Brevet FR2967411A1 — publié le 20120518

PROCEDE DE FABRICATION D'UN ELEMENT EN TERRE CUITE PAR COULAGE SOUS PRESSION La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un élément en terre cuite par coulage sous pression. Les produits en terre en cuite sont notamment utilisés dans la construction sous forme par exemple de tuiles, de briques, de carreaux. Ces produits sont réalisés à partir d'une composition d'argiles et d'additifs, mélangée à de l'eau de manière à former une pâte plastique. A titre d'exemple, cette composition comprend en matières sèches 30% de dégraissant(s) et 70% d'argile(s), ces éléments étant mélangés à de l'eau qui représente 20% en poids de la composition. Selon des modes opératoires connus, l'argile sous forme de pâte plastique est mise en forme par pressage, par extrusion. En suivant, les produits sont séchés puis cuits à une température de cuisson comprise entre 900°C et 1160°C. Les produits ainsi obtenus ont d'excellentes caractéristiques mécaniques. Les additifs intégrés à la composition permettent notamment d'adapter la rhéologie de la pâte au procédé de mise en forme. Dans le cas de la mise en forme d'une tuile, la pâte passe à travers une mouleuse et une filière pour former un ruban qui est ensuite pressé entre deux matrices pour lui conférer la forme de tuile. Dans le cas de la mise en forme d'une brique creuse, la pâte passe à travers une filière dont les formes sont adaptées à celles de la section de la brique souhaitée. Les procédés de mise en forme comme le pressage ou l'extrusion peuvent être automatisés ce qui permet de réduire les coûts de production. Cependant, pour certaines pièces, notamment celles comportant des formes en contre-dépouille, la mise en forme de la pâte plastique ne peut pas être réalisée par les procédés précités et ne peut être réalisée que manuellement. Selon un autre aspect, les procédés précités imposent des contraintes dimensionnelles, par exemple au niveau de l'épaisseur, qui peuvent engendrer certaines limitations au niveau de la structure des produits réalisés. Dans d'autres domaines, il existe d'autres techniques de mise en forme comme le coulage sous pression. Cette technique est connue notamment dans le domaine de la porcelaine. Elle consiste à introduire une barbotine sous pression dans un moule en résine poreux de manière à chasser l'eau de la barbotine à travers le moule poreux. La composition de la porcelaine qui comprend du kaolin (moitié), feldspath (un quart) et du quartz (un quart) avec très peu d'impuretés comme les oxydes de fer « 2%) est plus particulièrement adaptée à cette technique. Cette technique permet d'obtenir des formes en contre-dépouille avec des cadences de production élevées. Toutefois, le coulage sous pression n'est pas adapté au composition d'argiles car 20 une très fine couche imperméable se forme contre la paroi du moule poreux dès le début de la filtration interrompant l'extraction de l'eau. La présente invention vise à pallier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un procédé de réalisation d'un élément en terre cuite permettant d'obtenir des formes éventuellement complexes, tout en réduisant les coûts de 25 production par rapport aux procédés de réalisation d'éléments en terre cuite de l'art antérieur. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour réaliser un objet en terre cuite consistant à mélanger de l'eau et une argile avec une fraction argileuse correspondant aux particules de granulométrie inférieure à 40 ,um, à mettre en forme ledit mélange d'argile et d'eau de manière à obtenir une pièce crue et à cuire ladite pièce à une température comprise entre 900°C et 1160°C de manière à obtenir un objet en terre cuite, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un mélange solide comprenant de l'ordre de 30 à 70% en masse de fraction argileuse et un dégraissant, à mettre en suspension ledit mélange solide dans une barbotine comprenant de l'ordre de 30 à 70% d'eau par rapport à la masse sèche et à couler sous pression ladite barbotine dans un moule poreux de manière à obtenir ladite pièce crue. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 est un schéma illustrant deux courbes de débits instantanés en fonction du temps de broyage lors d'un coulage sous pression, - La figure 2 est un tableau mentionnant des débits globaux en fonction de la teneur des dispersants, - La figure 3 est un schéma illustrant la viscosité de la barbotine en fonction du pourcentage massique de la fraction argileuse, et - La figure 4 est un cycle de coulage sous pression. Choix de la matière première : La matière première pour réaliser des objets en terre cuite est appelée par la suite terre argileuse et provient de gisements. Les terres argileuses peuvent être très différentes d'un gisement à l'autre. Une terre argileuse peut comprendre des minéraux de différentes natures, comme par exemple la kaolinite, la montmorillonite, l'illite, des vermiculite, du quartz, des feldspaths, des sables, des oxydes de fer, des matières organiques ou autres. Généralement, on appelle argile les matériaux de granulométrie inférieure à 2 ,um, les matériaux de granulométrie comprise entre 2 et 50 ,um étant appelés limon. Pour la suite de la description, on entend par fraction argileuse les minéraux de granulométrie inférieure à 40,um même si certains devraient théoriquement être appelés limons. A titre d'exemple, une terre argileuse A peut comprendre de l'ordre de 90% massique de fraction argileuse alors qu'une terre argileuse B peut comprendre de l'ordre de 50% massique de fraction argileuse. Avantageusement, on choisira une argile ne contenant pas de montmorillonite ou 1 o avec une teneur inférieure à 10%. De plus, on choisira une argile contenant une faible quantité d'illite avec une teneur inférieure à 20%. Ce type d'argile permet d'améliorer l'aptitude de l'argile à être filtrée. 15 Additif favorisant la filtration : Selon une caractéristique importante de l'invention, il est nécessaire de rajouter un produit non plastique, appelé dégraissant pour améliorer les propriétés de filtration. Par dégraissant, on entend un dégraissant ou un mélange de plusieurs 20 dégraissants. Avantageusement, le dégraissant est un feldspath ou plus généralement une matière minérale inerte (à savoir ne subissant aucun transformation physico-chimique) dans le domaine de température de cuisson. Selon un autre aspect de l'invention, le mélange terre argileuse et feldspath 25 comprend de l'ordre de 30% à 70% de terre argileuse. De préférence, le mélange solide comprend de l'ordre de 40% en masse de fraction argileuse. Les particules de dégraissant forment lors de la filtration une structure inerte et rigide qui permet à l'eau de migrer plus facilement entre les grains. De plus, elles limitent les retraits de séchage et de frittage. Broyage: Préalablement ou après l'ajout d'un dégraissant, le mélange solide est broyé. De préférence, le broyage doit permettre d'obtenir une répartition granulométrique comportant un pic étendu centré sur 15 ,um et un second pic plus resserré centré sur 80,um. L'augmentation du temps de broyage tend à réduire la taille des particules et à augmenter la surface spécifique. Toutefois, une trop longue durée de broyage tend à accroître la viscosité. Avantageusement, la durée de broyage est de l'ordre de 6 h. Sur la figure 1, on a représenté les débits instantanés pour des durées de 15 broyage de 6h et de 12h. A titre comparatif, on obtient un débit global 2 fois supérieur pour une durée de broyage 6h que pour une durée de 12h. Additif de type dispersants : Préalablement au broyage ou après la mise en barbotine, on ajoute au moins un 20 silicate, notamment du silicate de sodium pour assurer la fluidification des suspension. De préférence, le silicate de sodium ajouté représente de l'ordre de 0,1 à 0,5% de la masse solide. Avantageusement, il représente de l'ordre de 0,25% de la masse solide. De préférence, en plus d'un silicate, on peut ajouter au mélange un carbonate, 25 notamment du carbonate de sodium pour augmenter la fluidité. De préférence, le carbonate de sodium ajouté représente de l'ordre de 0,025% à 0,5% de la masse solide. Selon un autre aspect de l'invention, la quantité de dispersants est ajustée de manière à obtenir une barbotine avec des particules solides sous dispersées. Les dispersants permettent d'optimiser la quantité d'eau dans la barbotine de manière à réduire le temps de filtration. Avantageusement, il représente de l'ordre de 0,15% de la masse solide. Sur la figure 2, on a représenté les débits globaux de filtration pour différentes teneurs de dispersants. Barbotine : Les particules solides sont mises en suspension dans de l'eau de manière à obtenir une barbotine. De préférence, cette barbotine comprend de l'ordre de 30 à 70% d'eau par rapport à la masse sèche. Avantageusement, la barbotine comprend de l'ordre de 45 à 50% d'eau, de préférence de l'ordre 47% d'eau par rapport à la masse sèche. Ce pourcentage d'eau permet d'obtenir un bon compromis entre la viscosité de la barbotine et la durée de l'opération de filtration. Ainsi, une faible teneur en eau engendre une forte viscosité de la barbotine et donc réduit l'aptitude de la barbotine à être filtrée. A contrario, une forte teneur en eau améliore l'aptitude de la barbotine à être filtrée mais conduit à augmenter le temps de filtration. Ainsi sur la figure 3, on a représenté la viscosité de la barbotine en fonction du pourcentage massique de la fraction d'argile dans la barbotine. Eventuellement, on peut introduire dans la barbotine un agent drainant qui permet de réduire le temps de filtration. A titre d'exemple, on peut ajouter un agent drainant commercialisé sous le nom « Dolasan 24 ». Mise en forme : Pour la mise en forme, on introduit la barbotine dans un moule en résine poreuse. Avantageusement, on utilise un moule dont les pores ont une taille comprise entre 15 et 30 ,um. La barbotine est maintenue à une pression variant de 20 à 40 bars. A titre d'exemple, pour une pièce parallélépipédique de 100 x 50 x 7, la durée de la filtration est de l'ordre de 120 s pour obtenir une pièce ayant une humidité résiduelle de l'ordre de 20%. Sur la figure 4, on a représenté un exemple de cycle de coulage sous pression, la 10 valeur maximale de la pression étant de l'ordre de 25 bars. Le moulage sous pression permet de réduire les temps pour la mise en forme et d'obtenir des formes avec des contre-dépouilles. De plus, le moule en résine peut être réutilisé pour plusieurs cycles. Le moule en résine poreuse n'est pas plus décrit car il peut prendre différentes 15 configurations. Il comprend au moins deux parties mobiles l'une par rapport à l'autre pour permettre le démoulage de la pièce mise en forme. Il en est de même des dispositifs d'alimentation et de mise en pression de la barbotine qui sont connus de l'homme du métier qui peut utiliser les mêmes dispositifs que pour la mise en oeuvre de la porcelaine. 20 Séchage et cuisson : Suite à la mise en forme, la pièce crue est démoulée. Le taux d'humidité résiduelle relativement faible permet de pouvoir manipuler la pièce sans que ses caractéristiques dimensionnelles et géométriques soient modifiées. 25 En suivant, la pièce est séchée. Ce séchage peut être réalisé à l'air ambiant ou de manière forcée. Après la phase de séchage, les produits sont cuits à une température de l'ordre de 1000 à 1050°C. La température peut varier sur une plage entre 900°C et 1160°C. A titre indicatif, le cycle de température comprend une phase de montée en température avec une vitesse de l'ordre de 2°C/min, un palier à température maximale de l'ordre d'une heure et une descente lente. REVENDICATIONS1. Procédé pour réaliser un ob jet en terre cuite consistant à mélanger de l'eau et une argile avec une fraction argileuse correspondant aux particules de granulométrie inférieure à 40 ,um, à mettre en forme ledit mélange d'argile et d'eau de manière à obtenir une pièce crue et à cuire ladite pièce à une température comprise entre 900°C et 1160°C de manière à obtenir un ob jet en terre cuite, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un mélange solide comprenant de l'ordre de 30 à 70% en masse de fraction argileuse et un dégraissant, à mettre en suspension ledit mélange solide dans une barbotine comprenant de l'ordre de 30 à 70% d'eau par rapport à la masse sèche et à couler sous pression ladite barbotine dans un moule poreux de manière à obtenir ladite pièce crue. 2. Procédé pour réaliser un objet en terre cuite selon la revendicationl, caractérisé en ce que le mélange solide comprend de l'ordre de 40% en masse de fraction argileuse. 3. Procédé pour réaliser un objet en terre cuite selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la barbotine comprend de l'ordre de 47% d'eau par rapport à la masse sèche. 4. Procédé pour réaliser un objet en terre cuite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dégraissant est du 20 feldspath. 5. Procédé pour réaliser un objet en terre cuite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'argile a une teneur en montmorillonite inférieure à 10%. 6. Procédé pour réaliser un ob jet en terre cuite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'argile a une teneur en illite inférieure à 20%. 7. Procédé pour réaliser un ob jet en terre cuite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on ajoute au moins un silicate de manière à ce qureprésente de l'ordre de 0,1 à 0,5% de la masse solide. 8. Procédé pour réaliser un objet en terre cuite selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on ajoute au moins un carbonate de manière à ce qu'il représente de l'ordre de 0,025 à 0,5% de la masse solide. 9. Procédé pour réaliser un ob jet en terre cuite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mélange solide est broyé pendant une durée de l'ordre de 6 h. 10. Procédé pour réaliser un ob jet en terre cuite selon l'une quelconque 15 des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on ajoute un agent drainant dans la barbotine.