Sable siliceux pour mastics et joints : granulométrie, rhéologie et qualification

Guide technique pour qualifier sable siliceux et farine de quartz dans mastics et joints : granulométrie, rhéologie, humidité, dispersion et contrôle des lots.

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Réponse directe : dans un mastic, « silice » ne désigne pas une charge unique

Pour qualifier un sable siliceux, une farine de quartz ou une autre charge à base de silice pour mastics et joints, il faut commencer par la formulation et non par une teneur isolée en SiO₂.

Le quartz broyé peut jouer le rôle de charge minérale particulaire. Une silice pyrogénée ou précipitée, beaucoup plus fine et à forte surface spécifique, peut au contraire être utilisée comme charge active, agent de renforcement ou modificateur rhéologique. Ces familles peuvent toutes être décrites commercialement avec le mot « silice », mais leur comportement dans un polymère n’est pas interchangeable [3–6].

Pour l’acheteur, cinq questions structurent la qualification :

  1. Quelle famille de matériau est réellement demandée ? Sable calibré, farine de quartz, silice fondue, silice pyrogénée, silice précipitée ou mélange de charges.
  2. Quelle distribution granulométrique la formulation accepte-t-elle ?
  3. Quel effet est recherché ? Remplissage, ajustement du coût et de la densité, contrôle dimensionnel, rhéologie, anti-affaissement, renforcement ou autre fonction.
  4. Quelles contraintes chimiques et d’humidité viennent du liant ?
  5. Quels essais sur la formulation finie valident réellement le grade ?

Une fiche technique de quartz peut documenter parfaitement la matière première sans prouver, à elle seule, que le mastic fini atteindra sa viscosité, son extrusion, son anti-affaissement, son adhésion ou sa classe de mouvement.

ISO 11600 et ASTM C920 illustrent précisément cette séparation : ces références encadrent la classification ou les performances du mastic fini, pas une recette universelle de charge minérale [1–2].

Pour les bases de sélection du matériau, consultez aussi notre guide du sable siliceux industriel et notre guide du quartz industriel.

1. Sable, farine de quartz et silice active : trois niveaux à ne pas confondre

Sable siliceux granulaire

Un sable siliceux est un matériau granulaire riche en silice, généralement dominé par le quartz. Dans les formulations polymères, les fractions relativement grossières peuvent être recherchées lorsque la géométrie du produit, la texture, le remplissage volumique ou une formulation composite l’exigent.

Le terme « sable fin » reste toutefois insuffisant pour acheter une charge. Deux produits portant la même désignation commerciale peuvent présenter des distributions granulométriques, des fines, une humidité et une minéralogie différentes.

Farine de quartz ou silice micronisée

La farine de quartz est obtenue par broyage et classification d’une matière siliceuse cristalline. Sa taille de particules se situe dans un domaine beaucoup plus fin qu’un sable courant.

Une fiche Sibelco consultée pour un grade commercial de farine de silice publie par exemple D10 = 3 µm, D50 = 20 µm et D90 = 57 µm, ainsi qu’un refus à 63 µm, une humidité et une analyse XRF [5]. Ces valeurs sont utiles comme exemple de la manière dont un fournisseur caractérise un grade. Elles ne constituent ni une recommandation Minerallum ni une granulométrie universelle pour les mastics.

Silice pyrogénée ou précipitée

Les silices pyrogénées et précipitées appartiennent à une autre logique fonctionnelle. Le bulletin technique d’Evonik sur les mastics décrit des charges actives capables de modifier fortement les propriétés mécaniques et rhéologiques, notamment via leur surface, les interactions charge-polymère et les interactions charge-charge [3].

Dans les systèmes étudiés par Evonik, l’augmentation du taux de charge active augmente la viscosité et peut créer une limite d’écoulement utile à la stabilité et à l’anti-affaissement ; un remplissage excessif peut toutefois dégrader la processabilité [3].

Cette fonction ne doit pas être attribuée automatiquement à une farine de quartz simplement parce que les deux matières contiennent du SiO₂.

2. Quel est le rôle réel d’une charge siliceuse dans un mastic ?

Une charge minérale peut remplir plusieurs fonctions simultanément. Leur importance dépend du polymère - silicone, polyuréthane, polymère à terminaison silane, acrylique, époxy ou autre - et des autres constituants.

Selon la formulation, une charge peut contribuer à :

  • augmenter la fraction solide ;
  • ajuster la densité et le rendement volumique ;
  • modifier la viscosité et le comportement d’écoulement ;
  • réduire la sédimentation d’autres constituants ;
  • contribuer à l’anti-affaissement ;
  • influencer dureté, module et résistance mécanique ;
  • modifier le retrait et la stabilité dimensionnelle ;
  • influencer l’aspect, la texture ou l’opacité ;
  • modifier la conductivité thermique ou d’autres propriétés lorsque le système est conçu dans ce but.

Mais ces effets ne sont pas garantis par le nom du minéral.

Les travaux sur les composites polymère–silice montrent que la rhéologie dépend non seulement du taux de charge, mais aussi de la taille, de la surface spécifique, de l’état de dispersion et des interactions interfaciales [3,6].

Charge d’extension et charge fonctionnelle ne sont pas des catégories absolues

Dans une formulation, une farine de quartz peut être choisie principalement pour occuper du volume et apporter une phase minérale régulière. Dans une autre, sa distribution de tailles ou son interaction avec la matrice peut participer davantage au comportement mécanique ou rhéologique.

À l’inverse, une silice à très forte surface spécifique peut être ajoutée à faible dosage précisément pour construire une structure rhéologique.

La fonction doit donc être décrite par l’essai dans la formulation, pas uniquement par la famille commerciale.

3. Granulométrie : pourquoi D10, D50 et D90 sont plus utiles que « poudre fine »

Une désignation comme « quartz 0–100 µm » ne décrit pas la répartition réelle des particules. Pour comparer deux charges, les diamètres caractéristiques et la courbe complète sont plus informatifs.

  • D10 : 10 % de la distribution mesurée est plus fine que ce diamètre.
  • D50 : diamètre médian de la distribution.
  • D90 : 90 % de la distribution mesurée est plus fine que ce diamètre.

La base exacte - volume, masse ou nombre - et la méthode de mesure doivent être précisées.

Pourquoi la distribution modifie-t-elle la formulation ?

À taux de charge égal, une modification de la distribution peut changer :

  • la surface totale à mouiller par le polymère ;
  • le volume apparent occupé ;
  • l’empilement entre particules ;
  • la quantité de résine nécessaire pour obtenir la même consistance ;
  • la viscosité pendant le mélange et l’extrusion ;
  • le risque d’agglomération ou de sédimentation ;
  • l’aspect de surface.

Des études sur des systèmes polymère–silice montrent clairement que la taille et la structure des particules peuvent modifier la viscosité et les mécanismes d’écoulement [6].

Il serait néanmoins incorrect de transformer cette relation en règle simpliste du type « plus fin = toujours meilleur » ou « plus fin = toujours plus visqueux ». La forme, la distribution, la surface, le traitement de surface, le taux de charge et la chimie du polymère interviennent simultanément.

4. Forme, surface et dispersion : la granulométrie ne raconte pas tout

Deux poudres ayant le même D50 peuvent se comporter différemment.

La rhéologie dépend également de :

  • la forme et l’angularité des particules ;
  • l’étendue de la distribution ;
  • la présence d’agglomérats ;
  • la surface spécifique ;
  • la chimie de surface ;
  • le traitement de surface éventuel ;
  • l’énergie et la séquence de dispersion ;
  • les interactions avec le polymère et les additifs.

Dans les suspensions PDMS chargées en silice pyrogénée étudiées dans Composites Part A, viscosité et module augmentaient avec la concentration et la surface spécifique de la charge, tandis qu’une meilleure dispersion et une modification de surface appropriée pouvaient réduire ces valeurs [6]. Ce résultat concerne une famille de silices actives et un système expérimental précis : il démontre l’importance des interactions, pas une loi quantitative applicable à toute farine de quartz.

Pour un quartz broyé, la fiche fournisseur devrait donc être complétée par un essai de dispersion dans le liant réel.

5. Rhéologie : viser le profil d’écoulement du produit, pas une viscosité isolée

Un mastic doit souvent répondre à des exigences contradictoires :

  • être suffisamment mobile sous cisaillement pour être mélangé, pompé ou extrudé ;
  • rester stable au repos ;
  • limiter la sédimentation ;
  • ne pas s’affaisser sur un joint vertical lorsque l’application l’exige ;
  • permettre le lissage et le mouillage du support.

C’est pourquoi une seule mesure de viscosité, sans température, taux de cisaillement, géométrie de mesure et historique de l’échantillon, décrit mal le comportement d’un système non newtonien.

Evonik distingue explicitement l’effet des charges actives sur la viscosité et la limite d’écoulement, cette dernière contribuant à la stabilité pratique du mastic [3].

ASTM C920 distingue notamment des grades P - pourable/self-leveling - et NS - nonsag/gunnable - et associe la classification à des essais du produit fini [2]. Cela montre pourquoi la cible rhéologique dépend de l’usage : un produit autonivelant et un mastic vertical ne recherchent pas le même comportement.

Ce que l’acheteur de charge doit demander au formulateur

Avant de fixer une granulométrie ou un taux de charge, il faut connaître :

  1. le mode d’application ;
  2. la plage de température de fabrication et d’application ;
  3. la viscosité ou le profil rhéologique cible ;
  4. le besoin d’anti-affaissement ;
  5. le taux de charge total ;
  6. les autres charges et additifs ;
  7. le système de mélange et de dégazage ;
  8. les contraintes d’extrusion ou de pompage.

6. Humidité : critique surtout lorsque la chimie du liant y est sensible

L’humidité d’une charge minérale n’est pas uniquement une donnée logistique.

Dans certaines formulations réactives, notamment des systèmes monocomposants sensibles à l’eau, l’humidité apportée par les charges peut influencer la stabilité au stockage ou déclencher des réactions indésirables.

Quarzwerke souligne l’intérêt de charges siliceuses de faible humidité pour la stabilité à long terme de systèmes adhésifs à polymères à terminaison silane [4]. Evonik montre également que, dans certains mastics silicone alkoxy sensibles à l’humidité, l’état de surface de la silice pyrogénée influence l’adsorption d’eau et la stabilité de la formulation [3].

Ces références ne définissent pas un pourcentage d’humidité universel pour le quartz. Elles montrent que la limite doit être fixée par la chimie du système.

Pour l’approvisionnement, préciser :

  • méthode de mesure ;
  • température et durée de séchage si applicables ;
  • limite d’acceptation ;
  • conditionnement ;
  • protection après ouverture ;
  • conditions de stockage ;
  • fréquence du contrôle par lot.

7. Pureté chimique : utile, mais rarement suffisante pour prédire le mastic

La teneur en SiO₂ documente la richesse en silice. Une analyse XRF peut aussi suivre Fe₂O₃, Al₂O₃, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, TiO₂ ou d’autres constituants selon le grade.

La fiche Sibelco Q12 PO illustre ce type de contrôle avec une analyse chimique et des paramètres physiques publiés pour un grade commercial [5].

Pour un formulateur, la chimie peut compter pour :

  • couleur et blancheur ;
  • compatibilité avec une exigence de pureté ;
  • stabilité d’un système sensible à certaines impuretés ;
  • constance entre lots ;
  • comparaison de sources.

Mais une teneur élevée en SiO₂ ne permet pas de déduire la viscosité, l’anti-affaissement, l’adhésion ou la résistance mécanique du mastic.

Pour approfondir la différence entre chimie et minéralogie, voir notre dossier XRF et XRD du sable siliceux.

8. ISO 11600 et ASTM C920 : ce qu’elles disent - et ce qu’elles ne disent pas

ISO 11600

ISO 11600:2002, confirmée en 2025, spécifie les types et classes de mastics utilisés dans la construction selon leurs applications et leurs caractéristiques de performance, avec les exigences et méthodes d’essai correspondantes [1].

ASTM C920

ASTM C920-18(2024) couvre les propriétés de mastics élastomères mono- ou multicomposants appliqués à froid et les classe notamment par type, grade, classe et usage [2].

La conséquence pour l’achat de matière première est essentielle :

La conformité d’un mastic fini à une norme de performance ne crée pas automatiquement une spécification normative de quartz, de sable ou de farine de silice.

Le formulateur peut utiliser une combinaison particulière de polymère, plastifiants, charges, silices actives, pigments, promoteurs d’adhésion et agents de réticulation pour atteindre la performance visée.

La qualification du quartz reste donc une spécification interne de formulation, même lorsque le produit final est testé selon ISO 11600 ou ASTM C920.

9. Sécurité : quartz cristallin et silice amorphe ne doivent pas être confondus

Le quartz est une forme de silice cristalline. Les silices pyrogénées sont généralement des silices amorphes. Cette différence minéralogique est importante pour la documentation de sécurité.

Le NIOSH rappelle que la silice cristalline respirable correspond à des particules contenant de la silice cristalline suffisamment petites pour pénétrer profondément dans les poumons, et que des opérations générant des poussières peuvent créer une exposition professionnelle [7].

Dans un atelier manipulant une farine de quartz sèche, la sécurité ne doit donc pas être déduite uniquement du fait que le produit sera ensuite incorporé dans un mastic humide ou polymérisé.

Le dossier fournisseur doit inclure la SDS applicable, et l’utilisateur doit évaluer les opérations réelles : déchargement, ouverture des sacs, transfert, dosage, mélange, nettoyage et gestion des déversements.

Les valeurs réglementaires d’exposition varient selon les juridictions. Elles ne sont pas des spécifications de qualité du produit.

10. Comment construire une spécification d’achat utile

Une spécification robuste sépare caractérisation de la charge et validation de la formulation.

Paramètre matière Question d’achat Pourquoi il compte
Famille minérale Quartz cristallin, silice fondue, silice amorphe ? Évite les substitutions de matériaux non équivalents
SiO₂ et oxydes Quelle composition et quelles tolérances ? Chimie, couleur, constance
D10 / D50 / D90 Quelle distribution et quelle méthode ? Dispersion, surface, remplissage
Fraction grossière Quel refus au tamis défini ? Défauts, texture, process
Fines Quelle fraction sous le seuil défini ? Surface, poussières, rhéologie
Humidité Quelle méthode et quelle limite ? Dosage, stockage, systèmes réactifs
Masse volumique apparente Quelle méthode ? Logistique et dosage volumique
Traitement de surface Présent, absent, nature déclarée ? Compatibilité et dispersion
Lot Comment est-il identifié ? Traçabilité
SDS Quelle classification et quelles précautions ? Santé, sécurité et conformité

Le cahier des charges peut également fixer les méthodes d’essai, la fréquence de certificat et la procédure de changement de source.

Ne pas copier la fiche d’un fournisseur comme norme universelle

Le grade Sibelco cité [5] fournit un exemple très utile de données mesurables : chimie, D10, D50, D90, humidité, refus à 63 µm et masse volumique apparente.

La bonne pratique consiste à reprendre la structure des données utiles, pas leurs valeurs numériques, sauf si les essais de formulation démontrent que ces valeurs sont effectivement les limites nécessaires.

11. Qualification fournisseur : une séquence en sept étapes

Étape 1 - Définir le système polymère

Identifier silicone, PU, STP/SMP, acrylique, époxy ou autre système, ainsi que le mécanisme de réticulation.

Étape 2 - Définir la fonction de la charge

Séparer charge volumique, renforcement, contrôle rhéologique, anti-affaissement, stabilité, texture et autres objectifs.

Étape 3 - Définir les paramètres matière

Fixer les données à contrôler : minéralogie, chimie, granulométrie, humidité, masse volumique, traitement de surface et contaminants critiques.

Étape 4 - Tester dans la formulation réelle

Mesurer au minimum les propriétés qui pilotent la fabrication et l’application : mélange, dispersion, viscosité/rhéologie, extrusion, affaissement, stabilité au stockage et aspect.

Étape 5 - Tester le produit durci

Selon l’usage : dureté, traction, allongement, adhésion, cohésion, mouvement, vieillissement, retrait ou autres performances pertinentes.

Étape 6 - Relier la validation au lot fournisseur

Conserver les résultats matière et formulation du grade approuvé, avec échantillon témoin lorsque la procédure qualité le prévoit.

Étape 7 - Définir le contrôle des changements

Un changement de gisement, broyage, classificateur, traitement de surface ou plage granulométrique peut justifier une réévaluation, même si le nom commercial reste identique.

12. Les erreurs d’achat les plus fréquentes

Confondre farine de quartz et silice pyrogénée

Les deux contiennent de la silice, mais leur structure, leur surface et leur fonction dans la formulation peuvent être radicalement différentes [3,6].

Spécifier uniquement « 99 % SiO₂ »

Cette donnée ne définit ni la distribution granulométrique, ni l’humidité, ni la dispersion, ni la rhéologie.

Acheter uniquement sur D50

Deux poudres de même médiane peuvent avoir des D10, D90, formes, surfaces et fractions grossières différentes.

Copier une valeur de granulométrie trouvée sur une TDS

Une TDS décrit un grade. Elle ne prouve pas que ce grade convient à votre polymère, votre taux de charge et votre équipement.

Utiliser la norme du mastic comme norme de la charge

ISO 11600 et ASTM C920 concernent le produit fini ; elles ne prescrivent pas une recette universelle de quartz [1–2].

Négliger l’humidité dans un système réactif

Une faible variation peut être sans importance dans une formulation et critique dans une autre. La chimie du liant décide.

Qualifier un seul échantillon sans verrouiller la régularité

Une formulation industrielle a besoin d’un grade reproductible. La qualification doit être suivie par un contrôle des lots et des changements.

13. Modèle de demande à transmettre au fournisseur

Pour recevoir une proposition techniquement comparable, précisez :

  1. application : mastic de construction, joint industriel, adhésif, compound ou autre ;
  2. polymère/liant ;
  3. fonction recherchée de la charge ;
  4. nature minéralogique acceptée ;
  5. composition chimique ou impuretés critiques ;
  6. D10, D50, D90 ou courbe granulométrique ;
  7. limite de fraction grossière et de fines si nécessaire ;
  8. humidité maximale et méthode ;
  9. traitement de surface autorisé ou interdit ;
  10. couleur/blancheur si critique ;
  11. masse volumique apparente si utilisée pour le dosage ;
  12. essais de formulation à réussir ;
  13. SDS et documentation réglementaire ;
  14. certificat par lot et fréquence ;
  15. quantité, conditionnement et destination ;
  16. procédure de notification des changements.

Cette structure permet de comparer les offres sur les mêmes critères et de distinguer une simple correspondance documentaire d’une qualification technique réelle.

Conclusion : acheter une charge pour une formulation, pas un pourcentage de silice

Pour les mastics et joints, le sable siliceux et la farine de quartz peuvent être des charges minérales utiles, mais leur sélection ne se réduit ni au SiO₂ ni à un D50.

La décision doit relier nature de la silice, distribution granulométrique, forme, surface, humidité, dispersion, taux de charge et régularité des lots aux propriétés réellement demandées au produit : processabilité, extrusion, anti-affaissement, stabilité, aspect et performances après réticulation.

Les silices pyrogénées ou précipitées apportent une autre logique de surface et de rhéologie ; elles ne doivent pas être confondues avec le quartz broyé. Les normes ISO 11600 et ASTM C920, de leur côté, évaluent le mastic fini et ne créent pas de spécification universelle de charge.

La qualification la plus solide suit donc trois niveaux : caractériser la matière, tester la formulation, puis verrouiller la constance de l’approvisionnement.

Questions fréquentes

Questions fréquentes sur le sable siliceux, le quartz et les mastics

Sable siliceux et farine de quartz sont-ils interchangeables dans un mastic ?

Non. Un sable granulaire et une farine de quartz micronisée présentent des distributions de taille, surfaces spécifiques et comportements de dispersion différents. Le grade doit être défini selon la formulation et le procédé.

La silice pyrogénée est-elle la même matière qu’une farine de quartz ?

Non. La silice pyrogénée est une silice synthétique à très forte surface spécifique souvent utilisée pour la rhéologie et le renforcement, tandis que la farine de quartz est une charge minérale cristalline broyée.

Existe-t-il une granulométrie universelle pour les mastics et joints ?

Non. La distribution adaptée dépend du polymère, du taux de charge, de la méthode d’application, de l’aspect, du jeu de joint, des autres charges et des propriétés recherchées.

Pourquoi contrôler l’humidité d’une charge minérale pour un mastic ?

L’humidité peut affecter la dispersion, le dosage et les systèmes réactifs sensibles à l’eau. Sa limite doit être définie avec la chimie du liant et les conditions de stockage et de fabrication.

Un grade riche en SiO₂ garantit-il une bonne rhéologie ?

Non. La rhéologie dépend aussi de la taille et de la forme des particules, de leur surface, de leur dispersion, du taux de charge, du polymère, des additifs et des interactions interfaciales.

ISO 11600 ou ASTM C920 imposent-elles une spécification de sable siliceux ?

Non. Ces références classent ou spécifient les performances des mastics de construction finis. Elles ne définissent pas une granulométrie ou une teneur universelle en quartz pour la charge minérale.

Quels documents demander au fournisseur de quartz ou de silice ?

Selon la formulation, demandez une fiche technique, la courbe ou les diamètres granulométriques, la chimie, l’humidité, les méthodes d’essai, un certificat de lot, une SDS et les règles de gestion des changements.

Pourquoi la silice cristalline exige-t-elle une attention particulière en poudre ?

Le quartz est une forme de silice cristalline et les opérations générant des poussières respirables peuvent créer un risque professionnel. L’évaluation et les contrôles d’exposition doivent suivre la réglementation applicable.

Documentation

Sources et références

Les informations techniques présentées dans cet article reposent sur les publications et ressources suivantes.

  1. 01
    International Organization for Standardization

    ISO 11600:2002 - Building construction - Jointing products - Classification and requirements for sealants

    Norme internationale de classification et d’exigences de performance pour les mastics de construction, confirmée en 2025.

    Consulter la source
  2. 02
    ASTM International

    ASTM C920-18(2024) - Standard Specification for Elastomeric Joint Sealants

    Spécification de performance des mastics élastomères de jointoiement, avec types, grades, classes et usages.

    Consulter la source
  3. 03
    Evonik

    Technical Bulletin 63 - AEROSIL Fumed Silica and SIPERNAT in Sealants

    Référence industrielle détaillant les mécanismes de renforcement et de modification rhéologique des silices actives dans les mastics.

    Consulter la source
  4. 04
    Quarzwerke

    High-performance fillers for adhesives

    Présentation industrielle des farines de silice, silices fondues et charges minérales utilisées dans différentes formulations adhésives.

    Consulter la source
  5. 05
    Sibelco

    SILICA Q12 PO - Silica Flour Technical Data

    Exemple de fiche technique fournisseur reliant chimie, humidité, D10, D50, D90, refus à 63 µm et masse volumique apparente à un grade de farine de silice.

    Consulter la source
  6. 06
    Composites Part A

    Rheological behaviors of fumed silica filled polydimethylsiloxane suspensions

    Étude expérimentale reliant concentration, surface spécifique, dispersion et modification de surface à la rhéologie de suspensions PDMS chargées en silice pyrogénée.

    Consulter la source
  7. 07
    National Institute for Occupational Safety and Health

    Silica and Worker Health

    Référence NIOSH sur la silice cristalline respirable, le quartz et la prévention des expositions professionnelles aux poussières.

    Consulter la source

Les exigences techniques peuvent varier selon les installations, les normes applicables, le procédé et les recommandations du concepteur du système.