Fabrication Du Verre

A. Introduction

Le verre est présent partout, que cela soit dans nos habitations, nos voitures. La recette est la même depuis sa date de première fabrication (- 2 600 avant J.C.), mais de nouvelles propriétés sont sans cesse découvertes. La première fabrication eu lieu en Mésopotamie (perles de verre), dans un second temps il a été retrouvé des vases de la même matière en Égypte datant de 1500 ans avant J.C. Ce qui fut un grand succès en Europe (1er siècle après J.C.) c'est le verre soufflé utilisé principalement pour décoration La première industrialisation fit son apparition entre le 17e et le 18e siècle et est destiné principalement au bâtiment mais aussi à la décoration intérieure (comme les miroirs ou les tables). L'industrie que l'on connaît aujourd'hui (dont il sera question dans le chapitre III.A) ne fut inventée seulement dans les années 1960. Les plus gros pays fabricants de verre sont : les États-Unis, le Japon, le Royaume-Uni et la France.

La fabrication du verre commence par l'obtention de matière premières : des roches sédimentaires comme le sable (silice) ou le calcaire (oxyde de calcium), de la soude (carbonate de sodium), et il est possible d'ajouter des oxyde en petite quantité.

Une fois le mélange obtenu, il passe dans un four et atteint la fusion pour former un liquide homogène et continu, il sera par la suite solidifié (en abaissant la température) pour former des plaques de verre strictement dimensionnées.

Le verre le plus fabriqué industriellement est le verre plat, c'est ce qui concerne la fabrication de grandes plaques de verres (pour les vitres) utilisées notamment dans le bâtiment ou dans l'automobile. Mais il ne faut pas oublier le verre creux, c'est ce qui concerne les bouteilles de verre plus particulièrement

Le verre existe depuis 4 600 ans, et depuis de nouvelles utilisations ont été trouvées : comme les vitres du bâtiment, de l'automobile ou encore le verre ménager (« verre creux »), le recyclage des verres usés, la fabrication de vitraux ou encore de la laine de verre qui est un bon isolant. Dans un premier temps, il sera abordé la composition chimique du verre pour ensuite traiter les applications citées précédemment.

B. Composition chimique du verre

Le verre est une matière amorphe, il existe à l’état non-cristallin (1). C’est un matériau dans lequel les atomes ne sont pas organisés en ordre à moyenne et grande échelle, mais seulement regroupés par des groupes proches. Le verre est obtenu en ayant refroidi un liquide et n’ayant pu se cristalliser. A l’état liquide, la matière est si visqueuse que les atomes n’ont plus la mobilité nécessaire pour s’organiser en ordre comme dans un état cristallin. Lors de solidification les atomes se retrouvent figés dans un état désordonné.

Les différents composants du verre :

Le sable (sylice 99% Si) représente 70% de la matière première. Cependant, il ne faut pas qu'elle contienne plus de 0,1% d'oxyde de fer () afin d'entrer dans la composition car cette molécule influence sur la couleur. Même si la croûte terrestre est composée à 50% de Silice, une infime partie est capable de répondre à ce critère. C'est un « vitrifiant »

On y ajoute 20% de soude (carbonate de sodium ) qui permet de diminuer la température de fusion lors de sa réaction avec la silice. C'est un « fondant ».

On complète par 10% de calcaire (oxyde de calcium ) qui permet de rendre le verre plus résistant. C'est un « stabilisant ».

Il est également possible d'ajouter du verre cassé (environ 20% de la préparation ← processus de recyclage) et des oxydes afin de colorer le verre.

Figure : Structure moléculaire du verre (non-cristallin)

C. Fabrication du verre

D. Verre plat

Le procédé suivant (2, utilisé dans l'industrie verrière) qui est très efficace, a été inventé par Alastair Pilkington en 1952. Ces types d'installations sont longues d'environ 500 m du fait que le verre une fois solidifié ne peut pas prendre de virage (risque de casse).

E. Four de fusion

Le mélange obtenu est monté à une température minimum de 1600 °C (on a alors de la matière en fusion) par chauffage électrique (en dessous) et gazeux (sur le côté) pendant environ 12 heures. Durant cette étapes, les impuretés seront éliminées du mélange → les bulles de gaz (provenant de la décomposition de certains composants et de l'air du four) pouvant se trouver dans le verre remontent à la surface du fait de la faible viscosité de la matière à cette température. A la température de fusion, le verre a une trop faible viscosité pour être modelé, c'est pourquoi sa température va être progressivement diminuée. Le four à une capacité maximum de près de 2000 tonnes.

F. Lit d’étain

Ensuite le verre se verse sur un lit d’étain d'environ 70 m de long (le « float » est chauffé entre 600 et 1000 °C par électricité afin que le verre ne se solidifie pas trop vite avant d'avoir une forme régulière) lui aussi en fusion. Les deux matériaux ne se mélange pas car l'étain est plus dense (même principe pour l'huile restant à la surface de l'eau car moins dense) et forme un bandeau plus ou moins fin (entre 5 et 6 mm) si aucune action supplémentaire n'est effectuée que cela soit un étirement (2mm d'épaisseur) ou une compression (20mm d'épaisseur) par des rouleaux appelés « toprolls ». L'enceinte est composée majoritairement d'hydrogène afin d'empêcher l'oxydation de l'étain.

G. L’étenderie

A la sortie du lit d'étain, le verre est à une température de 600 °C et entre dans l'étenderie (longue d'environ 100m), le verre est supporté par une série de rouleau suffisante pour qu'il ne se casse pas. Dans cette partie de la fabrication, le verre est chauffé puis refroidi rapidement avec un système de chauffage (eau froide constituée d'azote et d'hydrogène), il est alors solidifié, c'est ce qu'on appelle la vitrification. A la sortie de l'étenderie la matière atteint une température de 250 °C. C'est lors de cette phase que les propriétés du verre sont stabilisées.

A la sortie de l'étenderie le verre est à l'air libre

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