Analyses des prélèvements et évolution du taux d’AGV

➢ Évolution du taux d’humidité

Le taux d’humidité de chaque prélèvement est calculé à partir de la masse humide du prélèvement (soumis à un séchage à 60°C) et de sa masse sèche après séchage complet en étuve à 110°C. Pour chaque mélange et chaque point de prélèvement, on peut alors suivre l’évolution du taux d’humidité en fonction de la durée de séchage.

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Les Figures IV.25, IV.26 et IV.27 présentent respectivement l’évolution du taux d’humidité pour les mélanges M+AGV, M+K+AGV et M+P+AGV.

Figure IV.25 : Évolution du taux d'humidité en chaque point de prélèvement pour le mélange M+AGV en fonction

du temps de séchage

Figure IV.26 : Évolution du taux d'humidité en chaque point de prélèvement pour le mélange M+K+AGV en

fonction du temps de séchage

Figure IV.27 : Évolution du taux d'humidité en chaque point de prélèvement pour le mélange M+P+AGV en fonction du

temps de séchage

Lorsque l’on compare les mélanges les uns par rapport aux autres, le comportement général de l’évolution du taux d’humidité est similaire. Ceux-ci présentent une baisse relativement constante pendant les 4 premières heures, puis, entre 4h et 6h de séchage, l’humidité diminue ensuite de manière moins rapide.

Les écarts observés au niveau des taux d’humidité initiaux des trois mélanges recomposés sont directement liés à la composition des mélanges. En effet, ces valeurs reflètent l’humidité de façonnage du mélange. La présence de boues de papeterie dans la phase argileuse nécessitant une humidité de façonnage plus importante, l’humidité initiale des mélanges M+K+AGV et M+P+AGV est située autour de 35 % (Fig.IV.26 et IV.27) contre 25% pour le mélange argileux M+AGV (Fig.IV.25).

La présence de fibres permettant de réguler le séchage, les mélanges avec boues de papier présentent également des taux d’humidité plus élevés que le mélange M+AGV en fin de suivi (après 6h de séchage).

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Lorsque l’on compare l’évolution du taux d’humidité en fonction du point de prélèvement pour un même mélange, il peut être noté que les extrémités des échantillons sèchent plus rapidement que le centre du pavé, et que le séchage est plus lent au cœur de l’échantillon qu’en surface. Ces tendances sont en accord avec les observations visuelles effectuées au cours du séchage. Il est effectivement attendu que le séchage soit plus rapide en surface et au niveau des extrémités des échantillons puisque l’évaporation de l’eau y sera favorisée.

➢ Évolution du taux d’AGV

Chaque prélèvement est ensuite analysé par dosage colorimétrique TOA afin de déterminer les concentrations respectives en AGV en fonction du temps de séchage et en fonction du point de prélèvement sur les trois mélanges recomposés.

Les Figures IV.28, IV.29 et IV.30 présentent respectivement les évolutions du taux d’AGV dans les mélanges M+AGV, M+K+AGV et M+P+AGV.

Figure IV.28 : Évolution du taux d’AGV en chaque point de prélèvement pour le mélange M+AGV en fonction du

temps de séchage

Figure IV.29 : Évolution du taux d’AGV en chaque point de prélèvement pour le mélange M+K+AGV en fonction du

temps de séchage

Figure IV.30 : Évolution du taux d’AGV en chaque point de prélèvement pour le mélange M+P+AGV en fonction du temps de séchage

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Les valeurs d’AGV des différents prélèvements pourront être comparées à la concentration initiale et globale du mélange, déterminée lors de l’élaboration des pavés céramiques (AGVi).

Les taux d’AGV sont ici exprimés en mg AGV/g de mélange recomposé afin de pouvoir comparer le mélange argileux M+AGV avec les deux mélanges contenant des boues de papier.

Concernant le mélange M+AGV (Fig.IV.28), une légère diminution de la concentration en AGV est observable au cœur des pavés (aux extrémités et au centre). Cette diminution n’est pas retrouvée au niveau de la surface des échantillons céramiques où la concentration en AGV reste relativement stable malgré l’observation visuelle de la formation d’efflorescences (non montrée ici). Il y a ici peu de phénomène de diffusion des AGV au sein du mélange argileux pur. Le mélange reste relativement homogène au niveau des teneurs en AGV après séchage (extrémités par rapport au centre des pavés). En présence de boues de papier caractérisées par une forte proportion en fibres courtes (M+K+AGV, Fig.IV.29), les taux d’AGV évoluent de manière opposée en surface ou au cœur de l’échantillon céramique. Les prélèvements effectués en surface (au centre ou aux extrémités des pavés) voient la teneur en AGV augmenter au cours du séchage (+ 1mg/g MR) tandis que les prélèvements effectués au cœur connaissent une diminution de leur teneur en AGV (-1 mg/g MR). Ces analyses témoignent d’un phénomène de diffusion des AGV au sein des échantillons avec une migration préférentielle en surface. Cette diffusion semble s’effectuer de manière régulière au cours du séchage appliqué (augmentation constante en surface et diminution constante au cœur des échantillons).

Le même phénomène est observé sur le mélange caractérisé par la présence de boues de papier à fibres longues (M+P+AGV, Fig.IV.30). En revanche, le comportement est différent et irrégulier, et la diffusion semble accentuée et plus intense dans ces conditions. Si les taux d’AGV des prélèvements sont relativement stables au cours des 2 premières heures de séchage, la diffusion est très marquée à partir de 2h de séchage. Les prélèvements effectués en surface connaissent une forte augmentation de la teneur en AGV tandis que le taux d’AGV diminue fortement sur les prélèvements effectués au cœur des pavés : la différence de concentration observée au cœur des échantillons correspondant à l’augmentation observée en surface (respectivement -1,8 mg/g MR contre +1,9 mg/g MR). Dans ce cas, une forte hétérogénéité est observée au sein d’un même échantillon.

Conclusions

Il y a donc bien un phénomène de diffusion des AGV au sein de mélanges argileux, favorisé par l’incorporation de boues de papeterie. La diffusion est caractérisée par la migration des composés du cœur de l’échantillon vers la surface où ils vont se concentrer de manière préférentielle. Cette migration a lieu au cours du process de séchage des produits, l’évaporation de l’eau de façonnage des mélanges permettant le transport des AGV à la surface des produits. En effet, les fibres de nature hydrophile, présentes dans les mélanges suite à l’incorporation de boues de papier, retiennent davantage l’humidité mais également les composés AGV qui sont solubilisés dans la phase aqueuse. Ces composés seront ainsi transportés au cours du séchage le long des fibres de boues de papier et ce jusqu’en surface des échantillons.

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Le phénomène de diffusion des AGV dans la matière argileuse entraine une modification localisée des teneurs en AGV avec des valeurs plus élevées au niveau de la surface qu’au cœur des échantillons. Intervenant au cours du process de séchage, cette distribution des concentrations en AGV dans les produits céramiques pourra créer des hétérogénéités de séchage contribuant à l’apparition de contraintes internes qui pourront conduire à l’apparition de fissurations voire jusqu’à la casse des briques.

De plus, la nature des boues de papier influe sur le phénomène de diffusion, qui est intensifié en présence de fibres de longueurs plus importantes. La présence de fibres longues favorise le transport et la diffusion des AGV du cœur jusqu’à la surface des produits, accentuant ainsi l’hétérogénéité du taux d’AGV au sein de l’échantillon. Ce phénomène dépend donc indirectement de l’origine des boues de papeterie.

À l’échelle industrielle, selon les minéraux argileux utilisés et selon le type de produit élaboré, les mélanges présentent des sensibilités au séchage plus ou moins marquées. Sur les produits avec des géométries complexes, le séchage pourra être très inégal, et augmenter encore le risque d’hétérogénéité de composition et donc d’apparition des défauts.

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Conclusions de la Partie IV

Cette partie, consacrée à l’étude de la criticité des caractéristiques des boues de papier sur le comportement des produits céramiques, était organisée selon trois axes de recherche.

Dans un premier temps, l’impact des AGV sur les propriétés céramiques d’échantillons céramiques a été étudié de différentes manières via la réalisation de mélanges recomposés. On a ainsi pu montrer que les AGV, de manière globale, étaient responsables de l’apparition d’efflorescences conduisant au blanchiment de la surface des produits. La présence d’AGV modifie également le comportement au séchage des échantillons en diminuant leur vitesse de séchage.

Les phénomènes indésirables sont observables lorsque les boues de papier incorporées en phase argileuse présentent un taux élevé en AGV avec une valeur seuil définie à 10 mg AGV/g BP.

Bien que l’incorporation de boues de papeterie dans les mélanges argileux présente des bénéfices au niveau de la production industrielle, la présence de fibres joue également un rôle dans l’apparition des phénomènes indésirables. En effet, l’impact des AGV sur le comportement au séchage des produits est accentué en présence de fibres, les mélanges étant caractérisés dans ce cas par des vitesses de séchage encore plus diminuées que dans le cas de mélanges non porosés.

Dans un second temps, les AGV ont également été mis en cause lors de l’étude de cas industriels avec défauts. Ces analyses ont montré que les efflorescences observées en surface étaient liées à la présence d’AGV à taux élevé et que ceux-ci étaient distribués de manière hétérogène dans les briques avec une présence majoritaire en surface.

Enfin, l’existence d’un phénomène de diffusion des AGV dans les mélanges argileux au cours du séchage des produits explique les hétérogénéités de concentration en AGV avec une présence préférentielle en surface. Cette diffusion est influencée par la nature des boues de papier présentes dans les mélanges industriels. Les essais ont montré que la présence de boues de papier caractérisées par de fortes proportions en fibres longues accentuait la diffusion des AGV et leur migration en surface. La diffusion des AGV dans la phase argileuse, à l’origine de l’hétérogénéité observée quant à leur concentration, crée ainsi des hétérogénéités de séchage au sein d’un même produit céramique. Ce phénomène peut alors conduire à l’apparition, ou à l’accentuation, de contraintes internes au sein des briques expliquant les épisodes de fissures et de casse observables industriellement, notamment dans le cas de produits sensibles au séchage et/ou présentant des géométries complexes à séchage inégal.

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Partie V. Recherche des