La "formule de Seger" ou "formule unité"

Quand on pèse une "recette" d'émail, on pèse des grammes de matières premières : du feldspath, de la craie, du kaolin, de la silice etc... Grâce à un minimum de connaissances en chimie, on peut exprimer ces grammes en "moles" : les moles interagissent entre elles comme les molécules, qui sont elles-mêmes des assemblages d'atomes.

 

Autrement dit, si j'ai un émail je peux le considérer de deux façons différentes :

1. Soit sous l'angle de la "RECETTE" et je vais peser des grammes de matières premières 

2. Soit sous l'angle de la "COMPOSITION CHIMIQUE" afin de connaître combien il y a de silice, d'alumine, de sodium, de potassium, de calcium etc... dans mon émail - et cela s'appelle la "formule de Seger" ou "formule unité", ou encore "Unity Molecular Formula", et j'explique plus loin à quoi cela peut servir.

Les atomes : vous les trouvez dans le tableau de Mendeleev. Par exemple Si (silice) ou O (Oxygène) ou Na (sodium)... ils sont rangés dans un ordre logique et précis. 

 

Les molécules : ce sont des assemblages d'atomes. Par exemple SiO2 est une molécule : un atome de silice qui se lie avec 2 atomes d'oxygène. Ces molécules s'appellent des "oxydes" quand la liaison se fait avec de l'oxygène. Elles s'appellent des "carbonates" quand la liaison se fait avec du carbone + de l'oxygène (CO3). 

 

Problème : il est impossible de "voir" ce qui se passe à l'échelle moléculaire, c'est tellement petit que même un microscope ne permet pas de visualiser les molécules, il est donc impossible de peser des molécules pour fabriquer un émail. Pourtant nous connaissons leur poids dans ce monde de l'infiniment petit.

Par exemple une molécule de SiO2  pèse 60 fois plus lourd qu'un atome d'Hydrogène (dont le poids est fixé par convention à 1, c'est l'étalon de masse atomique). 

 

Mais alors, comment passer de l'infiniment petit au monde réel ? 

Quand nous pesons un émail, nous avons besoin de travailler à une échelle qui correspond à notre monde. Donc on va tout multiplier - ou agrandir comme si on avait une très très grosse loupe - pour passer du monde de l'infiniment petit (les molécules) au monde dans lequel nous vivons (et on va obtenir des "moles"). Le multiplicateur s'appelle  le nombre d'Avogadro : c'est un très très très grand nombre, avec énormément de zéros derrière !

 

Les moles : si on multiplie les molécules par cette "constante d'Avogadro", on obtient des quantités qu'on va pouvoir peser, tout en gardant le même rapport de taille ou de masse qu'il y a entre les molécules. La mole est donc une unité de quantité de matière : un nombre de molécules qui sera toujours le même, quelle que soit la "masse" ou le "poids" de la molécule - parce qu'il y a des molécules qui ont un poids plus élevé que d'autres.

Exemple : une molécule de SiO2 a une masse moléculaire relative à l'Hydrogène de 60 - donc une mole de SiO2  pèse 60 grammes. Ces 60 grammes contiennent 6,023 x 10²³  molécules de SiO2

 

Ces calculs vous semblent probablement complexes si vous n'avez aucune notion de chimie : dans mon cours de techno j'explique cela progressivement ! Mais sachez que pouvoir exprimer une recette de glaçure en moles ouvre énormément de possibilités.

 

Prenons un exemple concret. La formule suivante est exprimée en moles, et je l’ai copiée du livre de Hesselberth et Roy « Mastering Cone 6 Glazes » : voir masteringglazes.com. (Pour ceux qui ont déjà suivi mon cours, c'est celle que j'ai baptisée HR1 - qui donne une base semi-matte au calcium si l'épaisseur, la cuisson et le refroidissement ont lieu selon les indications données). 

 

              K2O       0.01                                   Al2O3   0.488                                SiO2      3.196

              Na2O    0.09                                    B2O3    0.226                               

              Ca0       0.857                               

              MgO     0.043   

                                                                      

Cette façon d’écrire les composants d’un émail porte plusieurs noms : « formule de Seger » (voir Hermann Salmang, qui est le nom de naissance de ce fameux « Seger ») ou « formule unité » ou encore UMF pour Unity Molecular Formula en anglais. Vous la trouverez systématiquement par exemple dans le site www.glazy.org.

 

Hesselberth et Roy proposent une recette pour réaliser cet émail - sauf qu'ils habitaient aux Etats-Unis, et la recette proposée est réalisée avec les matières premières disponibles chez eux. Or ici en Europe je n'ai pas le même feldspath, le même kaolin etc... 

 

Mais si je pars de cette formule en moles, je peux calculer comment composer cet émail avec les matières premières dont je dispose. Il faut comprendre que nos matières premières sont extraites dans des carrières et des mines et  leur composition chimique varie en fonction de l’endroit d’extraction. Je peux même souvent calculer plusieurs “recettes” différentes, qui vont correspondre à une seule et même formule molaire et vont donner un émail quasiment identique après cuisson. Voici à titre d’exemple deux recettes possibles pour la formule ci-dessus – avec les matières premières que j’ai achetées en Belgique :

 

        1)   Feldp.sodique     14.3            2)   Feldp. sodique     15.5

              Craie                    16.1                   Wollastonite        24.6

              Fritte boro-calc.  9.2                    Fritte boro-calc    10

              Dolomie               2.2                     Talc                         0.9

              Kaolin J233        29.5                    Kaolin J233          31.6

              Silice                   28.6                    Silice                     17.4

 

Mais ça sert à quoi tout ça ? Eh bien connaître les oxydes qui composent un émail – outre savoir comment le composer avec « nos » matières premières - nous permet de prédire son comportement.

Je parle beaucoup d’Hesselberth et Roy dans mon cours, qui nous donnent des indications pour composer des émaux/glaçures alimentaires à cone 6 (cliquez sur leur nom pour plus d'infos). Mais ils ne sont pas les seuls qui se réfèrent à la formule chimique d’un émail : Daniel de Montmollin, Ian Currie, Matthes,… : c’est le point de départ obligatoire de toutes les recherches scientifiques – donc reproductibles – autour de l’émail.

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Qui suis-je ? Joëlle Swanet, Professeure de Technologie céramique.
"Expliquer des phénomènes complexes dans un langage accessible à tous".

 

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