Plâtre

vignette|291x291px|Intérieur confectionné ou décoré à base de plâtre.

Le plâtre est un matériau de construction à propriétés isolantes ou ignifuges, fabriqué industriellement à partir de la matière première rocheuse qu'est le gypse. Le terme désigne, dans la pratique, soit la poudre ou matière poudreuse industrielle de départ (le plâtre sec à aviver), soit la pâte constituée d'un mélange de poudre et d'eau à employer (le plâtre prêt), soit le matériau compact, par exemple sous forme de plaques, voire le revêtement de plâtrage ou l'enduit poséPar métonymie, le terme « plâtre » désigne en médecine traumatologique ou orthopédique une immobilisation forcée d'un membre fracturé. Sur les autres significations du terme, lire la définition du Trésor de la Langue Française sur son site.

Les corps chimiques ioniques qui constituent ordinairement la poudre sèche de plâtre sont en réalité diverses formes complexes produites par la déshydratation thermique du gypse, à base d'hémihydrate de sulfate de calcium de formule , et/ou d'anhydrite ou sulfate de calcium anhydreLa bassanite ou l'anhydrite III réagit rapidement avec l'eau – de formule chimique H2O. Le plâtre était autrefois considéré comme un sulfate de chaux, en partie asséché.. Après gâchage à l'eau, cette poudre incolore à blanche, parfois jaune-pâle ou brune, permet l'obtention d'un matériau blanchâtre relativement dur après séchage, correspondant au gypse reformé qui n'est que du sulfate de calcium dihydraté, de formule . De nombreux adjuvants ou additifs, y compris des charges, pigments et colorants, peuvent aussi entrer dans la composition du plâtre.

Fabrication du plâtre Le plâtre est un mélange pulvérulent préparé, depuis les temps antiques, à partir de la calcination du gypse, roche sédimentaire rassemblées en masses énormes d'évaporites, appelée autrefois pierre à plâtre ou pierre des plâtrières que l'on retrouve parfois 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.

Les trois étapes cruciales sont :

le broyage du minerai de gypse dans une machine à concasser ;

la calcination, pour obtenir des matières (micro)cristallines par chauffage et réactions de déshydratation parfois sévères ; la réduction en poudres fines dans un moulin. L'expression battre comme plâtre signifie réduire en poudre ou pulvériser le produit de calcination ou plâtre cuit à l'aide d'un broyeur.

Exploitation des mines de gypse (pierre à plâtre)

Les carrières de gypse peuvent être exploitées 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, 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.

Résumé de sa fabrication industrielle, avec l'étape-clef : la cuisson ou calcination Sa fabrication aujourd'hui industrielle nécessite plusieurs étapes minimales : 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 . 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 droit rotatif 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). Selon les variétés locales, la poudre gypseuse était cuite à au moins . Ce four permet de faire remonter le gypse cuit par le haut du four, tandis que les impuretés plus lourdes, restent au fond. D'autres types de four existent (four-culée, four droit, four marmite, sur-cuiseur, autoclave, etc.) qui donnent différentes qualités. Après refroidissement à il devient du semi-hydrate (le gypse a perdu une molécule d’eau et demi). Les conditions opératoires restent complexes : selon la température du four et sa conception, apparaissent des phases de cristallinité variables, en nature et en proportions, dans le mélange : de 121 ou 132 °C à environ 150 °C, l'hémihydrate est le produit principal. Vers 200 °C, l'anhydrite soluble s'impose. Un chauffage limite vers 200 °C, avec différents paliers, donne une solution solide hexagonale qui correspond grosso modo aux premiers travaux des chimistes français pour concevoir le plâtre de Paris, soit un plâtre d'hémihydrate β mais ce matériau de faible résistance mécanique demeure un solide microporeux avec plus ou moins d'anhydrite soluble pour faciliter la prise. Si on chauffe à environ 400 °C, de l'anhydrite insoluble est obtenue. Il est alors possible, à ce stade, de préparer diverses phases cristallines qui seront utilisées pour formuler un plâtre idoine. L'ensemble des diverses préparations peut être réhydraté à 25 °C. le traitement en autoclave permet d'obtenir du plâtre d'hémihydrate α, une variété microcristalline qui, soumise à réhydratation, confère au matériau plâtre consolidé une résistance mécanique élevée, souvent supérieure à 30 MPa. Le plâtre est ensuite formulé, c'est-à-dire que les différentes variétés (micro)cristallines d'hémihydrates et d'anhydrites sont mélangées 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 des colorants des additifs divers, etc.

On comprend alors facilement qu'il existe un grand nombre de variétés, adaptées chacune à un usage. Par exemple, la qualité spéciale des plâtres de mouleurs exigeait autrefois une calcination modérée de plaques de gypse grenues et tendres, bien sélectionnées, dans des fours chauffés a minima au rouge-brun.

Cas du plâtre de récupération 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 utilisable dans la construction de bâtiments ou l'industrie (fabrication de moules, etc.) ; Très résistant, il peut toutefois être source de problèmes de corrosion, de l'acier notammentVerdu, P., Garcés, P., & Climent, M. A. (1997). Metallic corrosion in contact with synthetic gypsum pore solutions and gypsum. ZKG international, 50(6), 340-345 (résumé Inist-CNRS). lorsqu'en contact avec certains métaux.

Conservation et test 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 la solidité une fois durci.

Vocabulaire Le feutrage est la prise du plâtre. La formation de cristaux fins et enchevêtrés en aiguilles dures de gypse explique l'augmentation de volume tout en permettant des montages.

Le gâchage est l'opération qui consiste à mélanger soigneusement le plâtre à l'eau jusqu'à obtenir une substance consistante, crémeuse et douce.

Le plâtre désigne autant la matière minérale fabriquée par l'industrie, que la préparation de l'artisan plâtrier, par exemple pendant ou après gâchage. Il correspond ainsi au crépissage et à son résultat par l'application, à tout ouvrage moulé, de quelques formes que ce soit ou même à une statue, un buste ou une œuvre de sculpteur. Le pluriel est le plus souvent employé pour de légers ouvrages en plâtre, incluant les revêtements des murs neufs. Comme la matière humide peut être salissante, l'expression « essuyer les plâtres » se comprend aisément.

Usage du plâtre Les applications sont très variées : enduits, scellement ou chape, mortiers, moules et matière de moulages, éléments de construction, comme des plaques ou des structures isolantes à parois plâtre, carreaux, carreaux de cloisons, cloisons, revêtement de maçonnerie intérieure, murs, etc. mais aussi usages médicaux spécifiques : moulage de maintien des os fracturés, plâtre chirurgical, consolidation de bandage, etc.

Elles expliquent la grande diversité des plâtres accessibles sur le marché. Autrefois, le plâtre avait un usage agricole assez importantL'usage œnologique, dénommé également plâtrage, implique le sulfate de potassium, matière minérale qui était ajouté de l'ordre de 1 à 2 g par litre aux moûts de raisin vendangé ou aux vins, pour les clarifier ou en augmenter l'acidité. Ce procédé de plâtrage, à effet laxatif et irritant, sur la boisson a été remplacé par diverses phosphatations.. Le plâtre cru ou le plâtre cuit, parfois en mélange, étaient employés comme amendement dans les prairies artificielles, parfois à hauteur de 400 à 500 kg par hectare, bien plus rarement sur les autres terres arables.

Fabrication d’une plaque de plâtre

La chaîne de fabrication des plaques de plâtre s'étale sur 350 à , 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 enveloppées de deux plaques de carton qui prennent le plâtre en sandwich.

Le carton utilisé dans la fabrication des plaques est livré en rouleaux de , ce qui représente un poids de . L’épaisseur est de . 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 : Le plâtre est préalablement mélangé avec de l’eau dans un malaxeur et sa température est maintenue à .

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 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.

Plâtres de sculpture

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 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.

Certains plâtres sont proposés déjà teintés : couleur chair, bis, imitant la pierre ou d'autres matières. On peut également employer des colorants : de la gouache ou tout colorant acrylique, à ajouter uniquement à l'eau.

Mise en œuvre dans le bâtiment et l'ornementation Dans le domaine de la construction des bâtiments, la mise en œuvre du plâtre est réalisée par différents métiers du bâtiment : Plâtrier Stucateur Gypsier Staffeur (de staff, élément de construction à base de plâtre moulé et fibré) Plaquiste

Propriétés du plâtre Les propriétés du matériau plâtre après consolidation imposent une résistance en compression de l'ordre de 10 MPa.

Le plâtre offre une souplesse qui a permis aux bâtiments de traverser les siècles, Le plâtre est un matériau ignifuge.

Résistance au feu