63
Couleurs céramiques Philippe Boch

Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Couleurs céramiques

Philippe Boch

Page 2: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Céramiques ?

1 - Composés céramiquesInorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalenteMonocristal ou polycristal, voire phase amorpheEx : alumine Al2O3 (corindon)

2 - Matériaux céramiquesComposés céramiques traités par techniques céramiquesEn général : polycristal polyphasé et zones amorphesEx : alumine dopée MgO, grains fins, frittée dense3 - Objets céramiquesDesign + matériaux : fonctionnalités selon cahier des chargesSouvent : multimatériauxEx : tesson de faïence recouvert d'un émail décoré

Page 3: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

1 - Couleurs des composés céramiques

Rejoint la couleurdes minéraux et des verres

Page 4: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Six origines de bleu des minéraux1. beryl maxixe (centres colorés)2. spinelle bleu (Co, champ de ligandes)3. spinelle "doublet" (incolore mais couche colorant organique)4. shattuckite (composé de Co)5. saphir bleu (transfert de charge Fe-Ti)6. lapis lazuli (transfert de charge anion-anion S3

-)

K. Nassau The physics and chemistry of color

1 2 3

4 5 6

Page 5: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

K. NassauThe physics and chemistry of color

Alexandrite Emeraude RubisCarbonate de Cr Chlorure de Cr Oxyde de Cr

Chromate de potassium Dichromate d'ammonium

Couleurs dues au chrome

Page 6: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Rubis : Al2O3:Cr3+ Emeraude : Be2Al2Si6O18:Cr3+ Alexandrite : BeAl2O4:Cr3+

Transitions optiques de Cr3+ en coordinence octaédrique dans le rubis conduisentà absorption dans le violet et le jaune vert ; comme la transmission dans le rougeest très supérieure à celle dans le bleu, le rubis est rouge

Ecart entre t2g et eg : rubis = 2,23 eV, alexandrite = 2,17, émeraude = 2,05 eVAlexandrite : transparence dans le rouge et très forte transparencedans le bleu-vert, d'où changement de couleur selon la lumière

Alexandrite :rougeâtre en lumière artificielle

verte en lumière du jourNiveaux d'énergie, transitions et absorptiondans le rubis et l'émeraude

Page 7: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

2 - Couleurs des matériaux céramiques

Minéraux : en général monocristaux denses et monophasés

Verres : en général denses et microscopiquement monophasés

Céramiques : polycristaux poreux et polyphasés + phases vitreuses

Prise en compte de la microstructure :

quantité et agencement des phases, pores, interfaces

Page 8: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Prise en compte du design, de la présencede plusieurs matériaux et leur architecture

Par exemple : émail et décors

3 - Couleurs des objets céramiques

Page 9: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Couleur des céramiques non silicatées("céramiques techniques")

L'objectif peut êtretransparence et absence de coloration

Page 10: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Céramiques techniques : en particulier oxydes frittés :Al2O3, ZrO2, UO2, MgO-(Al2O3)1+x,3Al2O3-2SiO2, Fe2O3

Coloration due aux éléments de transition, souvent Fe

Diffusion optique due aux pores et interfaces

La transparence réclame :• absence de porosité• indices optiques très proches dans polyphasés• faible anisotropie optique (idéal : cristaux cubiques, car isotropie des propriétés décrites par un tenseur de rang 2)

Page 11: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Alumine frittée incolore et transparente• Incolore : pureté (pas de Fe, Cr...)• Transparente : porosité nulle et anisotropie optique faible

Enveloppe qui confine le plasma dans lampes à vapeur de sodium

500 ppm MgO réduisent la croissancegranulaire et permettent la densification

Al2O3 non dopée

Al2O3 + 500 ppm MgO

Micro-poreuse : translucide

Dense : transparente

Page 12: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Couleurs des céramiques silicatées("céramiques traditionnelles")

CouleurRéflectivité

Translucidité

Page 13: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Céramiques silicatées :composition essentiellement ternaire,en oxydes équivalents et en matières

premières

SiO2 Quartz : SiO2

Al2O3 MxOy

M = Mg, Ca, Fe...

Argiles :kaoliniteAl2O3-2SiO2-2H2O

Feldspath :orthoseK2O-Al2O3-6SiO2

Oxydes équivalents Matières premières

1. argiles plastiques 2. "dégraissant" rigide 3. "fondant" aidant à la cuisson

Page 14: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

A l'âge de pierre : la Vénus de Dolni-Vestonice

~ 26000 av. J.-C.Vénus de Dolni-Vestonice

TchécoslovaquieArgile et cendre d’osCuisson T < 900°C

~ 22000 av. J.-C.Vénus de Kostenki

Rives du DonCalcaire

~ 22000 av. J.-C.Vénus de Willendorf

DanubeCalcaire recouvert

d’ocre rouge

Page 15: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

~ 14000 av. J.C.JaponOdai-Yamamoto

Traces carbonées quiattestent l’emploi pour la cuisson

Page 16: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

7000-6000 av. J.-C.Ain Ghazal, JordanieHauteur : 90 cm

Statuettes de plâtre

Décor : chaux, ocre,charbon de bois, bitumeet dioptase (silicatede cuivre hydraté, vert)

Page 17: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

4000 av. J.-CSuse (Iran)

Terre cuite

Surface décorée

Page 18: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

VIe siècle av. J.-C.Babylone

Briques émaillées

Porte d'Ishtar

Page 19: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

570 av. J.-C.Grèce

Vase "François"Décor Fe3+/Fe2+

Page 20: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Quelques céramiques silicatées

Produits de terre cuite (poteries, tuiles, briques)Cuisson entre 900°C-1160°C, glaçure éventuelle cuite entre 600°C-900°C

Faïence : tesson poreux recouvert d'un émailCuisson du tesson entre 900°C-1230°C, de l'émail ou de la glaçure à T inférieure

Grès céramiques : opaques, colorés, non poreuxCuisson entre 1120°C et 1300°C, avec éventuellement émaillage ultérieur

Porcelaines : translucides, blanches, non poreuses"Dures" (feldspathiques) cuites entre 1350°C-1430°C"Tendres" cuites à T < 1300°C"Bone china" (phosphatiques) cuites entre 1250°C-1280°C

Email : opaque, blanc ou coloréCouverte : transparente, cuite à même température que le tessonGlaçure : transparente, cuite à température inférieure à celle du tesson

Page 21: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,
Page 22: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

La cuisson à haute température conduit à un matériauoù co-existent phases vitreuses, phases cristallisées et pores

Phases cristallisées essentielles :• résidus de quartz (éventuellement transformé en cristobalite) sous forme de cristaux assez gros (50 µm)• mullite 3Al2O3-2SiO2 (aiguilles de qcq. µm)

Aiguilles de mullitedans porcelainecuite à 1400°C

Page 23: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Couleurs des poteries et terres cuites

Page 24: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

L'argile constitue la matière première essentielle(mise en forme grâce à la plasticité de l'argile humide)

Abondance des éléments chimiques dans l'écorce terrestre :O = 47,5% Si = 27,5% Al = 8% Ca = Fe = 4%

Le fer est le principal élément pour la couleur des argilesFe3+ ou Fe2+

Rôle de l'atmosphère de cuisson (oxydante / réductrice)Fours à flamme : excès d'air / excès de combustible

Page 25: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Poteries grecques en rouge et noir

Argile ferrifère cuisant rouge sombreen conditions oxydantesSur la pièce séchée, application sur les zonesdevant être noires d'une barbotine d'argiletrès décantée, donc très fine

Cuisson en trois étapes

1. Cuisson oxydante à 900°C : fer en Fe3+ : la céramique est rouge

2. Tirage réduit et ajout de bois vert : atmosphère réductrice, fer en Fe2+ :

la céramique devient noire

3. Tirage ouvert, la cuisson redevient oxydante : les zones poreuses de la céramique redeviennent rouges, mais les zones recouvertes de barbotine fine sont vitrifiées et non perméables à l'air : elles restent noires

Cratère corinthien à figures noires (600 av. J.-C.) (Le

Louvre)

Cratère attique à figures rouges

(515-510 av. J.-C.) (Le Louvre)

Page 26: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Couleur des produits de terre cuite (poteries, tuiles, briques)

Couleur fonction des ions fer (Fe3+ ou Fe2+), des inhibiteurs (calcium)et des colorants additionnels (manganèse, titane)

Principales phases cristallisées :wollastonite : CaO,SiO2 gehlénite : 2CaO,Al2O3,SiO2 anorthite : CaO,Al2O3,2SiO2

• En cuisson oxydante, une forte teneur en fer conduit au rouge-brun• Une abondance de CaO favorise l'anorthite, donc le jaune• Cuisson réductrice ou haute T mènent à des ions Fe2+: tesson verdâtre à noir• Le fer peut être sous forme d'hématite à 1000°C (rose), dissous dans l'anorthite à 1050°C (jaune), et partiellement réduit à 1100°C (verdâtre)

% massique Al2O3/Fe2O3 < 3 : tesson rouge

% massique Al2O3/Fe2O3 > 3 & < 5 : tesson rose% massique Fe2O3/CaO < 0,5 & haute T oxydante : tesson jaune% massique Al2O3/CaO ~ 1 : couleur très dépendante des ions dissous dans l'anorthite (par ex. Mn donne reflets noirs)

Page 27: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Couleurs des céladons

Page 28: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Pois vert-jaune Soie vert pâle Couleur secrète

Turquoise pâle Vert haricot Bleu céleste

Céladons (porcelaine à tons verts ) chinois

Céladon était le héros de l’Astrée (1610) de Honoré d’Urfé. Les rubans de Céladon

avaient la couleur de ces céramiques qui venaient d’arriver à ParisCuisson oxydante favorise le jaune et cuisson réductrice favorise le cyan

1,5% de fer : vert pâle 2-3% de fer : vert haricot 6-8% de fer : noir laqué

Page 29: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Céladon coréenDécoration incisée sous glaçure

Dynastie Koryo (XIIe siècle) (Musée Guimet)

Couleur due au feren cuisson réductrice

Céladon bleuté (Corée)ou gris-vert couleur de jade (Chine)

Page 30: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Corée, dynastie Koryo(935 - 1392)

Décors sous glaçure

1 - Tracé incisé sur pièce séchée "à l'état de cuir"

2 - Rayures peintes avec barbotines cuisantblanc, brun, noir...

3 - Pièce émaillée puis cuite

Le dessin reste visible à travers la couverte

Page 31: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

A composition donnée, la teintevarie avec la température et l'atmosphère de cuisson

Recuisson de fragments de céladon vert(Chine, dynastie des Song du sud, 1127-1279)

Teinte originale

Cuisson oxydante

Cuisson réductrice

Page 32: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Microstructure d'un céladon coréen du XIIe siècle

Interface couverte-tesson

Couverte plus vitrifiée que tesson carteneur accrue en fondant (CaO)

La réduction de Fe2O3 en Fe3O4 libèredu gaz qui reste emprisonnéà l'interface : bulles d'air etinclusions cristallisées diffusent la lumière

A

B

A B

Aiguillesd'anorthite

CaO,Al2O3,2SiO2

Page 33: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Couleurs des porcelaines

Page 34: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Tang dynastie (618-907)Le grès devient blanc translucide :proto-porcelaineSung/Song dynastie (960 - 1279)Céladons colorés puis porcelaines blanches Yuan dynastie (1279-1368)Bleu (cobalt) et rouge (cuivre), sous émailMing dynastie (1368-1644)Fabrique impériale de porcelaine à Jingdezhen

La porcelaine exportée vers l’Europe est blanche et bleue mais, pour le marché intérieur, la palette wucai (XVIe, cinq couleurs) avec bleu sous émail et les autres couleurs sur émail est à l’origine des familles vertes(vers 1700) puis des familles roses(XVIIIe et XIXe)

Porcelaine de Chine

"Famille rose"

Page 35: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Au Moyen Age : "porcelaine" désignait la nacre des perles et coquillagesMarco Polo emploie le terme pour désigner la céramique translucidequ'il découvre lors de son séjour en Chine (1275-1291) :

... des écuelles et des plats de porcelaine... les plus beaux qu'onpuisse imaginer...... ils sont faits d'une espèce de terre que ceux de la cité recueillent sous l'aspect d'une vase ou d'une terre pourrie dont ils font de gros tas, puis la laissent au vent, au soleil et à la pluie, trente ou quarante années sans y toucher. Alors la terre ainsi demeurée si longtemps en tas a travaillé de telle manière que les écuelles ont la couleur de l'azur, qu'elles sont très luisantes et belles outre mesure...

Les argiles pures ont de gros (> 10 µm) cristaux, donc sont peu plastiques. La fermentation des matières organiques améliore la plasticité : "pourrissage"

Dans les porcelaines, les kaolins purs mais à gros grains sont complétés par des argiles moins pures mais plus fines (~ 1 µm), donc plus plastiques

Page 36: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Tang Ying, directeur (1736-1753) de la manufacture de Jingdezhena écrit le célèbre Manufacture de la porcelaine

"The natives take advantage of the mountain torrents to erect wheels provided with crushers. Having been finely pulverized, it is then purified by washing and levigation, and made up in the form of bricks, which are called pai-tun or white bricks (petuntse)"

Pétunsé (du chinois pai-tou-tseu, petits blocs blancs) : pegmatite dégradéeLa pegmatite contient un fondant (feldspath) et un dégraissant (quartz)

Page 37: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

De la Chine à l'Europe ; de Meissen au LimousinSecret de la porcelaine de Chine : argiles pures

(kaolin : 70% de kaolinite 2SiO2-Al2O3-2H2O) et fondants feldspathiques

1470 (Venise) : l'Europe cherche à imiter la porcelaine de ChinePorcelaines tendres• 1/4 de "corps" (marne : argile calcaire)• 3/4 de "fritte" vitrifiable (sable de quartz (70%), salpêtre, sel, alun, gypse, soude...)• Savon et colle amélioraient la plasticitéPièce cuite à 1200°C puis émaillage par glaçure au plomb et cuisson à 900°C

1701 : le Grand Electeur de Saxe, Auguste le Fort, entreprend à Meissendes travaux pour percer les secrets de la porcelaine de ChineEn 1709, le rôle du kaolin est découvert... kaolin ayant servi à poudrer une perruque! Le premier vase est présenté le 28 juin 1710

1768 : découverte du gisement de kaolin de Saint-Yriex (Haute -Vienne)

1771 : publication de L'Art de la Porcelaine par le comte de Milly

Page 38: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Médaillon aux armes de Turgot : au revers, l'inscription :Première Porcelaine des Terres du Limousin, MDCCLXXI, Troy fecit

Page 39: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Four rond à quatre alandiersComte de Milly, L'Art de la Porcelaine, 1771

Page 40: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Porcelaines "dures" (ex. porcelaine de Limoges)Tesson blanc, translucide sous faible épaisseur ; cassure

vitreuseAprès émaillage, surface lisse et brillanteComposition ternaire :1. "plastifiant" : argiles (kaolin, essentiellement constitué de

kaolinite)2. "dégraissant" : quartz broyé3. "fondants" : feldspath potassique (orthose K2O-Al2O3-6SiO2)L'argile est la chair et le sable le squelette : il limite retrait et

fissuresCuisson en trois étapes :1. cuisson de dégourdi (900-1050°C, atmosphère oxydante)

matériau rigide mais fragile et poreux : à émailler, saufsi la pièce doit devenir un biscuit

2. cuisson de grand feu (1350-1430°C, achevée en atmosphère réductrice)couverte cuite en même temps que tesson. Températureélevée et atmosphère réductrice limitent les teintes au vert, bleu, brun.Si la porcelaine ne doit pas rester blanche, elle est décorée : peintureà la main ou décalcomanie

3. cuisson de décors (800°C-950°C)

Page 41: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Couleurs des porcelaines

• couleur du tesson (plus ou moins blanc)• translucidité du tesson• caractéristiques (brillant...) de la couverte• caractéristiques de l'interface tesson-couverte (bulles de gaz)• teintes des décors : couleur et saturation

Exigences sur les teintes complétées par d'autres exigences

• accord dilatométrique (la surface doit être en compression)• durabilité (décors SOUS émail plutôt que SUR émail)

• Vitrification accrue améliore la translucidité• Proportion accrue en phases cristallisées améliore les performances mécaniques

Page 42: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Réflectance aux interfaces et brillant de surface

Surface lisse : réflectance spéculaire : indice de réflexion R = (n-1)2/(n+1)2

Dans un système optique, les pertes par réflexion croissent avec nMais le brillant de surface croît avec n : pièces en "cristal" (verre au plomb)à haut "n" plutôt qu'en verre courant ; gemmes (diamant : n ~ 2,4)

Surfaces céramiques : rugueuses : réflexion spéculaire + réflexion diffuse

Réflectance d'une surface lisse

Page 43: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Réflexion spéculaire et réflexion diffuse

Réflexion sur la surface d'une tôlemétallique émaillée ou d'un tessoncéramique OPAQUE (grès, faïence)

Réflexion sur la surface d'uneglaçure ou d'une couvertesur verre TRANSPARENTou céramique TRANSLUCIDE

Page 44: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

a) Email noirhaut brillant

b) Email sur porcelainehaut brillant

c) Email sur sanitairebrillant moyen

d) Email semi-matfaible brillant

Diagramme de réflexion polairepour quatre émaux à brillant différent

Page 45: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Opacification d'un émailParticules dispersées dans une matrice : diffusion optique maximale si :1. Indice optique des particules très différent de celui de la matrice2. Taille des particules proche de la longueur d'onde à diffuser3. Fraction volumique de particules élevée

"n" matrice vitreuse "n" opacifiantverre de silice : 1,458 SnO2 : 2,0verre d'orthose : 1,51 ZrSiO4 : 2,0verre à vitre : 1,51-1,52 ZrO2 : 2,4

verre flint : 1,6-1,7 TiO2 rutile : 2,76Quartz : 1,55

Mullite : 1,64Pore : 1,0

Email sur tôle d'acier très lisse : mince (e = 175 µm) : TiO2 nécessaireEmail sur fonte rugueuse : très épais (e = 1700 µm) : tous opacifiantsEmail sur porcelaine un peu rugueuse : épais (e = 500 µm), mais la hautetempérature de cuisson accroît le risque d'une dissolution de l'opacifiantdans les phases vitreuses silicatées : SnO2, ZrSiO4 ou ZrO2, peu solubles

Page 46: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

La transmission optique(alumine, e = 0,5 mm)

chute très vitequand la porosité croît

3% de porosité de 2 µmréduisent la transmission

à 0,01%

Effet maximal quand taille des pores proche

de lalongueur d'onde (0,7 µm)

Page 47: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Microstructure des porcelainesPhase vitreuse d'indice optique ~ 1,5-1,55 avec gros (50 µm) cristauxde quartz non dissous et très fins (qcq. µm) cristaux de mulliteLa mullite est l'opacifiant essentiel, d'autant que son indice est plus élevé

Transmission d'un liquide silicaté fonction de son indiceComposition : 60% liquide, 20% quartz, 20% mullite

Porcelaines "tendres" anglaisesplus translucides que porcelaines "dures" car phasevitreuse a indice plus élevé(1,56 au lieu de 1,51), ce qui diminuel'écart avec les phases cristallisées

Page 48: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Porcelaine anglaise (bone china) Porcelaine de Limoges (feldspathique)Blanc plus chaud (tire vers crème) Blanc plus froid (tire vers bleu vert)50% cendre d'os, 25% kaolin, 25% pegmatite 50% kaolin, 25% pegmatite, 25% quartz Cuisson de biscuit : 1200 - 1300°C Cuisson de dégourdi : 1000°CCuisson d'émail : 1050 - 1100°C Cuisson de grand feu : 1400°C Cuisson de décors : T << 1200°C

Page 49: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Couleurs de grand feu

CéladonsProto-céladons dès l'époque Han, au début de notre èreOxydes de fer (on peut aussi ajouter du chrome avec un peu de cobalt)(Oxyde de chrome isolé par Vauquelin en 1797,utilisé dès 1802 à la Manufacture de Sèvres)

IvoireUtilisé par les Chinois dès l'époque Tang (618-906)Fer, puis 2% de MnO2

Bleu de fourUtilisé par les Chinois dès le XIIIe siècle, à Meissen en 1739Oxyde de cobalt pulvérisé, broyé, puis mélangé à émail et fondantPremière cuisson à 1000°C, puis deuxième feu oxydant à 1430°C

Rouges de cuivreXIVe siècle en Chine, mais 1882 en Europe (Allemagne)Oxyde de cuivre

Page 50: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Porcelaine tendre (Vincennes, avant 1753)Musée national de Sèvres

Page 51: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Sb2O3   Ajouté à une fritte à haute teneur en plomb donne le Jaune de Naples  Cr2O3   Produit une teinte verte mais dans des glaçures plombeuses cuitesau-dessous de 950°C, on obtient des jaunes et des rougesLes roses sont obtenus en combinaison avec l'oxyde d'étain (1-3%)  SnO2 L'opacifiant le plus utilisé, résultats reproductibles, aspect brillant (jusqu'à 10%)  Ni2O3   Verts atténués ainsi que des gris. Utilisé pour modifier les autres couleurs (1-3%)  TiO2

Additif des émaux et couvertes, donne un blanc crémeux, satiné  ZnO Fondant et opacifiant V2O5

Oxyde colorant donnant des jaunes (jusqu'à 10 % dans les émaux)

Quelques oxydes colorants des émaux

Page 52: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Emaux pour décors sur porcelaine

Page 53: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Décors métalliques : l'or► Chine : vers 1670, en frises sur assiettes "famille verte"► Europe (XVIIIe siècle)• Amalgame or-mercure• Or fulminant : en mélange acide nitrique-ammoniaque précipité par la potasse• Or en coquille : or broyé + sucre + borax + eau gommée► XIXe siècle• Or à la couperose : or dissous dans eau régale puis précipité par sulfate ferreux, fondant à base de bismuth et de borax• Or au mercure : le sulfate de fer est remplacé par du mercure : toxicité!

Howard Haviland, Limoges, 23 octobre 1870 :L'acide dégage une magnifique vapeur brun rouge qui est très corrosive etattaque les poumons, les dents et les tissus. Elle détruit les poumons de l'hommeen très peu de temps, si bien que nous faisons appel à une personne de l'extérieurune fois par mois, sans doute payée très cher...L'homme a les mains couvertes de plaies et les dents à moitié rongées. Il dit qu'ilen a l'habitude... enfin, c'est son affaire...► Epoque actuelle• Or liquide au mercure, en suspension dans différents media

Page 54: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Bleu de four et taille douce rehaussée d'or (Haviland, 1892)

Page 55: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Couleurs des faïences

Page 56: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

IXe siècle, MésopotamieFaïences à émail stannifère

Civilisation hispano-mauresquePoteries lustrées

XVe siècle, ItalieLe mot faïence vient de Faenza

XVIe siècle, Lyon, puis NeversDéveloppement de la faïenceen France

Galatée écoutant le cyclope PolyphèmePlus ancienne pièce datée de Nevers : FESI À NEVRS 1589

Page 57: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Céladon se jetant dans les flots du Lignon (Camaïeu bleu, 2° moitié du XVIIe)

Selon planche de l'édition de M. Tavernier de 1642 de L'Astrée

Page 58: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Bernard Palissy vers 1560Bernard Palissy vers 1550

Page 59: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Faïences de Nevers

1. Mise en forme du tesson (argile rouge et marne blanche)

2. Cuisson vers 980°C biscuit poreux

3. Emaillage au trempé du biscuit puis peinture sur émail sec

4. Cuisson de grand feu ~ 940°C

Fond d'émail "bleu de Nevers"avec décor "au blanc fixe" :• Calcine (75% Pb, 25% Sn) : 41%• Sable de quartz : 41%• Sel marin : 9%• Oxyde de cobalt : 9%

Grand plat d'apparat -début du XVIIe

Minéralogie et pureté des sources de cobalt influent sur les couleurs :safre, smalt, eschel, bleu d'azur, outremer, oxyde noir et cobalt purPar ex. smalt : silicate double de potassium et de cobalt préparé par calcination de sable de quartz, potasse et minerai de cobaltImpuretés : Ni, As, Bi...

Page 60: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Application du décor sur émail cru ou sur émail préalablement cuit

Le décor sur émail cru n'admet que des couleurs capables supportant

le grand feu (750-900°C) nécessaire à la cuisson de l'émail• vert tiré de l'oxyde de cuivre• violet de l'oxyde de manganèse• bleu de l'oxyde de cobalt• jaune d'antimoine• parfois rouge de fer (brunit ou se volatilise si température est trop élevée)

Le décor peut être enduit d'une couverte qui avive et fond tout à la fois les couleurs

Le décor sur émail préalablement cuit est fixé à l'aide d'un

fondant au cours d'une seconde cuisson de petit feuPalette plus étendue et plus nuancée : roses, rouges vifs tirés de l'or (pourpre de Cassius) et possibilité de doruresUn mélange de chlorures stannique (SnIV) et stanneux (SnII) réduit des sels d'or en formant le précipité de pourpre de Cassius (Andréas Cassius, 1640)Selon le degré de cuisson, le décor est rose, brun-rouge ou violet ("famille rose" des porcelaines de la Compagnie des Indes)

Page 61: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

Bleu de de Nevers Violet de manganèseCalcine (75% Pb, 25% Sn) : 41%Sels de manganèseSable de quartz : 41% traités par du nitrate de KSel marin : 9% et oxyde de cobalt : 9%Jaune clair (couleur paille) VertSulfure d'antimoine : 40% Mélange de jaune clair et bleuLitharge : 40% ou vert de cuivre, avec l'inconvénientAlun : 15% et sel d'ammoniac : 5% de diffusion dans la glaçureJaune obscur (jaune orangé) Rouge de ferSulfure d'antimoine : 43% peu employé à NeversMinium 43% car exige un troisième feuFer brûlé : 10%, carbonate de K : 4% à température plus basse

Faïence de Nevers : porte-bougies ; blanc, bleu, jaune et violet de manganèsePremière moitié du XVIIe siècle

Page 62: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

• Phases et microstructure• Atmosphères/températures compatibles tesson/décor• Géométrie : mise en forme, puis retrait• Dilatométrie : accord tesson-émail• Tenue en service (lave-vaiselle...)

"Simplicité" (!!!) des minéraux Complexité des céramiques

Page 63: Couleurs céramiques Philippe Boch. Céramiques ? 1 - Composés céramiques Inorganiques non-métalliques ; liaison iono-covalente Monocristal ou polycristal,

La céramique est un art du feu...