Le carbonate de calcium est un minéral qu’on peut trouver à l’état naturel, mais qui peut aussi être transformé par l’homme. Il possède de nombreuses propriétés et fait partie des matériaux les plus polyvalents sur terre. C’est d’ailleurs la raison pour laquelle il est utilisé dans plusieurs industries. Comment se forme le carbonate de calcium ? Quelles sont ses propriétés ? Quelles sont ses différentes utilisations ? Décryptage dans cet article.
Sommaire de l'article
L’histoire du carbonate de calcium
Loin d’être une découverte récente, l’additif E170 était utilisé depuis 40 000 ans av. J.-C. En réalité, il s’agit d’un minéral polyvalent aux multiples propriétés et dont les premiers hommes ont très tôt apprivoisé. Pendant l’histoire de l’humanité, on retrouve des traces de l’utilisation du carbonate de calcium, notamment à travers les premiers dessins préhistoriques et les pyramides de l’Égypte Antique.
Pour comprendre l’origine du carbonate de calcium, il faut remonter à une époque où la vie n’était pas encore présente sur terre. La planète était remplie d’immenses étendues d’eau de mer qui étaient également en contact avec d’importantes quantités de dioxyde de carbone (CO2).
Selon les spécialistes, il y aurait eu une réaction avec les roches de calcium (Ca2+) des océans pour donner du CaCO3. Celui-ci se serait accumulé pendant des milliers d’années au fond des océans. Plus tard, certaines formes de vie ont constitué leur squelette à partir de ce carbonate de calcium, et une partie (plus de 5 %) s’est greffée à la croûte terrestre.
Les différents types de carbonate de calcium
Le carbonate de calcium est indolore et insoluble dans l’eau. Il est composé de carbone, d’oxygène et de calcium. On le retrouve sous deux formes : à l’état naturel et en production synthétique. Selon chaque cas, voici ce qu’il faut retenir :
Le carbonate de calcium naturel
La plupart des réserves naturelles de carbonate de calcium proviennent d’organismes marins. Ceux-ci absorbent cette substance contenue dans les eaux. Entre autres, ils s’en servent pour façonner les coquilles et les squelettes. C’est notamment le cas des espèces marines telles que les coraux et les mollusques.
En outre, le carbonate de calcium est aussi présent à l’état naturel sous la forme de la craie. Il s’agit d’une roche de carbonate de calcium sédimentaire qui se transforme en calcaire. Mais, on peut également en trouver sous forme de marbre. C’est l’exemple de l’Amérique du Nord et de l’Europe réputées pour leurs nombreux gisements de marbres.
Le carbonate de calcium précipité (PCC)
Le carbonate de calcium peut également s’obtenir artificiellement. Lorsqu’il est fabriqué par l’homme, il prend le nom de carbonate de calcium précipité (PCC). Pour l’obtenir, il faut transformer du calcaire en oxyde de calcium et dioxyde de carbone.
La réaction chimique qui découle de la combinaison de ces deux éléments permet d’obtenir un produit avec les mêmes propriétés que le carbonate de calcium naturel. Cependant, le PCC a la particularité d’être beaucoup plus pur que le carbonate de calcium naturel.
Les polymorphes du carbonate de calcium
Il existe 3 polymorphes du carbonate de calcium à savoir :
La vatérite
La vatérite est la forme cristalline du carbonate de calcium qui doit son nom au scientifique allemand Heinrich Vater. Elle est connue pour être instable et rare à l’état naturel. Par contre, il est possible d’en obtenir par précipitation artificielle.
La calcite
La calcite est présente en quantités importantes dans le calcaire et le marbre. Elle possède une grande réactivité chimique. En plus d’être soluble dans les eaux carbonatées, elle subit des transformations lorsqu’elle entre en contact avec d’autres minéraux. Notons que son nom vient du latin Calx et il servait au 19e siècle à désigner la chaux.
L’aragonite
L’aragonite est une forme orthorhombique du carbonate de calcium. Contrairement aux autres formes, elle n’a que très peu d’applications. Cela est dû à son instabilité minérale. On retrouve d’importants gisements d’aragonite au fond des océans, mais également dans les geysers. Par ailleurs, il n’est pas rare de retrouver à la fois de l’aragonite, de la calcite et de la vaterite dans des mollusques ou des algues marines.
Les différents usages du carbonate de calcium
En raison de ses propriétés et de sa polyvalence, le carbonate de calcium est utilisé dans de nombreuses industries.
La construction
Le carbonate de calcium est un incontournable de la construction. Par exemple, le marbre est indispensable à la fabrication du ciment, un élément essentiel pour coller les briques et obtenir du béton. En outre, le carbonate de calcium est nécessaire à l’obtention de la chaux, de l’acier et du verre. On peut aussi s’en servir dans les adhésifs et la peinture.
Les plastiques
L’industrie des plastiques fait aussi partie des secteurs qui utilisent le plus le carbonate de calcium. Par exemple, cet additif joue un rôle important dans la fabrication du chlorure de polyvinyle. Pour rappel, le chlorure de polyvinyle (PVC) est un matériau utilisé pour fabrication de tuyaux. L’ajout du carbonate de calcium dans la tuyauterie PVC permet d’améliorer ses performances, notamment en rendant le flux de polymère plus homogène.
Quant aux autres types de plastiques, on utilise du carbonate de calcium en raison de ses propriétés qui améliorent la stabilité, la résistance et la performance ignifuge des produits. Les entreprises spécialisées dans la fabrication des feuilles en polypropylène ont d’ailleurs définitivement adopté cet additif pour plusieurs raisons.
En effet, il participe à l’amélioration de la production et à l’optimisation du produit final. Il joue aussi un rôle dans la réduction des coûts de production. En effet, une grande partie des résines nécessaires à la fabrication des feuilles de polypropylène est remplacée par du carbonate de calcium. Cela permet de réduire les coûts de production. Par ailleurs, de nombreuses études ont démontré que cette légère substitution du plastique par le carbonate de calcium contribue à la réduction de l’effet de serre.
Le vin
Obtenir du bon vin n’est pas un processus facile à réaliser, surtout lorsqu’on ne dispose pas d’un bon équipement et d’un certain savoir-faire. Par conséquent, lorsque les vignerons amateurs ratent leur préparation et se retrouvent avec un breuvage acide, ils utilisent du carbonate de calcium pour donner un meilleur goût au vin.
En effet, cet additif modifie le pH et réduit l’acidité. Lorsqu’il entre en contact avec le moût, il se décompose en anhydrique carbonique, en eau et en ions de calcium. Les ions de calcium rejoignent le calcium présent dans le vin, ce qui entraine une neutralisation par salification de l’excès d’acidité.
Les cosmétiques
Le carbonate de calcium est utilisé dans plusieurs produits cosmétiques. On le retrouve notamment dans les lotions, les dentifrices et les huiles essentielles. Sa capacité à absorber l’humidité fait également de lui uningrédient important dans les fonds de teint et les produits destinés au visage.
L’agriculture et l’élevage
L’additif E170 est un agent chimique indispensable à la structuration des sols pour le travail de la terre. Le CaCO3 permet d’augmenter le pH du sol et une terre avec un pH élevé est propice à la croissance des plants.
Par ailleurs, l’utilisation du carbonate de calcium sur les terres agricoles favorise le développement des microorganismes. Parmi les produits qui bénéficient le plus de l’utilisation du carbonate de calcium, on retrouve les aubergines, les tomates et le brocoli.
Les denrées alimentaires
L’additif E170 est également utilisé dans les denrées alimentaires pour plusieurs raisons. D’abord, notons qu’un régime alimentaire classique n’est pas toujours riche en calcium. Pour combler ce déficit, les industriels utilisent le carbonate de calcium comme substituant.
De plus, cet additif permet aux aliments de conserver leur texture. Contrairement à d’autres types de colorants alimentaires, il a également la particularité d’être peu nocif. Pour cette raison, on peut le retrouver dans les produits laitiers et les dérivés du lait, la levure et les produits en conserve. C’en est de même pour les aliments surgelés et la plupart des produits transformés.
Quels sont les dangers de l’additif E170 ?
L’utilisation à échelle industrielle qui est faite de carbonate de calcium peut laisser perplexe sur son introduction dans les aliments. Cependant, il n’y a pas à s’inquiéter, car le carbonate de calcium alimentaire respecte un certain nombre de normes européennes aussi bien par rapport à la quantité qu’à la pureté.
L’utilisation industrielle
Les industriels utilisent l’additif E170 sous de multiples formes. Cela inclut également les poudres de carbonate de calcium. En effet, certaines d’entre elles contiennent des nanoparticules. Il s’agit de particules infiniment petites avec des tailles comprises entre 1 et 100 nanomètres. Beaucoup plus petites que les cellules, ils peuvent facilement traverser la barrière encéphalique.
Bien qu’elles soient aujourd’hui utilisées dans plusieurs industries telles que l’automobile, le textile et le cosmétique, il n’existe que très peu de rapports autour des nanoparticules. De plus, celles-ci représentent uniquement un danger pour les fabricants et toutes les personnes qui les manipulent sans protections.
Leur inhalation peut notamment avoir des effets néfastes sur le système respiratoire. Pour cette raison, l’agence nationale de sécurité sanitaire exige à tous les industriels une déclaration annuelle relative à la quantité et à l’usage des nanoparticules.
Par ailleurs, de nombreux chercheurs ont émis des doutes sur le caractère inoffensif des nanoparticules de carbonate de calcium une fois à l’intérieur de l’organisme. Cependant, les autorités affirment que les traces de nanomatériaux à l’intérieur des denrées alimentaires sont à une échelle macroscopique. Il n’existe donc pas de risques toxicologiques.
L’utilisation comme substance nutritionnelle
Le carbonate de calcium est également incorporé aux aliments et fait office de substance nutritionnelle. Dans ce cas, il s’agit d’un apport pour compenser l’absence de calcium dans le corps. Cette forme de consommation permet également de prévenir le surpoids et l’hypertension.
Même si cette utilisation de l’additif E170 est supposée sans dangers, un surdosage peut entrainer des effets secondaires. En effet, il est recommandé de respecter les quantités prescrites par les spécialistes. Tout excès est susceptible de provoquer des douleurs musculaires, une insuffisance rénale et parfois des problèmes cardiaques.