La production de plâtre

      Introduction

En retirant une partie de l'eau contenue dans le gypse d'origine,on obtient toute une gamme de produits.Cette transformation est à la base des industries de production du plâtre!Ces produits,appelés tous des plâtres,présentent des formulations chimiques intermédiaires entre celles des deux états naturellement stables: le CaSO₄.2H₂O et l'anhydrite CaSO.Les plâtres en se réhydratant,font prises et durcissent pour redonner un sulfate de calcium bihydraté,assez proche du plâtre sus-indiqué.Donc le mot secret ou l'approche théorique est hydratation-déshydratation.
Comme tels,les principes théoriques paraissent simples.Mais en fait,la fabrication de produits finis de plâtre est beaucoup plus complexe que ne laisse suggérer l'approche théorique.
En effet,la matière première provient d'une carrière que la nature lui a prodiguée des caractéristiques de gisement propres à elle;chaque mode de traitement et plus particulièrement chaque type de cuisson influe sur la qualité du produit final .La courbe,arrêtée ici au-dessus de 250°C,présente 02 paliers caractéristiques.La 1ère pente correspond au chauffage de l'installation et au chauffage de la masse gypseuse puis survient le premier palier qui caractérise la déshydratation primaire.A ce stade,le gypse se transforme en semi ou plus exactement en hémihydrate de formule CaSO₄.½H₂O,en perdant plus de 70 % de son eau initiale,dite de constitution. C'est le premier bouillon! Une fois cette réaction terminée,le bouillonnement cesse et la température de la masse du plâtre remonte:c'est la seconde pente qui va consommer ce qui reste de l'eau,soit 30 %.A partir de ce stade,d'autres composés de plâtre vont naître. Ces composés sont bien sur déshydratés,sans eau.Le premier est dit anhydrite III,appelée encore anhydrite soluble en raison de son extrême avidité pour l'eau; il est instable en présence d'humidité atmosphérique d'où des problèmes pour son stockage.Cette dernière réaction achevée,la température s'élève:l'anhydrite III se transforme en anhydrite II ;ce dernier est appelé anhydrite insoluble ou surcuit.Ainsi,en poussant la cuisson jusqu'à 1400 °C et en faisant varier la pression de vapeur dans l'enceinte de cuisson,on met en évidence 06 phases principales dans le systèmeCaSO.2HO.

      Le gypse

Le gypse est cristallisé en un système monoclinique.Il se présente au niveau moléculaire en une structure feuilletée qui alterne 2 couches de sulfate de calcium avec une couche d'eau.Le gypse sec fixe ainsi 20,93 % de son poids en eau. 

      Les hémihydrates

On les appelle indifféremment hémihydrates ou demihydrates,de formuleCaSO₄.2H₂O.Ils cristallisent dans le système rhomboédrique.L'hémihydrate sec conserve encore 6,2 % de son poids en eau,selon certains auteurs.La réalité ne serait pas aussi simple et la teneur en eau varierait dans la limite de 0,15 à 0,66 %. La formule ½H₂O ne serait alors qu'un cas particuler de "solution solide" d'insertion d'eau dans le sulfate de calcium anhydre.Il existe deux variétés principales d'hémihydrates:la variété α et β On obtient la variété α en cuissant le gypse à des pressions supérieures à la pression atmosphérique (dans des autoclaves) de façon à ce que l'eau s'élimine sous forme liquide. La variété β est obtenue de la même manière mais à la pression atmosphérique;l'eau s'élimine à l'état de vapeur sèche.C'est donc cette dernière qui est de production plus aisée,par contre les caractéristiques mécaniques de la variété α sont meilleures.
En nonobstant toute modification de prise,l'hémihydrate gaché dans l'eau se transforme en gypse à 95 %,en environ 30 minutes;l'hydratation est complète en moins de 2 heures.Les hémihydrates sont les plâtres dont la fabrication est la plus aisée,les caractéristiques mécaniques finales des produits obtenus sont comparables à celles qui résulteraient de l'utilisation des autres phases du système CaSO₄.2H₂O,la différence essentielle concerne la durée de prise;plus le plâtre est cuit ou surcuit moins il prend rapidement.Ce phénomène est appelé la réactivité du plâtre.Dans le passé,on ne savait pas comment ralentir la prise du plâtre autre qu'en introduisant une certaine quantité de surcuit mais désormais,la vitesse de prise est plutôt maîtrisée grâce à   l'emploi d'adjuvants d'origine chimique.Mais cette opération revient beaucoup plus chère et de ce fait,l'industrie moderne tend à fabriquer exclusivement des semihydrates.
       
      L'anhydrite III ou anhydrite soluble

Ce produit est considéré comme une étape intermédiaire dans la transformation des hémihydrates en anhydrite II;on peut en effet difficilement observer cette phase. D'une part,les températures industrielles nécessaires à la formation de l'anhydrite III sont de l'ordre de 180 °C en produisant de faibles quantités d'anhydrite II et d'autre part, l'anhydrite III se transforme très rapidement en semihydrate au contact de l'humidité de l'air.
L'anhydrite cristallise dans un système hexagonal,sa formule est CaSO₄.nH₂O où n est compris entre 0,06 et 0,11 ce qui signifie que l'anhydrite III fixe une quantité faible d'eau.L'anhydrite III est dite soluble en raison de son instabilité c'est-à-dire de son extrême avidité d'eau atmosphérique.Le processus de retransformation de l'anhydriteIII en hémihydrates est appelé réversion.Cette activité est à contrôler car l'anhydrite III est un puissant accélérateur de la prise de plâtre,chose qui n'est pas systématiquement désirée:gachez avec l'anhydrite III fait prise en quelques minutes;c'est le plâtre le plus réactif.

      L'anhydrite II,dite surcuit ou anhydrite insoluble

L'anhydrite a pour formule CaSO₄  ;elle cristallise dans un système rhomboédrique.L'anhydrite II appelé courament surcuit est produite industriellement à des températures varaiant de 300 à 700°C.L'anhydrite II est également appelée insoluble car sa cinétique d'hydratation est lente,d'autant plus lente qu'elle a été obtenue à des températures élevées.Au laboratoire,on considère conventionnellement qu'un surcuit est actif lorsqu'il est complètement hydraté après un séjour de 7 jours dans l'eau liquide.
Au-delà de 700°C,on parle de plâtre "cuit à mort";le produit ne s'hydratant que très lentement,parfois en plusieurs mois.
L'anhydrite I,de formule CaSO₄est obtenue par cuisson aux environs de 1200 °C mais cette phase n'est pas stable aux températures ordinaires car elle se transforme en anhydrite II en refroidissant au-dessous de 1200°C.

      La décomposition

Au-delà de 1400°C,l'anhydrite se dissocie en CaO (chaux vive) et SO₃c'est ce qui se passe dans certains fours artisanaux,à la surface des pierres à gypse (dite Gara à Oued Souf) qui forme la base du foyer (température très élevée),on remarque un produit d'une blancheur éclatante:c'est la chaux vive.Il est à remarquer que ce produit mélangé aux bétons de ciment à 1/4 et 3/4 donne une étanchéité imperméable.

    Pratique de la cuisson

La déshydratation des gypses est donc fonction de la température,de la durée de cuisson,de la présence ou non de diverses impuretés,de la granulométrie mais également d'autres paramètres comme la pression de la vapeur  d'eau.
La cuisson sous pression atmosphérique est dite cuisson par voie sèche:c'est la plus courante;elle conduit à la fabrication d'hémihydrate pour des températures inférieures à 200°C et de surcuit au-dessus de 350°C.
La méthode par voie sèche regroupe la majorité des procédés de cuisson utilisés pour produire des plâtres courants à utiliser dans la préfabrication ou la construction.
La cuisson sous pression de vapeur d'eau saturante est dite cuisson par voie humide;elle conduit à la production de l'hémihydrate utilisé dans la fabrication des plâtres spéciaux ,pour la prothèse dentaire et autres produits de précision.

      Broyage

Après cuisson et refroidissement,le plâtre doit généralement être broyé et tamisé de façon à acquérir les caractéristiques granulométriques usuellement attendues des différentes catégories de plâtres .La granulométrie de la majorité des différentes catégories est normalisée.Le gros plâtre de construction,employé par exemple pour dresser la 1ère couche d'enduit manuel de maçonnerie doit présenter 5% à 20% de refus au tamis 0.8 mm,20 à 40% au tamis 0.4mm.
De même le plâtre fin de construction employé employé comme couche de finition doiit présenter moins de 2% de refus au tamis 0.8 mm,moins de 15% à celui de 0.4 mm et moins de 35 % à celui de 0.2