Le calcium est surtout connu à travers le calcaire, la craie, le marbre ou les os, mais ces matériaux ne contiennent pas le métal calcium sous sa forme élémentaire. Ils renferment des composés où le calcium est associé à d’autres éléments. Sa place dans le groupe 2 du tableau périodique, celui des métaux alcalino-terreux, aide à comprendre cette tendance : l’atome possède deux électrons externes et forme couramment des ions Ca²⁺ en les perdant.
Pourquoi le calcium métallique est-il rarement présent dans la nature ?
Le calcium est un métal réactif. Dans l’environnement naturel, il se combine avec d’autres éléments plutôt que de rester isolé. La Société chimique de France indique qu’on le trouve notamment dans la croûte terrestre sous forme de carbonate de calcium, et que le métal réagit avec l’air et l’eau. Le calcium métallique n’est donc pas la forme que l’on rencontre dans les roches ou les aliments.
Le carbonate de calcium, de formule CaCO₃, constitue une grande part de roches calcaires et se rencontre aussi sous forme de calcite ou d’aragonite. Selon l’Élémentarium, les calcaires, certaines dolomies et les marnes figurent parmi les matériaux géologiques où il est présent. La craie et le marbre sont également des formes ou des roches riches en carbonate de calcium.
Le métal s’obtient à partir de composés calciques par des procédés industriels. La fiche de la Société chimique de France décrit notamment une production par réduction de la chaux avec de l’aluminium à haute température et sous vide. Cette transformation sépare le calcium métallique de l’oxygène contenu dans la chaux.
Des composés utiles bien au-delà des roches
Le nom calcium est lié à la chaux. Celle-ci désigne des composés distincts : l’oxyde de calcium, CaO, est la chaux vive ; en réagissant avec l’eau, il forme l’hydroxyde de calcium, Ca(OH)₂, ou chaux éteinte. La calcination du calcaire produit la chaux vive en libérant du dioxyde de carbone. L’hydratation qui suit est exothermique, c’est-à-dire qu’elle dégage de la chaleur, comme le détaille la Société chimique de France dans sa fiche sur la fabrication de la chaux.
Ces substances ont des usages différents. Le carbonate de calcium sert notamment de matière première minérale, tandis que la chaux intervient dans la construction, la métallurgie, l’agriculture et le traitement de l’eau. Le sulfate de calcium hydraté est le principal constituant du gypse utilisé pour fabriquer le plâtre. Le phosphate de calcium, lui, est un composant minéral important des os et des dents.
Il faut distinguer ces composés du calcium métallique. Une poudre de carbonate de calcium, un morceau de calcaire et du calcium pur ne sont ni la même matière ni interchangeables : leurs propriétés dépendent des ions et des autres éléments présents dans chaque composé.
À quoi sert le calcium sous forme de métal ?
La forte réactivité du calcium limite les applications du métal pur. Le Los Alamos National Laboratory décrit son emploi comme agent réducteur pour préparer certains métaux, dont le thorium, l’uranium et le zirconium. En métallurgie, il peut aussi aider à retirer l’oxygène, le soufre ou le carbone de certains alliages. Il est également utilisé comme additif dans des alliages à base d’aluminium, de cuivre, de plomb ou de magnésium.
Un autre usage repose sur sa capacité à réagir avec des gaz résiduels : dans certains tubes à vide, le calcium joue le rôle de « getter », un matériau qui piège des traces de gaz afin de préserver le vide. Ces emplois techniques ne doivent pas être confondus avec ceux, beaucoup plus visibles au quotidien, des composés du calcium dans les roches, les matériaux de construction ou les minéraux biologiques.