Plâtre
Pour les articles homonymes, voir Plâtre (homonymie).| Plâtre | |
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| Identification | |
| Synonymes | sulfate de calcium hémihydraté |
| No CAS | |
| No E | E516 |
| SMILES |
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| InChI |
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| Apparence | poudre blanche hygroscopique |
| Propriétés chimiques | |
| Formule brute | CaSO4 • 0.5H2O |
| Masse molaire[1] | 145,148 ± 0,01 g/mol H 0,69 %, Ca 27,61 %, O 49,6 %, S 22,09 %, |
| Propriétés physiques | |
| T° fusion | Devient anhydre à 163 °C; Devient insoluble dans l'eau >700 °C |
| Solubilité | 2,3 g·l-1 dans l'eau à 20 °C |
| Masse volumique | 2,79 à 20 °C |
| Pression de vapeur saturante | négligeable |
| Précautions | |
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Le plâtre est un matériau de construction ignifuge. Il est utilisé sous forme de pâte constituée d'un mélange de poudre et d'eau, ou préparé sous forme de plaques.
La molécule qui constitue la poudre de plâtre – le sulfate de calcium semi hydraté (CaSO4(H20)1/2) – réagit rapidement avec l'eau – de formule chimique H20 – pour donner un matériau relativement dur après séchage, semblable au minerai de gypse d'origine – le sulfate de calcium dihydraté (CaSO4(H20)2). De nombreux adjuvants peuvent aussi entrer dans la composition du plâtre.
Par métonymie, le terme « plâtre » désigne en médecine (traumatologie, orthopédie) une immobilisation d'un membre (voir Plâtre).
Sommaire |
Utilisations du plâtre [modifier]
Plâtres de sculpture [modifier]
Il existe plusieurs variétés de plâtre de qualités très différentes. Les sculpteurs préfèrent du plâtre à grains très fins qui permet de reproduire le plus fidèlement possible tous les détails du modèle. Le plâtre de synthèse est plus conseillé car il est très dur au point qu'il est difficile de le rayer avec l'ongle. Il offre une grande précision et une grande finesse dans la reproduction. Sec, il peut se polir à l'aide d'un simple chiffon doux.
Certains plâtres sont proposés déjà teintés : couleur chair, bis, imitant la pierre ou d'autre matière anciennes. On peut également employer des colorants : de la gouache ou tout autre colorant acrylique, à ajouter uniquement à l'eau.
Mise en œuvre [modifier]
Dans le domaine de la construction des bâtiments, la mise en oeuvre du plâtre est réalisée par différents métiers du bâtiment :
Conservation et test [modifier]
Le plâtre doit impérativement se conserver dans un endroit sec ou alors il devient inutilisable. Pour le tester, il faut gâcher une petite quantité et observer le temps nécessaire à la prise et à la solidité, une fois durci.
Le gâchage [modifier]
C'est l'opération qui consiste à mélanger soigneusement le plâtre à l'eau jusqu'à obtenir une substance consistante, crémeuse et douce.
Propriétés du plâtre [modifier]
Résistance au feu [modifier]
Le plâtre est un matériau incombustible, classé M0 (Voir Classement de réaction et de résistance au feu). L'eau contenue dans le plâtre (ou dihydrate de sulfate de calcium CaSO4(H2O)2), en se vaporisant au cours d'un incendie, absorbe ainsi la chaleur et retarde la montée en température. Au cours d'un incendie, le plâtre ne libère pas de produit toxique, mais seulement de la vapeur d'eau.
Si Paris a échappé aux grands incendies depuis la fin du Moyen Âge, c'est que le platre y a fait son apparition dans les constructions, pour protéger les structures en bois[2]. Un an après le Grand incendie de Londres, l'ordonnance du 18 août 1667 rend obligatoire à Paris de recouvrir le bois des maisons avec du plâtre pour qu'elles résistent au feu.
Résistance thermique [modifier]
Le plâtre est un mauvais conducteur de la chaleur et donc un bon isolant thermique. Cette propriété est due à la structure poreuse du plâtre, qui résulte du départ de l'eau lors du séchage. L'isolation thermique est caractérisée par le coefficient de conductivité thermique λ=0,35 W/m.K pour le plâtre en moyenne.
Plus précisément, λ varie avec la masse volumique et la teneur en eau, c'est pourquoi le λ du plâtre peut varier de 0,3 W/m.K à 0,6 W/m.K pour des masses volumiques comprises entre 800 et 1 300 kg·m-3[3].
Résistance mécanique [modifier]
| Durée [jours] | Traction [MPa] | Compression [MPa] |
|---|---|---|
| 1 | 4 | 5 |
| 2 | 7 | 12 |
| 4 | 8 | 28 |
La dureté du plâtre varie d'environ 55 à 80 sur l' échelle de dureté Shore. Elle dépend de la proportion d'eau utilisée lors du gâchage.
Recyclabilité [modifier]
Le plâtre est un matériau totalement et indéfiniement recyclable. Une fois sec, il retrouve les caractéristiques du gypse - la roche originelle - et peut être recuit pour être refabriqué indéfiniment. À condition que les déchets de plâtre soient correctement triés et ne contiennent pas trop d'additifs[4].
Histoire du plâtre [modifier]
Dans le bassin parisien, le gypse s’est formé il y a environ trente-huit millions d’années par sédimentation au cours de l'évaporation de lagunes d'eau de mer.
Déjà à la préhistoire, l’homme s’est aperçu que les pierres blanches constituant le foyer du feu s’effritaient à cause de la chaleur.
En Égypte, l’homme se servait du plâtre pour assembler les pierres des édifices et pour réaliser des enduits (Vallée des Rois).
Les Romains se servaient du plâtre pour les enduits et les sculptures. Pline l'Ancien en signale de multiples utilisations domestiques : pour fermer de façon étanche les couvercles des récipients destinés à la conservation[5], en badigeon pour conserver les pommes[6], en additif pour adoucir les vins[7].
Par leurs conquêtes, ils vont largement diffuser le plâtre dans tout l'Empire romain. Les murs des habitations sont enduits de plâtre et de chaux, les plafonds faits de bois et de plâtre. Il peut servir dans la maçonnerie pour unir les pierres les unes aux autres. Les artisans romains développent aussi son emploi comme revêtement extérieur : les tons d'ocre rouge proviennent d'un mélange de briques finement broyées, de pouzzolane, de plâtre et d'eau. Le stuc, fait de plâtre et de poudre de marbre, est utilisé avec éclat pour l'ornementation des édifices.
L'invasion de la Gaule par Jules César donne au plâtre racine dans cette région du monde. Les Romains apportent aux populations celtes de nouveaux procédés de construction en maçonnerie et en plâtre. À Lutèce, sur les bords de la Seine, les huttes de la tribu des Parisii font place à des édifices plus solides. Le site est privilégié par la nature, car la colline de Montmartre regorge de gypse. Dalles, carreaux de plâtre, colonnes, sarcophages… plusieurs vestiges des IIe et IIIe siècle de notre ère témoignent d'un « premier âge du plâtre » à Paris.
Au Moyen Âge, l’homme s’aperçoit que le plâtre résiste mieux au feu que le bois, car c'est un produit ignifuge. Donc il l’utilise comme enduit de protection (anti-feu). Au Moyen Âge, puis sous l'Ancien Régime, les petites carrières et plâtrières furent nombreuses mais elles fonctionnaient de manière intermittente. L'habitat local fit largement appel au plâtre.
Au XVIIIe siècle, Paris devient la ville du plâtre grâce à ses gisements souterrains et un édit de Louis XIV en 1667 rendra même le matériau ignifuge obligatoire en tant qu’enduit intérieur et extérieur, pour éviter les propagations d’incendies afin d'éviter à Paris le sort funeste de Londres lors du Grand incendie de Londres (1666). Au XIXe siècle vient l’invention du four à plâtre industriel, ce qui permet d’augmenter la production. Aujourd’hui, le plâtre est commun en France.
Les travaux de Lavoisier vers 1764 ont permis de mieux comprendre la chimie du gypse. Il met en évidence la perte d'une quantité d'eau constante lors de la transformation du gypse en plâtre ou en anhydrite, jetant les bases de la méthode d'analyse thermogravimétrique. Il explique le mécanisme de la prise du plâtre, montrant que ce plâtre (CaSO4, 1/2 H2O) reprend son eau perdue lors de la cuisson pour reformer du gypse (CaSO4, 2H2O) lors de la phase de solidification (prise). Il analysa également différent variétés de gypse et détermina leur solubilité dans l'eau Il communique ses travaux sur le gypse à l'Académie Royale des Sciences en 1765 et 1766.
Par ses travaux Lavoisier a mis en place les fondations de la physico-chimie du gypse et du plâtre, encore utilisées de nos jour par l'industrie du plâtre
En 1788, Goethe, dans sa description du Carnaval de Rome, décrit la fabrication du confetti, tel qu'il existait à l'époque. Il était fait de billes de plâtre, réalisées à l'aide d'un entonnoir. C'est seulement à partir de 1891, que ce confetti commença à être remplacé par sa variante moderne, en papier, que nous connaissons.
Le plâtre est proposé au XIXe siècle pour la conservation de la viande.
Le plâtre est largement exploité dans la moitié nord de de la région parisienne. Le « plâtre de Paris » acquiert sa renommée.
Parmi ces nombreuses exploitations, celle de Cormeilles-en-Parisis. En 1832, une carrière à plâtre est créée par Pierre Étienne Lambert à Cormeilles. À partir de 1882, Jules-Hilaire Lambert industrialise la production. Dans les années 1930, avec les Frères Lambert, le cycle d'exploitation de la carrière de Cormeilles est complet. Cette carrière est alors la seule en France à alimenter à la fois la fabrication du plâtre, de briques, de chaux hydraulique, et de ciment artificiel par l'emploi des matières de « découvertes » : argiles, calcaires, marnes. De 1930 à 1980, la carrière Lambert est la plus grande carrière d'Europe à ciel ouvert (Plâtres Lambert). Au début du XXIe siècle, la carrière et la plâtrière de Cormeilles-en-Parisis sont exploitées par la société Placoplatre
Du gypse au plâtre [modifier]
Le plâtre s'obtient par cuisson et broyage de la « pierre à plâtre », le gypse, sulfate de calcium à deux molécules d'eau (CaSO4(H2O)2). Au cours des temps géologiques, ce minéral s'est déposé dans les bassins sédimentaires en formant d'épaisses couches plus ou moins profondes. L'extraction du gypse se fait dans des carrières à ciel ouvert ou en galeries souterraines. Concassé, cuit dans des fours, il est enfin broyé finement pour obtenir le plâtre en poudre. Cette poudre blanche a la propriété de durcir très rapidement lorsqu'on la mélange à l'eau : c'est le phénomène de la prise.
La chute de l'Empire romain et les invasions barbares entraînent pour de longs siècles le déclin des constructions en pierre au profit de bâtiments en bois largement utilisés par les peuples du Nord et de l'Est de l'Europe.
Si aux premiers temps de l'Occident médiéval le plâtre régresse, il connaît au Sud de la Méditerranée un remarquable épanouissement, favorisé par les conquêtes arabes. La civilisation musulmane a en effet abondamment utilisé le gypse et marqué sans doute l'un des sommets de l'art du plâtre ; dans un univers où le bois est rare, celui-ci permet de multiplier les motifs décoratifs des mosquées, madrasas (écoles religieuses) et palais. Sans doute trouve-t-on sa plus belle illustration dans l'Alhambra de Grenade où galeries, murs et plafonds s'ornent d'une profusion d'arabesques géométriques. Une exubérance très ciselée que l'on doit aux qualités plastiques du plâtre.
Au Moyen Âge, les grands bâtisseurs que sont les moines de Cluny et de Cîteaux remettent à l'honneur l'emploi du plâtre, dont l'usage se répand à nouveau.
La profession plâtrière s'organise et codifie son activité dans la capitale. Le Livre des métiers, commandé par Louis IX au prévôt de Paris, est le texte fondateur de nombre de corporations au XIIIe siècle. Le mot plâtrier désigne alors celui qui réalise l'extraction et la cuisson du gypse, c'est-à-dire le fabricant.
Exploitation des mines de gypse [modifier]
Les mines de gypse peuvent être exploitée de deux manières, selon la structure du gisement.
Lorsque celui-ci se trouve à un niveau trop profond, on privilégie une exploitation souterraine. Il s’agit d’extraire les couches inférieures en creusant des galeries, qui sont ensuite comblées par des matériaux inertes une fois l’exploitation terminée. Mais cette méthode permet seulement d’exploiter un tiers du gypse, qui se déploie en plusieurs couches.
L’exploitation à ciel ouvert, dans les carrières, permet d’extraire ces différentes couches.
Lorsqu’un gisement est épuisé, la plâtrière est réhabilitée pour recréer un ensemble le plus proche possible de l’état initial du terrain.
Le plâtre artificiel provient de centrales thermiques. La désulfuration est l’élimination du dioxyde de soufre dans les rejets gazeux. Pour ce faire, on utilise de la chaux humide. Il en résulte la formation de cristaux de gypse qui serviront à la fabrication du plâtre synthétique dans la construction de bâtiments.
Fabrication du plâtre [modifier]
Le plâtre est réalisé à partir du gypse, roche sédimentaire appelée pierre à plâtre que l'on retrouve sous forme d'albâtre ou de cristaux de sélénite. La pierre est généralement extraite de mines ou de carrières souterraines puis cuite et ensuite cassée, broyée et moulue pour donner la poudre blanche du plâtre.
Sa fabrication nécessite plusieurs étapes :
- Extraction du gypse à l’aide d’explosifs, quand il s’agit de gisement à ciel ouvert : « des carrières ».
- Acheminement depuis la carrière à l’aide de camions : le gypse subit un concassage, afin de réduire la dimension de ses grains.
- Le gypse est transporté à l’aide d’un tapis vers le criblage. Cette opération consiste à ne sélectionner que les grains de diamètre inférieur à 40 mm.
- Le gypse ainsi sélectionné est stocké en tas dans un local couvert avant d’être homogénéisé car le gypse extrait n’est pur qu’à 90 %. Aussi il sera mélangé à l’aide d’une machine composée de râteaux qui va mélanger les couches de gypse.
- Toujours à l’aide de tapis, le gypse est conduit dans un four où il sera placé dans un moulin où, à l’aide d’une vis sans fin, il est broyé et écrasé (comme dans un moulin à café).
- Il sera cuit à 150 °C. Ce four permet de faire remonter le gypse cuit par le haut du four, tandis que les impuretés plus lourdes, restent au fond.
- Après refroidissement à 60 °C il devient du semi-hydrate (le gypse a perdu une molécule d’eau et demi).
D'autres types de four existent (fours culée, fours droits, fours marmite, sur-cuiseur, autoclaves, …) qui donnent différentes qualités.
Le plâtre est ensuite mélangé dans un malaxeur avec différents ajouts (souvent quelques parties pour mille) :
- de l’amidon, pour améliorer l’adhésion entre le plâtre et le carton,
- des adjuvants,
- des retardateurs pour modifier les temps de prise du plâtre…
Fabrication d’une plaque de plâtre [modifier]
La chaîne de fabrication des plaques de plâtre s'étale sur 350 à 450 m, selon la vitesse moyenne de la chaîne. Cette distance permet à la plaque de plâtre de perdre une partie de son humidité et de devenir semi-rigide avant de passer dans le four, appelé sécheur. Les plaques de plâtre sont constituées de deux plaques de carton qui prennent en sandwich du plâtre.
Le carton utilisé dans la fabrication des plaques est livré en rouleaux de 11 km ce qui représente un poids de 3 tonnes. L’épaisseur est de 0,1 mm. Ils sont changés toutes les deux heures environ.
Suivant l’utilisation de la plaque de plâtre, il existe différents types de carton avec des classements au feu de M0 à M1.
Procédé de fabrication :
- À l’aide d’un tapis on place la première plaque de carton, puis on vient étaler le plâtre à l’aide de trois sorties.
- Le plâtre est préalablement mélangé avec de l’eau dans un malaxeur et sa température est maintenue à 70 °C.
- Le deuxième carton est ensuite posé et on laisse la plaque sécher.
- Enfin, après refroidissement, les plaques sont coupées aux dimensions voulues, puis elles sont stockées sur des palettes de manutention.
Notes et références [modifier]
- Masse molaire calculée d’après Atomic weights of the elements 2007, sur www.chem.qmul.ac.uk.
- http://www.creargos.com/articles/338/581/le-platre-et-la-resistance-au-feu.htm
- Une vie de plâtre, bulletin de l'union des physiciens n°790
- http://www.terrevivante.org/203-le-platre.htm
- Pline l'Ancien, Histoire naturelle, XV, 18, 4 ; XX, 39, 1
- Pline l'Ancien, Histoire naturelle, XV, 18, 5
- Pline l'Ancien, Histoire naturelle, XIV, 24, 1; 25, 5 et XXIII, 24, 2
Voir aussi [modifier]
Articles connexes [modifier]
- Lexique du plâtre
- Liant
- Anhydrite
- Gypse
- Calcaire
- Chaux
- Enduit
- Tadelakt
- Gypserie
- Plâtre chirurgical
- Plâtrière
Bibliographie [modifier]
- G. Rondeau, S. Rondeau et M. Pons, Techniques et pratique du staff, Éditions-Eyrolles.com
- J. Festa, Techniques et pratique du plâtre, Éditions-Eyrolles.com
- J. C. Bidaux, Plâtre : murs, formes et volumes, Éditions-Eyrolles.com
- L'Encyclopédie des métiers : la plâtrerie, le staff et le stuc, édition les Compagnons du Devoir, librairie-compagnons.com
- Georges Barthe (dir.), Le Plâtre, l'art et la matière, colloque de Cergy-Pontoise, Groupe de recherche sur le plâtre dans l'art, Créaphis, 2002, www.grpa.fr.st
- Collectif, "Gypseries, gypiers des villes, gypiers des champs", colloque de Digne-les-Bains, Créaphis, 2005
- Vincent Farion, Si la carrière m'était contée. La plâtrière et les usines Lambert, le quartier et ses habitants à Cormeilles-en-Parisis (1832-2008), édition Musée du Plâtre, 2008. www.museeduplatre.fr
- Jacques Hantraye, L'Ascension de la famille Lambert de Cormeilles-en-Parisis; Volume 1 : Aux origines de la pluriactivité (vers 1650-1836), édition Musée du Plâtre, 2007. www.museeduplatre.fr
- Jacques Hantraye, L'Ascension de la famille Lambert de Cormeilles-en-Parisis; Volume 2 : Les mutations de l'exploitation agricole et l'essor de l'activité platrière (1836-1882), édition Musée du Plâtre, 2008. www.museeduplatre.fr
