Brevet FR3105216A1 — publié le 20210625

L’invention concerne une céramique ainsi que son procédé de fabrication, la céramique comprenant de l’argile est en mélange avec des particules de mica d’une taille inférieure ou égale à 100 µm, ledit mica ayant une teneur en fer d’au moins 80% en poids par rapport au poids du mica. Ladite céramique peut également être constituée au moins partiellement de boues issues d’effluents de la fabrication de céramique. CERAMIQUE ET PROCEDE DE FABRICATION La présente invention relève du domaine de la céramique et plus particulièrement de la céramique des articles de table, de cuisine et d’ornement, dite céramique domestique. Si l’invention peut s’étendre à tous les secteurs d’activité de la céramique, on entend préférentiellement par céramique, dans le présent texte, un matériau inorganique, généralement à base d’argile, qui a été transformé de manière permanente par cuisson, en une matière couvrant au moins la terre cuite, la porcelaine, la faïence et le grès. Quelle que soit la céramique, le procédé industriel de fabrication comprend toujours la préparation d’une pâte céramique par mélange des matières premières sous forme particulaire, traditionnellement dans de l’eau, le façonnage de la pièce, le séchage pour obtenir un tesson. Ce dernier est ensuite soumis à une cuisson à haute température (entre environ 1200 et 1400°C), au cours de laquelle se produisent la décomposition de la structure en feuillets des argiles de départ, la formation de nouvelles structures cristallines et la formation des phases vitreuses, et qui conduit à la céramique. Pour la fabrication de pièces céramiques domestiques notamment, ce procédé peut comprendre en outre une étape de finition de la pièce céramique par émaillage ou engobage ou toute autre technique de décoration adaptée, cette étape pouvant inclure une étape supplémentaire de cuisson si elle est réalisée après la cuisson ci-dessus. L’émaillage consiste à appliquer sur la céramique à sec ou sous forme d’une suspension aqueuse, les composants minéraux de l’émail, sur pièce crue, après dégourdi ou après biscuitage, puis à soumettre la céramique ainsi traitée à une nouvelle cuisson entrainant la vitrification de l’émail. L’engobage est réalisé par application d’une suspension aqueuse de composants de l’engobe dont la composition est beaucoup plus riche en argile que celle de l’émail, généralement avant la cuisson de la céramique. La finition obtenue dépend de la nature des composants de la décoration, de leurs proportions et du traitement thermique. D’autres techniques de décoration comprennent la peinture à la main, les décors par transfert, frittage laser ou vaporisation. Dans le présent texte, l’expression « matières premières » définit tous les ingrédients entrant dans la composition de la pâte céramique, c’est-à-dire le ou les minéraux tels que l’argile, le feldspath, le calcaire, le quartz, mais aussi tous les additifs tels que les fondants, les agents défloculants, les agents de dilatation et autres agents bien connus de l’homme du métier. On désigne par le terme « argile », toute argile ou tout mélange d’argiles susceptible d’être consommé pour préparer une pâte céramique ou un engobe. A titre d’exemples, on peut citer les kaolins (argiles sédimentaires blanches), les halloysites, les « ball clays » (aussi appelées argiles plastiques), les montmorillonites, les bentonites. On retiendra le terme « céramique » pour désigner la matière céramique en général, et on réservera l’expression « pièce céramique », à l’article fini issu du procédé de cuisson. Les différentes classes de céramique ci-dessus, terre cuite, porcelaine, faïence et grès, présentent des caractéristiques propres qui résultent essentiellement de la nature et la proportion des matières premières utilisées, des process de façonnage, ainsi que des températures de cuisson et en particulier des gradients de températures appliqués au cours de la cuisson. Ainsi, une porcelaine présente une tesson blanc, non poreux et translucide à faible épaisseur. Elle contient des cristaux de mullite et une phase vitreuse en proportion élevée et est obtenue par cuisson à une température d’environ 1200 à 1400°C, d’un mélange de l’ordre de 20 à 55% de kaolin, de 0 à 20% d’argile autre que du kaolin, de 15 à 30% de feldspath et de 0 à 30% de quartz (exprimés en poids par rapport au poids du mélange). Des colorants inorganiques peuvent être ajoutés à ce mélange afin d’obtenir une pâte colorée. Un grès est caractérisé par une structure vitrifiée, peu poreuse et opaque. Il est souvent coloré. Il est obtenu par cuisson à une température d’environ 1100 à 1300°C, d’un mélange de l’ordre de 25 à 50% d’argile autre que du kaolin, de 0 à 25% de kaolin, de 25 à 35% de charge (telle que quartz, chamotte, …) et de 15 à 20% de fondants, tels que feldspath, composés alcalino-terreux (exprimés en poids par rapport au poids du mélange). Une faïence est caractérisée par une structure très poreuse (de l’ordre de 5 à 25%) et opaque. Elle peut être blanche ou colorée et est obtenue par cuisson à une température comprise entre 900 et 1200°C environ. Elle est composée d’un mélange de l’ordre de 40 à 70% de kaolin, de 30 à 60% de quartz et de 10 à 20% de craie ou de 5 à 15 % de feldspath. Les techniques de décoration permettent d’obtenir une très grande variété de motifs. On connait ainsi des pièces céramiques présentant au moins sur une partie de leur surface, un aspect pailleté résultant d’une multitude de points de tailles variables apportés par crachotis d’émaux métalliques ou par dépôt d’émaux à effets. On sait aussi que la couleur de la pâte céramique peut à elle seule conférer un décor à la pièce céramique. On constate néanmoins que le décor ainsi naturellement obtenu n’est pas très marqué ou bien qu’il n’est pas régulier, avec la présence d’éclats de tailles variables, ne produisant pas l’effet pailleté escompté. On apporte selon l’invention une pièce céramique qui présente un effet pailleté n’ayant pas recours à une quelconque autre technique de décoration que celles mentionnées ci-dessus relative au traitement du tesson, et qui peut être obtenue par un procédé classique de fabrication tel qu’énoncé ci-dessus. Selon un aspect très intéressant de l’invention, la céramique, et en particulier la pièce céramique peut aussi être fabriquée par un procédé mettant en œuvre au moins partiellement des boues de recyclage issues d’effluents de la fabrication de céramique. L’effet pailleté est procuré par l’apport de particules à la pâte céramique et la qualité de l’effet pailleté observé résulte de la répartition homogène de particules de dimensions déterminées, dans la pâte et donc dans la pièce qui en est issue. Ainsi selon l’invention, on apporte une céramique à base d’argile, l’argile étant en mélange avec des particules de mica d’une taille inférieure ou égale à 100 µm, ledit mica ayant une teneur en fer d’au moins 80% en poids par rapport au poids du mica, de préférence au moins 85%. On observe que la combinaison de ces caractéristiques conduit à une céramique, qui, quelle que soit la composition initiale de la pâte et en particulier la couleur de ses constituants et/ou celle qu’ils prennent après cuisson, présente un aspect métallisé. Il a été découvert que, même si la préparation de la pâte céramique fait appel, en tout ou partie, à des boues de recyclage provenant d’effluents de la fabrication de céramique, la céramique fabriquée présente le même aspect que celui d’une céramique fabriquée à partir d’une pâte pure. Les effluents de l’industrie céramique sont traités en station d’épuration pour séparer l’eau des résidus, ces derniers comprenant essentiellement les constituants minéraux de la pâte céramique, ceux de l’émaillage et tous les additifs. Ces résidus se présentent sous forme de boues plus ou moins denses, qui peuvent être recyclées dans la fabrication de céramique. Il est néanmoins apparu que lorsque les effluents dérivent d’une fabrication de céramique avec émaillage, il pourrait être envisagé de séparer les effluents provenant de l’émaillage et les effluents provenant des pâtes afin d’envisager le recyclage de ces dernières. Selon leur provenance, ces boues peuvent avoir des compositions et des couleurs très variées, parfois ternes, et il a été constaté que l’addition de particules de mica selon l’invention, dans une pâte de céramique issue de recyclage, facilite l’homogénéisation des couleurs et mène à des céramiques pailletées attrayantes. Avantageusement, les boues de recyclage sont triées et sélectionnées avant d’être réutilisées, mais même après un tri seulement grossier, la céramique obtenue est, en terme de qualité et d’apparence, très proche de celle obtenue à partir d’une pâte pure. L’invention est ci-après décrite plus en détails et il faut comprendre que les caractéristiques optionnelles, notamment préférentielles, indiquées peuvent être considérées seules ou en une quelconque combinaison. Selon une variante préférée, la teneur du mica dans la pâte céramique va de 1,5 à 25% en poids par rapport au poids total des ingrédients de la céramique. On observe en effet, qu’en-dessous de 1,5%, l’effet pailleté n’est pas suffisamment visible et la couleur de la céramique qui peut être fade, surtout si la pâte provient de boues de recyclage, n’est pas suffisamment rehaussée par le pailletage. Au-delà de 25%, les qualités de la céramique peuvent être modifiées et ne plus être adaptées au domaine ciblé par l’invention, à savoir, terre cuite, porcelaine, faïence et grès, particulièrement les terres cuites, les porcelaines, faïences et les grès pour articles de table, de cuisine et d’ornement. Aux fins de la fabrication d’une céramique préférée selon l’invention, la pâte céramique comprend, en plus de l’argile et du mica, du feldspath, du quartz et de la craie. Comme il sera décrit plus loin, le traitement de recyclage des boues peut être optimisé pour produire des pâtes céramique d’une composition voisine de celle d’une pâte céramique pure. Le domaine de prédilection de l’invention étant celui de la céramique domestique, une céramique telle que décrite précédemment est de préférence une pièce céramique choisie parmi un gobelet, un bol, une tasse, une assiette, un plat, une carafe, un vase. Il s’agit bien entendu des pièces les plus courantes, et l’invention n’est pas restreinte à cette liste, elle peut en effet être choisie parmi tout autre article de table, de cuisine et d’ornement. Selon une variante de l’invention, la céramique peut être engobée et alors l’engobe à base d’argile peut aussi comprendre des particules de mica répondant aux caractéristiques précitées et aussi provenir de boues de recyclage, éventuellement traitées. Un autre objet de l’invention réside dans un procédé de fabrication d’une céramique, et en particulier une céramique telle qu’exposée ci-dessus. Il comprend les étapes classiques de fabrication, à savoir qu’on prépare une pâte céramique à base d’argile, on façonne la pâte, on la sèche, on la cuit pour obtenir la céramique. Une étape de finition supplémentaire, et notamment d’émaillage, d’engobage ou de décoration, peut être prévue avant ou après cuisson, dans lequel procédé on mélange l’argile avec des particules de mica d’une taille inférieure ou égale à 100 µm, ledit mica ayant une teneur en fer d’au moins 80% en poids par rapport au poids du mica, voire d’au moins 85%. Selon une mise en œuvre avantageuse du procédé, on prépare la pâte céramique à partir de boues issues d’effluents de la fabrication de céramique. La pâte céramique peut ne consister qu’en lesdites boues ; elle peut aussi consister en tout mélange desdites boues avec des argiles pures et/ou tout autre constituant pur d’une pâte céramique. Dans ce dernier cas, la teneur en boues est adaptée à la céramique recherchée. Comme indiqué précédemment, les matières premières de la pâte de céramique sont choisies en fonction de la céramique souhaitée. De manière générale, une pâte céramique comprend : des argiles telles que des kaolins, des « ball clays », des halloysites, des montmorillonites, des bentonites, les autres constituants minéraux suivants feldspath, quartz, craie, et des additifs tels que des agents défloculants, des colorants minéraux. Selon une variante du procédé, les effluents de la fabrication de céramique ont subi ou non une étape de séparation des effluents d’émaillage et des effluents de pâte de céramique. Les caractéristiques et avantages de certains aspects de l’invention vont ressortir des exemples ci-après illustrant la fabrication d’une céramique à partir de boues de recyclage. Exemple 1 : Préparation d’une pâte céramique à partir d’effluents d’une fabrication de céramique Les opérations suivantes sont réalisées : Les effluents sont collectés sous forme de galettes filtre-pressées ; ceci permet de faciliter la mise en œuvre lors de la préparation des pâtes ou d’engobes mais également d’évacuer l’eau résiduelle. Les boues sont analysées afin de sélectionner l’application la plus adaptée en fonction de leurs propriétés ; les caractéristiques analysées sont l’aspect général de la boue après cuisson, la fusibilité, et le fluage. Une formulation à partir de boues recyclées uniquement est préparée, présentant des caractéristiques finales comparables aux pâtes « vierges », en particulier pour satisfaire les exigences requises pour un contact alimentaire, une résistance aux chocs thermiques et aux chocs mécaniques, ainsi qu’en terme de porosité ; une formulation peut être réalisée à partir de différents lots d’effluents d’origines diverses, pour obtenir les propriétés recherchées. De la même façon, on prépare une formulation d’engobe à partir de boues recyclées uniquement contenant de fortes teneurs en émaux et présentant donc une fusibilité élevée. Des particules de mica d’une taille inférieure ou égale à 100 µm sont mélangées à la formulation de pâte céramique ou d’engobe, en une proportion de 5% en poids par rapport au poids sec de la formulation. L’ajout de mica en faible quantité à la formulation permet d’obtenir une homogénéisation des différents lots de pâte mais également d’apporter un côté esthétique par l’ajout d’un aspect pailleté. Exemple 2 : Réalisation d’une pâte céramique à partir d’effluents Sélection des lots de boues Pour cette fabrication, différents lots de boues d’effluents ont été analysés. Les boues ont donc été délayées dans de l’eau avec du défloculant afin de pouvoir couler des barrettes de déformation qui sont ensuite séchées et cuites. Les barrettes sont ensuite étudiées par la mesure de la hauteur de déformation et observation de l’aspect général et de la fusibilité. Pour le 1 er lot, les pièces présentent une couleur marron, un aspect grésé et les pièces sont très déformées (hauteur = 0 mm – totalement affaissées). Pour le 2 e lot, les pièces présentent une couleur verdâtre, un aspect grésé et les pièces sont déformées (hauteur = 15 mm). Pour les 3 e et 4 e lots, les pièces présentent une couleur marron clair, un aspect grésé et les pièces sont également déformées (hauteur = 29 et 33 mm respectivement). Les boues retenues sont donc celles des lots 2, 3 et 4. Pour le lot 1, d’autres boues doivent être testées afin de trouver des matières qui déforment peu et qui pourraient contrebalancer le fluage de ce lot. Réalisation de la pâte céramique Pour la réalisation de la pâte, le protocole de mise en œuvre suivant a été mis en place. De l’eau est ajoutée dans un délayeur puis les boues sont ajoutées progressivement. Du défloculant a également été ajouté afin de faciliter le délayage des boues. Des rognures de pâtes (déchets de coulage secs) ont également été ajoutées afin d’obtenir les paramètres rhéologiques optimaux. Lorsque la pâte a atteint les valeurs rhéologiques attendues, le mica est ajouté à la pâte en une proportion de 5 % en masse par rapport au poids sec de la formulation. Des contrôles rhéologiques et de déformation sont ensuite réalisés sur la pâte ainsi obtenue (hauteur = 27 mm). La pâte est ensuite mise en forme par coulage traditionnel dans les moules plâtres ou par coulage sous pression en fonction des pièces demandées. Les pièces sont ensuite séchées puis une étape d’émaillage peut être réalisée. Les pièces en pâte brute ou émaillées sont finalement cuites à haute température. Céramique à base d’argile, caractérisée en ce que l’argile est en mélange avec des particules de mica d’une taille inférieure ou égale à 100 µm, ledit mica ayant une teneur en fer d’au moins 80% en poids par rapport au poids du mica. Céramique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la teneur du mica va de 1,5 à 25% en poids par rapport au poids total des ingrédients de la céramique. Céramique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu’elle est choisie parmi les terres cuites, les porcelaines, les faïences et les grès. Céramique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre au moins l’un des ingrédients choisis parmi le feldspath, le quartz et la craie. Céramique selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu’elle est une pièce céramique choisie parmi un gobelet, un bol, une tasse, une assiette, un plat, une carafe, un vase ou tout autre article de table, de cuisine et d’ornement. Procédé de fabrication d’une céramique selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant les étapes suivantes : on prépare une pâte céramique à base d’argile, on façonne la pâte, on la sèche, on la cuit pour obtenir la céramique, ledit procédé pouvant comprendre aussi une étape d’émaillage, d’engobage ou autre décoration, ledit procédé étant caractérisé en ce que la pâte céramique comprend des particules de mica d’une taille inférieure ou égale à 100 µm, ledit mica ayant une teneur en fer d’au moins 80% en poids par rapport au poids du mica. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pâte céramique est constituée au moins partiellement de boues issues d’effluents de la fabrication de céramique. Procédé de fabrication selon la revendication 7, caractérisé en ce que les effluents de la fabrication de céramique ont subi ou non une étape de séparation des effluents d’émaillage et des effluents de pâte de céramique.