Il est très hydrophile, il absorbe l'humidité de l'atmosphère (ou l'eau de la calebonde...). Son calcium décompose l'eau et en fixe l'oxygène tandis que l'hydrogène se combine au carbone pour former l'acétylène. Il en résulte une forte odeur alliacée d'acétylène tandis que la surface du bloc va se couvrir d'une couche blanche de chaux éteinte.

Formule chimique de la réaction avec l'eau :

(Carbure) (eau) (chaux) (acétylène)

Il résulte de cette réaction qu'un kilogramme de carbure de calcium nécessite la décomposition de 500 grammes d'eau et fournit 350 l d'acétylène et 1 100 grammes de chaux hydratée, tandis qu'il se dégage 430 kcal, quantité de chaleur considérable, qui entraînerait la polymérisation de l'acétylène si elle n'était en grande partie dissipée.

L'acétylène joue un rôle très important comme combustible dans le chalumeau oxyacéthylénique de même que dans un grand nombre de synthèses industrielles. Le développement de sa production, liée initialement à celle du carbure de calcium (par hydrolyse du carbure concassé dans des sortes de grosses "calebondes"), a su s'en libérer par la mise au point de divers procédés de craquage du gaz naturel ou d'essences de pétrole.

et aussi les risques d'explosion, dès qu'il est en présence d'air ou même en l'absence de celui-ci, lorsqu'on le comprime au delà de 15 kg/cm². On voit aussi que la combustion de l’acétylène entraîne la formation de CO₂, 1 kg de carbure de calcium doit dégager environ 700 litres de CO₂. Un éclairage acétylène ne produit que 0,73 litre de CO₂ par minute soit moins que la respiration normale d’une personne.

La stabilité de l'acétylène décroît avec l'élévation de la température et de la pression. On admet que jusqu'à 120°C, l'acétylène offre une stabilité d'emploi suffisante. Au delà, il peut se polymériser, c'est à dire donner naissance à des produits de condensation plus lourds : benzène surtout, avec dégagement de chaleur pouvant entraîner à son tour une décomposition explosive de l'acétylène en ses éléments carbone et hydrogène, et ce, comme on l'a vu, même en l'absence d'air !

Les mélanges d'air et d'acétylène risquent de s'enflammer et d’exploser au contact d'une flamme, d'une étincelle, d'une résistance ou lorsqu'on les porte au-dessus de 300°C : la combustion totale exige un volume d'air important sinon il se forme du noir de fumée.

La combustion fournit une flamme blanche très lumineuse (vingt fois plus intense que celle du gaz de ville d'où sont intérêt pour l'éclairage public au début du siècle), dont la température dépasse 3000°C avec l'oxygène, et 2000°C avec l'air.

L'acétylène gazeux est légèrement plus léger que l'air (d = 0,9) : un litre d'acétylène gazeux pèse 1,15 g à 15°C à la pression atmosphérique. C’est un gaz instable, extrêmement inflammable (dès 300°C) et explosible : spontanément sous certaines conditions de pression, et dès que sa concentration dans l’air est entre 2,2 % et 85 % (soit entre 25 000 et 85 000 ppm). Il est également très réactif avec les halogènes, l’ozone, les oxydants et les métaux comme le cuivre, l’argent et le mercure avec lesquels il donne des acétylures détonants au choc et à la chaleur. L'acétylène liquide est incolore, de densité 0,62 et constitue un explosif. Sa température de fusion est -81,8°C.

L'acétylène a semble-t-il été isolé dès 1836 par E. DAVY et préparé en 1860 par M. BERTHELOT. mais il ne devait devenir un produit courant qu'après que H. MOISSAN, d'une part, et T.L. WILSON , d'autre part, eurent, en 1892, préparé indépendamment l'un de l'autre, du carbure de calcium au four à arc électrique (à l'origine de l'électrométallurgie), inventé par H. DAVY dès 1801, mais développé industriellement par Siemens à partir de 1877.

C'est apparemment donc à Henri MOISSAN que l'on doit, le premier, la découverte du procédé de fabrication du carbure de calcium, qui apparaît alors, en France comme le premier produit de l'électrométallurgie. Chimiste français (1852-1907), il est nommé docteur ès sciences en 1885 suite à une thèse sur "la série du cyanogène". Il a développé l'usage du four électrique et isolé le fluor et le silicium ce qui lui valu le prix Nobel de chimie en 1906.

Il perfectionna le four à arc électrique et c'est au cours d'une de ses expériences que MOISSAN constata qu'à très haute température, le carbone des électrodes fusionnait et s'unissait au calcium des terres réfractaires (chaux vive) dont les parois du four étaient composées, et qu'il se formait un carbure de calcium de composition mal définie.

Revenons donc à la découverte de MOISSAN pour dire que certains à l'époque ont cru déceler dans l'acétylène obtenu à partir de carbure de calcium "l'éclairage de demain" alors qu'à la même époque l'éclairage électrique à incandescence et même les tubes néon étaient suffisamment performants pour ne souffrir aucune comparaison. Il convient donc de ne plus prétendre que "l'acétylène est un moyen d'éclairage plus ancien que l'éclairage électrique !", puisque l'acétylène est bel et bien né de l'électricité et lui doit tout !

La fabrication industrielle du carbure de calcium semble bien avoir été entreprise en France vers 1897 à l'usine de Bellegarde dans l'Ain et quasi simultanément à celle de Froges près de Brignoud dans l'Isère, en Suisse à Vallorbe dans le canton de Vaud, en Allemagne et aux États-Unis. Il existe apparemment à l'époque de gros écarts dans les aspects physiques et les qualités chimiques des carbures suivant leur provenance.

Remarque : Ce n'est que vers 1938, qu'est apparue en Allemagne la fabrication d'acétylène à partir du méthane ou de l'essence.

La fabrication du carbure de calcium nécessite trois éléments essentiels qui sont la chaux vive, le carbone et l'électricité (pour l'énergie) qui se combinent selon la réaction suivante :

(chaux vive) (carbone) (énergie) (carbure) (monoxyde de carbone)

La chaux vive est préférable à la chaux éteinte du fait de l'énergie supplémentaire nécessaire à la décomposition de la chaux hydratée. La chaux vive a de plus l'avantage d'être moins volumineuse que la chaux éteinte. La qualité de la chaux employée est importante. La chaux anhydre doit contenir au moins 95% d'oxyde de calcium et au plus, donc, 5% d'impuretés. Elle est obtenue à partir du calcaire. En le calcinant à 1000°C on obtient directement de la chaux vive suivant un principe similaire à la fabrication du plâtre à partir du gypse.

Le coke et la chaux sont d'abord broyés séparément, tamisés puis mélangés. Pour obtenir 1 tonne de carbure de calcium, le mélange devrait contenir en théorie 875 kg de chaux pour 560 kg de carbone. Dans la pratique, on observe des quantités de chaux de 10 à 15% supérieures.

Les fours fonctionnaient sur des tensions électriques de 10 volts pour 1600 ampères, il s'agissait des mêmes que ceux qui servaient à la fabrication de l'aluminium.

L'arc électrique permettant la fusion et la transformation se fait à la périphérie de l'électrode positive placée dans la cavité de fonte (conducteur négatif) qui reçoit la chaux et le coke.

Lorsque la réaction est terminée, un ouvrier débouche le trou de coulée pendant qu'un autre recharge le creuset. le carbure fondu se répand dans une cuve de refroidissement. Il se fige en un bloc que l'on nettoie, concasse et crible pour obtenir les granulations désirées.

Il n'existe plus en France qu'une seule usine de fabrication du carbure de calcium : P.E.M. (Péchiney-Électrométallurgie) à Bellegarde dans l'Ain.

La production en 1984 était de 80 000 tonnes par an pour 2 usines. Actuellement, la production annuelle est de 40 000 tonnes. On peut estimer la consommation des spéléos français à 50 tonnes par an ! (1 kg en moyenne par personne et par an pour une pratique estimée de 50 000 personnes).

Les parois des fours doivent supporter des températures de l'ordre de 2000°C. Cela est facilité par le fait que la chaux puis le carbure sont eux-mêmes très réfractaires. Il y a donc une sorte d'autoprotection du four. 3 électrodes en carbone (pâte Soderberg) plongées dans le mélange coke-chaux provoquent le passage d'un courant de l'ordre de 70 000 ampères par électrodes sous 150 volts au secondaire par électrode ! Environ 5 tonnes de mélange sont ainsi portées à 1 800°C en 40 minutes !

Une électrode pointue de 15 cm de diamètre perce le fond du four. Le carbure en fusion coule dans des gamates. Un échantillon est prélevé pour titrer la proportion de carbure de calcium.

Le carbure industriel n'est pas pur car la réaction est incomplète, il contient environ 20% d'impuretés : carbone et chaux non combinés, ferro-silicium nodules métalliques très durs (mélanges métalliques provenant de l'association de minerais avec le charbon : acier (fer + carbone) ou carbures (fer, tungstène, titane, tantale à l'état de traces)) et scories inertes ou actives, ammoniac et hydrogène sulfuré solubles dans l'eau, hydrogène phosphoré insoluble et qui se dégage avec l'acétylène.

Après dégazage à l’eau pour produire de l’acétylène, on recueille un lait de chaux chargé en impuretés. Ces éléments présents sont notamment Al₂O₃, SiO₂, MgO, Fe₂O₃… On trouve dans la chaux résiduelle des traces de nombreux métaux (en mg/kg de matière sèche) : Plomb (<5), Nickel (102), Cadmium (<1), Zinc (<5), Chrome (8), Manganèse (10), Cobalt (<5), Arsenic (<5), Cuivre (<5), Soufre (10 000), Sulfates (30 000) et des dérivés azotés : Cyanures (13,9), Ions ammonium (258), Nitrites (<0,2), Nitrates (<1), Composés nitrés au total (2293) (P. CABREJAS & Al., Spelunca n° 71). Il faut noter que ces valeurs sont bien en deçà des normes admises par la C.E.E. pour la pollution des sols ou des eaux et que seul un déchaulage sauvage dans un gour pourrait rendre l’eau impropre à la consommation.

On remarque que plus la granulométrie du carbure de calcium est petite, plus la décomposition est rapide. Il est donc de ce fait, recommandé de ne pas s'approvisionner pour l'usage spéléo en granulations inférieures à 40-60 mm (il existe cependant le calibre 25-50 mm).

C'est la norme NF T24-001 - J.O. du 21 janvier 1955 et reconduite en décembre 1981, qui fixe la granulométrie ainsi que, d'ailleurs, les caractéristiques physico-chimiques, les méthodes d'échantillonnage, les méthodes de contrôle et d'analyse et la réglementation concernant le stockage et le transport.

L'éclairage : Le carbure sera utilisé pendant une cinquantaine d'années pour l'éclairage collectif dans des générateurs fixes mais aussi dans des lampes individuelles et portatives dites auto gazogènes puisque produisant d'elles-mêmes le gaz nécessaire à l'entretien de leur flamme. Les lampes à usage spéléologique (générateurs d'acétylène, calebondes, calebombes, bombonnes et autres dudules...) sont de cette catégorie.

Mais l'acétylène arrivait un peu tard pour remplacer dans l'éclairage public le gaz de ville dont l'utilisation avait été révolutionnée par l'emploi du manchon dû à AUER VON WELSBACH ; si, en 1910, un millier de villes avaient adopté l'acétylène, le développement de l'éclairage électrique allait s'opposer à l'extension de cette utilisation.

La soudure : L'emploi du chalumeau oxyacéthylénique, mis au point par C. PICARD entre 1901 et 1910 et dont l'intérêt avait été mis en évidence par LE CHATELIER dès 1895, allait par contre rapidement prendre de l'extension, lorsque les travaux de LINDE et de CLAUDE eurent fourni la possibilité d'extraire aisément l'oxygène de l'air. Le problème de la liquéfaction de l'acétylène réglé par CLAUDE et HESS en 1897 en découvrant sa grande solubilité dans l'acétone, puis les travaux de W. REPPE montrant la possibilité de le manipuler sous pression en évitant soigneusement la présence d'air et en le diluant avec de l'azote, c'est donc correctement conditionné sous pression que l'acétylène va pouvoir servir à la soudure autogène oxyacéthylénique, l'apport d'oxygène permettant d'atteindre des températures très importantes (3000°C).

La puissance spécifique d'une telle flamme dépasse celle de toutes les autres flammes et explique l'intérêt pour le soudage des aciers, même sous l'eau. Elle est utilisée pour le soudage et le coupage des métaux jusqu'à 10 cm d'épaisseur, pour la trempe superficielle des aciers, pour le brasage et soudo-brasage de tous les métaux usuels, pour la métallisation et l'apport thermique localisé. Cela signifie également que d'une part qu'elle inflige de belles brûlures aux maladroits et que, d'autre part, elle fond et brûle très bien le nylon des cordes...

Les matières plastiques : L'association de l'acétylène à des produits chlorés notamment, dès 1910 (trichloréthylène et perchloréthylène) va être à l'origine d'une véritable révolution de la chimie industrielle en faisant disparaître la séparation entre chimie organique et chimie minérale.

Ainsi, l'acétylène sera à l'origine de la synthèse du néoprène (1930), des résines vinyliques, de l'acrylonitrile (1940) puis des Polyvinyles Chlorures (PVC) et des acétates, acide acétique et acétone, nylon et autres textiles. La synthèse d'acétylène à partir de carbure de calcium tend aujourd'hui à disparaître au profit de la pétrochimie pour ce qui est des matières plastiques.

La métallurgie : Le carbure de calcium sert de produit thermogène (optimisant la production en augmentant la température de la coulée) dans la fabrication des aciers et fontes ; il sert également à la cémentation de certains aciers (traitement durcissant et anti-corrosion). Enfin et surtout, il sert à la désulfuration.

Les piles : Le "carbon-black" ou "noir d'acétylène" est fabriqué en "craquant" l'acétylène (en cassant la molécule en ses éléments carbone et hydrogène). La température de craquage est très élevée (2400°C) et cela confère au noir ainsi obtenu des propriétés particulières : pureté, conductibilité, pouvoir d'absorption. Ce noir est utilisé pour la fabrication des piles.

Autres utilisations : La combustion incomplète de l'acétylène fournit également un pigment noir utilisé dans les peintures, vernis, encres et aussi comme charge du caoutchouc.

On a pu utiliser l'acétylène, qui n'est pas toxique, pour ses propriétés anesthésiques, surtout en Allemagne et aux États-Unis (narcylène).

Enfin, le carbure de calcium a pu servir de conservateur (fruits, pâtisseries), de canon anti-oiseaux, de bombe anti-taupes ou de grenade pour la pêche (prohibée !) au carbure...

- éviter tout contact avec l'eau ;

- stocker les fûts dans un local sec et les surélever sur des morceaux de bois d'une dizaine de centimètres de haut, afin de protéger les fonds de l'oxydation ;

- toujours refermer un fût entamé après usage ;

- ne jamais approcher de flamme ou de cigarette à côté d'un fût ouvert ;

- ne pas stocker de matière inflammable à proximité des fûts ;

- ouvrir les fûts de préférence avec des outils ne faisant pas d'étincelles ;

- ne pas déchauler dans un récipient hermétiquement fermé (exemple : le bidon étanche de bouffe. Quand on l'ouvre pour chercher s'il reste du chocolat avec la flamme sur la tête...) ;

- bien que les analyses (cf. Spelunca n° 71) montrent que les taux de métaux lourds et de dérivés azotés (notamment cyanures) sont inférieurs aux normes C.E.E., on évitera de déchauler dans les cavités (pollution visuelle, dégradation…) ni même dans l’eau sauf cas exceptionnel (risque d’atteinte à la faune d’une vasque...).

- éviter de provoquer des mélanges air acétylène dans des endroits étroits et mal aérés ;

- vérifier de temps à autre à l'eau ou à la salive les joints de sa calebonde ;

- attention à la flamme lors de la manipulation d’explosif (notamment la pentrite des cordeaux détonants).

H. GUÉRIN (1968) - Acétylène. - Encyclopedia Universalis Vol. 1, 2e publication, mai 1969, pp 127-131. E.U. France S.A. 1968.

J. PERROTEY (1968) - Calcium. - Encyclopedia Universalis Vol. 3, 3e publication, octobre 1970, pp 752-753. E.U. France S.A. 1968.

C. PRÉVOST (1968) - Alcynes - Encyclopedia Universalis Vol. 1, 2e publication, mai 1969, pp 608-611. E.U. France S.A. 1968.

B. DESPORTES (1972) - Du carbure de calcium, de l'acétylène et de la lampe à carbure. - SCV Activités n° 26, 2e trimestre 1972, pp 35-38. Spéléo Club de Villeurbanne, Lyon.

J.P. COUTURIER (1986) - Comment fabrique-t-on le carbure de calcium ? - Spéléo Oc, revue trimestrielle des spéléologues du grand sud-ouest, n° 37, septembre 1986. (Extrait repris du Compte-rendu du stage moniteur Coumo d'Hyouernedo - Grands Causses M3-86, novembre 1986). pp 17-20. CSR Aquitaine, Languedoc-Roussillon, Midi-Pyrénées.

J.L. GOUT (1993) - 1893 : Découverte du procédé de fabrication du carbure de calcium. - Propriétés chimiques de l'acétylène. - Propriétés physiques de l'acétylène. - Fabrication industrielle du carbure. - La lampe Gossart et Chevalier. - La bavure cavernicole n° 19, 15 mars 1993, pp 5-8. J.L. Gout, Nice.

P. CABREJAS, C. LEFOULON, B. LISMONDE (1998) – La question de la pollution par la chaux. – Spelunca n° 71, 3^e trimestre 1998, pp 44-45. F.F.S, Paris.

Remerciements à Monsieur Dutkiewicz, ingénieur de l'usine Péchiney de Bellegarde, pour ses informations orales.