ALS - Magazine 6 - Septembre 2017

32 / ALS Mag ÉLABORATION DU VERRE En 2016, la production mondiale de verre atteignait 140 millions de tonnes, dont plus de la moitié (72 Mt) était du verre plat. Selon leurs usages, ces verres ont des compositions, des propriétés, des formes et donc des modes de production différents (Table 1). Toutefois, plusieurs étapes se retrouvent dans tous les procédés verriers : J les pesées et le mélange des matières premières (sable, carbonate de sodium, potasse, calcaire, oxyde de plomb, élément colorant, …) et de calcin (verre recyclé, minium 10%) afin d’obtenir la composition; J la fusion qui permet le passage de la compo- sition d’une poudre grossière à l’état liquide ; J l’affinageet l’homogénéisationquipermettent, pour le premier, le départ des espèces gazeuses produites lors de la fusion (CO 2 , SO 2 ,…), minimisant ainsi la présence de bulles dans le verre, et pour la seconde, le brassage du bain fondu pendant plusieurs heures pour obtenir, en sortie, des verres homogènes ; J la mise en forme du verre qui peut éventuel- lement ensuite recevoir un traitement de surface pour améliorer certaines propriétés ; J la recuisson qui consiste à éventuellement réchauffer le verre puis contrôler sa vitesse de refroidissement afin de relâcher les contraintes internes emmagasinées lors de la mise en forme. Ces différentes étapes se font soit dans des fours différents, soit dans des zones différentes d’une même ligne de production : J Fusion, affinage et homogénéisation se font généralement à la suite, dans le même four, entre 1200 et 1600°C selon les compositions. Ces installations, appelées fours à bassin peuvent atteindre 300 m² de superficie, et produire jusqu’à 4 t/m².j de verre. Pour les productions industrielles, juste avant la mise en forme, la température est abaissée entre 1000 et 1300°C (contrôle de la viscosité) et le verre est envoyé dans la partie mise en forme par des feeders ; J Selon les produits, ces feeders peuvent déboucher sur des bains d’étain pour le verre plat de type float , sur des lignes de soufflage ou pressage-soufflage pour les verres de condition- nement (bouteille, flacons, etc.) (Figure 7), sur des lignes de laminage (plaques vitrocéramique), etc. ; J La recuisson se fait dans des fours appelés arches ou étenderies pour le verre plat et dure généralement plusieurs heures. Pour les productions artisanales, le verre est élaboré dans des fours plus limités en taille, les fours à pots, dans lesquels le verre va rester plusieurs heures avant d’être utilisé par le verrier. Ces fours peuvent être équipés de plusieurs pots afin d’avoir à disposition plusieurs couleurs par exemple. Une fois homogénéisé, la quantité de verre nécessaire (la paraison ) est manuellement cueillie par le verrier à l’aide d’une canne métallique, et ensuite mise en forme par pressage et/ou soufflage avant de passer dans le four de recuisson. Les coûts de ces productions verrières ainsi que l’évolution des normes environnementales ont fait évoluer ces fours. Initialement chauffés au bois puis au charbon, la plupart fonctionnent maintenant au gaz (fours à flammes) ou électri- quement, les deux pouvant être combinés au sein d’une même unité. Le principe du four à bassin électrique est basé sur le fait que le verre devient conducteur au-delà de ~ 800°C. Une fois cette température atteinte, le verre agit comme une résistance et est donc chauffé dans la masse, par effet Joule, à l’aide d’électrodes implantées dans la sole (base) du four et baignant dans le verre. De nombreux systèmes de récupération de chaleur (à tubes, à parois, régénérateur, …) permettent aussi de minimiser l’apport énergé- tique et de diminuer les émissions polluantes. Les fumées sont dépolluées afin de limiter les envolements de poussières (filtration simple) ainsi que le rejet des produits nocifs. Ces techniques de production doivent s’adapter aux nouvelles appli- cations. Des systèmes de traitement, par plasma pour des dépôts de couches minces, par cémen- tation pour améliorer la résistance chimique et mécanique des verres, etc. sont progressivement ajoutés aux lignes de production. GRANDE VARIÉTÉ DE TECHNIQUES DE MISE EN FORME : DE LA HAUTE TECHNOLOGIE À L’ARTISANAT Le verre peut accepter quasiment toutes les mises en forme possibles. Il peut être coulé, moulé, injecté, soufflé, étiré, laminé, soudé… et usiné, alors que ses homologues céramiques, sont, pour la plupart, uniquement frittés et usinés. Parmi les procédés de mise en forme, certains font appel à de la haute technologie, comme l’élaboration de la fibre d’isolation ou le verre flotté. Le fibrage du verre a été mis au point et développé par la société Saint Gobain 6 . Par les feeders, du verre fondu se déverse en continu à haute température dans une assiette de fibrage (en superalliage métallique). Cette assiette, chauffée selon le type de verre, au voisinage de 1100°C, tourne à très grande vitesse (environ 2000 tr/mn). La paroi externe est une couronne percée de milliers de trous calibrés par lesquels des fibres sont expulsées sous l’action de la force centrifuge. A leur sortie, elles sont étirées par les gaz chauds et rapides d’un brûleur annulaire (Figure 8). L’élaboration du verre plat (vitrage) se fait par le procédé de flottage ( float glass en anglais). Le verre en fusion est coulé sur un bain d’étain fondu. La différence de densité des deux matières (d verre = 2,5 et d étain = 7) et leur immiscibilité permettent à l’une de flotter sur l’autre. Sous l’effet de son propre poids, le verre s’étale et se stabilise en une feuille continue aux faces planes et parallèles. À la sortie du four (longueur moyenne d’une unité : 400m), une glace de 6m de large est obtenue avec une surface exempte de défaut. D’autres procédés se sont mécanisés et/ou automa- tisés pour la réalisation des flaconnages et les objets de l’art de la table. Dans ce dernier cas, notamment pour les articles de luxe en cristal (Baccarat 7 , Saint Louis 8 , Lalique 9 , etc., Figure 9), on fait toujours appel à des procédés manuels tels que le soufflage. Le cristal permet également la réalisation d’objets en pâte de verre. Ce procédé, maitrisé par la société Daum 10 , consiste à faire refondre un assemblage de morceaux de cristal colorés, judicieusement choisis, dans un moule en plâtre. Figure7 : Procédédesoufflageautomatiquepour l’élaborationdebouteilles (Saverglass). Figure 8 : Assiette observée en cours de fibrage de laine de verre d’isolation (Saint Gobain). Table1 : Compositiondesverres lesplusutilisés.