Soutenance mémoire
L’industrie électrique a commencé à utiliser les céramiques il y a un siècle environ, dès que s’est manifesté le besoin de matières isolantes denses, imperméables et à bonne résistance mécanique. Puis, les diverses branches de l’industrie électrique évoluant avec les progrès de la science et de la technique, différentes classes de céramiques électrotechniques ont été mises au point, chacune de ces classes présentant des caractéristiques propres répondant à un type d’application.
La céramique, composée de matières premières essentiellement minérales, est l’art de façonner l’argile et d’en fixer les formes par la cuisson. Elle trouve des applications intéressantes dans notre vie courante : sanitaires (lavabos, éviers,…), briques, tuiles, vaisselle d’usage ou de luxe, objets d’ornementation et électronique. Concernant plus particulièrement les céramiques utilisées pour isolation électrique, nous avons remarqué actuellement la rareté de ces matériaux sur les marchés alors que leur utilisation est irremplaçable.
En plus, elle possède un avantage très remarquable par rapport à d’autres matériaux concurrents : elle résiste à des températures très élevées, là où la plupart des isolants perdent leur résistance. On a constaté ce cas lors de l’utilisation des dominos en plastique pour la jonction des fils électriques avec la résistance des fours ou celle des réchauds électriques du fait de son défaut à se fondre très facilement. Conscient de ce problème, et d’autre part soucieux de valoriser les matières premières pour céramique existant à Madagascar, nous nous sommes proposé d’étudier la fabrication d’un matériau isolant électrique à base de kaolin, de silice de balle de riz et du feldspath.
Généralités sur les céramiques
DEFINITION DE LA CERAMIQUE
La céramique est l’art de fabriquer les poteries et autres objets de terre cuite, de faïence et de porcelaine fondé sur la propriété des argiles de donner avec l’eau une pâte plastique, facile à façonner, devenant dure, solide et inaltérable après cuisson. De manière beaucoup plus détaillée, on peut diviser la céramique en deux (2) 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.
• 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.
PROPRIETES GENERALES DES CERAMIQUES
ASPECT
Les céramiques présentent des formes cristallines opaques et des formes vitreuses amorphes plus ou moins translucides.
PROPRIETES MECANIQUES
Les objets en céramique sont habituellement assez peu denses, très durs et dotés d’une bonne résistance mécanique, même à des températures très élevées.
PROPRIETES THERMIQUES
Les céramiques gardent leur solidité même à des températures très élevées, résistent aux chocs thermiques. L’une des raisons de cette résistance réside dans leur faible coefficient de dilatation, très inférieur à celui de la plupart des métaux et alliages. La conductivité thermique est généralement faible, d’où leur utilisation comme isolants thermiques.
PROPRIETES ELECTRIQUES
Les céramiques sont d’excellents isolants électriques et peuvent servir de support à des éléments de circuits électriques. Ce sont elles, en particulier, qui constituent les isolateurs des lignes à hautes tension. Dans certaines conditions, comme des températures extrêmement basses, certaines céramiques deviennent des supraconducteurs.
PROPRIETES CHIMIQUES
Les céramiques présentent généralement une très grande inertie chimique et résistent bien aux attaques de substances agressives, à l’oxydation et aux agressions climatiques. Ce caractère de matériaux neutres et inertes fait qu’elle ne présente pas de danger pour l’homme et pour la nature. On les utilise d’ailleurs largement pour les équipements sanitaires, médicaux ou alimentaires.
LES PRINCIPALES MATIERES PREMIERES COMPOSANT LES PRODUITS CERAMIQUES
Les matières premières utilisées en quantité importante dans la fabrication des céramiques peuvent être classées en trois grandes familles.
LES PLASTIFIANTS
Ils sont représentés par les deux grandes familles des argiles et des kaolins.
Les argiles
Les argiles sont des matières premières possédant la propriété de plasticité. Elles proviennent de la décomposition chimique de roches telles que des granites. Elles sont constituées de très files particules d’aluminosilicates hydratés qui deviennent plastiques une fois mélangés avec de l’eau.
a- La formation des argiles
Soumises aux intempéries et notamment à l’action de l’eau et du gaz carbonique, les roches silicatées s’altèrent et se désintègrent. Les différents éléments sont ensuite pris en charge (sous forme de vases et de limons), et transportés par les cours d’eau jusqu’aux zones de sédimentation. La transformation effective des vases en argiles se fait par compaction, déperdition de l’eau de constitution et augmentation de la densité : c’est la diagenèse. Avec l’augmentation de la pression et de la température, les argiles peuvent être transformées en schistes argileux. Enfin, l’enfouissement vers les grandes profondeurs amène la disparition des argiles en feldspaths et en silicates.
b- Propriétés des argiles
Les argiles ont les mêmes propriétés fondamentales que le kaolin, c’est-àdire la plasticité, le retrait, la transformation et durcissement par la cuisson. En général, les argiles sont nettement plus plastiques que les kaolins. Ceci provient surtout du broyage très poussé que l’entraînement par les eaux a pu faire subir au kaolin. La plasticité des argiles a pu être augmentée également par la présence de matières organiques et surtout très plastiques, telles que des halloysites, par exemple.
c- Rôle des argiles
Les argiles ont un double rôle :
– Elles apportent à la composition céramique les éléments Al, Si, et O (et accessoirement K, Fe, Ca, Ti, etc.).
-Elles constituent, par association avec l’eau, une pâte plastique, facile à mettre en forme, présentant une cohésion appréciable à l’état humide et après séchage. Il existe des matières plastiques minérales, de nature et aspect très voisins de ceux des argiles avec lesquelles elles sont souvent mélangées et confondues.
Nous citons le plus souvent parmi ces matières :
Talc
Dans ce groupe, chaque feuillet est constitué par deux couches tétraédriques et une couche octaédrique ; la distance interfeuillet est de 9,68 A°. Le minéral magnésien type est le talc, de formule Mg3(SiO10)(OH)2 ; il est d’origine hydrothermale, et se présente en masse lamellaire hexagonale feuilletée non élastique, fibreuse ou compacte, d’un blanc plus ou moins jaunâtre. En céramique, le talc est utilisé dans la composition des pâtes pour porcelaines électriques et porcelaines à feu.
Illites
Dans ce groupe, chaque feuillet est constitué par deux couches tétraédriques et une couche octaédrique ; et les feuillets sont liés les uns aux autres par des atomes de potassium, l’espacement interfeuillet est de 10 A°. On distingue un grand nombre d’espèces dans ce groupe, mais celles les plus employées en céramique sont :
– Les illites alumineuses de formule chimique [Al2][Si(4 –x)Alx]O10(OH)2Kx
– Les illites magnésiennes de formule chimique [Fe++Mg]3[Si(4x)Alx](O10(OH)2Kx.
Les illites sont extrêmement abondantes dans la nature, on les trouve dans les argiles d’origine lacustre, glaciaire ou marine et dans les argiles des lœss. Elles forment la majeure partie des terres à briques, des argiles à poterie commune et des argiles à grès.
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Table des matières
Introduction
PREMIERE PARTIE : ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
Chapitre I : Généralités sur les céramiques
Chapitre II : Les procédés de fabrication céramique
Chapitre III : Les matériaux céramiques utilisés en isolation électrique
DEUXIEME PARTIE : ETUDES EXPERIMENTALES
Chapitre IV : Caractérisations des matières premières
Chapitre V : Etudes de fabrication de matériau isolant électrique en céramique
Chapitre VI : Travaux de réalisation
TROISIEME PARTIE : ETUDE ECONOMIQUE DE L’UNITE DE PRODUCTION
Chapitre VII : Raison du choix du projet et caractéristiques de l’unité
Chapitre VIII : Etude financière de l’unité
Conclusion générale
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES
