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Accueil > Science pour tous > 2019 - Année internationale du tableau périodique des éléments > Archives des éléments présentés

Calcium

Le calcium est le cinquième l’élément le plus abondant de la croûte terrestre (environ 3%). Il s’agit d’un métal alcalino-terrreux qu’on ne trouve pas naturellement sous sa forme métallique élémentaire. On le trouve très majoritairement sous forme de minéraux (calcaire, gypse, fluorine) mais aussi dans les coquillages, les os et les dents.

Étymologie  : du latin « calcx » (chaux)

Origine  : Le calcium présent dans l’Univers est en partie (50%) formé dans les étoiles massives (plus de 8 fois la masse du Soleil) quelques jours ou heures avant son explosion en supernova, lors de la fusion du noyau de silicium, ou lors de l’explosion elle-même. L’autre partie est formé par l’explosion de naines blanches dans un système binaire, rendues instables par l’accrétion de matière provenant d’un compagnon au stade géante rouge.

Historique  : Le ciment que les romains utilisaient était composé de chaux (CaO) et de cendres volcaniques. En 1808, Jöns Jacob Berzelius (1779-1848, suédois) et Magnus Martin Pontin (1781-1858, suédois) réalisent l’électrolyse de la chaux en présence de mercure et obtiennent un amalgame calcium-mercure. La même année, Humphry Davy (1778-1829, anglais) réussit à isoler le calcium de l’amalgame en procédant à la même expérience.

Le calcium dans la vie courante  : le rôle du calcium dans le corps humain
Le calcium, avec environ 1 kg pour un adulte, est le minéral le plus abondant du corps humain. 99 % de ce calcium se trouve dans les os et dans les dents sous forme d’un minéral complexe : l’apatite carbonatée. Le reste du calcium se trouve principalement dans le sang et dans les cellules musculaires. Sa concentration sanguine doit se situer précisément entre 90 et 105 mg/L. Afin de maintenir ces limites de valeurs, le calcium est libéré des os vers le sang lorsque la quantité de calcium sanguin est trop faible, ou le calcium est éliminé par les reins s’il est en excès dans le sang.
Le calcium est indispensable à la contraction des muscles, au fonctionnement de nombreuses enzymes, à la coagulation sanguine, à la conduction nerveuse et au rythme cardiaque.

Le calcium à l’Institut UTINAM  : Electrocristallisation de carbonate de calcium (à la mémoire de notre collègue Myriam Euvrard)

Canalisation entartrée - Crédit photo : CEphoto, Uwe Aranas, wikimedia

De nombreux procédés industriels sont concernés par l’entartrage de canalisations qui engendre un coût important pour démonter ces canalisations, les détartrer ou les changer. Des études ont été conduites au laboratoire en collaboration avec des industriels du pétrole, du papier ou l’université de Leeds (Grande-Bretagne). L’objectif est d’analyser et de modéliser l’influence de paramètres physico-chimiques (pH, température, composition de la solution) sur le dépôt de carbonates de calcium. Un dispositif conçu et réalisé au laboratoire permet de suivre in-situ et de quantifier la nucléation et la croissance de cristaux.

Formation par électrocristallisation de cristaux de carbonate de calcium sur un métal - Crédit photo : Institut UTINAM

Lorsqu’un métal est polarisé négativement, le pH au niveau de cette électrode augmente en raison de la réduction de l’oxygène dissous. Cette augmentation du pH déplace les équilibres de solubilité et entraine la précipitation de cristaux sur l’électrode (électrocristallisation). L’influence de la nature et de la concentration en ions et également de l’ajout d’inhibiteurs d’entartrage ont pu ainsi être montrés et modélisés.