Le Verre

re, le fondant, que l'on teint dans la masse grâce à l'adjonction de certains oxydes métalliques. On attribue l’apparition du verre soufflé au Ier siècle PCN à la Syrie grâce à l’invention de la canne à souffler. Au même moment, on inventa le verre transparent à Sidon (Phénicie). Grâce à la canne a soufflé il y a la naissance d’une forte industrie de verre creux. L’artisan étant à bonne distance de la source de chaleur et il peut donner forme à des pièces de plusieurs dizaines de centimètres. Le verre incolore apparut alors et se répandit à partir du IIIème siècle. Premières traces du verre coulé plat (5 à 6 mm) auparavant, on utilisait de minces plaques de mica ou d’albâtre.

Au Vème et le Xème siècle deux techniques pour la fabrication du verre plat soufflé sont apparues conjointement : - Le soufflage en couronne : Il s’agit d’abord d’un vase soufflé à fond plat que l’on fait ensuite tourner face à l’ouverture d’un four. - Le soufflage en manchon : C’est un cylindre de verre obtenu par l’allongement de la paraison cueillie par le verrier, puis fendu, ramolli et aplati. Ces procédés furent utilisés durant tout le Moyen Âge pour la fabrication des vitraux. L’usage du verre à vitre était connu des romains mais fut peu répandu dans l’architecture civile jusqu’au XVème siècle. On se prémunit du vent et des intempéries par des moyens rudimentaires : volets de bois, toiles cirées… qu’il valait mieux protéger de grillages. Durant le Moyen Age, il y eut une longue stagnation du verre à vitre. Au début du XIVème siècle, naquit la première verrerie à vitre

2. Définition.

Corps solide, transparent, obtenu par la fusion du sable mêlé de chaux et de potasse ou de soude. Il existe de nombreuses catégories de verre définies par des verriers ou par des scientifiques. Pour les verriers, c'est un solide altérable par les agents atmosphériques et renfermant plus de 60% de silice. Pour les scientifiques, c'est une substance amorphe, présentant l'état solide ou de liquide surfondu, transparent, translucide ou opaque, sonore, doué d'une cassure brillante et pouvant passer par toutes les phases de l'état pâteux par élévation de température.

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3. La fabrication du verre. 3.1 Composition.

Certains éléments comme le silicium et le bore peuvent former un verre par leur seule combinaison avec de l’oxygène et par élévation à une très haute température. Ces oxydes sont appelés oxydes formateurs car ils forment le squelette du verre. On les combine avec d’autres éléments dits « modificateurs » qui sont :

 Les fondants qui abaissent la température de fusion des oxydes formateurs (silice = 1730°C).  Les stabilisants qui modifient les propriétés physiques du verre atténuées par l’adjonction du fondant.

Les oxydes formateurs (les vitrifiants) La silice : (dioxyde de silicium SiO2) C’est le composant principal du verre qui représente environ 70% de la masse. Elle est l’élément formateur de réseau. Si l’on augmente sa quantité, on augmente la dureté du verre. Son point de fusion est à 1730°C. Elle entre dans la fabrication sous forme de sable dont les plus purs en contiennent 99,5 % (les sables quartzeux). Le sable de Fontainebleau, du fait de sa qualité, est très recherché pour la fabrication de verres d'optique et de cristal. Plus le pourcentage de silice est élevé et plus le coefficient de dilatation est faible ; donc, plus le verre est résistant. L’anhydride borique : (le bore ou borax anhydre B2O3) Il diminue le coefficient de dilatation et améliore la résistance aux chocs thermiques ; il est aussi plus résistant à l’eau. Son point de fusion est à 2300°C. Il sert pour le travail de laboratoire (verre thermorésistant comme le Pyrex). Il possède aussi les propriétés d’un fondant. L’anhydride phosphorique : (le phosphore P2O5) Employé dans le domaine de l’optique. Les oxydes modificateurs Les fondants : (oxydes alcalins) La silice permet d'obtenir un verre, mais son point de fusion est très élevé (1730°C). En ajoutant des fondants, on abaisse cette température à 1400°C (économie d’énergie) et on facilite les possibilités de travail. Les fondants sodiques et potassiques ont été utilisés conjointement dès le moyen âge. Un même verre peut associer plusieurs fondants : soude et chaux (verre sodo-calcique), soude et plomb (cristal).  L’oxyde de sodium (la soude Na2O) : Il abaisse le point de fusion, augmente l’éclat du verre et sa résistance aux agents atmosphériques ainsi que le coefficient de dilatation. Il est plus utilisé pour le verre industriel que pour le verre soufflé car il doit être constamment réchauffé lors du façonnage.  L’oxyde de potassium (K2O) : Il abaisse le point de fusion, augmente l’éclat du verre et le rend doux à la taille, mais il diminue sa résistance chimique. Il avantage le soufflage du verre car il augmente le temps de travail lors du façonnage.  L’oxyde de magnésium (MgO) : Il est utilisé sous forme de dolomite (calcium+magnésium). Il n’est pas indispensable pour tous les verres, sauf le verre flotté, le verre à vitre et en gobeleterie. Il abaisse la température de fusion et augmente la résistance aux agents chimiques. Les stabilisants : (oxydes alcalino-terreux)

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L'introduction d'un oxyde alcalin (fondant) a provoqué la rupture d'une liaison Si-0 et l'apparition d'un oxygène "non pontant". Ceci a pour effet de fragiliser le réseau et d'augmenter la solubilité à l'eau.

 L’oxyde de calcium (CaO) : se trouve sous forme de chaux (qui est le stabilisant le plus employé) ou de dolomie (lorsque le verre doit contenir de la magnésie). Il augmente la résistance chimique du verre, son éclat et diminue sa solubilité, mais en excès il provoque une dévitrification.  L’oxyde de zinc (ZnO) : Il augmente l’éclat et l’élasticité.  L’oxyde de fer (Fe2O3) : (c’est un stabilisant et un colorant) souvent contenu dans les roches naturelles, il donne une teinte verdâtre. Il faut donc procéder à une décoloration de cette teinte. Pour cela, on peut ajouter du bioxyde de manganèse (MnO2) (savon des verriers).  L’oxyde de plomb (PbO) : entre dans la composition du cristal. Il abaisse également le point de fusion en stabilisant la composition. Il rend le verre plus éclatant tout en lui conférant une légère teinte jaunâtre, il est plus agréable à couper et à travailler.

Les colorants : Les verres sont le plus souvent teintés dans la masse ; cela signifie que l’on ajoute des oxydes métalliques pendant la fusion. Ils entrent en très faible proportion du mélange (ex : oxyde de cuivre pour du vert). La coloration dans la masse est due à la présence dans le verre d'ions de métaux de transition.

3.2 Les différentes étapes de la fabrication du verre. 3.2.1 Fabrication du verre plat et du verre creux.

L’élaboration du verre représente l’ensemble des opérations au cours desquelles le lit de fusion (matières premières naturelles et calcin broyé) est transformé en verre fondu, apte à être mis en forme. Ces étapes d’élaborations sont :

 La fusion.

Suivant la nature et la composition du verre, la température est progressivement élevée à 1 300 – 1 400°C. Au cours de cette montée en température, le mélange enfourné subit diverses transformations complexes : déshydratation (évaporation de l’eau résiduelle), dissociation des carbonates et des sulfates avec dégagement de CO2 et SO2, fusion de certains composants et dissolution des composants les plus résistants.

La fusion s’effectue dans des fours en matériaux réfractaires qui résistent à des températures supérieures à 1 800°C. Deux procédés sont actuellement utilisés :  Le procédé discontinu. 5

Le procédé discontinu sert à produire des verres en petites quantités. Deux types de fours peuvent être différenciés :  Le four à pot permet l’élaboration de verre en faible quantité dans des pots en réfractaire, placés dans des fours chauffés au gaz ou au mazout ;  Le four à creuset de platine est utilisé pour les verres spéciaux.  Le procédé continu. La production massive du verre industriel a lieu exclusivement dans les fours continus, dits fours à bassin, alimentés en permanence en matière. De ce fait, la quantité de verre en fusion est quasi constante dans le four. La durée de vie de ces équipements est estimée à 10 ans. Il existe deux types de fours à bassin :

La partie essentielle d’un four est la cuve (1) qui est construite en blocs réfractaires et dont l’étanchéité est assurée par le verre lui-même. Le chauffage s’effectue grâce au gaz ou au fioul lourd. Le four est équipé d’un dispositif de récupération de chaleur (9). La chaleur émise, lors de la fonte du lit de fusion, est récupérée dans des chambres à empilage de briques qui sont réchauffées. La chaleur est redistribuée sur les brûleurs (7). Le four comporte deux séries de brûleurs et de récupérateurs, disposés de chaque coté, qui fonctionnent alternativement. Les flammes viennent directement en contact avec la surface du bassin. Les brûleurs sont réglables individuellement afin de contrôler d’amont en aval le régime thermique du four. Les matières premières sont enfournées mécaniquement en continu