Le verre

Pieds en verre

La coloration du verre

Les impuretés des matières premières affectent la couleur du verre. Pour obtenir une substance claire et incolore, les verriers ajoutent du manganèse pour contrer les effets des traces de fer qui donnent au verre une couleur marron-vert. La couleur dépend du colorant, de la quantité qui est ajoutée et de la composition de l’atmosphère environnant le verre en fusion. On colore généralement le verre en lui ajoutant des oxydes métalliques. Ainsi, on peut obtenir une coloration verte avec des sels de fer et de chrome, bleue avec des sels de cobalt, grise avec des sels de nickel, «rubis» avec des sels d’or, rouge ou orangée avec des sels de cadmium ou de sélénium. Les colorants ne sont pas toujours utilisés pour des raisons esthétiques. En effet, ils permettent parfois de modifier les propriétés physiques du verre afin, par exemple, de protéger contre des rayonnements extérieurs.

Sa fusion

Autrefois, la fusion des matières premières était réalisée dans des pots en terre et des creusets qui ne sont plus employés aujourd’hui qu’en artisanat et pour la fabrication de petites quantités de verre, comme en optique. Dans les verreries modernes, la plus grande partie du verre est fondue dans de grands fours à bassin, qui peuvent contenir plus de 1 000 tonnes de verre et permettre une production journalière dépassant 500 tonnes. Ces fours sont chauffés au gaz ou à l’électricité. Les matières premières en mélange adéquat sont portées à l’état de fusion, entre 1 300 et 1 500°C. Toutes les matières premières vitrifiables sont concassées de manière à obtenir des grains d’une fine épaisseur, comprise entre 0,1 et 0,6 mm. On ajoute généralement au mélange des déchets de verre, appelés calcin ou groisil, afin d’accélérer le processus de fusion. La cuve de fusion est constituée d’un réservoir rectangulaire de plusieurs centaines de mètres carrés de surface en matériau réfractaire. Le mélange vitrifiable est introduit en continu par un orifice situé à une extrémité de la cuve, puis il progresse dans celle-ci en traversant les différentes zones respectives de fusion, d’affinage et de repos.

L’affinage

De nombreuses réactions chimiques se produisent au cours du chauffage. Des gaz se libèrent dans le verre fondu et, comme la viscosité de celui-ci est très élevée, il se forme des bulles qui n’atteignent pas la surface du bain de verre. Les gaz, provenant de l’air ambiant, et produits lors des réactions chimiques ne sont donc pas éliminés du verre, ce qui affecte sa qualité et ses propriétés physico-chimiques. Afin de remédier à ce problème, la température du verre est augmentée vers le milieu de la cuve de fusion afin de diminuer sa viscosité. On introduit dans ce bain «surchauffé» des agents d’affinage,(essentiellement des nitrates, des sulfates et des oxydes), qui se décomposent à haute température en libérant des gaz. Ces derniers forment des bulles plus grosses, qui atteignent plus facilement la surface du bain en entraînant avec elles les bulles plus petites.

Principaux types de verre et leur utilité

  • Verres creux

Les verres creux, les plus répandus, sont utilisés pour fabriquer les bouteilles, les bocaux, les flacons, les ampoules, les tubes, les briques et les pavés. Le verre fondu est acheminé par un canal en matériau réfractaire jusqu’à la souffleuse, dans laquelle il est réparti par des distributeurs volumétriques. La composition du verre est différente suivant le produit fabriqué. Pour un contenant de produits alimentaires, on emploie un verre sodico-calcique. La teinte verte des bouteilles de vin de Bordeaux, par exemple, provient d’un additif qui rend le vert imperméable au rayonnement qui pourrait altérer la qualité du vin.

  • Briques de verre

Les briques de verre sont des blocs de construction creux, dont les côtés sont striés ou imprimés, et qui peuvent être incorporées dans du mortier et utilisées pour la construction d’une partie de murs extérieurs ou de cloisons intérieures. Ces briques sont obtenues par pressage.

  • Verres de vitrage

Les vitres étaient jadis fabriquées par étirage et les glaces, par laminage, suivi d’un travail mécanique. Actuellement, on prépare les verres de vitrage par flottage sur un bain d’étain. Le verre s’aplatit sur ce bain et peut présenter toutes les épaisseurs comprises entre 3 et 18 mm.

  • Verre laminé

Le verre laminé, souvent décoré à l’aide de motifs incrustés dans les rouleaux, est surtout utilisé en architecture. Durant l’opération de laminage, on introduit parfois un treillis en fil de fer dans le verre fondu avant qu’il ne passe entre les rouleaux. Ce type de verre, appelé verre armé, se brise très difficilement. Le verre de sécurité, utilisé notamment dans les pare-brise des voitures, est obtenu en plaçant une feuille de plastique transparent entre deux feuilles très minces de verre. Le plastique adhère étroitement au verre et maintient en place les fragments cassés lors d’un choc.

  • Fibres de verre

On peut obtenir des fibres de verre qui peuvent être tissées ou feutrées, comme les fibres textiles. Pour cela, on étire le verre fondu jusqu’à ce qu’il présente un diamètre compris entre 0,5 et 15 millionièmes de mètre. Il est possible de fabriquer des fils longs, continus et multifilaires aussi bien que des fibres courtes de 25 à 30 cm de long. Tissées dans certains textiles, les fibres de verre constituent d’excellentes étoffes et de très bons matériaux d’ameublement grâce à leur stabilité chimique, leur solidité et leur résistance au feu et à l’eau. Les fibres de verre seules, ou associées à des résines, forment d’excellents isolants électriques. En imprégnant les fibres de verre de plastique, on obtient une fibre de verre mixte qui allie la solidité et l’inertie du verre à la résistance aux chocs du plastique.

On obtient les fibres de verre selon deux procédés.On peut effectuer un étirage mécanique à grande vitesse, la vitesse déterminant le diamètre des fibres qui est compris entre 1 et 8 millionièmes de mètre. Ces fibres sont destinées à l’ameublement, au renforcement de matière plastique ou du caoutchouc, du plâtre, du papier, à l’isolement électrique ou à la fabrication de tissus industriels. La deuxième méthode de fabrication consiste à étirer le verre par entraînement de filets fluides de verre par des jets d’air ou de vapeur. On obtient par ce procédé des fibres discontinues, minces et de longueur variable. Elles sont utilisées pour fabriquer des panneaux, de la laine et des cordons.

La composition du verre

La composition du verre dépend des propriétés recherchées et du mode de sa fabrication. L’ingrédient de base, la silice, est issue du sable ou du quartz. Les verres sont constitués de tétraèdres SiO4 qui s’enchaînent les uns aux autres pour donner la silice SiO2. Celle-ci, portée à son point de fusion, retrouve difficilement sa structure cristalline en refroidissant et tend vers une structure non cristalline: le verre. Dans la plupart des verres, la silice est combinée à d’autres matières premières en proportions variables par exemple; les alcalis, en particulier les carbonates de sodium ou de potassium, abaissent sa température de fusion et sa viscosité. Ainsi, selon leur composition, certains verres fondent à 500°C, alors que d’autres ne fondent qu’à 1 700°C. La chaux et la “dolomite” (carbonate double de calcium et de magnésium) agissent comme stabilisateurs sur le mélange. Les oxydes de tantale ou de thorium augmentent considérablement l’indice de réfraction du verre pur. D’autres produits (généralement des oxydes) peuvent être ajoutés à un verre en fonction de l’application recherchée afin de modifier ses propriétés chimiques, physiques ou mécaniques. Les verres présentent également des propriétés optiques très différentes suivant leur nature. Actuellement, il existe plus de 100 000 types de verres.

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