Ettringite

L’ettringite est une espèce minérale, composée de sulfate de calcium et d'aluminium hydraté, de formule : Ca₆Al₂(SO₄)₃(OH)₁₂·26H₂O, encore notée en formule oxyde : 3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O.

Ettringite Catégorie VII : sulfates, sélénates, tellurates, chromates, molybdates, tungstates[1]
Ettringite - N'Chwaning Mines, Cap-du-Nord, Afrique du Sud
Général
Classe de Strunz	7.DG.15 7 SULFATES, CHROMATES, MOLYBDATES, TUNGSTATES, TELLURATES  7.D Sulfates avec anions supplémentaires, avec H2O   7.DG avec moyens et grands cations ; avec NO3, CO3, B(OH)4, SiO4 ou IO3    7.DG.15 Bentorite Ca6(Cr,Al)2(SO4)3(OH)12•26(H2O) groupe d'espace P 63/mmc groupe ponctuel 6/m 2/m 2/m    7.DG.15 Charlesite Ca6(Al,Si)2(SO4)2B(OH)4(OH,O)12•26(H2O) groupe d'espace P 31c groupe ponctuel 3m    7.DG.15 Ettringite Ca6Al2(SO4)3(OH)12•26(H2O) groupe d'espace P 63/mmc groupe ponctuel 6/m 2/m 2/m    7.DG.15 Jouravskite Ca3Mn++++(SO4,CO3)2(OH)6•12(H2O) groupe d'espace P 63/m groupe ponctuel 6/m    7.DG.15 Sturmanite Ca6(Fe+++,Al,Mn++)2(SO4)2[B(OH)4](OH)12•25(H2O) groupe d'espace P 31c groupe ponctuel 3m    7.DG.15 Thaumasite Ca3Si(CO3)(SO4)(OH)6•12(H2O) groupe d'espace P 63/m groupe ponctuel 6/m    7.DG.15 Carraraite Ca3Ge(OH)6(SO4)(CO3 )•12H2 O groupe d'espace P 63/m, or P 63 groupe ponctuel Hex    7.DG.15 Buryatite Ca3(Si,Fe+++,Al)[SO4][B(OH)4](OH,O)6•12(H2O) groupe d'espace P 31c groupe ponctuel 3m
Classe de Dana	31.10.02.01 Sulfates 31. Sulfates hydratés (avec hydroxyl ou halogène)
Formule chimique	Ca6Al2(SO4)3(OH)12 ·26H2O
Identification
Masse formulaire	1 255,107 uma
Couleur	blanche, jaune brillant, parfois incolore
Système cristallin	Trigonal
Réseau de Bravais	Primitif P
Classe cristalline et groupe d'espace	Dihexagonal dipyramidal P 63/mmc
Clivage	mauvais
Habitus	Hexagonal, bipyramidal, prismatique, fibreux, tonnelet, agrégat, radié.
Échelle de Mohs	2 – 2,5
Trait	blanc
Éclat	vitreux
Propriétés optiques
Indice de réfraction	no=1,491 ne=1,470
Biréfringence	Δ=0,021 ; uniaxe négatif
Fluorescence ultraviolet	Aucune
Transparence	transparente à translucide
Propriétés chimiques
Densité	1,70
Solubilité	Soluble dans HCl dilué, dans HNO3 dilué, décomposé partiellement par l’eau froide
Propriétés physiques
Magnétisme	aucun
Radioactivité	aucune
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
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Inventeur et étymologie

Décrite par Lehmann en 1874^[2]. Inspirée du nom de sa localité-type Ettringen^[3].

Synonymes

Certains ouvrages de génie civil, ou de technique du bâtiment, mentionnent aussi sous l'appellation de "sel de Candlot"^[4],[5], parfois improprement orthographiée "sels de Candelot"^[6], l'ettringite produite par la réaction des sulfates et des liants hydrauliques comme le ciment en cas de contamination des bétons ou des mortiers par du plâtre ou du gypse. En présence d'humidité, des gonflements importants peuvent alors se développer dans ces matériaux de construction et causer des désordres structuraux considérables^[4],[5],[6].

Le nom de "sel de Candlot"^[5] a été donné au trisulfatealuminate tricalcique hydraté en hommage à l'ingénieur chimiste français Édouard Candlot (1858 – 1922) qui l'a découvert dans les produits d'hydratation du ciment Portland. Édouard Candlot a également promu l'ajout de gypse au clinker avant de le broyer pour en faire du ciment afin de ralentir la vitesse d'hydratation du tricalcium aluminate (3CaO·Al₂O₃, ou C₃A en notation cimentière), la phase minérale la plus réactive (et la plus exothermique) du clinker, responsable de la prise trop rapide et indésirable du béton et des mortiers.

Topotype

Ettringer Bellerberg (en), Ettringen, Mayen, Eifel, Rhénanie-Palatinat. Allemagne.

Cristallographie

• Paramètres de la maille conventionnelle : a = 22,46 Å, c = 21,44 Å, Z = 8 ; V = 9 366,45 Å³
• Densité calculée = 1,78

Cristallochimie

• Elle forme une série avec la thaumasite.
• Elle sert de chef de file à un groupe de minéraux isostructuraux qui porte son nom.

Groupe de l'ettringite

• Carraraïte : Ca₃Ge(OH)₆(SO₄)(CO₃)·12H₂O
  (P 63/m ou P 63 Hex)
• Charlésite : Ca₆(Al,Si)₂(SO₄)₂[B(OH)₄](OH,O)₁₂·26H₂O
  (P 31c 3m)
• Ettringite : Ca₆Al₂(SO₄)₃(OH)₁₂·26H₂O
  (P 63/mmc)
• Jouravskite : Ca₃Mn(SO₄,CO₃)₂(OH)₆·12H₂O
  (P 63/m 6/m)
• Sturmanite : Ca₆(Fe,Al,Mn)₂(SO₄)₂[B(OH)₄](OH)₁₂·25H₂O
  (P 31c 3m)
• Thaumasite : Ca₃[Si(OH)₆](CO₃)(SO₄)·12H₂O
  (P 63/m 6/m)

Gîtologie

Minéral d’environnement carbonaté. Dans les géodes au sein d’enclaves de calcaire métamorphique des laves à néphéline. Dans les calcaires métasomatisés.

Certaines ettringites ont une origine biominérale et peuvent participer aux phénomènes de biocicatrisation de certains mortiers dus à des « bactéries cimentières » dont par exemple Bacillus pseudofirmus^[7].

Minéraux associés

• afwillite
• andradite
• calcite
• charlésite
• portlandite
• sturmanite
• thomsonite
• hydrocalumite

Synonymie

• chalkomorphit (Vom Rath, G. 1873)^[8]
• woodfordite^[9]

Gisements remarquables

En France :

• Carrière La Brenne, Ceyrat, Clermont-Ferrand, Puy-de-Dôme^[10].
• Lapanouse-de-Sévérac, Aveyron^[11].

Dans le monde :

• Ettringer Bellerberg, Ettringen, Mayen, Eifel, Rheinland-Pfalz, Allemagne^[12].
• Cava San Vito, San Vito, Ercolano, Monte Somma, Complesso vulcanico Somma-Vesuvio, Naples, Campanie, Italie^[13].
• N'Chwaning Mines, Kalahari manganese fields, province du Cap^[14].

Utilité

Il s'agit d'un hydrate du ciment Portland et surtout des phases alumineuses que l'on peut rencontrer dans certains ciments spéciaux. On distingue majoritairement deux produits d'hydratation :

• La phase principale aluminate ferrite trisubstituée notée AFt, c'est l'ettringite proprement dite. Sa formule chimique est ${\displaystyle 3CaO\cdot Al_{2}O_{3}\cdot 3CaSO_{4}\cdot 32H_{2}O}$ soit en notation cimentière ${\displaystyle C_{3}A3C{\check {S}}H_{32}}$. Elle forme des aiguilles principalement hexagonales de longueurs variables en fonction des conditions d'hydratation (jusqu'à plusieurs dizaines de microns) ;
• Le sous-produit d'hydratation est un monosulfoaluminate de calcium hydraté (phase aluminate ferrite monosubstituée, notée AFm) dont la formule est ${\displaystyle 3CaO\cdot Al_{2}O_{3}\cdot CaSO_{4}\cdot 12H_{2}O}$ soit en notation cimentière ${\displaystyle C_{3}AC{\check {S}}H_{12}}$. Il forme des plaques hexagonales.

L'ettringite peut provoquer un gonflement pathogène si elle se forme après la prise du ciment (réaction sulfate interne (RSI) ou externe (RSE) suivant l'origine des ions sulfates). C'est ce qu'on appelle la formation d'ettringite secondaire ou différée. Elle est présente dans les ouvrages à base de ciment Portland qui subissent des hausses de température, ou des traitements thermiques, à des températures supérieures à 65 °C^{[15],[16],[17]}.

Sa structure microscopique en aiguilles enchevêtrées confère aux matériaux cimentaires qui contiennent de l'ettringite primaire des propriétés mécaniques intéressantes^[18]. En revanche, la lente croissance cristalline de ces aiguilles au sein des pores d'une matrice de béton durci est capable d'exercer d'énormes pressions de cristallisation et d'engendrer des gonflements catastrophiques pour la stabilité des structures en béton exposées à l'eau et à l'humidité (barrages et piles de pont immergées). C'est la conséquence de la formation d'ettringite différée (en anglais : delayed ettringite formation, DEF), lorsque les phases AFm, formées de façon préférentielle lors de l'échauffement du béton au-dessus de 65 °C, recristallisent lentement à température ambiante en AFt (ettringite) durant les mois et les années qui suivent la construction des ouvrages massifs.

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