Modélisation et optimisation des performances

Modélisation et optimisation des performances

Matériau modèle

Matière additive L’incorporation de matière végétale au sein des mélanges argileux de fabrication permit, en raison des morphologies diverses de particules, un échelonnement de la microstructure et de ses grandes influences sur les propriétés usuelles. La matière végétale de classes micrométriques occasionne une réduction du diamètre de pore moyen et améliore la contrainte à la rupture des produits tandis que des classes millimétriques amplifient l’anisotropie et augmentent le caractère isolant, ou bien la capacité de déformation.

Les modes de confection masquent en partie toutefois l’action des différents paramètres en raison de classes micrométriques, à la fois fines et sphériques, ou des classes millimétriques à larges particules fibreuses. Des incorporations de microbilles en polymère de diverses granulométries ont donc été réalisées afin d’établir un matériau modèle et déterminer les actions propres à la forme ou à la taille des particules, tout en optimisant les performances usuelles. Les matières additives incorporées au sein des mélanges argileux de fabrication en vue d’établir un matériau modèle consistent en des microbilles calibrées de 10µm (MB10) et 50µm (MB50).

Ces polymères thermoplastiques en polyméthacrylate de méthyle (PMMA) de formule brute (C5H8O12)n se constituent, d’après les analyses élémentaires, à 60% de carbone, 32% d’oxygène et 8% d’hydrogène. Les microbilles se dégradent, en raison d’une nature organique, à des températures allant de 200 à 400°C et devraient, à la manière des matières végétales, entrainer une formation de porosité en libérant à la cuisson les espaces occupés au sein de la matrice argileuse. Les matières additives ont donc été soumises à un examen de la densité vraie et du gonflement à l’eau afin d’appréhender les volumes libérés tout au long du procédé de fabrication ou autrement dit les taux de porosité exogène. 

Microstructure idéale

La microstructure des produits s’instaure à la mise en forme et évolue de manière irréversible au gré des formations, selon diverses voies, de porosité donnant lieu à des influences distinctes sur les performances usuelles de la terre cuite. Le procédé d’extrusion induit un écrasement des granulats de quartz ou bien de bulles d’air entre les couches argileuses et fonde un réseau poreux orienté en plans de matière et de porosité.

L’élimination en eau de façonnage entraine ensuite au séchage ou en tout début de cuisson une libération de pores relatifs aux minéraux argileux et implique, à la vue de la figure 5.5, une augmentation du taux de porosité. Les dégagements en eau de constitution ou en dioxyde de carbone à travers la matrice argileuse entrainent également une formation de mésopores, éliminées en grande partie lors du frittage et de la densification des produits au-delà de 850°C. 

Optimisation des performances

L’incorporation de matière végétale au sein des mélanges argileux de fabrication a pu révéler au cours du précédent chapitre une importante influence des tailles de particules et de pores associées sur les performances mécaniques des produits. Les matières végétales de classes millimétriques entrainent, à la manière de la paille, une formation de pores occasionnant en plus larges défauts de la microstructure un affaiblissement de la contrainte à la rupture des produits.

La paille entraine, en raison toutefois de particules fibreuses, une augmentation de l’anisotropie des produits à travers des plans de porosité pouvant contribuer à la diminution des performances mécaniques. Un cas de référence a donc été étudié, au moyen des microbilles en polymères thermoplastiques de 10 et 50µm, en vue de dissocier les influences singulières au diamètre de pore moyen et à l’anisotropie des produits.