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I IN NV VA AC CO O2 2 : : S Sé ém mi in na ai ir re e I In nt te er rn na at ti

I IN NV VA AC CO O2 2 : : S Sé ém mi in na ai ir re e I In nt te er rn na at ti io on na al l, , I IN NN NO OV VA AT TI IO ON N & & V VA AL LO OR RI IS SA AT TI IO ON N E EN N G GE EN NI IE E C CI IV VI IL L & & M MA AT TE ER RI IA AU UX X D DE E C CO ON NS ST TR RU UC CT TI IO ON N N° : 1P-317 SADIK C., Université Hassan II, FST Mohammedia, Maroc R Ra ab ba at t – – M Ma ar ro oc c / / 2 23 3- -2 25 5 N No ov ve em mb br re e 2 20 01 11 1 1 Influence de la nature chimico-minéralogique des argiles et du processus de fabrication sur la qualité des carreaux céramiques SADIK C. Université Hassan II, Faculté des Sciences et Technique – Mohammedia, Département de Chimie, Maroc, e-mail : schawki37@gmail.com EL AMRANI EL HASSANI I. Université Mohammed V – Agdal, Institut Scientifique, Département des Sciences de la Terre, Maroc, Equipe de Géo-matériaux et Géo-environnement (GéoM&E), e-mail : elamrani@israbat.ac.ma ALBIZANE A. Université Hassan II, Faculté des Sciences et Technique – Mohammedia, Département de Chimie, Maroc, e-mail : albizane@yahoo.com Résumé La présente étude correspond à une approche pluridisciplinaire menée en étroite collaboration entre des géologues, des chimistes et des industriels de la céramique. Son objectif est de se pencher sur l'ensemble de la chaîne de fabrication des carreaux de céramique en vue de repérer les principaux problèmes réellement posés, d'essayer de comprendre leur origine et enfin de leur apporter des solutions appropriées. Les résultats de cette étude confirment l'étroite relation existante entre la composition des argiles utilisées et la qualité du produit céramique final. Les briquettes obtenues, dans les même conditions, à partir de deux argiles marocaines assez différentes du point de vue chimico-minéralogique (une argile rouge ocre : AR-RG11 et une argile grise verte : AR-GV22), présentent des caractéristiques technologiques bien distinctes. L'utilisation d'adjuvants minéraux, bien sélectionnés, contribue à l'équilibrage des argiles brutes et conduit à une nette amélioration de la qualité du produit céramique, notamment une réduction de leur retrait à la cuisson et une augmentation de leur résistance à la flexion. Concernant l'effet du processus de fabrication, l'application de l'engobe et de l'émail, s'avère être à l'origine de bombement des carreaux lors de la cuisson, en raison vraisemblablement de la différence des coefficients de dilatation des deux milieux (argile et émail). Là aussi, l'adaptation de la nature des produits d'émaillage aux argiles utilisées, d'une part, et la manière de les appliquer, d'autre part, ont permis de pallier au problème de déformation et d'augmenter la dureté de la céramique en réduisant sa porosité et son taux d'absorption d'eau. Mot clés : Argile, Composition chimico-minéralogique, Qualité, Céramique, Maroc. 1. INTRODUCTION De très nombreux travaux ont été réalisés ces dernières décennies sur les argiles et leurs applications, plus particulièrement dans le domaine de la fabrication de la céramique [1,2,3]. L'essentiel de ces travaux s'articulent autour d'une question fondamentale qui vise à maîtriser les compositions des argiles et leurs traitements en vue d'optimiser la qualité des produits céramiques. Malgré l'abondante littérature sur ce sujet, de nombreux problèmes subsistent et sont quotidiennement rencontrés par les céramistes. Une partie de ces problèmes est parfois liée à un manque de connaissance sur la matière première utilisée par cette industrie qui est d'origine géologique. La maîtrise de la qualité des carreaux céramiques demande une très large connaissance dans divers domaines scientifiques (géologie, minéralogie, géochimie, thermodynamique, mécanique…). En effet, la chaîne de fabrication comporte un certain nombre d'étapes (choix des argiles, préparation des mélanges, atomisation, pressage, émaillage, cuisson…) nécessitant une parfaite maîtrise et dont la moindre erreur ou négligence d'un quelconque paramètre se traduit par des défaillances au niveau de la qualité du produit céramique final. I IN NV VA AC CO O2 2 : : S Sé ém mi in na ai ir re e I In nt te er rn na at ti io on na al l, , I IN NN NO OV VA AT TI IO ON N & & V VA AL LO OR RI IS SA AT TI IO ON N E EN N G GE EN NI IE E C CI IV VI IL L & & M MA AT TE ER RI IA AU UX X D DE E C CO ON NS ST TR RU UC CT TI IO ON N N° : 1P-317 SADIK C., Université Hassan II, FST Mohammedia, Maroc R Ra ab ba at t – – M Ma ar ro oc c / / 2 23 3- -2 25 5 N No ov ve em mb br re e 2 20 01 11 1 2 2. METHODOLOGIE Conscient de la problématique de l'industrie céramique, nous avons abordé cette étude d'une manière méthodique et pluridisciplinaire. Aussi avons-nous démarré ce sujet de recherche sur la base d'une coopération avec des céramistes qui nous ont permis de fournir des échantillons de la matière argileuse utilisée et de se rendre compte des problèmes réellement posés. Cette coopération nous a été bénéfique également pour faire des essais de fabrication de céramique à l'échelle industrielle, ce qui nous a permis de compléter nos propres manipulations entreprises à l'échelle de notre Laboratoire. Notre démarche méthodologique comporte quatre grandes étapes : 1/ Caractérisation de la matière première. Lors de cette phase de recherche, nous avons essayé de mener une étude chimico-minéralogique des argiles utilisées par l'industriel pour la fabrication carreaux céramiques de sol. 2/ Préparation des poudres et réalisation des éprouvettes. La matière première (argile, sable, feldspath) est soumise à des opérations de concassage et de broyage humide. La barbotine est placée dans une étuve « BINDER » pendant 24 heures à 110 °C jusqu'à dessiccation totale. Le produit obtenu est broyé à sec, tamisé et on retient la fraction à granulométrie inférieure à 63 µm. Cette dernière est humidifiée à l’aide d’un pulvérisateur dans des limites de 4 et 6% d'eau. La poudre humidifiée est pressée dans des moules de 10 x 5 cm2 à l'aide d'une presse hydraulique de 20 Tonnes. 3/ Opération de séchage et de cuisson. Les éprouvettes sous forme de briquettes, sont séchées à l'étuve (110 °C, 24 h) puis portées à une cuisson allant jusqu'à 1140 °C dans un four expérimental CWF 1300, de capacité maximale de 1300°C. Le cycle de cuisson comporte des paliers de pré-cuisson à 550 °C et 975 °C [5]. 4/ Caractérisation du produit céramique final. A la sortie du four, les briquettes sont soumises à différents tests pour définir leurs propriétés physico-mécaniques, notamment : rétraction thermique, perte au feu, absorption d'eau et résistance à la flexion. 3. RESULTATS 3.1. Caractérisation de la matière première Les argiles utilisées comme matière première pour la fabrication des carreaux en céramique, correspondent à des argiles dites "rouges" en raison de leur teinte généralement rouge ocre. Du point de vue géologique, elles correspondent à des formations silto-argileuses (matériaux meubles et à grains très fins) d'âge triasique (formées entre 205 et 245 millions d'années). Ces argiles rouges montrent une très large répartition géographique et affleurent à différentes régions du Maroc, parfois en couches de plusieurs dizaines de mètres d'épaisseur. Les dépôts très épais et d'accès facile de certaines régions, notamment de Benahmed, Rommani, Kémisset, Ourika… [6,7], constituent des gisements très sollicités par les céramistes et les potiers. Dans le détail, les formations d'argile rouge du Trias montrent des variations verticales et latérales de faciès (couleur, granulométrie et composition). Par endroit, on note la présence, dans la masse argileuse rouge, d'intercalations horizontales de matériaux verdâtre à gris foncé correspondant à des basaltes altérées ou des lits blanchâtres composés d'évaporites (sel gemme, gypse…). Notre étude a été menée sur deux faciès, parmi les plus représentatifs des argiles triasiques, distinctes par leur coloration : Une argile de couleur rouge ocre (AR-RG11) et une argile grise verte (AR-GV22). 3.1.1 Analyses chimiques (FX) Le tableau I donne les compositions chimiques moyennes des argiles triasiques marocaines, notamment celles provenant des régions de Benahmed et de Khémisset. Tableau I : Analyses chimiques moyennes en éléments majeurs d'argiles triasiques du Maroc. (Analyses chimiques réalisées aux laboratoires des UATRS, CNRST, par Fluorescence X, en 2010). Ech SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO MnO K2O Na2O PF Total Arg 1 63,86 0,56 16,30 7,11 0,56 1,33 0,06 1,60 0,48 7,07 98.93 Arg 2 57,70 0,84 14,50 5,80 3,55 3,66 0,12 3,85 0,26 8,23 98.51 Arg1 : composition moyenne d'argile rouge ocre ; Arg2 : composition moyenne d'argile grise verte. I IN NV VA AC CO O2 2 : : S Sé ém mi in na ai ir re e I In nt te er rn na at ti io on na al l, , I IN NN NO OV VA AT TI IO ON N & & V VA uploads/Industriel/ 1p-317-sadik-pdf.pdf