’extraction du carbonate de calcium s’est massivement développée. Ce minéral s’est notamment avéré utile aussi bien pour le chaulage des terres agricoles que pour l’élaboration de la chaux vive, indispensable aux maçons. Son travail est alors devenu une profession à part entière.

À l’ère de la révolution industrielle, sa production a connu un essor fulgurant grâce à l’amélioration des techniques d’extraction et de broyage. Ses qualités de blancheur et sa polyvalence en font aujourd’hui un minéral omniprésent dans l’économie industrielle et l’environnement quotidien.

Structure du carbonate de calcium

Le carbonate de calcium cristallise naturellement sous trois formes polymorphes principales.

Vatérite

La vatérite, la troisième variété de carbonate de calcium, est la forme la moins thermodynamiquement stable du CaCO₃. Sous des conditions géologiques normales, elle a tendance à se transformer en calcite. Néanmoins, l’ajout d’additifs organiques peut inhiber sa croissance cristalline, et empêcher sa transformation. En ce qui concerne sa structure, les particules de vatérite n’ont pas une morphologie distinctive, et s’agrègent pour former des fragments sphériques mal définis. Malgré son instabilité thermodynamique, ce minéral a trouvé des applications dans divers secteurs tels que :

• les produits de soins personnels ;
• les industries des biomatériaux avancés ;
• les agents de revêtement ;
• la construction.

Il s’agit de la forme la plus soluble parmi les polymorphes du CaCO₃.

Structure commune des trois polymorphes

Au niveau atomique, la structure commune de la calcite, de l’aragonite et de la vatérite consiste en un arrangement d’ions calcium Ca²⁺. Ceux-ci sont coordonnés à six ions carbonate CO3^2- selon une géométrie octaédrique. Les ions carbonate occupent le centre de cette structure octaédrique formée par les ions calcium positionnés aux sommets.

Cette organisation cristalline confère au CaCo₃ son importante compacité atomique ainsi que sa dureté moyenne de 3 sur l’échelle de Mohs. Sa faible solubilité dans l’eau résulte de la forte énergie de liaison ionique entre les ions calcium et carbonate au sein du réseau cristallin.

Propriétés du carbonate de calcium

Le carbonate de calcium présente de nombreuses propriétés physiques et chimiques qui lui confèrent une large gamme d’applications.

Sa blancheur intense en fait un opacifiant de choix, utilisé dans les revêtements et dans les papiers. Chimiquement inerte, il possède néanmoins la capacité de réagir avec les acides pour dégager du dioxyde de carbone. Thermiquement stable jusqu’à 800 °C, il se décompose au-delà sous forme de chaux vive. Sa dureté moyenne en fait un abrasif doux, une caractéristique exploitée dans la fabrication des dentifrices, par exemple.

Place du carbonate de calcium en nutrition

Le carbonate de calcium présente des atouts nutritionnels non négligeables. Source de calcium appréciable à la minéralisation osseuse, il est préconisé en complément alimentaire pour pallier les carences. Il module aussi positivement le pH gastro-intestinal, et soulage les symptômes de l’acidité gastrique. Cet actif est largement utilisé dans l’industrie agroalimentaire et pharmaceutique.

Par ailleurs, ce minéral est naturellement présent dans certains aliments qui peuvent ainsi en apporter à l’organisme humain. Les produits laitiers sont notamment d’excellentes sources de calcium sous forme de carbonate. Le lait de vache en contient, notamment, 1 200 mg/L. Les fromages comme le parmesan ou l’emmental, les yaourts et les laits fermentés en sont également riches.

De même, les poissons comme le cabillaud ou le saumon fournissent du carbonate de calcium, tout comme les crustacés.

Les épinards, le brocoli et les amandes sont d’excellentes alternatives végétariennes. Certains fruits secs tels que les pruneaux et les figues séchées en contiennent également. De manière plus anecdotique, l’eau dure, naturellement chargée en carbonates dissous, représente elle aussi une petite source de CaCO₃ dans l’alimentation humaine.

Applications du carbonate de calcium

Le carbonate de calcium présente de nombreuses applications dans divers domaines. En raison de sa polyvalence, ce minéral offre de nombreux atouts pour la santé, l’industrie et l’environnement.

En construction, son pouvoir isolant et son faible coût en font un excellent constituant d’enduit et de peintures. Ses propriétés opacifiantes trouvent également des applications en tant que pigment dans l’industrie papetière et celle des plastiques.

Par ailleurs, en tant que complément alimentaire, il possède des vertus nutritionnelles non négligeables. Il contribue à la bonne santé des os en aidant à leur minéralisation. De plus, ses capacités alcalinisantes le rendent efficace contre les brûlures d’estomac en neutralisant l’acidité gastrique.

En cosmétique, sa douceur en fait un abrasif idéal dans les dentifrices et dans les produits d’hygiène pour la peau. Grâce à ses propriétés cicatrisantes, le carbonate de calcium est aussi un actif reconnu pour soulager les gerçures.

En agronomie, son apport en chaux permet d’amender efficacement les sols acides.