La technique du moulage par coulage est très utilisée, il est donc essentiel de la comprendre et savoir la décrire. Dans de très nombreuses annales (presque toutes !), des questions sont posées à ce sujet. Voilà un QUIZZ pour tester vos connaissances !
Voilà des questions d'annales s'y rapportant :
- Faites un schéma légendé de la technique choisie. (EP1A 2003)
- A l'aide d'un croquis légendez, décrivez le procédé de façonnage par coulage. Comment améliorer une barbotine pour l'utiliser en coulage ? (EP1A 2004)
- Quel procédé choisir, autre que le tournage, si on veut faire 500 pièces ? Décrire son déroulement (EP1A 2009)
- Décrire le principe, les outils et le matériel nécessaire, ainsi que les phases de production d'une pièce par moulage par coulage. (EP1A 2019)
>> Remarque importante sur la construction du sujet EP1A ! <<
En étudiant la structure de la partie Technologie des sujets EP1A, on se rend compte que le sujet suit toujours la même logique ! Il est important de le comprendre, car l'ordre des questions incite le candidat à orienter sa réflexion dans une certaine direction, pour éviter le hors-sujet dans les questions ouvertes comme "Quelle technique est la plus appropriée pour… ? Décrivez-la."
1/ Le client veut que vous fassiez tel objet, en faïence. Ce choix est-il le bon et pourquoi ? (> non, car il y a des problèmes d'étanchéité)
2/ Quelle autre terre lui proposeriez-vous et pourquoi ? (> grès ou porcelaine)
3/ Finalement, le client opte pour le grès ou la porcelaine. Il voudrait que vous lui fassiez 500 bols. Quelle technique est la plus appropriée ? (> le moulage par coulage !) La décrire.
4/ Quelques questions techniques sur le séchage, le défauts de fabrication, l'émail, les fours, les maladies professionnelles …
~ Généralités ~
La technique du moulage par coulage est largement utilisée, car permet de reproduire à l'identique une pièce dont on possède un moule.
Le moule est en plâtre, qui est fabriqué à partir de gypse, une roche calcaire. Il peut se développer du salpêtre sur sa surface.
> Explication chimique de la formation du salpêtre : On utilise le moule en plâtre (CaSO4) pour du coulage, donc un met de la barbotine à l’intérieur. La barbotine est de la terre liquide, donc contient du feldspath par exemple, dans lequel on trouve toutes sortes d’éléments, y compris du potassium K et de l’azote N. Après utilisation du moule, celui-ci reste un peu humide, et cette humidité a infiltré l’épaisseur. Par capillarité, les éléments chimiques contenus dans la barbotine remontent à travers le plâtre, et, le moule séchant, se recristallisent de l’autre côté, formant du salpêtre de formule KNO3. On peut donc dire que le salpêtre est l’efflorescence sous forme de sels, d’ions inclus dans la barbotine de coulage.
Il convient donc de nettoyer le moule avant utilisation. En effet, le salpêtre comporte des dangers pour la santé : allergies et pathologies respiratoires. Il nuit aussi à la qualité des pièces coulées. Après une cinquantaine d'utilisations du moule, il faut le remplacer : il comporte des traces d'usure (ce qui fera des défauts sur la pièce coulée) et risque de laisser des particules de plâtre dans la terre (ce qui formera un point de chaux, cf. cet article sur les défauts de fabrication).
Les étapes du moulage par coulage sont :
- Préparation des moules et de la barbotine de coulage
- Coulage
- Suivi et démoulage
- Perçage, découpage
- Finitions, retouches
~ Préparation ~
La préparation est une phase importante, car elle va déterminer la qualité du coulage. Les propriétés physiques du plâtre utilisé pour le moule et de la barbotine de coulage sont importantes. De nombreux paramètres influencent la vitesse de prise, la viscosité de la barbotine, sa fluidité, … Le principe du moulage par coulage est de mettre en contact une barbotine avec un moule en plâtre, qui va absorber l'eau contenue dans la barbotine (par capillarité), conduisant à la formation d'une croûte de terre sur la paroi du moule.
>> Préparation du moule
Pour fabriquer le moule d'un objet, il faut déjà en avoir un prototype. Il faut alors bien l'observer pour concevoir le moule. La ligne de dépouille de l'objet correspond à la ligne jusqu'à laquelle l'objet peut être enfoui dans une masse rigide, sans y rester prisonnier et sans être abimé lorsqu'on l'en enlève. Par exemple, la ligne de dépouille d'une sphère est son équateur ; et celle d'une tasse avec anse est celle qui passe par son axe de symétrie.
Selon la géométrie de la pièce, il est parfois nécessaire de faire un moule en plusieurs parties, afin de s'adapter aux contre-dépouilles. C'est notamment le cas si on fait une statue : on peut même mouler les parties séparément et les assembler ensuite. Une pièce en dépouille est une pièce qui se démoule facilement. Par exemple, lorsqu'on fait un flan ou un kougelhopf, le moule est un peu plus large à la base qu'au fond, ce qui permet de démouler facilement. Une contre-dépouille est une partie de la pièce qui s'oppose à son démoulage, de par son angle. Si on voulait démouler l'objet, il faudrait casser le moule. Pour reprendre une comparaison culinaire, un gros pot de nutella est en contre-dépouille, ce qui rend difficile le "démoulage" de toute la pâte. Cependant, si on pouvait ouvrir le pot selon l'un de ses axes de symétrie (vertical), il serait en dépouille et on pourrait le démouler facilement. On comprend donc qu'une manière facile d'éviter les contre-dépouilles est de fabriquer un moule qui s'ouvre selon un axe de symétrie de l'objet. Il faut aussi prendre en compte l'angle des arêtes.
Un moule est donc en minimum 2 parties, et en comporte autant que nécessaire pour que l'objet se démoule bien. Pour que les différentes parties du moule s'emboitent bien et restent jointives, on fait une bosse (= le tenon) sur une partie, qui s'emboite dans un creux (= la mortaise) de l'autre partie. Cela empêche que les surfaces ne glissent l'une sur l'autre. De plus, on serre les parties du moule avec des élastiques avant de le remplir de barbotine, car celle-ci va exercer une force de pression qui peut faire ouvrir le moule !
Par ailleurs, il faut bien prendre en compte le retrait de séchage et de cuisson, donc avoir conscience que l'objet final sera plus petit que celui qu'on a moulé !
On peut alors commencer la fabrication d'un moule. Voici quelques sources en images pour bien comprendre :
- Toutes les étapes sont présentées dans cet article très bien fait
- La fabrication du faux-moule est présentée ici très clairement, avec de jolis dessins !
- Cette vidéo passionnante (36 min) l'explique de manière très détaillée (ainsi que toutes les autres vidéos de ce monsieur, cf sa chaîne Youtube !). Comme dans cette autre vidéo (à partir de 5 min 54), la personne explique qu'on fabrique d'abord le faux moule, puis le moule-mère, et enfin le moule de production. Je n'expliquerai pas les étapes en détail, c'est en regardant les vidéos que vous comprendrez mieux !
>> Pourquoi en faire 3 (un en négatif, puis un en positif, et enfin en négatif) et ne pas s'arrêter au faux-moule, qui est en négatif comme on a besoin ? Le moule-mère est un "moule à moules de production", il représente l'objet en positif, i.e. comme s'il était posé dessus. On peut alors fabriquer autant de moules de production qu'on veut, à partir du moule-mère. Alors qu'avec le faux-moule, on ne peut pas fabriquer directement d'autres moules. L'intérêt de faire les 3 est donc de posséder plusieurs moules de production. En effet, dans une entreprise de céramique, on doit fabriquer les objets en série et en une durée limitée (car les collections se suivent, on ne fabrique pas les mêmes objets en été et en hiver par exemple, sans compter les collections spéciales Noel ou Pâques !). On va plus vite avec plusieurs moules plutôt qu'un. Et en plus, l'usure des moules nécessite de pouvoir les remplacer, on a donc besoin d'un moule à moules (le moule-mère).
Notez aussi qu'on rabote (c'est-à -dire qu'on râpe) les arêtes du moule en plâtre, afin de le rendre plus solide et de faciliter sa manipulation : on appelle cela faire des chanfreins. De plus, le moule comporte un entonnoir de coulée (ou cheminée), qui permet de le remplir et de faire réservoir pour la barbotine, car son niveau va diminuer.
>> Préparation d'une barbotine de coulage
Les paramètres physiques de la barbotine de coulage sont importants, en en particulier sa densité, sa viscosité apparente et sa thixotropie.
La densité de la barbotine est le premier paramètre important. Elle est égale au rapport (= division) entre sa masse volumique et celle de l'eau, exprimés dans la même unité (grammes par litre, par exemple). C'est donc une grandeur sans unité. On rappelle que la masse volumique d'un corps est égale au rapport de sa masse par son volume. Pour la mesurer, on prend par exemple un litre de barbotine (i.e. un volume de 10 décimètre-cube, soit un cube de 10 cm de côté), qu'on pèse (en tarant la balance au préalable). La masse volumique de la barbotine sera alors égale à cette masse en grammes divisée par 1 (pour un litre). Donc sa densité sera égale à (masse volumique de la barbotine, en g/L) divisé par (masse volumique de l'eau, = 1000 g/L, car un litre d'eau pèse 1kg soit 1000 grammes).
> Plus la densité de barbotine sera élevée, plus il y aura d'argile dedans, donc une barbotine très dense contient peu d'eau. C'est une propriété que l'on recherche, car un excès d'eau sature les moules en plâtre, et cela a des conséquences néfastes sur le coulage. Donc on va essayer d'avoir une barbotine de densité la plus élevée possible, tout en optimisant les autres paramètres. Cela a aussi pour conséquence d'augmenter la tension superficielle de la barbotine, évitant la tache de coulage.
La viscosité apparente de la barbotine est le 2e paramètre physique important.
L'ajout de défloculants (carbonate de sodium Na2CO3, silicate de sodium Na2SiO3), aussi appelés dispersants, permet de diminuer la viscosité de la barbotine sans ajouter trop d'eau. En dispersant les particules dans le solvant, celle-ci est stabilisée vis-à -vis de la sédimentation, c'est-à -dire que les particules d'argile ont moins tendance à tomber au fond du récipient. Une barbotine défloculée est dite "stable". Un défloculant est un électrolyte, il crée une répulsion électrostatique entre les particules de la suspension, leur permettant de rester à distance et donc d'occuper toute la solution. On ajoute le défloculant dans la barbotine en l'agitant rapidement, afin qu'il s'y disperse vite.
> Cependant, un excès de défloculants a un effet négatif sur la qualité de la solution, car si jusqu'à un certain pourcentage de défloculant ajouté, la viscosité diminue, elle augmente par la suite. Il faut donc trouver la juste dose. Un trop grand pourcentage de défloculant rend le temps de prise plus long. En croisant les sources, je retiens que 0.3 % de défloculant est un pourcentage optimal pour une barbotine.
Si on laisse la barbotine reposer sans agitation, elle va figer car c'est un fluide thixotrope : c'est le 3e paramètre à surveiller. Cela veut tout simplement dire qu'au repos, elle se comportera plutôt comme un solide, et que sous l'effet de contraintes mécaniques (si on la mélange), elle se comportera à nouveau comme un liquide. (Pour les plus physiciens d'entre vous, on dit que sous un gradient de vitesses contant, sa viscosité apparente diminue au cours du temps). Les sables mouvants, le yaourt et la peinture sont aussi thixotropes : c'est par exemple pour cela que certaines peintures, sous forme de gel sur le pinceau, se liquéfient quand on frotte le pinceau sur le support. De même pour un yaourt, figé lorsqu'on ouvre le pot, puis liquide quand on le mélange.
> En ajoutant à la barbotine le pourcentage de défloculant optimal, on a un niveau de thixotropie plutôt faible. En effet, la thixotropie est la propriété d'un liquide qui se fige lorsqu'il n'est pas agité (viscosité qui augmente, donc). Une barbotine défloculée se fige donc peu lorsqu'elle n'est pas agitée, c'est pour cela qu'on dit qu'elle est "stable" : elle reste dans le même état. Cependant, il ne faut pas que la thixotropie soit trop faible, car sinon la prise sera trop lente, et la pâte sera cassante. Si la thixotropie est trop élevée, la prise est plus rapide mais la pièce, trop molle, est difficile à démouler.
>> Voici un résumé des différentes propriétés d'une bonne barbotine de coulage :
Le mélange des ingrédients pour faire la barbotine de coulage y introduit des bulles d'air. Il faut alors absolument les éliminer, car elles créeront inévitablement des défauts. Pour cela, on pourrait croire qu'il suffit de laisser reposer la barbotine, et que les bulles vont remonter toutes seules. Il n'en est rien : pour faire remonter les bulles, on maintient une faible agitation dans la barbotine. Cela est du à sa thixotropie.
>> Savoir faire un schéma du moulage par coulage
Sources :
- Thèse à la faculté de Limoges
- Thèse aux Mines de Paris
- cet article
- ce livre
- ce catalogue
~ Coulage ~
> De manière générale, j'ai découvert ce site, sur lequel toutes les étapes de fabrication d'un ours polaire par coulage sont présentées. J'apprécie la quantité de photos, qui permettent de bien suivre les étapes !
L'étape de préparation est maintenant terminée : le moule et la barbotine sont prêts. Il est temps de commencer l'étape de coulage. Il y a trois techniques à connaître pour le CAP : le coulage en creux (qu'on appelle aussi "avec revidage", ou "en revidé", ou encore "à ciel ouvert"), le coulage entre deux plâtres et le coulage mixte. Vous pouvez voir quelques photos de bonne qualité de moules ouverts ici : cela peut vous aider à comprendre le principe. Le très bon livre de l'Institut de céramique française propose des schémas clairs de ces techniques, je vous invite donc à la consulter aux pages indiquées en rose.
Le coulage en creux consiste à remplir le moule jusqu'au bord supérieur de la bride de coulage, qui sert de réservoir à barbotine. Il est très important de le remplir avec un débit constant, sinon des défauts seront visibles sur la face extérieure de la pièce ! De plus, pour éviter une usure accélérée du moule, on verse la barbotine en faisant tourner le moule sur lui-même (posé sur une tournette) : le point d'impact n'est ainsi pas toujours le même. On attend que la barbotine prenne, et qu'il se forme une croûte d'épaisseur assez importante pour que le moule puisse être vidé. Ces étapes sont dessinées p.158.
Le coulage entre deux plâtres, dessiné p.161, consiste à mouler les deux côtés de la pièce par contact avec un plâtre. La vitesse de prise est plus rapide (divisée par deux par rapport au coulage en creux), les pièces sont plus solides, l'aspect intérieur est propre, et il y a moins de finitions à faire. MAIS la coulage entre deux plâtres se prête mal aux pièces en contre-dépouille, car il est plus délicat de sortir une pièce de son moule si elle est bloquée des deux côtés par un moule.
Le coulage mixte, dessiné p.161, permet d'allier les qualités du coulage entre deux plâtres et de revidage, malgré les contre-dépouilles de la pièce. MAIS il crée des différences d'humidité entre les parties de la pièce, ce qui peut entrainer des défauts au démoulage puis au séchage.
Cette page répertorie quelques défauts qui peuvent apparaître. Ils peuvent être liés à une thixotropie trop basse ou trop haute, une viscosité trop basse ou trop haute, ou à la manière dont on a coulé la pièce. Par exemple, le défaut de la tache de coulage me fait penser à la cuisson de pancakes (industriels), car lorsqu'on les retourne (côté "moule", donc) on voit qu'il y a une tache au centre. La tache de coulage est due à la forte concentration de particules fines autour du jet de barbotine, entrainant une différence de porosité et donc de couleur après émaillage.
~ Suivi et démoulage ~
La durée d'attente après coulage de la barbotine dépend du type de terre. Elle peut aller jusqu'à quelques heures, voire une nuit entière. On renverse alors le moule (coulage en creux), et on le maintient légèrement incliné pendant quelques minutes, afin que la barbotine excédentaire s'écoule. Ensuite on coupe la cheminée, puis on ouvre le moule très délicatement, dans le sens de dépouille des volumes. Il faut aussi être vigilant au retrait que prend la pièce après le vidage de la barbotine, car il pourrait l'endommager.
~ Perçage, découpage ~
Après l'étape du démoulage, il faut enlever les parties en trop.
On peut aussi avoir besoin de percer ou découper la pièce, par exemple si c'est le corps d'une théière, il faut percer des trous pour que la liquide puisse s'en écouler. Il peut aussi être utile de découper, ici le bec verseur de la théière, pour qu'il s'adapte parfaitement à la courbure du corps de la théière.
~ Finitions, retouche ~
On termine la pièce en grattant au couteau pour enlever les coutures, qui correspondent aux lignes de jonction entre les différentes parties du moule.
Voilà donc cet article sur le moulage par coulage ! Je réinsiste sur le fait qu'il soit important de maîtriser cette technique pour la CAP, il y a souvent des questions s'y rapportant.
Voici un QUIZZ pour que vous testiez vos connaissances : revenez vite !