verre

Verre est une substance homogène, amorphe, isotrope, transparente, solide et fragile dans un état métastable, qui apparaît lors du refroidissement d'une fusion. Il contient principalement du sable siliceux, de la soude, des oxydes de métaux alcalins, du calcaire. C'est un matériau biologiquement inactif.

Le verre est transparent (transparent) pour la lumière visible (il existe aussi du verre non transparent). Le verre ordinaire ne transmet pas la lumière dont la longueur d'onde est inférieure à 400 nm (lumière ultraviolette), car il contient des impuretés, par exemple la soude (carbonate de sodium).

Histoire

Le verre a été découvert vers l'an 3000 avant J.-C. en Égypte. Initialement, la technologie ne permettait pas la production de verre pur (impuretés) et il était principalement utilisé pour la fabrication de petits récipients et d'ornements. Les récipients étaient façonnés en les enroulant autour d'un noyau en argile, qui, après le refroidissement du verre, était brisé. Le verre contenait de l'oxyde de silice, du calcium et du sodium.

Le verre se trouve aussi dans la nature, et est formé à partir d'une fusion volcanique. Ce verre s'appelle l'obsidienne. L'obsidienne a longtemps été utilisée pour la fabrication de couteaux en utilisant des outils simples. Une autre forme de verre naturel sont des tubes formés par la foudre frappant du sable siliceux.

Verre

Le verre est un matériau homogène amorphe, solide, fragile, transparent dans la plupart des cas, avec une surface lisse. Il est fabriqué à partir de ce qu'on appelle la verrière, fondue dans un four à verre. Le matériau se refroidit rapidement et n'a donc pas le temps de former une réseau cristallin . La substance solide résultante est amorphe (sans forme). Le verre pur est transparent (transparent), relativement résistant , résistant à l'usure, pratiquement inerte et biologiquement inactif. Il peut être façonné en différentes formes. Le verre est cependant très fragile et se casse en éclats tranchants. Ces propriétés peuvent être modifiées en ajoutant des composés (surtout des oxydes métalliques) à la fusion. Le verre peut aussi être traité thermiquement , par exemple recuit.

Le verre est principalement composé de dioxyde de silice, obtenu à partir de silex (sable siliceux – également appelé sable à verre). Le silex a une température de fusion d'environ 2 000 °C, c'est pourquoi des substances alcalines sont ajoutées lors de la fabrication, réduisant considérablement cette température, par exemple la soude et le carbonate de potassium, qui réduisent la température de fusion à environ 1 000 °C. Comme les alcalins réduisent également la résistance du verre à l'eau, ce qui est indésirable, on ajoute aussi l'oxyde de calcium, qui améliore cette résistance.

Les matières premières de base pour la production du verre sont – du sable siliceux pur, de l'oxyde de calcium, du carbonate de sodium (ou potassium), de l'oxyde d'aluminium et des éclats de verre (déchets triés). À partir de ces matières premières, on prépare un mélange en poudre appelé verre à frit, qui est fondu dans un four à verre. Aux composants de base du frit, on ajoute divers additifs qui nettoient, colorient ou rendent le verre trouble.

Verre en silice

Le verre fabriqué uniquement à partir d'oxyde de silice pur SiO₂ (silex) s'appelle le verre en silice. Contrairement aux verres ordinaires, il présente certaines propriétés différentes. Il n'absorbe pas le rayonnement ultraviolet, a une température de fusion très élevée (environ 1 650 °C), est dur, résistant aux rayures, optiquement pur (ne contient pas d'impuretés), ne déforme pas la longueur d'onde de la lumière traversante (aberration chromatique). Il est donc utilisé là où ces propriétés sont requises. Par exemple, pour les bouteilles d'ampoules halogènes, qui fonctionnent à haute température, les lampes à décharge pour lumière ultraviolette, les vitres des appareils électriques, des montres, etc. En raison de sa température de fusion élevée, le verre en silice est beaucoup plus complexe et coûteux à produire que le verre ordinaire. Le verre en silice peut être si pur que des centaines de kilomètres de verre sont transparents pour les longueurs d'onde infrarouges de la lumière, ce qui est utilisé dans les fibres optiques. Le verre en silice est également utilisé en optique pour la fabrication de lentilles et miroirs.

Additifs

Le verre au plomb , également verre cristal au plomb, a de meilleures propriétés optiques visuelles, car l'indice de réfraction augmenté provoque beaucoup plus de réflexions. Ce verre est utilisé pour la fabrication d'objets artistiques en verre. Le bore est ajouté pour modifier les propriétés thermiques et électriques. L'ajout de baryum augmente l'indice optique de réfraction du verre. L'oxyde de thorium donne au verre un indice de réfraction très élevé et est utilisé pour la fabrication de lentilles de haute qualité. Une plus grande quantité de fer est utilisée dans le verre qui doit absorber l'énergie infrarouge, par exemple pour les filtres thermiques des projecteurs de films. Le cérium est utilisé pour le verre qui absorbe les longueurs d'onde UV (rayonnement biologiquement nuisible).

Les métaux et les oxydes métalliques sont également ajoutés à la verrière lors de la production pour modifier la couleur du verre. Le manganèse élimine la teinte verte du fer, en concentrations plus élevées donne une teinte améthyste . Comme le manganèse, le sélénium est utilisé pour décolorer le verre, en concentrations plus élevées donne une teinte rouge . Des concentrations faibles de cobalt (0,025 – 0,1 %) donnent du verre bleu . L'oxyde d'étain avec des oxydes d'antimoine et d'arsenic produit du verre trouble blanc , utilisé pour la première fois à Vénétie pour imiter la porcelaine. L'utilisation de deux à trois pour cent d'oxydes de cuivre produit une teinte turquoise . Le cuivre métallique pur donne un verre rouge foncé opaque, utilisé comme substitut d'or rubis . Le nickel selon la concentration produit du verre bleu, violet ou noir . L'ajout de titane produit du verre jaune-marron . L'or en très faibles concentrations (environ 0,001 %) produit du verre teinté rubis. L'uranium (0,1 – 2 %) est ajouté pour donner une fluorescence jaune ou verte . Les composés d'argent (principalement les nitrates d'argent) produisent une gamme de couleurs allant d'orange rouge à jaune. La méthode selon laquelle le verre est chauffé et refroidi peut également influencer la couleur produite par ces composés. De nouvelles teintes de verre et de nouvelles utilisations apparaissent fréquemment grâce à l'étude de nouvelles propriétés.

Traitement de la verrière

La verrière liquide est traitée davantage par soufflage, pressage, coulée, manuellement ou mécaniquement. Les demi-produits obtenus peuvent être davantage modifiés par meulage, polissage, peinture, gravure...

Soufflage

Le soufflage est une technique classique de traitement manuel ou mécanique de la verrière. Le principe consiste à fixer la verrière visqueuse sur une tige à souffler, dans laquelle de l'air est poussé. Cela crée une bulle à l'extrémité du tube. En poussant de l'air et en tournant la tige, la verrière est maintenue centrée. Mécaniquement, on produit ainsi des bouteilles, des verres, des carafes, etc. Le soufflage manuel produit principalement des objets creux d'art, des verres, des carafes, du verre chimique (bouteilles, réfrigérants), etc. Ces objets ne sont pas toujours creux. On peut aussi traiter des objets pleins, comme par exemple des poids, des fleurs et de nombreux objets décoratifs.

Laitage

La verrière peut être coulée. Elle est coulée dans des moules métalliques (lors du traitement manuel, aussi dans des moules en bois). L'inconvénient est une surface de moindre qualité. On coule des bouteilles, des assiettes, des verres, des demi-produits en verre (tubes, raccords).

Verre feuilleté

Les plaques de verre (verre feuilleté) sont produites par coulée dans des moules plats. Il existe du verre laminé et flotté. Pour obtenir une surface idéalement plate et lisse, le verre flotté est formé à l'intérieur du moule par du plomb fondu. Cette technique s'appelle le float coating, d'origine anglaise. La verrière liquide est donc suspendue sous forme de flottaison sur du plomb liquide. Ce verre s'appelle flotté – float. Il est produit en format standard de 3 – 19 mm d'épaisseur, avec des dimensions de 200/225*321 cm et 600x321 cm. Parfois, on verse une grille métallique dans le verre feuilleté (verre de sécurité) – il s'agit de verre avec un insert grillagé, appelé "verre grillagé". Ce verre est laminé. Lorsqu'il est brisé, il ne se brise pas en éclats libres, mais reste cassé dans son ensemble. Il est assez fragile, mais suffisant en tant que verre de sécurité. Le verre des automobiles est trempé et feuilleté – les vitres avant et arrière sont collées (verre-folie-verre) et les vitres latérales sont trempées. Lorsqu'on casse la vitre collée, les éclats restent collés à la pellicule. Le verre trempé se brise en de nombreux petits éclats circulaires. Le verre anti-éclats est produit comme un verre feuilleté collé. On utilise des verres d'épaisseur 3 – 5 mm, alternés avec une pellicule de sécurité.

Fusing – verre fusing

Le fusing est une technique utilisée pour le frittage et le façonnage du verre à l'aide de hautes températures. Aujourd'hui, elle fait partie des méthodes courantes de traitement du verre, comme le meulage, le pressage, le façonnage, le pliage, etc.

La technologie du fusing est connue depuis l'antiquité, comme le prouvent les preuves archéologiques datant de l'époque 2000 avant J.-C. Les Égyptiens et les Romains ont été les premiers à utiliser une technique similaire au fusing moderne.

Avec le développement du verre soufflé, le fusing est tombé en désuétude. Il a été redécouvert au cours du 19e siècle en Europe. Aujourd'hui, le verre fusing devient un objet recherché pour la décoration d'intérieur et l'architecture.

Autres utilisations du verre

Le verre est également utilisé pour la production de semi-produits, servant à un traitement ultérieur. À titre d'exemple, on peut citer les fibres de verre, servant de semi-produits pour la production de tissus de verre, par exemple de cordes, de nœuds, de grillages de renforcement, de toiles tissées, de fibres tressées, de laine de verre et autres.