Comment créer des pièces en céramique résistant au gel

Une question souvent posée aux céramistes réalisant des pièces destinées à l’extérieur est celle de la gélivité. 

On peut observer que

–       des pièces poreuses ne sont pas toujours gélives – exemple : les tuiles ou certaines plaques de noms-de-rue

–       certaines pièces émaillées résistent au gel et d’autres pas

–       les pièces souffrent bien plus du gel dans le Sud que dans le Nord de l’Europe (pour les « nordistes » : dans le Sud à certaines périodes de l’hiver on passe chaque nuit sous zéro et chaque après-midi on a 10 ou 15 degrés, donc on passe la barrière gel/dégel deux fois par 24 heures ! je n’avais jamais réalisé cela avant de vivre moi-même en Provence).

Pourquoi le gel fait “péter” les pièces

Lorsqu’il gèle, que se passe-t-il ? L’eau se dilate et s’il y a de l’eau à l’intérieur des parois-mêmes de la pièce, cette dilatation va la faire éclater.

Pour tous les matériaux, le froid « contracte » alors que le chaud « dilate » – exemple : joints de dilatation sur les ponts.

Le nombre de cycles gel/dégel (ou compression/dilatation) peut à la longue affecter les matériaux, c’est pour cela que les conditions climatiques du Sud sont plus dures pour les matériaux.

Le type de porosité est essentiel

Lors d’une visite d’un centre de recherche sur les bétons, j’ai compris que ce qui affecte la résistance au gel des matériaux est le TYPE DE POROSITE, à savoir est-ce que les « canaux » présents dans l’argile (ou dans le béton) sont réguliers ou irréguliers ?

Si les canaux sont d’un diamètre constant et très fin – comme des pailles- , l’eau entre dans la totalité du canal par capillarité. Comme il n’y a aucun endroit où l’eau peut se dilater lorsqu’il gèle, c’est le matériau qui va finir par se fendre. 

Par contre si les canaux sont irréguliers, présentant des « poches », l’eau va entrer dans le canal et les cavités vont agir comme un réservoir permettant l’augmentation de volume lors du gel : cela signifie une meilleure résistance non seulement au gel, mais également aux chocs thermiques (j’ai fait un petit dessin très moche mais ça permet de comprendre). 

Comment savoir si une argile résiste au gel ?

Méthode 1 : l’observation passant par les tests… si possible minimum sur 3 ans et… dans le Sud ! C’est long et pas très pratique.

Méthode 2 : privilégier des argiles chamottées, ou des argiles réfractaires. D’après Charles Eissautier (dans un document de 2011) sous-cuire de 100° à 200°C une argile chamottée peut encore améliorer ses qualités de résistance au gel. D’après d’autres céramistes, il faut au contraire cuire à haute température pour fermer la pièce au maximum. Ma suggestion si vous choisissez la solution des argiles chamottées, est de réaliser des échantillons et les cuire (1) à température maximum conseillée (2) 100°C en dessous de cette température et (3) 200°C en dessous de cette température. Ensuite faire le test suivant à plusieurs reprises : mettre les pièces cuites au congélateur, et lorsqu’elles sont bien gelées les sortir et les arroser avec de l’eau tiède, afin d’observer ce qui se passe (porter des googles pour protéger vos yeux).

Méthode 3 : le plus simple est d’acheter une pâte céramique formulée pour résister au gel (pour savoir ce qu’est une pâte céramique consulter cet article). Ainsi par exemple la MRA (Hins-Belgique), ou encore une pâte commercialisée sous le nom de « Tosca » (Solargil) : il s’agit d’une marne calcaire venant de Toscane. Mais il y en a bien d’autres, n’hésitez pas à vous renseigner auprès de votre fournisseur habituel. 

Eviter la formation de salpêtre

Encore un truc utile concernant les marnes calcaires – afin d’éviter les efflorescences après cuisson : durant la cuisson le carbonate de calcium CaCO₃ contenu dans la pâte se décompose en CO₂ (qui disparaît) et CaO (qui reste dans la pièce). Si on a un excès de CaO (donc pas lié à la silice), après cuisson ce CaO va petit à petit absorber l’eau de l’atmosphère. Cela forme de la chaux éteinte Ca(OH)₂ que l’on voit sous forme d’efflorescences blanchâtres (et s’il y a vraiment beaucoup de CaO libre, cela peut même aller jusqu’à faire exploser la pièce). L’objectif va être de se débarrasser de CaO pour éviter cela. La meilleure façon de faire est de tremper les pièces durant plusieurs heures dans un volume d’eau suffisant dès la sortie du four, afin de le solubiliser : il va migrer dans l’eau sous forme de Ca++ et (OH)-. Ajouter un filet de vinaigre dans l’eau va permettre d’éviter la formation de CaCO₃ insoluble au sein de la pièce elle-même (ce qui entraverait la migration du calcium). Il est également recommandé de changer l’eau de trempage plusieurs fois. Ici un lien qui explique la craie – ou ce qu’on appelle le “cycle du calcium”.