Brevet FR2816613A1 — publié le 20020517

l 2816613 TERRES CUITES ALLÉGÉES La présente invention a pour objet de nouveaux matériaux céramiques à base de terres cuites allégées. Les propriétés des terres cuites sont bien connues. Toutefois, jusqu'à ce jour, leur poids avec une densité comprise entre 2 et 2,5 a été un obstacle majeur à leur utilisation dans certains domaines. Hormis les mousses et matériaux expansés qui font appel à des procédés différents, les terres cuites naturelles n'ont été, jusqu'à ce jour, allégées que d'un faible pourcentage majoritairement inférieur à 30% et très rarement à 50%. Les méthodes de fabrication ainsi que l'amélioration nécessaire pour augmenter la résistance interdisent le dépassement de ces limites, les applications étant limitées aux dispositifs de filtration aux briques plâtrières ou isolantes sans toutefois dépasser un taux d'allégement de 30%. Un premier objet de l'invention est de pallier cet inconvénient et de proposer de nouveaux matériaux obtenus par cuisson de mélanges de terres naturelles. Selon l'invention, la céramique allégée est caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un mélange de terres (argiles et grès) et d'un élément aérateur qui disparaît lors de la cuisson, la quantité de l'élément aérateur dans le mélange, avant cuisson étant compris entre 50 et 80% en volume. On obtient ainsi un matériau, pouvant être moulé avec ou sans pression ou projetée, dont le taux d'allègement (qui peut atteindre 75%) ne laisse que peu de matière. Le moulage permet d'obtenir aisément des formes complexes sans usinage notable. Les inconvénients résident en ce que sa résistance après cuisson est réduite par manque de matière par rapport à la céramique ou terre cuite homogène. D'autres composants sont donc ajoutés à la préparation dans un but de solidité. 2 2816613 Le matériau, après cuisson, présente une densité comprise entre 0,5 et 1 à partir de plusieurs terres de densités initiales supérieures à 2. Cette densité offre un vaste champ d'applications pour la constitution de matériaux de construction, pour des murs intérieurs ou extérieurs thermiquement et phoniquement isolants, façades décorées, cloisons, décors muraux de grandes dimensions, radiateurs, dispositifs de filtration etc. Les pièces obtenues peuvent être façonnées par estampage, moulage sous pression, nappage ou projection et peuvent être émaillées, plastifiées ou métallisées. Le matériau offre une résistance au feu jusqu'à 500 C sans modifications notables de ses caractéristiques physiques. Par ailleurs, le matériau obtenu après cuisson peut facilement s'usiner. La couleur varie naturellement du crème au brun rouge en fonction des terres utilisées. Le mélange ne peut toutefois s'utiliser qu'avec une consistance crémeuse à très pâteuse, l'état liquide étant rendu impossible en raison des différences de densité des constituants. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'agent aérateur est constitué par de la sciure de bois, des billes de polystyrène ou tout matériau brûlant ou sublimant à une température inférieure à 1150 C qui est la température de cuisson des céramiques. La granulométrie de l'agent aérateur est déterminée par la porosité que l'on désire obtenir. Ainsi, au cours de la cuisson, l'agent aérateur disparaît et laisse la place à des alvéoles remplis, généralement, d'air. La granulométrie de l'agent aérateur peut être comprise, par exemple entre 0,15 et 5 mm. Elle peut être modulée en fonction du résultat à obtenir. La recherche d'un moindre coût de fabrication, lorsque les quantités de matières sont significatives, et l'amélioration de la résistance est résolue par l'incorporation au mélange terres-aérateur de 3 2816613 granulats de pouzzolane, de pierre ponce, ou de terres déjà cuites allégées ou non. Les granulats peuvent consister en des microbilles de verre pour donner à la matière un aspect localement brillant sans que sa surface soit émaillée. L'invention vise également la fabrication de pièces en terres sandwichées, constituées de couches de densités différentes. Divers procédés de fabrication d'objets en terres allégées peuvent être mis en oeuvre et, par exemple, le moulage simple, le moulage sous pression, l'estampage, le nappage et la projection. Certains, comme le moulage sous pression et l'estampage sont classiques et ne seront pas décrits. Les autres sont propres à la nature du matériau à mouler et aux résultats que l'on désire obtenir. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre de modes de réalisation, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, en regard des dessins annexés qui représentent: - les figures la à lc, différents exemples de produits céramiques obtenus selon l'invention; - la figure 2 un autre produit obtenu par un procédé selon l'invention; - la figure 3, une vue d'un radiateur en céramique; - la figure 4, une vue schématique d'un filtre obtenu par le procédé selon l'invention; - la figure 5, le schéma d'une installation de nappage; - la figure 6, le schéma d'une installation de projection permettant de fabriquer des objets cylindrique en céramique; - la figure 7, une vue d'un fragment d'un cylindre obtenu par le procédé schématisé sur la figure 6. La figure 1 représente trois exemples de fragments de céramique obtenue selon l'invention. 4 2816613 Sur la figure la, est représenté un fragment céramique A à simple densité dont le taux d'allègement est compris entre et 75% c'est-à-dire que sa densité est comprise entre 0,5 et 1. Sur la figure lb, la céramique est multicouches. C'est-à- dire qu'en coupe verticale on distingue une couche supérieure A dont la densité est égale à 1, au-dessous de celle-ci, une couche B dont la densité est égale, par exemple à 0,5 et au-dessous de celle-ci une couche C dont la densité est de 1,8 ce qui correspond à un taux d'allègement de 20%. Sur la figure lc, on distingue une couche A constituée par un premier mélange de terres dont une partie de la surface supérieure est recouverte d'une couche D d'un mélange de terres différent de celui de la couche A. La couche D peut être réfractaire alors que la couche A peut ne pas l'être. La figure 2 représente, dans les mêmes conditions que précédemment un échantillon de terre cuite comprenant, entre deux couches de terres A, par exemple allégées à 50%, entre lesquelles est introduite une couche plus épaisse B, également allégée à 50%, mais incluant des granulats G, par exemple en pouzzolane, un tel carreau de terre cuite pouvant avantageusement être obtenu par un procédé de nappage qui sera décrit ultérieurement. Des mortaises d'assemblage 8 peuvent être formées dans la partie médiane de leur épaisseur, mécaniquement, par exemple par fraisage. Sur la figure 3, le corps 1 d'un radiateur en terres cuites telles que celles qui viennent d'être décrites est sensiblement parallélépipédique et constitué, dans l'exemple représenté de trois éléments superposés 2 qui peuvent être assemblés par des moyens de fixation mécanique tels que des vis ou goujons. La face avant peut être émaillée. Le corps du radiateur est en terre allégée et repose au sol de préférence par un pied 3 qui évite la transmission de la chaleur à celui-ci. Des trous longitudinaux 4 viennent soit 2816613 de moulage, soit de perçage après démoulage. À l'intérieur de ces trous est passée une résistance 5 s'étendant, de gauche à droite, sur toute la hauteur des éléments 2 selon un pas déterminé. Cette résistance est reliée à une source de courant 6. La terre cuite étant électriquement isolante, la résistance 5 nue peut être directement passée dans les trous 4. La partie poreuse arrière 7 du radiateur assure le passage de l'air chauffé au contact des résistances. Ce type de radiateur peut combiner deux énergies et contenir éventuellement un liquide caloporteur. La figure 4 représente un élément filtrant constitué de couches céramiques allégées obtenues selon l'invention, en forme de galette ou de parallélépipède, comprenant un noyau 10 de densité, par exemple égale à 0, 5 entouré par deux surfaces 11 et 12 dont la densité est supérieure et, par exemple, égale à 1. Il s'agit d'un élément destiné à une filtration fine. Le corps de l'élément est percé de trous longitudinaux 13 destinés à recueillir le filtrat et à l'évacuer. Un film d'étanchéité 14 est appliqué contre les côtés latéraux de l'élément filtrant pour éviter des fuites latérales. Le procédé de fabrication par moulage, à partir de terres naturelles, est le suivant: Les terres naturelles sont déshydratées et réduites en poudre. Cette poudre est mélangée dans la proportion donnée ci-dessus avec un agent aérateur tel que de la sciure de bois et l'ensemble est mélangé avec de l'eau dans une proportion d'environ 1/3 pour chaque constituant et, éventuellement, avec un adjuvant. Ce mélange est introduit dans un moule, par exemple en plâtre, qui absorbe l'eau. Le mélange est recouvert par un film plastique non adhérent. Une plaque est posée sur le film et soumise à une pression afin d'homogénéiser le mélange. Le démoulage s'effectue en plusieurs temps: - Retrait de la plaque et du film; 6 2816613 - Lissage de la surface supérieure; - Attente du retrait dans le moule en plâtre pendant un temps de 1 à 4 heures; - Démoulage par retournement (éventuellement à l'aide d'un jet d'air) sur une toile plastique finement perforée, elle- même posée sur une grille métallique, ce qui conduit à la déshydratation nominale; - Séchage, étuvage; - Lissage manuel des surfaces. Après un cycle de cuisson à 1180 C, environ, l'objet démoulé est prêt à l'emploi. Cet objet en terre cuite allégée peut être revêtu d'une couverte en fonction de l'usage projeté. Un autre procédé de fabrication est représenté sur la figure 5. Il s'agit d'un procédé par nappage. Une première couche A, avec un allègement de 30%, par exemple, est obtenue par filage dans une filière 15 et se déplace sur un tapis 16 entraîné de la gauche vers la droite par des rouleaux (non référencés). La surface supérieure de cette première couche A reçoit par un ajutage 17 une pulvérisation d'eau et d'additifs. Une seconde couche B, couche de masse allégée à 50% mais incluant des granulats, est appliquée sur la couche A par une trémie 18 et après pose sur le tapis cette seconde couche reçoit sur sa surface supérieure un mélange d'eau et d'additifs pulvérisé par l'ajutage 19. Une troisième couche C est ensuite appliquée par filage, sur la surface supérieure de la couche de masse B, par une filière 20. Cette couche C est, par exemple une couche de terres allégées à 50%. L'ensemble est ensuite calibré par des rouleaux 21 pour donner à la bande multicouches une épaisseur déterminée et assurer le collage des couches entre elles. Les pièces désirées sont obtenues par découpage avant cuisson. Après quoi il est possible de procéder à des pulvérisations sur les tranches. 7 2816613 Il est aussi possible de fabriquer des tubes ou tuyaux en terres réfractaires sandwichées par un procédé de projection tel que celui qui est schématisé sur la figure 6. Un cylindre en plâtre 22 tourne sur des rouleaux 23 avec une vitesse contrôlée. Un ensemble de buses de projection du mélange de terres sont réparties sur un tube 24 permettant une répartition sensiblement régulière de la matière. Une raclette 25 asservie par un automatisme contrôle l'épaisseur et la répartition de la matière projetée et assure l'homogénéité de la couche. Plusieurs projections successives de matériaux différents sont ainsi possibles et permettent d'obtenir des tubes dont un fragment est représenté en coupe sur la figure 7. Il comprend deux couches A intérieure et extérieure allégées à 50% pour leur conférer une résistance mécanique suffisante. La couche intermédiaire B est, par exemple allégée à 75% ce qui permet d'obtenir des tuyaux de faibles poids. Les granulats peuvent être constitués par de la pouzzolane, de la pierre ponce, des billes ou granulats de terre cuite allégée ou non ou de verre ou plus généralement de scories et matériaux résistant à la température de cuisson. La céramique est constituée d'au moins deux couches (A,B,C,D) de densités différentes et/ou de compositions différentes. Les matériaux céramiques selon l'invention peuvent être utilisés à des fins de décoration, notamment de portes de pièces d'habitation et/ou de meubles. Il va de soi que de nombreuses variantes peuvent être apportées, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. 8 d D2816613 REVENDICATIONS 1 Céramique allégée caractérisée en ce qu'elle est constituée par cuisson d'un mélange de terres (argiles et grès) et d'un élément aérateur qui disparaît lors de la cuisson, la quantité de l'élément aérateur dans le mélange, avant cuisson étant compris entre 50 et 80% en volume. 2 Céramique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'agent aérateur est constitué par de la sciure de bois, des billes de polystyrène ou tout matériau brûlant ou sublimant à une température inférieure à 1180 C. 3 Céramique selon la revendication 1, caractérisée en ce que des granulats sont incorporés, avant cuisson, au mélange terres-agent aérateur. 4 Céramique selon la revendication 3, caractérisée en ce que les granulats sont constitués par de la pouzzolane, de la pierre ponce, des billes ou granulats de terre cuite allégée ou non ou de verre ou plus généralement de scories et matériaux résistant à la température de cuisson. Céramique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la céramique est constituée d'au moins deux couches (A,B,C,D) de densités différentes et/ou de compositions différentes. 6 Céramique selon la revendication 5, caractérisée en ce que des granulats sont inclus dans une couche (B) intermédiaire entre deux couches lisses (A,C). 9 2816613 7 Procédé de fabrication d'une céramique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à: - déshydrater des terres naturelles réduites en poudre. - mélanger les terres avec un agent aérateur - mélanger l'ensemble avec de l'eau dans une proportion d'environ 1/3 pour chaque constituant et, éventuellement, avec un adjuvant. - introduire l'ensemble dans un moule, par exemple en plâtre, qui absorbe l'eau. - recouvrir par un film plastique non adhérent; - poser une plaque sur le film et presser afin d'homogénéiser le mélange. - Retirer la plaque et le film; - Lisser la surface supérieure; - Attendre le retrait dans le moule en plâtre pendant un temps de 1 à 4 heures; Démouler par retournement sur une toile plastique finement perforée, elle-même posée sur une grille métallique, ce qui conduit à la déshydratation nominale; - Sécher; étuver; - Lisser manuellement les surfaces; - Cuire. 8 Procédé de fabrication d'une céramique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il consiste à: - appliquer par filage successivement les couches (A,B, C); - Puis à les coller et régulariser leur épaisseur avant cuisson. 9 Procédé de fabrication d'une céramique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste a: - projeter le mélange de terres à l'intérieur d'un cylindre (22) tournant; - régulariser l'épaisseur de la couche déposée par une raclette (25); - projeter au moins une autre couche avant cuisson.