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.

Le Four à plâtre, 1821-1822, Théodore Géricault, Musée du Louvre, Paris.

Sa fabrication aujourd'hui industrielle nécessite plusieurs étapes minimales :

1. Extraction du gypse à l’aide d’explosifs, quand il s’agit de gisement à ciel ouvert : « des carrières ».
2. Acheminement depuis la carrière à l’aide de camions : le gypse subit un concassage, afin de réduire la dimension de ses grains.
3. 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 40 mm.
4. 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.
5. 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 150 °C. 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 60 °C 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.
6. 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.

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 notamment[3] lorsqu'en contact avec certains métaux.

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. Notons que 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.

La chaîne de fabrication des plaques de plâtre s'étale sur 350 à 450 m, 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 11 km, ce qui représente un poids de 3 tonnes. L’épaisseur est de 0,1 mm. 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 70 °C.

• 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.

Plâtre dans un bac en plastique

Plâtre gâché avec de l'eau dans un bac en plastique

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.

• Effet bénéfique du plâtre au cours des incendies: le plâtre est un matériau incombustible, classé M0. L'eau contenue dans le plâtre (ou dihydrate de sulfate de calcium CaSO₄(H₂O)₂), en se vaporisant au cours d'un incendie, absorbe ainsi la chaleur et retarde la montée en température. Au cours d'un incendie, le plâtre ne libère pas de produit toxique, mais seulement de la vapeur d'eau. Si Paris a échappé aux grands incendies depuis la fin du Moyen Âge, c'est que le plâtre y a fait son apparition dans les constructions, pour protéger les structures en bois[5]. Un an après le Grand incendie de Londres, l'ordonnance du 18 août 1667 rend obligatoire à Paris de recouvrir le bois des maisons avec du plâtre pour qu'elles résistent au feu.
• Caractéristiques structurales des plâtres exposés aux températures et incendies : les murs et enduits exposés à des chaleurs moyennes perdent doucement leurs caractéristiques mécaniques à mesure qu'ils perdent les molécules d'eau intégrées dans leur composition chimique. Voilà une réaction caractéristique parfaite des phénomènes d'adsorption et désorption à des températures supérieures à 100 °C. La cinétique de réaction dépend énormément des deux facteurs, durée et température d'exposition. Un autre élément très influent est le mode de diffusion de cette chaleur par : rayonnement, conduction, convection. Le rayonnement est le plus destructeur du plâtre. Ces phénomènes sont couramment perceptibles sur les murs exposés au rayonnement autour des poêles à bois. En effet ceux-ci ont intrinsèquement des phases peu contrôlées de fort rayonnement.

Le plâtre est un mauvais conducteur de la chaleur et un isolant thermique moyen. Cette propriété est due à la structure poreuse du plâtre, qui résulte du départ de l'eau lors du séchage. L'isolation thermique est caractérisée par le coefficient de conductivité thermique λ=0,35 W/m.K pour le plâtre en moyenne (à comparer avec la conductivité thermique de la laine de roche environ 0,04 W/m.K)

Plus précisément, λ varie avec la masse volumique et la teneur en eau, c'est pourquoi le λ du plâtre peut varier de 0,3 W/m.K à 0,6 W/m.K pour des masses volumiques comprises entre 800 et 1 300 kg·m^-3[6].

La dureté du plâtre varie d'environ 55 à 80 sur l'échelle de dureté Shore. Elle dépend de la proportion d'eau utilisée lors du gâchage, de la qualité de cette eau et du plâtre et de la température et vitesse de séchage.

Le plâtre est un matériau théoriquement totalement et indéfiniment recyclable ; une fois nettoyé et sec, il retrouve les caractéristiques du gypse, la roche originelle ; il peut alors être recuit pour être refabriqué, à condition que les déchets de plâtre soient correctement triés et ne contiennent pas trop d'additifs[7] (certains plâtres sont colorés ou rendus étanches, ou contiennent un ralentisseur de prise). De plus, ce matériau très absorbant a pu retenir et fixer des produits issus des colles, peintures, solvants, liquides, avec lequel il aurait été en contact ; certains de ces produits pouvant être des inhibiteurs chimiques.

En Europe, une directive du 19 décembre 2002 du Conseil de l'Union européenne a introduit des critères et des procédures d'admission des déchets dans les décharges, y compris le gypse[8]. Cette directive précise que « les matériaux à base de gypse non dangereux doivent être éliminés uniquement dans des décharges pour déchets non dangereux dans des cellules dans lesquels aucun déchet biodégradable n'est admis ».

Parallèlement, la Commission encourage les conditions d’une économie circulaire pour le plâtre avec un projet dénommé « Gypsum to Gypsum » (projet de 3,5 millions d’euros cofinancé pour trois ans par la Commission via le programme pour l’environnement LIFE+ avec 17 partenaires démolisseurs, déconstructeurs, recycleurs et industriels (Eurogypsum, l’association européenne des producteurs de produits de plâtre) et avec les universités de Madrid et d’Athènes en soutien scientifique et technique)[9].

En France, en 2003, seule une faible part des déchets de plâtre, de panneaux ou carreaux de plâtre[10] était recyclée, le reste partant en décharge ou étant parfois utilisé comme amendement sur les champs.

Dix ans plus tard en 2014, selon la filière des industries plâtrières, environ 50 000 tonnes de déchets de plâtre issus de la déconstruction sont annuellement recyclées en France et collectées par environ 140 entreprises de collecte. Ceci nécessite aussi une pédagogie constante auprès des artisans, entreprises de pose et de démolition[11]. Le recyclage a nettement progressé grâce à la mise en place d'une filière ad hoc en 2008[12]. Il aurait été multiplié par 5 en quatre ans, depuis la signature en 2008 d'une « Charte de gestion des déchets du plâtre » mais pour atteindre les objectifs de 2020 pour l'Europe, il faut encore multiplier par 5 la quantité de plâtre recyclée (pour passer à 245 000 tonnes en 2020, le gisement potentiel étant estimé à 350 000 tonnes par an pour la France par les industriels)[11]. Recycler est devenu moins cher que mettre en décharge[11] ; En 2013/2014, trois sites de Placoplatre (Vaujours, Cognac et Chambéry) ajoutent ainsi de 10 000 à 15 000 tonnes de ces déchets à leur 40 000 tonnes de déchets internes, permettant d'incorporer 20-25 % de recyclat dans le placo neuf (de même dans le groupe Siniat)[11].

Ne pas gaspiller et recycler le plâtre permet d'entrer dans une économie circulaire et de transition écologique, de limiter les émissions nocives et les lixiviats polluants des décharges de classe II ou III et d'allonger la durée de vie des carrières encore disponibles ou accessibles (la ressource française étant surtout localisée en région parisienne, de moins en moins accessible à cause de l'urbanisation[11]).

Paire de meules utilisée pour broyer le gypse après cuisson. Berzé-la-Ville

Dans le bassin parisien, le gypse s’est formé il y a environ trente-huit millions d’années par sédimentation au cours de l'évaporation de lagunes d'eau de mer.

Le plâtre s'obtient par cuisson et broyage de la « pierre à plâtre », le gypse, sulfate de calcium à deux molécules d'eau (CaSO₄(H₂O)₂). Au cours des temps géologiques, ce minéral s'est déposé dans les bassins sédimentaires en formant d'épaisses couches plus ou moins profondes. L'extraction du gypse se fait dans des carrières à ciel ouvert ou en galeries souterraines. Concassé, cuit dans des fours, il est enfin broyé finement pour obtenir le plâtre en poudre. Cette poudre blanche a la propriété de durcir très rapidement lorsqu'on la mélange à l'eau : c'est le phénomène de la prise.

La chute de l'Empire romain et les invasions barbares entraînent pour de longs siècles le déclin des constructions en pierre au profit de bâtiments en bois largement utilisés par les peuples du Nord et de l'Est de l'Europe.

Si aux premiers temps de l'Occident médiéval le plâtre régresse, il connaît au Sud de la Méditerranée un remarquable épanouissement, favorisé par les conquêtes arabes. La civilisation islamique a en effet abondamment utilisé le gypse et marqué sans doute l'un des sommets de l'art du plâtre ; dans un univers où le bois est rare, le plâtre permet de multiplier les motifs décoratifs des mosquées, madrasas (écoles religieuses) et palais. Sans doute trouve-t-on sa plus belle illustration dans l'Alhambra de Grenade où galeries, murs et plafonds s'ornent d'une profusion d'arabesques. Une exubérance très ciselée que l'on doit aux qualités plastiques du plâtre.

Au Moyen Âge, les grands bâtisseurs que sont les moines de Cluny et de Cîteaux remettent à l'honneur l'emploi du plâtre, dont l'usage se répand à nouveau.

La profession plâtrière s'organise et codifie son activité dans la capitale. Le Livre des métiers, commandé par Louis IX au prévôt de Paris, est le texte fondateur de nombre de corporations au XIII^e siècle. Le mot plâtrier désigne alors celui qui réalise l'extraction et la cuisson du gypse, c'est-à-dire le fabricant, mais aussi l'intervenant dans le corps du bâtiment. Maçons, tailleurs de pierre, plastriés et morteliers constituent un autre groupe de bâtisseurs, en face des maîtres des structures en bois, les charpentiers.

• Notices d'autorité :

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• Notices dans des dictionnaires ou encyclopédies généralistes :

  • Britannica
  • Gran Enciclopedia Aragonesa
• Fiche plâtre de la Société Chimique de France.
• Chimie de base, utilisation et article de l'Encyclopédie du plâtre.