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MATIÈRES PREMIÈRES
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LES ARGILES
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Argile à l’état naturel
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• La roche argileuse est issue de roches sédimentaires, abondantes,
constituant la couche superficielle de la croûte terrestre
• Formation par altération de roches granitiques sous l’action de
l’eau (migration par voie glacière, fluviale ou éolienne)
• Le terme argile peut désigner
– Les minéraux de structure et de propriétés particulières
– Les roches argileuses composées majoritairement de ces minéraux
– La partie fine de la granulométrie du sol (< 2µm)
L’argile
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La formation des argiles
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Leur nature est fonction de :
– de la roche mère (nature basique ou acide)
– du climat
– de la topographie
La formation des argiles
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[granite] [basalte]
Les gisements d’argile en France
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• Peu d’argile de l’ère primaire
• Nombreux gisements de l’ère secondaire
(trias, jurassique et crétacé) et tertiaire
Caractérisation de l’argile
• La roche argileuse se caractérise par
– Sa composition minérale
– Sa composition chimique
– Sa granulométrie
• Qui influeront sur
– Le procédé
– Le produit
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La composition minérale
• Une roche argileuse contient
– Des argiles (kaolinite, illite, montmorillonite, chlorite)
– Du sable (quartz)
– Des silicates (feldspath, mica)
– Des carbonates
– Des sulfures
– Des chlorures, des fluorures
– Des oxydes et hydroxydes
– Des sulfates
– De la matière organique
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Influence des minéraux
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Kaolinite - Augmente la plasticité
- Faible retrait - Faible retrait à la cuisson. - Réfractaire (forte teneur en Al2O3)
Minéral Effet
Façonnage Séchage Cuisson Produit
Illite - Apporte une bonne plasticité
- Difficulté moyenne
- Apporte un flux grésant (fusion vers 1050°C, présence de potassium)
Smectite (montmorillonite)
- Apporte une grande plasticité et une grande cohésion
Grande difficulté: retrait important et rétention capillaire
Structures des minéraux argileux
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Structures des minéraux argileux
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Influence des minéraux
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Quartz Dégraissants : - Réduit la
plasticité et la cohésion
- Favorise le feuilletage
- Apporte de la réfractarité - Apporte de la sensibilité au refroidissement
Minéral Effet
Façonnage Séchage Cuisson Produit
Mica - Peut baisser la température de grésage
Feldspath - Agit comme un flux grésant au dessus de 1000°C
Influence des minéraux
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Carbonates - Effet dégraissant - Modifie la couleur - Augmente la porosité - Améliore les propriétés mécaniques - Risque de défauts (efflorescences, éclats de chaux)
- Diminue le palier de fusion - Dégagement de CO2
Minéral Effet
Façonnage Séchage Cuisson Produit
Oxydes de fer - Agit comme un flux grésant
- Effet sur la couleur
La composition chimique d’une terre
Formule * % Minéraux d’origine
Perte au feu 3-18 Eau, matières organiques, carbonates
SiO2 35-80 Silicates argileux
Al2O3 8-30 Silicates argileux
TiO2 0,3-2
Fe2O3 2-10 Silicates argileux, pyrites
CaO 0,5-18 Silicates argileux, calcaires
MgO 0-5
Na2O 0,1-1,5 Feldspaths, illites, micas, smectites
K2O 0,1-4,5
SO2 0-4 Gypse, anhydrite, pyrite, marcassite
C 0,1-2 Matières organiques
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* Expression sous forme d’oxyde , mesure par ICP
Influence des éléments chimiques
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Matière organique
- Effet porosant - Peut favoriser
le cœur noir
- Diminue la consommation d’énergie
Elément chimique
Effet
Façonnage Séchage Cuisson Produit
Silice - Dégraissant (quartz) : réduit la plasticité
- Sensible au refroidissement (quartz)
Alumine - Un fort taux indique une bonne plasticité
Influence des éléments chimiques
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Oxydes et hydroxydes de fer
- Donne une couleur rouge
- Fondant
Elément chimique
Effet
Façonnage Séchage Cuisson Produit
Chaux et magnésie
- Donne une couleur claire
- Apporte de bonnes propriétés mécaniques
- Augmente la porosité
- Risque de défauts
- Fondant
Influence des éléments chimiques
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Oxydes alcalins - Augmente la résistance mécanique
- Diminue la porosité
- Fondant
Elément chimique
Effet
Façonnage Séchage Cuisson Produit
Sulfates et sulfures
- Risque d’efflorescences
- Dégagement de SO2
Oxyde de titane - Donne une couleur jaune
Granulométrie
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D’UNE TERRE ARGILEUSE
2µm 40µm 2mm
Rôle des sables
Argile 100%
Argile 70% Sable 30%
Humidité de façonnage 35 % 24%
Retrait de séchage 8% 6,7%
Retrait de cuisson 4,4% 2,2%
Porosité à 1000°C 2,6% 5,9%
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Rôle des sables
• Diminuent l’humidité de façonnage
moins d’eau à évacuer, séchage plus rapide
• Diminuent la plasticité du mélange
mélange moins gras
• Diminuent la compacité du mélange
migration de l’eau et oxydation plus facile
• Constituent une armature
limitation du retrait et meilleures performances
mécaniques
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Qualité des sables
• Les plus efficaces sont les sables > 300 µm
• La « farine » (ultra fines) est nuisible
• La fraction de sable grossier et la taille jouent sur
l’esthétique de la peau :
– Granulométrie grossière briques pleines
– Granulométrie dont les éléments fins sont compris entre 20
et 50% tuiles
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Diagramme de Winkler
> 25 µm
Exemple d’une argile à tuile
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Perte au feu 7 %
SiO2 61,5%
Al2O3 18,7%
TiO2 0,9%
Fe2O3 8%
CaO 1 %
MgO 1 %
Na2O 0,4 %
K2O 2 %
Composition chimique Composition minéralogique
illite, mica, quartz
Granulométrie
Argile fine : 43% des grains < 2,5 µm
Humidité de façonnage : 25%
Porosité après cuisson à 950 °C : 4,6%
Teneur en alumine élevée bonne plasticité
Peu de chaux peu d’éclats de chaux
Teneur en fer élevée couleur rouge
Belle peau
Exemple d’une argile à brique perforée
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Perte au feu 16 %
SiO2 50,9 %
Al2O3 7,3 %
TiO2 0,5 %
Fe2O3 2,9 %
CaO 17 %
MgO 2,6 %
Na2O 0,9 %
K2O 0,9 %
Composition chimique Composition minéralogique
illite, calcaire
Granulométrie
Assez grossière
Humidité de façonnage : 20 %
Porosité après cuisson à 950 °C : 32,4%
Argile très calcaire porosité, bonne résistance à la compression
Peau grossière
LES DÉGRAISSANTS
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Les ajouts de dégraissant
• Eléments
– inertes jusqu’à haute température
– Non-plastiques
– Exempts d’impuretés
– De granulométrie
• Minimale supérieure à 40 µm
• Avec une fraction importante supérieure à 300 µm
• Maximale de 0,5-1 mm pour les tuiles, jusqu’à 2 mm pour les
briques
• Ajout dans une proportion de 0 à 30%
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Sables siliceux (quartz)
• Grains de silice sous forme de quartz
• Granulométrie comprise entre 0,2 et 1 mm
• Inconvénients
1. Ils peuvent contenir des impuretés : pyrites, argiles, sels
solubles, calcaires,…
2. La transformation allotropique réversible de à 573°C avec
modification de volume de 0,8% (quartz )
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Sables non siliceux
• Sables feldspathiques ou micacés
• Inconvénients
1. Ils sont moins répandus
2. Ils peuvent être trop fusibles pour certaines utilisations
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Chamottes
• Déchets cuits concassés et broyés
• Elles ont une texture grossière
• Elles abaissent le coefficient de dilatation thermique
• Elles améliorent la résistance aux chocs thermiques
utilisation pour les boisseaux de cheminée
• Elles diminuent le grésage
• Elles assurent une stabilité dimensionnelle
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LES AJOUTS SPECIAUX
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Rôle des ajouts spéciaux
• Améliorer le comportement du mélange
– Au façonnage
– Au séchage
– A la cuisson
• Modifier les caractéristiques finales du produit
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Ajouts spéciaux usuels
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Carbonate de baryum
- Limite les efflorescences de séchage ( liés sulfates solubles)
Composé Effet
Façonnage Séchage Cuisson Produit
Lignosulfonates (sous-produit papeteries)
- Améliore la plasticité
- Limite l’apparition de fissures
Calcaire finement broyé
- Diminue le retrait de cuisson
- Diminue le grésage
- Augmente le palier de cuisson
CaSO4 + BaCO3 -> CaCO3 +
BaSO4
sel soluble -> sel insoluble
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Ajouts spéciaux usuels
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Dérivés du bore ou de verre broyé
- Augmente de la phase vitreuse - Diminue la porosité
Minéral Effet
Façonnage Séchage Cuisson Produit
Chaux vive - Réduit l’humidité du mélange
Carbonate de sodium
- Améliore la plasticité
Ajouts spéciaux usuels
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Dioxyde de titane
- Modification de la couleur (apporte du jaune clair)
Composé Effet
Façonnage Séchage Cuisson Produit
Dioxyde de manganèse
- Modification de la couleur (apporte du brun)
Ajouts spéciaux usuels
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Sciure de bois - Apport d’énergie à la combustion
Composé Effet
Cuisson Produit
Pâte à papier - Apport d’énergie à la combustion
- Augmente la porosité
- Augmente la porosité
Rmq : Sciure de bois un ajout de 6% en masse représente 25% en volume