Coloration des produits

Un article de TerraWiCotta.

Sommaire 1 Produits non engobés 2 Traitements de surface, engobes et émaux 2.1 Traitements mécaniques 2.2 Engobes 2.3 Emaux

Produits non engobés

Classiquement, la couleur peut se définir avec les trois notions du nuancier de Munsell : la teinte, la luminosité et la saturation. A titre d’exemple, on peut classer les productions italiennes, sans engobe, selon ces paramètres :

Description générale	Marron rouge	Rouge	Marron rouge clair	Orange	Rose	Marron clair	Rose	Beige
Teinte (« hue »)10 teintes disponibles : R rouge, Y jaune	2.5YR	2.5YR	5YR	5YR	5YR	7.5YR	7.5YR	10YR
Luminosité (1 noir et 9 blanc)	4-5	5-6	6	5-7	7	6	7-8	7-8
Saturation(« Chroma »)	4-5	6-8	3-5	6-7	3-4	4-6	2-4	3-4
Fréquence des produits(%)	2	11	19	37	8	2	12	8

Couleurs des terres cuites italiennes (285 produits)

Cette couleur des produits finaux non engobés dépend de la composition des mélanges argileux, de l’atmosphère de traitement (oxydante ou réductrice) et du cycle thermique (température finale). De façon habituelle, l’uniformité des couleurs est un critère de choix important du client qui pense que c’est aussi un gage d’uniformité des autres propriétés. La teneur respective en fer, calcium a une incidence prépondérante sur la coloration des terres cuites. Selon Bigot, les produits restent jaunes quelle que soit la concentration en fer si le rapport CaO/Al2O3 (exprimé en molécule-gramme) est > 1. Ils sont rouges dans le cas inverse. Pour les argiles non calcaires, dites ferrugineuses, la coloration est rouge après une cuisson oxydante quand la concentration en oxyde de fer est supérieure à 5 %. La couleur va devenir de plus en plus foncée, avec une température de cuisson croissante, partant d’ocre jaune ou ocre rosé, passant au rouge brique classique, au rouge brun, puis au brun noirâtre quand on est proche de la fusion. Pour les argiles calcaires, riches en chaux (> 7 %), on obtient toujours des teintes claires ; la teinte évolue du rose pâle au jaune rosé, puis au jaune franc qui tend vers le vert à l’approche de la fusion. Selon Seger , on obtient des teintes jaunes pour le rapport Fe2O3 % / CaO % < 0,5. Le fer n’est plus présent dans le tesson sous forme d’oxyde rouge mais de composés ferrocalciques (ferrites de calcium : CaO.Fe2O3 et 2CaO.Fe2O3). Cela est confirmé par Fabbri : la teinte est beige si Fe2O3 / CaO <0.45 alors que la teinte est rouge si le rapport Fe2O3 / CaO >0.9. Pour ces tessons rouges, la luminosité et la saturation augmentent avec la température de cuisson. Selon Seger à nouveau23, la concentration en alumine est aussi un facteur important :

• si le rapport Fe2O3 / Al2O3 < 0,2, la teinte est claire ;
• si le rapport Fe2O3 / Al2O3 > 0,33, la teinte est nettement rouge.

En cuisson réductrice maintenant, des teintes grises et bleutées vont être obtenues, liées aux oxydes de fer incomplètement oxydés. Il est possible de changer la couleur par une modification de la composition de la masse. Les ajouts en masse les plus courants sont :

• le bioxyde de manganèse (1 à 4 %), pour obtenir des teintes brunes. Suivant la granulométrie et la pureté, les additions sont plus ou moins efficaces. En combinaison avec du fer, il est possible d’obtenir du noir ;
• le calcaire broyé, pour obtenir des teintes plus claires mais qui nécessitent des ajouts importants ;
• l’oxyde de titane TiO2 (0,5 à 2 %), qui permet d’obtenir des colorations jaunes sur des argiles ferrugineuses.

Ces ajouts massiques peuvent devenir coûteux ; assez rapidement l’utilisation des engobes, déposés en surface, s’impose pour des raisons économiques.

Traitements de surface, engobes et émaux

A la sortie de l’extrudeuse ou de la presse, les produits reçoivent souvent un traitement de surface. Parfois il est appliqué après cuisson. On présente donc ici l’ensemble des traitements de surface, quelle que soit la position de la machine d’application sur la ligne de production.

Traitements mécaniques

Les briques apparentes peuvent recevoir une texturation de surface, un profil, une rugosité ou un aspect de surface, appliqué sur des produits verts. Les techniques employées sont par exemple :

• application d’une bande ou d’un rouleau marqueur ;
• utilisation de peignes ou de brosses ;
• projection de sable ou de mâchefer ;
• recoupage avec un fil.

Les briques apparentes et les tuiles peuvent recevoir un engobe pour modifier la couleur dans des aspects mats.

Engobes

Un engobe est un mélange, composé d’une base argileuse à laquelle des oxydes sont ajoutés, et qu’on applique superficiellement pour modifier la couleur de la tuile ou de la brique. Il est déposé soit sur le produit vert (avant ou après pressage), soit sur le produit sec (mais il le re-humidifie). Il peut être appliqué par pulvérisation en phase liquide comme une barbotine ou déposé en poudre. Il va se lier au tesson sous-jacent lors de la cuisson. La couche d’engobe doit être telle que :

• son épaisseur et sa couleur sont suffisantes pour obtenir la teinte et l’aspect final sans qu’apparaisse le tesson sous-jacent ;
• il adhère à la pièce durant la cuisson et supporte les variations de retrait. On s’arrange généralement pour que l’engobe présente des retraits similaires ou légèrement inférieurs à ceux du mélange de base ;
• il cuit à des températures égales ou légèrement inférieures à celles du tesson ; il ne se dissout pas et ne coule pas non plus.

Quand on peut, on utilise l’argile du tesson comme élément de base et on y rajoute les pigments colorés. On obtient alors des couleurs plus foncées que celles de l’argile de base si on ne dépose pas en même temps, des ajouts clarifiants. Les composants de l’engobe sont donc  :

• les argiles, mélanges d’argile commune et de kaolin, pour obtenir le bon retrait, le total de ces deux composants représentant souvent entre 40 et 70 % ;
• le fondant, souvent une fritte sans plomb ;
• le dégraissant, souvent de la poudre de silex (agglomérat de silice sous forme de quartz, calcédoine et opale) ;
• un durcissant de l’engobe durant l’application, le séchage et la cuisson : parfois du borax, du silicate d’éthyle, du "water glass" ou une résine organique ;
• un opacifiant ;
• les colorants. Il s’agit d’oxydes colorés. On indique au tableau 38 quelques couleurs obtenues avec des concentrations typiques dans une engobe (50 % argile et kaolin, 25 % feldspath et 25 % silex).

Tableau 38 Pigments pour engobes et concentrations typiques

Pour certains effets, on peut aussi rajouter des matériaux en granules. Souvent la teinte n’est pas unie pour reproduire le vieillissement des tuiles. Par décantation ou centrifugation, on peut utiliser des argiles très fines (engobes sigillés) qui donnent des revêtements satinés à reflet métallique.

Emaux

A ce stade, il faut aussi parler des émaux qui jusqu’à présent sont peu utilisés dans la terre cuite, principalement pour des raisons économiques. Dans son principe l’émaillage est très proche de l’engobage, avec cette différence que la proportion de la phase vitreuse formée à la cuisson est cette fois très importante, c’est ce qui va donner son aspect brillant à la pièce émaillée. Pour des températures de cuisson limitées, les fondants sont souvent le borax ou le carbonate de soude. Les colorants sont des composés métalliques plus ou moins complexes, parfois utilisés pour les engobes, composés du cuivre (vert), du fer (jaune ocre ou brun rouge), zircone- yttrium (jaune), zircone –vanadium- cobalt (bleu). Les conditions d’application et les problèmes de mise en œuvre sont très similaires à ceux des engobes. L’émail peut être en mono cuisson. Dans ce cas, il est déposé sur la tuile sèche comme l’engobe. Il n’est pas très facile d’obtenir des bons résultats avec des émaux mono cuisson à cause du retrait du produit en cours de cuisson. Souvent, on utilise des émaux qu’on dépose sur la tuile déjà cuite. Il faut alors refaire un cycle thermique complet (bi cuisson) à une température inférieure à la température de cuisson. Il est enfin possible de produire des glaçures à la surface de la terre cuite. La solution ancienne était de déposer en surface des sels alcalins qui favorisent le grésage superficiel. On introduisait les sels dans le four chaud où ils se vaporisaient. En fait cette technique induit des problèmes de pollution des fumées et de maintenance des fours et n’est plus utilisée. On utilise plutôt des glaçures qui peuvent être à base de zinc et dont on donne deux compositions sur le tableau 39.

Tableau 39 Glaçures au zinc (% poids)

Des cristaux de silicate de zinc, ZnSiO3 ou Zn2SiO4, se forment à la surface. Des revêtements vitreux satinés peuvent aussi être obtenus avec de l’hexamétaphosphate de sodium. Autres traitements de surface Il faut aussi signaler d’autres traitements dont le but n’est pas de proposer de nouvelles teintes mais d’apporter la durabilité de l’aspect au produit. On a déjà parlé du siliconage. Il faut citer aussi d’autres développements comme :

• la création de topographies superficielles qui modifient le mouillage de l’eau de pluie et empêchent le dépôt de salissures (« effet lotus ») ;
• le développement de couches photo actives en TiO2 activé (anatase). Ces couches sont supposées oxyder photo-catalytiquement les dépôts organiques qui sont alors entraînés par l’eau de pluie. Cette technique a été développée initialement pour les vitrages, se développe pour les peintures et les traitements de béton et pourrait s’appliquer aux tuiles et briques apparentes.