La formule de Seger s’appelle aussi formule unité, ou UMF pour « Unity Molecular Formula ». Sur le site Glazy par exemple, vous trouverez l’appellation UMF. Le diagramme de Stull permet de visualiser cette formule !

>> Pourquoi parle-t-on de « formule » et pas de « recette » ?

Pour cuisiner, on utilise une recette : elle donne la quantité de chaque ingrédient à utiliser, en grammes. Mais chaque aliment de la recette est constitué différemment, et on ne peut pas le voir à l’œil nu : les lipides, les glucides, les protéines … C’est le rôle du diététicien d’informer sur les composants de vos recettes, pour, en ayant eu un aperçu de ce qu’elles contiennent, pouvoir ensuite les modifier en fonction du régime voulu. Le diététicien ne vous parlera pas en grammes mais en calories (car on ne peut pas comparer 1 kg de salade avec 1 kg de frites sans s’intéresser aux calories qu’ils contiennent !).

Fabriquer un émail, c’est exactement le même principe ! Au début, on a une recette avec les ingrédients en grammes. On essaie, mais on a pas forcément exactement la même matière première que celui qui a écrit la recette. C’est le rôle du chimiste (Seger, en l’occurrence) d’expliquer ce qui compose les différents ingrédients de la recette, pour pouvoir l’adapter selon vos besoins. On parle donc de « formule » car on ne va pas s’intéresser aux masses en grammes mais au nombre d’atomes.

>> Quelle utilité de la connaître si on n’est pas chimiste ?

Cette formule va permettre de décrire un émail selon les éléments qui le composent, de manière non-ambigüe et reproductible. C’est la carte d’identité d’un émail. Par exemple, si vous trouvez une recette d’émail et que vous n’avez pas exactement les matières nécessaires en stock, elle vous permettra d’adapter la recette pour la réaliser à partir de ce dont vous disposez. Si vous souhaitez avoir la liberté de fabriquer vos émaux, sachez que les livres que vous trouverez sur le sujet s’appuient presque tous sur cette formule, qui permet d’avoir un raisonnement scientifique sur la question.

>> Explication chimique de la formule de Seger : préambule

Pour comprendre la composition de l’émail, et comptabiliser autrement qu’en grammes, on va donc compter le nombre d’atomes. Un atome est un très petit élément constitutif de la matière, d’environ 10^⁻¹⁰ m de rayon. L’émail qu’on va concevoir contiendra donc un nombre pharaonique d’atomes : une unité plus appropriée est nécessaire, la mole.

Une mole est un ensemble de 6,02 x 10²³ atomes. Ce nombre, appelé nombre d’Avogadro, correspond au nombre d’atomes présents dans 12 grammes de carbone 12. Selon Wikipédia, le même nombre en grains de pop-corn permettrait de recouvrir la surface des Etats-Unis d’une couche de 14 km d’épaisseur ! On peut trouver la masse molaire (i.e. la masse en gramme d’une mole, en g/mol) de l’élément dans le tableau périodique des éléments. Pour le localiser, on peut se souvenir que cette masse vaut généralement un peu plus du double du numéro atomique. La masse molaire d’une molécule se déduit des masses molaires de chaque élément qui la constitue.

Par convention, une formule est divisée en 3 colonnes : les oxydes basiques (RO et R₂O), les oxydes amphotères (R₂O₃) et les oxydes acides RO₂), avec le total des moles basiques qui vaut 1, d’où le nom de la formule. Si la somme des moles basiques ne totalise pas 1, on divise donc toutes les valeurs de la formule par cette somme.

>> Cf cet article sur les matières premières pour l’explication globale des composants d’un émail.

Les fondants appartiennent aux deux premières colonnes du tableau périodique. On les appelle les « flux » en anglais. Il en existe de deux types :

– Les fondants primaires R₂O s’appellent les alcalins et se trouvent dans la première colonne du tableau périodique. Ce sont le lithium Li, le sodium Na et le potassium K.

– Les fondants secondaires RO s’appellent les alcalino-terreux et se trouvent dans la deuxième colonne du tableau périodique. Ce sont le magnésium Mg, le calcium Ca, le strontium Sr, le baryum Ba.

Ces deux types de fondants sont complémentaires : les fondants primaires font démarrer la fusion et les fondants secondaires la maintiennent sous contrôle.

>> Avertissements concernant l’utilisation de la formule de Seger

– La formule de Seger suppose que l’évolution des propriétés de l’émail varie proportionnellement à la quantité de chaque matière première. Or, la contribution de certaines molécules aux propriétés de l’émail suit parfois une évolution non-linéaire à la concentration. Par exemple, l’oxyde de cobalt colore l’émail en bleu clair si on en met très peu, mais un faible apport supplémentaire entraîne une grosse différence de couleur, allant jusqu’au noir. Un autre exemple : l’ajout de bore dans un émail permet d’abaisser de manière linéaire le coefficient de dilatation, jusqu’à 12-15 %, et son action a ensuite un effet inverse, avec une ré-augmentation de ce coefficient. Dans certains cas, il ne suffit donc pas d’appliquer le même coefficient à tous les constituants de la formule, car certains vont s’exprimer de manière non-linéaire.

– La formule de Seger fonctionne mal à basse température, en raison des fondants qui s’expriment à température plus élevée.

– Le bore a des comportements différents à haute et à basse température, donc son implication dans la formule de Seger n’est pas très commode.

>> Le diagramme de Stull

Les recherches récentes ont montré qu’un ratio R₂O : RO de 0,3 : 0,7 donne les émaux les plus durables. Le diagramme de Stull est donc dessiné à ce ratio. En faisant varier la proportion alumine (en ordonnée) / silice (en abscisses) pour ce ratio de fondants constant, on peut obtenir des recettes sur tous les points du diagramme de Stull. Ce diagramme permet de prévoir l’aspect d’une glaçure à partir de sa formule chimique. Il permet aussi de remplacer un ingrédient par un autre.

>> Pour poursuivre votre compréhension du sujet

– Consulter les sources ci-dessous

–> lien 1, lien 2, lien 3, lien 4

– Faire des essais !

– Consulter l’aide de Glazy, très complète !