lundi 14 novembre 2016

RESISTANCE AU GEL: LE POURQUOI DU COMMENT





Quel spectacle désolant ...

     Les poteries d'une maison en Toscane résistent au gel. Pourquoi ? Parce que nos poteries sont tout simplement fabriquées à partir d'argile qui est naturellement résistante au gel. Quelques secrets de fabrication (cuisson, façonnage, etc...que nous ne révélerons pas ici !) et le tour est joué. Une terre cuite est en fait (tout simplement !) une céramique silicatée. Quelques explications semblent nécessaires. Attention, accrochez-vous, c'est un peu technique ....

 Classification

      Les céramiques font parti des trois grandes classes de matériaux :
  •  Les métaux et alliages (composites céramiques-métaux) 
  • Les polymères et élastomères (composites céramiques-polymères) 
  • Les céramiques et verres (composites céramiques-céramiques)

     Une céramique est un matériau de synthèse, ni organique, ni métallique dont l'élaboration fait appel à des traitements thermiques.

     Elles sont les premiers matériaux fabriqués par l'homme (10,000 à 5000 ans avant JC) et ceci à cause de la disponibilité immédiate de la matière première, de la facilité de fabrication et de leur durabilité.

     Il existe deux grandes catégories de céramiques : les céramiques silicatées (qui nous intéressent ici) et les céramiques techniques.
Parmi les céramiques silicatées, existe enfin les céramiques vitrifiées dont font partie les terres cuites.

     Les terres cuites sont produites à partir d'argiles mélangées à d'autres minéraux inertes. Elles sont cuites entre 950 et 1050 °C, ce qui provoque des transformations physiques et chimiques irréversibles, en premier lieu la vitrification. Produit poreux, naturellement coloré en rouge, il est constitué d’un mélange de phases cristallines enrobées par une matrice silicatée essentiellement vitreuse.

 Propriétés des terres cuites

     Les propriétés générales de la terre cuite (résistance au gel, résistance mécanique sont dues à la matière première et à la cuisson qui conditionnent essentiellement la porosité. Celle-ci est définie par le rapport entre le volume des micro pores et le volume total. La porosité des produits en terre cuite varie de quelques pour-cent à plus de 50 %. Elle est corrélée au poids de la terre cuite. Moins le pot est poreux et plus il est lourd (et réciproquement).

     Par ailleurs, les micro pores peuvent être ouverts vers l'extérieur ou au contraire fermés ce qui empêche l'eau de pénétrer. C'est le phénomène de vitrification qui va occasionner la fermeture des micro pores.

 Actions de l'eau sur une terre cuite

     L'action de l'eau sur la terre-cuite dépend en fait du phénomène de vitrification qui n'a pas la même intensité à l'extérieur et à l'intérieur du pot. En effet, la « cuisson » est plus intense à l'extérieur qu'à l'intérieur. Ceci a pour conséquence que la vitrification est plus poussée à l'extérieur et donc que les micro pores y sont plus fermés.

Adsorption

     Il s'agit du phénomène par lequel des solides poreux retiennent à leur surface des molécules liquide (l'eau en particulier !). La terre cuite adsorbe peu l'eau à sa surface extérieure car elle a peu de micro pores ouverts du fait de la vitrification. Sa surface extérieure est donc peu "mouillable".

      En revanche, si on considère sa surface intérieure, la vitrification y étant moins intense, les micro pores y sont donc plus ouverts ce qui facilite la pénétration de l'eau. C'est que qui explique qu'un pot en terre cuite va particulièrement bien conserver l'eau dans de la terre humide. En effet, la terre dans laquelle la plante pousse garde son humidité car d'une part elle stocke l'eau par sa paroi intérieure (micro pores ouverts) et d'autre part évite son évaporation par sa paroi extérieure (micro pores fermés).

 Résistance au gel

      Comme nous venons de le voir, l'eau peu, très lentement, pénétrer dans la terre cuite par capillarité en suivant des petits canaux nommés "micro pores". Plus les micro pores sont fins et plus l'absorption est lente, bien que la pression capillaire soit plus grande à l'intérieur de ceux-ci, ce qui provoque peu de risques d'effritement. Au contraire si les pores sont grossiers l'absorption est plus rapide et importante quantitativement, les risques d'effritement sont alors maximum .En effet, lorsque l'eau pénètre dans les pores, elle va progressivement les saturer et si les températures baissent en dessous de 0° C, de la glace va se former dans les pores et en se dilatant va provoquer l'effritement de la terre cuite: le pot a gelé !

     La résistance au gel d’une terre cuite est donc liée plus à la distribution de taille des pores qu’à la porosité totale. 

 Vues au microscope: A gauche une terre cuite non gélive, à droite une gélive. 

Résistance mécanique à la glace 

     Par ailleurs, une trop grande porosité va diminuer la résistance mécanique de la terre cuite. De plus la résistance est liée également à l'épaisseur de la paroi du pot mais aussi à la technique de cuisson (plus ou moins grande vitrification).

     En revanche, la question de l'augmentation du volume interne du pot liée à la dilatation de l'eau devenant de la glace ne se pose pas. En effet, du fait du trou percé au fond des pots, l'eau ne peut y stagner et donc il n'y a pas de dilatation qui pourrait exercer une pression sur les parois.

     En ce qui concerne la terre mouillée, elle ne se dilate pas véritablement. En effet, sous l'effet du froid, l'eau va se solidifier pour prendre une organisation spatiale du type cristal. A l’échelle microscopique, les atomes s'organisent selon une structure régulière. En se solidifiant, les molécules d’eau forment des sortes de mailles hexagonales  (H2O : atome d’oxygène en rouge, lié à deux atomes d’hydrogène représentés en blanc).


     Or, dans la terre mouillée, les molécules d'eau ne forment pas une chaine continue et donc il n'y a pas véritablement de forces de dilatation !

     Enfin, la question de la présence d'une fissure. Parfois, une fissure peut être présente, sans que l'on s'en aperçoive, dans la paroi du pot, souvent survenue à la suite d'un choc. Par exemple, on peut laisser retomber (façon « pile d'assiettes ») un pot trop lourd, ou bien provoquer un éclat à cause d'une pierre envoyée très violemment lors de la tonte. Cette fissure va permettre le passage d'eau entre les deux bords de la fissure et, en se dilatant, favoriser l'agrandissement de la fissure. Toutefois, bien peu de glace peut se former dans une fissure, ce qui rend finalement ce phénomène peu important.

      Eh, voilà, tout est dit... ou presque ! Pour de plus amples informations n'hésitez pas à nous contacter sur facebook, ou laissez un commentaire sur le BLOG.

Aucun commentaire:

Enregistrer un commentaire