Que choisir : Oxydation ou Reduction ?

Avant propos :

Nous vivons et respirons dans une  atmosphère constituée de gaz dont l’oxygène (environ 78% d’Azote et 21% d’Oxygène)

Cet oxygène est présent non seulement dans l’air mais aussi dans toute la matière qui nous entoure.

Seule une infime partie de cette oxygène est contenu dans l’air.

C’est, en masse, le troisième élément le plus abondant de l’Univers après l’hydrogène et l’hélium, et le plus abondant des éléments de l’écorce terrestre ; l’oxygène constitue ainsi sur Terre8 :

  • 86 % de la masse des océans, sous la forme d’eau ;
  • 46,4 % de la masse de l’écorce terrestre, en particulier sous forme d’oxydes et de silicates ;
  • 23,1 % de la masse de l’air, sous forme de dioxygène ou d’ozone, soit 1,2 × 1015 tonnes, soit près de 21 % du volume total de l’atmosphère ;
  • 62,5 % de la masse du corps humain ;
  • jusqu’à 88 % de la masse de certains animaux marins.

Source Wikipédia

 

Mais en quoi cet oxygène intervient dans nos poteries ?

Lors de la cuisson la matière va perdre des gaz par dissociation de ses composés.
Elle va se transformer, se vitrifier, durcir et se recombiner pour former de nouveaux composés.

Lors de cette transformation la présence de l’oxygène va agir au niveau moléculaire.

Oxydation et réduction

Quand on parle d’oxydation ou de réduction on parle donc d’oxygène.
On retire ou non de l’oxygène dans l’atmosphère du four (Oui on peut faire ça !!!)

  1. Une cuisson en oxydation est donc une cuisson où on n’intervient pas sur l’atmosphère contenu dans le four. C’est le cas des fours électriques.
  2. La cuisson en réduction ne peut se produire que dans un four où se produit une combustion.

Cette combustion générant une flamme issue du bois, du gaz, d’huile,…. est dépendante de trois éléments qui sont:

  • le point chaud, (un briquet, allumette, pièce incandescente,…)
  • le carburant, (le gaz, bois, …)
  • le comburant qui est l’oxygène.

C’est ce que l’on appelle le triangle du feu.

En l’absence d’un de ces éléments la flamme s’éteindra.

La réduction n’est donc non pas la privation d’oxygène mais la raréfaction de cet élément lors de la combustion.

Nous allons créer une flamme avec un gaz en carence d’oxygène.

L’oxygène étant raréfié dans le four, la flamme va chercher à capter cet oxygène partout où il existe notamment dans l’air du four mais aussi dans toutes les molécules contenues dans la matière et notamment dans l’émail de nos pièces.

La flamme prélevant des atomes d’oxygène dans l’émail de nos pièces va modifier la composition de celui-ci et va donc en modifier l’aspect, la couleur et même sa température de fusion.

C’est ainsi qu’un email de cuivre va modifier la couleur du vert au rouge ou va permettre la création de lustre de cuivre en Raku ou encore la génération de bleu de cuivre; l’émail à base de fer pourra être rouge ou bleu ciel, noir Tenmoku, … dans les hautes températures.
Ces changements sont quasi impossible à faire en oxydation … mais on verra plus tard des pistes à suivre pour essayer.

Nous allons donc extraire de l’oxygène contenu dans la terre, l’émail, les oxydes colorants par cette atmosphère gazeuse qui est en réduction d’oxygène.

La température des matières sera suffisante pour affaiblir les liaisons atomiques pour permettre à ce gaz de capter des atomes d’oxygène manquants.

La réduction se fera aussi bien dans la terre, les émaux, les engobes, les plaques le four,… tout ce qui est contenu à l’intérieur de l’enceinte.

Toutes les matières ne réagissent pas de la même manière à cette réduction.

L’agent principal permettant cette réduction et l’oxyde de carbone produit lors de la combustion d’un gaz, un carburant comme le fioul, le charbon de bois, exetera.

Exemple de combustion du Propane:

  • En combustion oxydante complète :
    • Propane + air —> gaz carbonique + eau + azote
      (
      C3H8 + 5(O2+4N2) —> 3 CO2 + 4 H2O + 20 N2)
  • En combustion avec manque d’air de 20% :
    • Propane + air —> monoxyde de carbone + gaz carbonique + eau + hydrogène + azote
      (C3H8 + 4(O2+4N2) —> CO + 2CO2 + 3H2O + H2 + 16 N2)

 

Danger du CO

Le monoxyde de carbone est un gaz inodore, quoique avec l’habitude on le détecte assez rapidement.

Les premiers symptômes d’une intoxication sont maux de tête, vertige, qui peut-être suivi par une perte de connaissance.
C’est un gaz lourd donc si vous êtes inconscient dans ce gaz vous partirez rapidement…

Votre four devra donc se situer en dehors de la zone d’habitation dans un lieu ventilé.

Il existe des détecteur de CO très efficace et pas très cher qui peut vous permettre de vous sauver la vie.

(voir aussi mon article à ce sujet Toxicité )

La réduction en basse température

La technique Raku permet cette réduction lors de la cuisson mais aussi lors de l’enfumage par la fabrication de particules de carbone avide d’oxygène.
L’action de la combustion des matières inflammables dans le récipient prévu à cet effet va permettre de créer ce même atmosphère réducteur.
Nous verrons les explications détaillées dans le chapitre Raku.

De même, l’action de la réduction sur les émaux sera détaillé dans le cours spécifique aux émaux de haute température.

En pratique comme fait-on ?

  • En oxydation:

    • En four électrique, on ne fait rien de particulier, on laisse chauffer.
    • En four à gaz on règle les bruleurs en fonction de la vitesse de montée désirée avec une flamme au neutre si possible ou oxydante.
  • Conduite de cuisson au neutre (oxydante), four à gaz/bois:

La cuisson au neutre est une cuisson utopique qui est impossible à obtenir sur une longue durée.

Cette méthode de cuisson est celle permettant d’optimiser la combustion du matériaux carburant tout en cuisant en oxydation.

C’est la méthode pour augmenter la température d’un four le plus rapidement (possible avec le risque de provoquer des gonflements dans la pâte par dégagement d’oxygène par une montée trop rapide dans une pâte vitrifiée).

Schéma oxydation cuisson gaz

L’air rentre avec la flamme par le dessous du four et ressort par la cheminé.

Le four étant en surpression par rapport à l’extérieur (l’air chaud se dilate et devient plus léger) une poussée des gaz intérieurs force cette évacuation par l’ouverture la plus facile c’est-à-dire le haut et sa cheminé.
Pour compenser, il y a une aspiration d’air frais par le bas.
C’est l’espace qui se situe autour du bruleur.
Cette arrivée d’air s’appelle l’air secondaire … non il n’est pas question ici de dinosaures.

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  • En réduction :

La réduction n’est qu’une phase de la cuisson.
Nous allons intervenir sur cette atmosphère dés le début de la phase de fusion de l’émail.

En effet il ne serait pas judicieux de commencer dès le départ de la cuisson car cette combustion n’est pas optimisée ni efficace et on ne ferait qu’allonger le temps de cuisson inutilement.
Nous commençons toujours les cuissons au neutre/oxydation.

Pour les cuisson en hautes températures nous débuterons les réglages du four entre 800 et 1000 degrés pour le passer en réduction et se prolongera au moins jusqu’à la température maximal de cuisson.

On pourra/devra conserver une atmosphère réductrice lors du refroidissement du four.

Une flamme réductrice comme une flamme très oxydante ne permet pas une montée en température rapide ni d’atteindre des température aussi élevé qu’avec une flamme neutre.

Conduite de cuisson en Réduction

En four à gaz ou bois il est très simple de cuire en réduction et cela fonctionne systématiquement.
Il suffit de refermer partiellement le conduit de cheminé.

Ce qui entraine une diminution du tirage et de l’aspiration d’air frais.
Il y a toujours autant de gaz qui arrive.

L’art est de doser cette restriction de la section de cheminé pour obtenir une réduction optimisée.

Cette action fera diminuer le tirage dans le four et donc l’apport d’oxygène.

La réduction est aussi une méthode pour blanchir les pâtes porcelaine.

Je le répète, l’évacuation des gaz par la cheminé est freinée par un élément amovible (mais pas stoppé !!!!).
On ne bouche pas la cheminée !!! Risque d’explosion !!!!

La flamme va commencer à chercher des atomes d’oxygène partout ou il y en a.

La réduction se matérialise par l’apparition d’une flamme bleu/vert au dessus de la cheminé.

En effet le gaz n’ayant pas brulé dans le four par manque d’oxygène va traverser le four sans le chauffer et va ressortir chaud à l’extérieur où il retrouvera de l’oxygène.
Le triangle du feu est à nouveau équilibré.

Si la réduction est trop forte nous verrons l’apparition d’une flamme rouge au lieu de bleu/vert.

Le four va se mettre à refroidir !

En effet le gaz est froid, comme il ne brule pas dans ce cas ne servira qu’a refroidir le four.

C’est souvent une erreur de débutant (je l’ai faite ….) que d’essayer d’ouvrir plus le débit de gaz pour faire grimper la température et s’apercevoir que celle-ci diminue de plus en plus !

Il existe aussi des analyseurs d’atmosphère permettant de mesurer le taux de CO dans le four.

Personnellement, l’aspect de la flamme me suffit.

Comme je viens de l’écrire il y aura du CO à la sortie de la cheminé lors des cuissons réductrices.

C’est un gaz très dangereux, il a une odeur faible (mais très reconnaissable, encore faut-il la connaitre) et s’accumule près du sol.
C’est pourquoi un four au gaz ne devrait JAMAIS se trouver dans une pièce fermée.

Il existe des détecteur de CO peu onéreux qui peuvent vous sécuriser au cas où votre four serait proche de votre atelier.

Les premiers symptômes d’une intoxication au CO est un mal de tête, vertiges, nausée.
Mais ca ne va pas vous arriver avec les précautions ci-dessus.

Schéma oxydation cuisson gaz

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La réduction en four Electrique. Possible ?

Certains me diront que l’on peut faire de la réduction en four électrique en introduisant dans le four un élément qui brulera lors de la cuisson (aie aie aie les résistances !!!!) ou cuire en gazette sorte de « boite » en céramique enfermant nos pièces avec un combustible mais n’enfermant que partiellement la fumée qui finira par abimer aussi les résistances du four.
Mais pourquoi pas, ça fonctionne. Personnellement, je ne pratique pas ce jeu onéreux.

Un enfumage en Gazette permet aussi de fixer le carbone lors de la vitrification et empêche la combustion de ce carbone qui reste fixé dans la terre et l’email.

Il n’est pas possible de cuire en réduction dans un four électrique simplement sans risquer de l’abimer ….. sauf, et nous le verrons au chapitre des émaux, que certaines matières peuvent nous aider à « réduire » nos émaux sans atmosphère réductrice.

C’est une technique marginale qui demande de nombreux essais et parfois une réussite.

Ce produit est le carbure de silicium appeler aussi carborundum ou S.I.C.

Introduit en faible quantité, il peut aider à produire la phénomène de réduction dans l’email.
Mais il peut aussi engendrer le phénomène de bouillonnement qui peut être désiré ou pas.