Élaboration du verre
Verre, le matériau
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Élaboration du verre
Verre, le matériau

Date de publication : 10 mars 2013 | Read in English

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RÉSUMÉ

Matériau très noble, le verre nous vient du fond des âges, et sa structure et son comportement visqueux sont restés longtemps source d’interrogations. Ses propriétés sont fixées par la proportion des divers constituants contenus dans les matières premières. Nous allons nous intéresser aux différentes mises en forme du verre et à ses traitements industriels.

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INTRODUCTION

Le verre est l'un des matériaux les plus anciens utilisés par l'homme. Né de la rencontre du sable et du feu, ce corps brillant et transparent possède un comportement visqueux, à qui il doit son incomparable aspect et ce mélange de dureté et d'élasticité. On ne peut s'intéresser au verre sans parler de sa structure et de ses multiples constituants dont les proportions déterminent ses propriétés.

Du soufflage au formage industriel, la fabrication du verre a connu maintes évolutions techniques. Au cours des derniers siècles, la technologie float et les progrès dans les méthodes de mise en forme ont contribué à l'obtention d'un verre à faible coût et donc à son immense popularité.

Devenu vitrages, bouteilles, vitrocéramiques, art de la table, le verre est immanquablement inscrit dans notre vie moderne.

De nos jours, le verre s'impose dans la plupart des technologies de pointe, il trouve des applications dans l'informatique, l'énergie, la téléphonie, l'aéronautique. Et dans bien des domaines, il n'est pas prêt d'être supplanté.

Au sens le plus étroit du terme, le verre est un corps brillant, transparent, obtenu par fusion simultanée de la silice (sable, quartz...) et d'un oxyde alcalin ou sel.

Cette définition est loin d'être suffisante, il est effectivement opportun de souligner le comportement visqueux de ce matériau. Pour être précis, le verre qui peut être désigné sous la forme d'un liquide sous-refroidi figé, est un produit minéral, obtenu par fusion et solidification, sans cristallisation, c'est-à-dire lors d'un refroidissement suffisamment rapide. Ce matériau solide non cristallin, qui présente le phénomène de transition vitreuse, illustre à la perfection ce qui est appelé l'état vitreux.

Contrairement aux corps solides minéraux dont la structure est rigoureusement ordonnée, le verre se caractérise par une structure désordonnée, semblable à celle des liquides, tout du moins sans ordre atomique à grande distance. D'ailleurs, issu directement du liquide, le verre conserve un grand nombre de propriétés de ce dernier. Les caractéristiques de son réseau atomique lui confèrent, à l'échelle macroscopique, une grande homogénéité et une totale isotropie (répartition uniforme dans les trois directions). Il possède la transparence aux rayonnements car il a peu d'électrons libres pour résonner. Il peut accepter de larges variations de composition chimique sans règle de stœchiométrie. Il joue, en quelque sorte, vis-à-vis de chacun de ses constituants le rôle de solvant. Enfin, du point de vue mécanique, le verre possède à la température ambiante le comportement d'un solide fragile idéal. Son élasticité est parfaite et sa dureté est appréciable. Peu sensible aux agents atmosphériques, il conserve avec le temps ses propriétés, ce qui justifie son emploi dans le bâtiment.

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https://doi.org/10.51257/a-v1-tba1960

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2. Élaboration du verre

2.1 Cas du verre plat

Le verre plat est utilisé pour les vitrages traditionnels. De nos jours, il est le plus souvent associé à d'autres verres séparés par de l'air ou du gaz, assurer ainsi une fonction d'isolation.

L'élaboration industrielle du verre plat (ou float-glass) nécessite cinq opérations complexes :

1. La fusion

Le mélange vitrifiable est introduit dans le four pour être porté à une température de 1 450 oC. Il subsiste cependant de nombreuses bulles de gaz provenant de la décomposition des carbonates et des sulfates ;

2. L'affinage

Cette étape consiste à élever la température jusqu'au maximum possible (1 450 à 1 530 oC pour les verres sodo-calciques courants), de façon à diminuer le plus possible la viscosité du verre et conduire à l'élimination des bulles et l'homogénéisation de la pâte.

3. La braise

À ce stade, le verre n'est pas assez visqueux pour être formé ou coulé. Il est donc amené à une viscosité convenable par refroidissement jusqu'à une température de 1 000 à 1 100 oC suivant les techniques de formage. Cette phase s'appelle « braise » car au temps des fours à bois, il suffisait de maintenir les braises sur le foyer.

4. Le formage

Le verre élaboré est déversé sur un bain d'étain à 1 000 oC (float-glass) et forme ainsi une feuille dont l'épaisseur est la résultante de l'égalité entre la force d'étalement due à la gravité et la force résultant des tensions de surface s'opposant à la force d'étalement. Pour un verre sodocalcique standard, cette épaisseur d'équilibre est de 6,8 mm.

5. La recuisson

Au cours de ce formage, le verre est refroidi brutalement au contact de l'étain et de l'atmosphère, et devient ainsi le siège de tensions internes. Pour libérer le verre de ces contraintes, le ruban traverse un tunnel de refroidissement lent appelé « étenderie ». La température du verre passe progressivement de 620 à 250 oC, provoquant un complet durcissement et un recuit.

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2.2 Différents types de fours

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    ANNEXES

    1. 1 Ouvrage

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      Encyclopédie du bâtiment – Éditions Techniques de l'Ingénieur – Cet ouvrage n'est plus commercialisé.

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