Notions illustrées :

- roches sédimentaires, sédimentation, reconstitution de paléoenvironnements

- exploitation d'une roche, le gypse, fabrication de plâtre

Relation avec les programmes :

Collège (programme de 2015) :
Cycle 4 : La Terre, l'environnement et l'action humaine

Caractériser quelques-uns des principaux enjeux de l’exploitation d’une ressource naturelle par l’être humain, en lien avec quelques grandes questions de société. L’exploitation de quelques ressources naturelles par l’être humain (eau, sol, pétrole, charbon, bois, ressources minérales, ressources halieutiques, …) pour ses besoins en nourriture et ses activités quotidiennes.

Lycée (programme de 2019) :
Seconde générale : Sédimentation et milieux de sédimentation

Il existe une diversité de roches sédimentaires détritiques (conglomérats, grès, pélites) en fonction de la nature des dépôts.
Les roches formées dépendent des apports et du milieu de sédimentation.
Reconstituer un paléo-environnement de sédimentation à partir de l’étude d’une roche sédimentaire, en appliquant le principe d’actualisme.

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Un exemple de protocole pour fabriquer du plâtre à partir d'échantillons de gypse prélevés sur le terrain

Les quantités de gypse présent, parmi les éboulis, sur le site des anciennes carrières de Klang sont suffisamment importantes pour s'autoriser quelques prélèvements raisonnés dans le but de montrer l'utilité de cette ressource minérale pour l'Homme. La fabrication de plâtre à partir d'un échantillon de gypse est relativement aisée et ne présente pas de difficultés ou de risques particuliers pour sa mise en oeuvre au sein d'une classe.

Du gypse au plâtre

Matériel nécessaire:

• un morceau de gypse (50g à 100g)
• de l'eau
• un mortier et un pilon
• un marteau
• une planche de liège ou en bois
• une balance de précision
• un four à thermostat réglable (ou un appareil de cuisson, un bec bunsen...)
• un récipient en céramique ou en pyrex (supportant la chaleur)
• un récipient en plastique
• une spatule
• une éprouvette
• des moules à plâtre (motifs divers)
• microscope, lames et lamelles pour une éventuelle observation au microscope
• blouse, gants et lunettes de protection

Protocole (voir aussi cette page web) :

1. Sur la planche de liège ou de bois, à l'aide d'un marteau, fragmenter un échantillon de gypse en petits morceaux.
2. Poursuivre le broyage à l'aide d'un mortier et d'un pilon jusqu'à obtenir une poudre fine homogène.
3. Récupérer la poudre dans un récipient en céramique ou en pyrex et placer le tout dans un four préchauffé à 150°C. Maintenir au four pendant 15 à 30 minutes selon la quantité de gypse.
4. Laisser refroidir puis effectuer une pesée de la poudre à l'aide d'une balance de précision.
5. Cacluler la quantité d'eau à ajouter pour obtenir du plâtre à moulage: il faut environ 75 cL d'eau pour 1 kg de plâtre, c'est-à-dire un volume d'eau, en L ou  en mL, équivalent à 75% de la masse de poudre respectivement en kg ou en g. Utiliser l'éprouvette pour doser la quantité d'eau voulue.
6. Effectuer le gâchage en versant l'eau puis la poudre dans un récipient en plastique et remuer à l'aide d'une spatule jusqu'à ce que le mélange ait l'aspect d'une pâte à crêpes sans grumeaux.
7. La prise étant rapide, verser sans tarder le plâtre liquide dans les moules. Araser si nécessaire.
8. Laisser sécher à l'air libre et à température ambiante pendant plusieurs heures jusqu'à ce que le moulage se détache facilement en tapotant sur le moule.

L'importance de la cuisson peut être appréciée en comparant la qualité du plâtre obtenu à partir d'une poudre de gypse qui a été chauffée à 150°C et à partir d'une poudre qui ne l'a pas été. Dans ce dernier cas, le plâtre reste grumeleux et les moulages produits s'effritent ou se cassent très facilement:

Moulages de plâtre obtenus à partir de poudre de gypse (de Klang) chaufée ou non

Le chauffage de poudre de gypse à l'intérieur d'un bécher ou d'un tube à essai met en évidence l'apparition de buée sur les parois du récipient et donc la déshydratation du gypse lors de cette manipulation. La réaction produite est la suivante:

CaSO₄, 2H₂O (gypse dihydraté) ------> CaSO₄, 1/2 H₂O (plâtre ou gypse partiellement déshydraté = hémi-hydraté) + 3/2 H₂O (eau libérée)

Lors du gâchage on reproduit la réaction inverse.

Observation au microscope de poudres de gypse et de plâtre

En complément des manipulations, l'observation de poudres au microscope permet de mettre en évidence une différence de structure entre le gypse et le plâtre.

Un peu de poudre de gypse fibreux de la carrière de Klang non chauffée, placée dans une goutte d'eau entre lame et lamelle, observée au moyen grossissement, révèle la précence de cristaux d'assez grande taille, transparents, aciculaires ou prismatiques. Lorsque l'eau s'évapore, les cristaux se rassemblent pour former des agrégats ("châteaux de cartes" mécaniquement peu stables).

L'observation microscopique d'une goutte de plâtre encore liquide (ou de poudre non hydratée - montage à sec dans ce cas) montre la présence de cristaux dont la transparence est altérée et l'aspect terni (teinte grisâtre). Lorsque la prise du plâtre s'opère, une masse compacte et opaque se forme progressivement mais rapidement. Dans les interstices de cette masse consolidée ou sur les bords de la lame, on peut observer la présence en grande quantité de minuscules aiguilles cristallines formant des pelotes et des agrégats et qui n'apparaissaient pas dans la lame de poudre de gypse non chauffée. Lors de la prise, c'est l'agglomération et l'enchevêtrement de ces pelotes d'aiguilles de gypse, préalablement dégagées par la cuisson, qui assurent une meilleure cohérence et résistance mécanique du plâtre par rapport à la poudre de gypse brut.

Cristaux de gypse observés au microscope

Plâtre observé au microscope

N.B.: les procédés industriels de fabrication des plâtres sont évidemment bien plus complexes ; on pourra se référer au mémento diffusé par le BRGM pour davantage d'informations sur l'utilisation du gypse (et de l'anhydrite) ; ce document est téléchargeable gratuitement depuis le site Infoterre.

Le groupement "Les Industries du Plâtre" met également à disposition, par l'intermédiaire de son site web dédié "www.lesindustriesduplatre.org", de nombreuses informations et divers documents téléchargeables (menu "médiathèque").