Ces temps-ci, on entend de plus en plus parler du caractère alimentaire des émaux, et on peut s’en réjouir ! Cela oblige les céramistes à approfondir de nombreux aspects techniques : formulation des émaux, cuisson, sécurité en atelier ou encore réglementation. Je vois donc la mise en lumière de ce sujet comme une opportunité pour les potiers. Ce métier sera d’autant plus valorisé qu’ils maîtrisent leur process de bout en bout. Ainsi, comment rendre un émail alimentaire, ou en tous cas maximiser ses chances qu’il le soit ?

Cet article est l’occasion pour moi de rappeler que la majorité de ce qui est demandé par la DGCCRF lors d’un contrôle relève d’aspects documentaires. Il s’agit de vérifier que vous avez conscience de votre responsabilité vis-à-vis de la mise sur le marché, que vous maîtrisez l’étiquetage et la traçabilité des produits, et que vous avez des pratiques d’atelier sécuritaires et documentées. Prouver par un test en laboratoire que vos émaux sont alimentaires est nécessaire, mais cela ne représente qu’une petite partie de ce que vous devez préparer pour votre mise en conformité ! Ainsi, ne vous trompez pas de cible et gardez en tête les pièces documentaires. Cf le très bon article du Bol à ce sujet !

Vous pouvez d’ailleurs reprendre cet article pour rédiger vos Bonnes pratiques de fabrication (BPF) !

S’intéresser à la formulation de l’émail

> Le rapport silice/alumine

Le rapport SiO₂:Al₂O₃ va influencer l’aspect de l’émail. On le visualise avec le diagramme de Seger (ou diagramme de Stull dans sa version américaine). La quantité de silice et d’alumine est présentée sur les axes –> cf cet article. Le ratio entre ces deux éléments est donc lié à la proximité de la composition chimique avec l’un ou l’autre des axes. On s’intéresse donc aux pentes sur le graphique.

La silice correspond au squelette de l’émail : le silicium et l’oxygène s’assemblent sous forme de tétraèdres liés par leurs sommets. Il doit y en avoir suffisamment.

L’alumine joue le rôle de stabilisateur. L’aluminium (chargé 3+) s’insère dans le réseau à la place de certains éléments silicium (chargés 4+). Il permet d’abaisser la température de fusion par un effet eutectique, et rend l’émail moins coulant. Il permet de rigidifier le filet de pêche qu’est l’émail. Pour obtenir un réseau équilibré, il faut viser un rapport SiO₂:Al₂O₃ entre 5 et 10.

> Le rapport R₂O/RO

Le rapport R₂O:RO influence la stabilité de l’émail, car ces oxydes sont des « modificateurs de verre ». Lorsque l’aluminium s’insère dans le réseau du verre, sa charge 3+ ne suffit pas à compenser les quatre charges négatives des atomes d’oxygène positionnés aux sommets du tétraèdre. Il est donc nécessaire qu’un cation, chargé positivement, se place à proximité dudit tétraèdre pour compenser sa charge. Lorsque tous les tétraèdres formés autour de l’aluminium sont stabilisés par un cation, ceux qui restent cassent une liaison Si-O au niveau d’un oxygène « pontant », appelé ainsi car il faisait le pont entre deux tétraèdres. C’est pourquoi ces oxydes R₂O et RO jouent le rôle de modificateurs de verre. Ils modifient la structure du réseau, qui est comparable à un filet de pêche. La rupture de cette liaison conduit à la formation d’oxygène « non-pontant », c’est-à-dire en bout de chaîne, qu’il faut aussi stabiliser électroniquement.

Il existe deux possibilités.

• Si c’est un alcalin R₂O qui se présente, il est chargé 1+ et peut donc stabiliser l’oxygène non-pontant. Ces oxydes rendent donc l’émail assez coulant puisque les atomes d’oxygène en bout de chaîne sont libres de se mouvoir.
• Si c’est un alcalino-terreux RO qui se présente, il est chargé 2+ et va donc stabiliser deux atomes d’oxygène non-pontant en même temps. Cela forme comme un petit ressort entre les deux. Cela restreint les atomes d’oxygène en bout de chaîne dans leur mouvement : les oxydes RO rigidifient l’émail.

On comprend alors qu’un juste équilibre entre les R₂O et les RO est nécessaire pour obtenir un émail qui se tient, tout en étant suffisamment coulant pour s’étaler correctement sur la pièce. Selon le céramiste et chimiste américain Matt Katz, le ratio R₂O:RO idéal se situe entre 0,35:0,65 et 0,15:0,85.

> Les formules limites

Au cours des recherches scientifiques, plusieurs scientifiques ont pu décrire des intervalles de confiance. Ils donnent des intervalles de quantités molaires, pour chaque oxyde, qui auront le plus de chances de former un émail correctement développé, pour une température de cuisson donnée. (Cela ne reste qu’une prédiction, et seul un test en laboratoire pourra le confirmer, je le précise à nouveau !) Différents chercheurs ont proposé de tels intervalles : Val Cushing, Hesselberth et Roy…

Cette approche semble très intéressante, mais il faut poursuivre les études puisque les intervalles mentionnés sont contradictoires. Leur intersection est très faible. Considérez ces formules limites plutôt comme un outil de décision que comme une vérité absolue.

Vérifier la température de cuisson

S’il est bien sûr pertinent de s’intéresser à la formulation de l’émail, on met parfois ce sujet trop en lumière, à tel point qu’on en oublie qu’il faut aussi vérifier bien d’autres aspects pour atteindre la certification alimentaire. La chimie de l’émail est un point essentiel, et il faut donc s’y pencher si on prépare soi-même ses émaux, mais il n’est pas nécessaire d’être un expert pour développer des émaux alimentaires. En respectant quelques règles de base, il devient rapidement très probable que le test en laboratoire revienne favorable. Une connaissance poussée dans ce domaine relève plutôt de la curiosité scientifique que de la nécessité dans l’atteinte de l’objectif !

Un test en laboratoire est valable pour un émail, sur une terre, avec une courbe de cuisson. Si on veut rendre un émail alimentaire, il est donc fondamental de s’intéresser à sa cuisson, et de vérifier qu’elle ait eu lieu à la bonne température. Cela permet en effet à l’émail de vitrifier correctement, et donc de piéger les oxydes afin d’éviter leur relargage (lixiviation) dans les aliments.

Vérifiez si la formule unité de l’émail est cohérente avec sa température de cuisson. Un émail qui a très peu de bore et qui cuit à basse température est probablement un faux mat, donc un émail sous-cuit.

Eviter certains composés

Évitez complètement d’utiliser certains composés, comme le plomb ou le cadmium, quitte à renoncer à certaines couleurs très vives. Au-delà de l’aspect alimentaire, certains oxydes alimentent des conflits et participent au travail des enfants. On peut citer le cobalt en République démocratique du Congo. Le choix des matières premières a un impact social et environnemental.

Évitez aussi d’utiliser des matières premières dont vous ne connaissez pas la composition, comme les cendres par exemple. Vous ne pourrez en effet pas prédire le comportement de l’émail avec un composant qui introduit une part d’aléatoire.

Limiter le pourcentage d’oxydes colorants

Ce sont surtout les oxydes responsables de la couleur qui vont être relargués en cas d’attaque acide ou basique sur l’émail. Lorsque vous les introduisez en un pourcentage trop élevé dans l’émail, ils n’arrivent plus à se lier correctement au réseau. Le verre devient instable. Limitez ainsi le pourcentage d’oxydes métalliques introduits dans vos recettes.

Attention aux matières premières « naturelles » …

On utilise parfois le terme « naturel » à tort et à travers : pour les potiers, il désigne les matières récoltées dans la nature ou les cendres, fabriquées en brûlant certains végétaux. En réalité cela n’a pas beaucoup de sens d’utiliser ce mot, puisqu’en soi, presque tout est naturel : on trouve bien le cobalt dans des mines, pourtant ce composé n’est jamais qualifié de « naturel » par les céramistes !