Soutenance mémoire
LES CERAMIQUES
Selon le dictionnaire : La céramique est l’art de fabriquer des objets en façonnant des argiles. Ce façonnage est rendu relativement facile et aisé par les propriétés plastiques des argiles mises en pâte avec l’eau. Le séchage des pièces ainsi exécutées donne aux produits une dureté qui, dans l’antiquité fut jugée suffisante. Ainsi, pour accroître considérablement la dureté et la solidité des produits façonnés et rendant les pièces indélayables par l’eau, on compléta le séchage par la cuisson. La simple mise en pâte des argiles avec de l’eau ne fournit généralement pas la composition la plus propice à la fabrication d’objets céramiques. L’addition à l’argile ou à des mélanges d’argiles, d’autres matières simplement inertes, ou apportant certaines qualités de fusibilité, modifie considérablement la facilité de façonnage et de séchage. En même temps, les qualités développées par la cuisson peuvent être très profondément changées. La céramique est donc plus précisément, maintenant, l’art de fabriquer des objets, en partant de matières premières essentiellement minérales, mélangées et broyées, objets généralement façonnés à l’état plus ou moins plastique et auxquels la cuisson vient donner les qualités définitives. On divise en général les produits céramiques en deux catégories :
• Les produits céramiques à pâtes poreuses, ils sont perméables aux gaz, aux liquides, aux graisses. Ils comprennent : les produits en terre cuite comme les briques, les tuiles, les poteries, les produits réfractaires, dont les pâtes de coloration naturelle plus ou moins intense les pièces ne sont pas recouvertes de vernis; les faïences dont les pâtes de coloration naturelle plus ou moins intense, recouvertes généralement par vernis les imperméabilisants.
• Les produits céramiques à pâtes semi imperméables et à pâtes imperméables, obtenus par vitrification à haute température. Ils comprennent : les grés ordinaires ou naturels, grés fins ou composés, les vitreous dont les pâtes de textures vitrifiées, blanches ou colorées, opaques, pratiquement imperméables, recouvertes ou non par un vernis ; les porcelaines divisées en porcelaines techniques spéciales, porcelaines tendres et porcelaines dures, dont les pâtes de texture fortement vitrifiée, très généralement blanches, translucides sous faibles épaisseurs.
Propriétés du kaolin
La matière constitutive du kaolin, supposé parfaitement pure, est appelée kaolinite. Le kaolin débarrassé par lavage et décantation des plus grosses parties des débris de la roche mère, se présente comme une matière blanche, onctueuse au toucher, absorbant l’eau mise à son contact, avec la quelle il peut former une pâte plastique. Cette propriété de plasticité est utilisée pour le façonnage. Le kaolin perd sa plasticité en séchant, pour donner une masse compacte s’effritant facilement. Cette masse sèche, à nouveau imbibée d’eau, reprend sa plasticité. Le séchage du kaolin s’opère avec retrait, c’est-à-dire que, au fur et à mesure que l’eau s’évapore, la masse se contracte. Il en résulte la plupart du temps des déformations et des fissurations si l’évaporation et par suite le retrait, ne sont pas effectués d’une manière suffisamment homogène. Le retrait permet le décollement des pâtes, contenant matières kaoliniques, de la surfaces des moules et par suite facilite grandement le démoulage des pièces. Par contre, par les déformations et les fentes qu’il peut provoquer, il rend délicat le séchage et la cuisson des pièces épaisses et volumineuses. Ainsi, le phénomène du retrait et ses conséquences seront examinés dans une autre étude que nous verrons plus loin. Le chauffage du kaolin provoque d’abord le départ de l’eau d’imbibition, puis le départ progressif de l’eau de constitution, chimiquement liée au kaolin (et qui subsiste même lorsque le kaolin est parfaitement sec). La déshydratation du kaolin commencerait vers 450° et serait complète vers 550°C. Son départ provoque une transformation du kaolin qui durcit et perd définitivement la propriété de se détremper et former une pâte avec l’eau. Souvent la déshydratation de certaines matières plastiques associées au kaolin peut apporter, bien en dessous de 450°C, un début du départ d’eau de constitution en même temps qu’une diminution, plus ou moins sensible, des propriétés de plasticité du kaolin. Au fur et à mesure que l’on élève la température de cuisson du kaolin certains éléments, provenant notamment de la roche mère, peuvent former des composés relativement fusibles qui cimentent peu à peu la masse, donnant ainsi de plus en plus de dureté et de solidité au kaolin cuit. Le kaolin pur ne fond qu’à très haute température, vers 1750°C approximativement. C’est donc une matière particulièrement réfractaire
La silice
• Structure de minéraux siliceux : La silice SiO2 peut se présenter sous les trois formes cristallines (quartz, trydimite, cristobalite), ou à l’état vitreux. Le quartz est la forme la plus stable à basse température; c’est la raison pour laquelle la plupart des matières premières de SiO2 sont sous forme de quartz ; ces derniers se rencontrent associés aux minéraux argileux en proportion allant de O à 100%.
• Rôle de la silice : La silice a pour rôle:
– Ajuster la composition chimique du mélange
– Diminuer la plasticité (dégraissant) de certaines argiles
– Faire le lien entre les substances argileuses et les fondants. pour former la phase vitreuse, lors de la cuisson prolongée à haute température
Purification des matières premières et des pâtes
Souvent des matières ne peuvent pas être utilisées brutes d’extraction, mais doivent être plus ou moins purifiées selon :
– les qualités des productions,
– les compositions céramiques,
– les gisements.
La purification des matières premières tend à s’imposer et à se perfectionner de plus en plus, notamment pour les produits fins et les céramiques spéciales. Les modes et moyens sont très variés, on peut citer, essentiellement, les purifications par :
– le tri selon l’aspect, on élimine manuellement les qualités qui ne conviennent pas pour les fabrications en cause,
– le tamisage, comme déjà indiqué, il est très fréquemment utilisé pour purifier les matières premières, à l’état de poudres ou de granulés secs, le plus souvent à l’état de barbotine. Les toiles des tamis retiennent toutes matières ayant résisté plus que la matière traitée, au broyage ; les ouvertures de mailles étant judicieusement choisies,
– l’épierrage est destiné à éliminer les plus grosses pierres contenues dans des argiles ou dans des pâtes à l’état plastique,
– la lévigation et décantation, on purifie ainsi les argiles et les kaolins en barbotines, les impuretés lourdes et grossières se déposent, mais les impuretés très fines restent avec les matières argileuses,
– les lavages, les matières premières peuvent être débarrassées de leurs souillures superficielles par lavages à l’eau.
Mécanisme du séchage
Nous cherchons toujours à effectuer et à réaliser un séchage aussi homogène qu’il est possible, dans toute la masse de la pièce. Le départ de l’eau se réalisant à partir de la surface de la pièce, il faut donc, pendant la phase dangereuse du séchage :
• Ralentir l’évaporation superficielle de l’eau ;
• Accélérer le cheminement de l’eau à travers la pâte, du cœur de la pièce vers la surface
La vitesse d’évaporation superficielle dépend pour une surface donnée de la saturation d’air séchant c’est-à-dire de sa température et sa teneur en humidité ; de la ventilation réalisée, et de la forme de la pièce qui permet à la ventilation de se faire plus ou moins sentir sur les diverses parties de la pièce ; de la nature de la surface : la rugosité de la surface correspond à une légère extension de celle-ci. La rapidité du cheminent de l’eau à travers la pâte, depuis le cœur vers la surface, dépend de l’épaisseur de la pièce ; de la température de la pièce en séchage : l’eau étant approximativement quatre fois plus fluide vers 80°C qu’à froid, son cheminement est très grandement facilité par une température élevée ; de la nature de la pâte qui peut être plus ou moins perméable selon les dégraissants et diverses qualités des matières plastiques ; du mode de façonnage qui peut donner à la pâte une texture plus ou moins serrée ou poreuse ; de la rapidité du séchage : une évaporation rapide facilite le cheminement de l’eau interne de la pièce en séchage.
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Table des matières
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : RAPPEL BIBLIOGRAPHIQUE ET PARTIE THEORIQUE
CHAPITRE I : GENERALITES ET DEFINITIONS
CHAPITRE II: GENERALITES SUR LES MATIERES PREMIERES EN CERAMIQUE
CHAPITRE III : GENERALITES SUR LES PATES CERAMIQUES
CHAPITRE IV : LES PROCESSUS DE FABRICATION CERAMIQUE
CHAPITRE V : THEORIE SUR LES CERAMIQUES UTILISEES EN ISOLATION ELECTRIQUE ET THERMIQUE
DEUXIEME PARTIE : ETUDE EXPERIMENTALE
CHAPITRE I : ETUDES PREPARATOIRES
CHAPITRE II : TRAVAUX DE REALISATION
TROISIEME PARTIE : ETUDE ECONOMIQUE DE L’UNITE DE PRODUCTION
CHAPITRE I : CARACTERISTIQUES DE L’UNITE
CHAPITRE II : ETUDE FINANCIERE DE L’UNITE
CHAPITRE III : LE TEMPS DE REMBOURSEMENT : POT
CHAPITRE IV : AVANTAGE SOCIO-ECONOMIQUE
CHAPITRE V: IMPACT ENVIRONEMENTAL
CONCLUSIONS GENERALES
ANNEXES ANNEXES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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