Association 1901
Trémoulède, 24620 Les Eyzies.
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LA QUALITE D'ISOLATION.

Chaque four devient chaud à la surface extérieure, ce qui implique qu’une partie d’énergie est utilisée pour chauffer votre atelier, au lieu du contenu du four et ses parois. Pour un four de 1 300 °C, des parois d’une épaisseur entre 150 et 200 mm sont convenables. Il faut que l’on puisse toucher le four sans se brûler les doigts !! Des parois trop minces (100 mm par exemple), signifient que vous perdez énormément d’énergie vers l’extérieur et que le four monte lentement en pleine puissance vers la fin de la cuisson ou plafonne avant avoir obtenu la température désirée. Dans ce dernier cas toute énergie dissipée dans les résistances est égale à la perte à l'environnement du four.
On constate souvent que les vieux fours n'arrivent plus à obtenir la température indiquée sur la plaquette du four. Pourquoi? Déjà la conductivité thermique des réfractaires change avec le temps, puisque la composition minéralogique peut changer et aussi la finesse de pores (voir plus loin). Il peut y avoir aussi des fissures dans le garnissage et peut être la porte n'est plus étanche. Avec la pâte réfractaire AC, on peut donner une deuxième vie à un vieux four pour très peu d'argent (voir plus loin).

Faut-il alors choisir des parois très épaisses, par exemple 300 mm ? Ce n’est pas forcément la solution la plus économique. Dans ce cas vous gagnez un tout petit peu sur la consommation d’énergie, mais vous payez le four beaucoup plus cher.
Nous proposons des fours avec des parois de 190 mm pour les fours de 1 300 °C et 160 mm pour les fours de 1 200 °C. Nous avons préféré construire des fours à faible consommation d’énergie avec une isolation de qualité, tout en veillant que le prix du four reste faible, autrement dit, nous essayons de construire des fours permettant de faire la cuisson au prix le plus économique (consommation d'énergie+amortissement du four).

En parlant de réfractaires, il faut bien différencier entre les notions suivantes :

•  résistance pyroscopique : ceci indique jusqu’à quelle température on peut utiliser le matériau sans difficultés. La fusion du réfractaire aura lieu à une température beaucoup plus élevée, mais en dessous de cette température, il peut y avoir des déformations (fluage) et un retrait supplémentaire. La résistance pyroscopique tient compte de ces phénomènes.

 
•  résistance aux chocs thermiques : ceci indique la résistance à des variations rapides de la température. Important pour un four Raku

 
•  résistance à la compression à chaud. Les matériaux denses ont la meilleure résistance à la compression à chaud.

 
•  la conductivité thermique en fonction de la température.

La conductivité dépend de la matière, de la porosité et de la taille des pores et aussi de la température (effet de radiation à haute température). La conductivité de chaleur à travers un matériaux est un phénomène complexe.
Les matériaux qui sont de bons conducteurs d’électricité sont aussi de bons conducteurs thermiques par exemple les métaux.

Les réfractaires à base d’oxydes, tels que l’alumine et la silice, sont des isolants électriques et ont aussi une faible conductivité thermique. Pour en faire de bons isolants thermiques, il faut augmenter la porosité, donc diminuer la densité. Pourtant des matériaux ayant à peu près la même composition chimique et la même porosité peuvent avoir des coefficients de conduction très différente ! Ceci est dû à la finesse des pores.  Un matériaux avec 95 % de porosité et des pores de l’ordre de 0,001 µm (nanomètre) est un très bon isolant, mais  ce n’est pas forcément le meilleur choix pour isoler un four. Tout d’abord à haute température, la porosité fine va “mûrir” et la taille des pores va augmenter. La résistance mécanique d‘un matériaux avec 95 % de porosité est trop faible, pour être utilisé dans un four. Et, last but not least, le prix compte aussi !
Si vous devez payer 10 fois plus cher pour un super matériau qui a un pouvoir isolant deux fois plus élevé qu’un matériau courant, il faut mieux s’abstenir. Au lieu d’acheter une plaque de 30 mm à prix élevé, vous en achetez deux à moindre pouvoir isolant pour avoir le même résultat et en faisant des économies, même si vous devez faire votre four plus grand pour loger le garnissage plus épais.

Voici un petit aperçu de conductivités thermiques de quelques matériaux utilisés dans le garnissage des fours.

Conductivité thermique à                200 °C   600°C  1000 °C    1200 °C
                                                         W/mK

Fibres compactées                            0,06       0,15         0,35          0,50
Densité 0,13
Temp. max. 1260

Plaques de Silicate de Ca                0,07       0,10         0,13
Densité  0,245
Temp. max.  1100

Briques poreuses                             0,15       0,21         0,27         0,30
Densité 0,65
Temp. max 1300 °C
 

Briques poreuses                            0,23       0,30          0,36         0,39
Densité 0,80
Temp.max 1450°C

Briques denses                              1,00          0,96          0,99         1,00
Densité 1,5
Temp.max 1500 °C

Réfractaire AC                                0,12         0,17          0,22        0,25
Densité 0,5
Temp. max 1300 °C
 

Observations :

1) Les fibres compactées ont une excellente isolation à basse température (porosité élevée), mais à haute température l’isolation devient médiocre, parce que les pores ont une taille assez importante dans les fibres et la conductivité par radiation devient primordiale. Un autre inconvénient des fibres: la pollution de l‘atmosphère dans le four, des particules de fibres peuvent se déposer sur l’émail et pénétrer dans vos poumons quand vous ouvrez le four. Par contre la résistance aux chocs thermiques des fibres est  excellente.

Si vous avez un four à gaz à base de fibres pliées et que vous sentez des picotements dans la gorge quand vous ouvrez le four,  il faut faire quelque chose. Vous pouvez améliorer votre four en appliquant une pâte à base de fibres et d‘argile réfractaire (voir plus loin *) comme un crépi à l‘intérieur du four sur les fibres pliées en accordéon.

2) Le silicate de Ca, sous forme de panneaux, est un excellent isolant grâce à sa porosité élevée  (90 %) et la faible taille de pores. Il existe des panneaux plus performants mais à notre goût trop cher. Il faut limiter l’utilisation
jusqu’à 1000 °C (1100 °C selon le fabricant).

3) Les briques poreuses, ont l’avantage que l’on peut les utiliser à très haute température où leur pouvoir isolant est plus élevé que celui des fibres, grâce à une plus grande finesse de pores. On comprend tout de suite qu’il faut les utiliser uniquement comme isolation, côté feu. La qualité la plus poreuse (densité 0,65) présente bien sûr la meilleure isolation.

4)  Le réfractaire moulé AC est un développement de notre Association. Il s’agit d’un matériau à base de fibres réfractaires déchiquetées et liées avec une argile réfractaire. Sa densité (0,5 à 0,6) est plus faible que celle des briques et par conséquent ce matériau est un excellent matériau isolant à haute température. La qualité pour des fours 1300 °C est enrichie avec 10 % d’alumine tabulaire, pour avoir une meilleure résistance pyroscopique. Les grandes plaques destinées à si haute température ont été cuites à 1400 °C, pour éviter tout post- retrait dans le four.

Tous nos fours sont garnis avec des pavés de ce matériau y compris les voûtes ! Vous pouvez acquérir ces réfractaires sous forme de panneaux épais de 60 à 100 mm pour en faire des fours avec un bel aspect ayant peu de joints et qui sont faciles à monter. Nous fournissons également la pâte avec laquelle ces pavés sont moulés et que vous pouvez utiliser pour améliorer l’isolation d’un four et pour des réparations. Demandez un tarif et des informations supplémentaires par E mail ou fax.

Notre garnissage 190 mm pour four 1300 °C est constitué de la façon suivante

Tôle inox: 1mm
Laine de roche compactée: 40 mm
Plaques Silicate de Ca: 40 mm
Pâte réfractaire AC à base de fibres: 30 mm
Elément moulé et cuit en réfractaire AC: 80 mm

Un garnissage qui consiste de plusieurs couches de matériaux différents permet d’optimaliser la qualité d’isolation pour un prix le plus bas.  La qualité d’une isolation peut être calculée.  Par exemple pour une température de four de 1300 °C et pour une température de tôle extérieure de 100 °C, on trouve que le garnissage cité ci-dessus fait passer 1,356 kW au m carré.

Prenez un four de 600*600*600 mm. Volume 216 l. Puissance installée 11 kW. Comptons 2 m carré de surface. Les pertes seront donc 2,7 kW quand le four a atteint sa température maximale et il reste 11-2,7 kW=8,3 kW pour chauffer le four et son contenu. Rien à dire, c’est très correct.

Si on réduit l’épaisseur de ce garnissage de 50 % (95 mm), les pertes seront 5,4 kW, la température de la tôle devient plus haute. La moitié de la puissance installée est perdue pour chauffer l'environnement du four quand on atteint la température maximale. C’est trop.

En doublant le garnissage, donc 380 mm, les pertes seront 1,35 kW à température maximale. Il est évident que ceci n’est pas une solution économique, il faut payer un tel four trop cher par rapport aux économies d'énergie.
Il est évident que l'utilisation de matières légères diminuent aussi l'énergie nécessaire pour chauffer les parois. Nous avons choisi pour cette raison des matériaux légers et conseillons vivement de prendre un four à taille importante (500l pour l'électricité,  1000 l pour le gaz) pour diminuer le prix de revient de la cuisson.
Un artiste céramiste qui vend ses oeuvres à 200 €/kg ne compte pas le coût de la cuisson ni le prix de la terre, par contre l'artisan de grès culinaire qui vend ses produits à 5 €/kg regarde bien le prix de sa terre et la consommation de gaz.

Comme toujours, il faut trouver le bon compromis, selon sa situation particulière
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