Caractérisation structurale multi-échelles de la calcination et de l'hydratation du plâtre

Axe 3 - Interfaces, Transport, Réactivité

Thèse de Florian Beaugnon

Thèse soutenue le vendredi 29 mars 2019.

Cotuelles

• IRCP Chimie Paritech
  Porteur de projet : Gilles Wallez
• Saint-Gobain Recherche - Département Thermique, Mécanique et Modélisation
  Co-encadrante : Sara Quiligotti

Résumé scientifique

Le gypse (CaSO4·2H2O) est la matière première du plâtre. Il est chauffé entre 100 et 200 °C pour obtenir par déshydratation partielle l'hémihydrate (CaSO4·0.5H2O) qui, mélangé à de l'eau, se dissout tandis que des cristaux de gypse précipitent pour former une matrice résistante. Ce cycle qui paraît simple est compliqué par l'existence d'autres phases dans le système, en particulier deux formes de l'anhydrite (CaSO4). Les microstructures, encore mal comprises, affectent de plus la solubilité et la stabilité en température des produits de déshydratation ainsi que la cinétique des transitions.
Le suivi in-situ de la déshydratation par microtomographie de rayons X synchrotron sur des monocristaux de gypse a mis en évidence l'anisotropie de la réaction. L'influence de la pression partielle de vapeur d'eau et de la température sur la cinétique a été mesurée, ainsi que leurs effets sur la microstructure. Celle-ci, organisée sur plusieurs ordres d'échelle, montre une rémanence de la structure
du gypse malgré la fracturation microcristalline.

La diffraction des rayons X et la microscopie électronique à balayage ont montré que la modification des symétries lors de la transition de l'anhydrite III vers l'anhydrite II donne lieu à un maclage trèsdense résultant de l'existence de deux variantes symétriques dont l'alternance limite les contraintes mécaniques.

Enfin, une méthodologie a été développée pour mesurer a posteriori le taux de gâchage et la morphologie initiale d'échantillons de plâtre grâce à la microtomographie X synchrotron. Appliquée à une étude de cas portant sur 13 bas-reliefs florentins du XVe siècle, elle a donné des informations inédites sur les pratiques d'atelier.