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Fabriquer du verre : explication du processus

Article mis en ligne le 9 janvier 2014.

Cet article décrit la composition du verre et la façon dont il est fabriqué. Le verre est essentiellement composé de sable siliceux. Il est fondu à très haute température, puis façonné et refroidi jusqu'à obtention du verre sous sa forme connue.

Le processus de fabrication du verre remonte à une époque très ancienne. A l'époque, il s'agissait d'un métier rare, le verre coûtait donc cher. De nos jours, la fabrication du verre s'effectue essentiellement en usine, ce qui rend donc le verre beaucoup plus accessible financièrement. Les produits verriers peuvent être utilisés en tant que vitrages, contenants, décorations, verres de lunettes, etc. Bien que les matières premières utilisées pour fabriquer du verre peuvent varier, le procédé de fabrication reste le même. L'objet de cet article est de décrire comment fabriquer du verre :

Se procurer du sable siliceux

Le sable siliceux, appelé également sable de quartz, est le composant de base du verre. Pour fabriquer du verre transparent, il faut utiliser un matériau qui ne contient pas de particules de fer. Cela est dû au fait que la présence de fer dans le verre lui donnerait une couleur verdâtre.

• Quand on est sur le point de manipuler du sable siliceux très fin, il faut couvrir son visage avec un masque de protection. En effet, si ce sable s'introduit dans les voies respiratoires, il peut causer des irritations à la gorge et aux poumons.
• Il est possible d'acheter du sable de quartz sur des sites marchands en ligne. En petite quantité, on peut en trouver à moins de 20 €. Il est aussi possible de s'en procurer en plus grande quantité chez des distributeurs qui proposent des prix de gros.
• S'il est difficile de trouver du sable siliceux sans particules de fer, l'aspect verdâtre du verre peut être évité en y ajoutant une petite quantité de dioxyde de manganèse.

Ajout de carbonate de sodium et d'oxyde de calcium

Le carbonate de sodium est un composé chimique à ajouter au sable siliceux pour la fabrication du verre. Il permet en effet d'abaisser la température minimale requise pour faire fondre le sable de quartz, ce qui est très avantageux à l'échelle industrielle. Il a toutefois pour inconvénient de laisser l'eau passer à travers le verre. Pour éviter ce problème, il faut également ajouter de l'oxyde de calcium ou de la chaux. On peut aussi ajouter des oxydes de magnésium ou d'aluminium, ce qui permet de renforcer la résistance du verre. Généralement, tous ces additifs ne dépassent jamais 30% de la composition totale du verre.

Autres additifs optionnels

Pour obtenir du verre de décoration, on peut ajouter de l'oxyde de plomb, ce qui permet de donner au verre l'éclat du cristal. En outre, cet ajout facilite la découpe du verre et abaisse sa température de fonte. On peut également utiliser de l'oxyde de lanthane pour les verres optiques car il leur confère des propriétés de réfraction.

Coloration du verre

Comme dit plus haut, la présence de particules de fer dans le sable siliceux donne au verre une teinte verdâtre. Pour obtenir de la vraie couleur verte, il faut ajouter de l'oxyde de fer ou de l'oxyde de cuivre. Pour les autres couleurs, il est possible d'utiliser certains composés chimiques à base de soufre pouvant donner au verre une coloration jaune, marron ou noire. La couleur obtenue dépend de la quantité de carbone ou de fer présente dans le mélange.

Mettre les ingrédients dans un contenant résistant à la chaleur

Une fois que le mélange a été composé avec les ingrédients évoqués ci-dessus, il doit être placé dans un creuset ou un contenant qui peut supporter une température excessivement élevée dans le four. En effet, le mélange peut fondre à une température entre 1500°C et 2500°C (en fonction des additifs qui ont été ajoutés), il faut donc choisir un support dont la température de fonte est bien plus haute et qui peut être saisi avec des crochets en métal.

Faire fondre le mélange

Le sable de silice peut être fondu dans un four à gaz. Par contre, la fabrication de verres spécifiques nécessite l'usage d'un fondoir électrique ou d'un four à pot.

Si le sable de quartz ne contient aucun additif, il fond à une température d'environ 2250°C. En y ajoutant du carbonate de sodium, sa température de fonte peut baisser jusqu'à 1500°C.

Obtenir du verre sans bulles

Des bulles sont susceptibles d'apparaître dans le verre fondu, il est donc nécessaire de le remuer jusqu'à ce que sa consistance soit homogène. Pour éviter ce phénomène, on peut ajouter dans le mélange des composés chimiques tels que du sulfate de sodium ou du chlorure de sodium (ce dernier correspond au sel de cuisine).

Façonnage du verre fondu

Il est possible de façonner le verre fondu de plusieurs manières :

• Le verre fondu peut être versé dans un moule puis refroidi. Cette méthode est utilisée aujourd'hui surtout pour la fabrication de verres optiques.
• La méthode permettant de fabriquer du verre flotté est de faire couler le verre en fusion sur un bain d'étain fondu. Comme l'étain en fusion a une plus grande densité que celle du verre en fusion, ce dernier peut flotter sur l'étain. Sous l'action de son poids, le verre en fusion se répand sur toute la surface au-dessus de l'étain et forme une plaque continue avec des surfaces lisses.

Refroidissement du verre

Pour que le verre refroidisse correctement, il faut prendre garde à ce qu'il ne s'agite pas. De même, il ne faut pas que de la poussière, de l'eau ou des feuilles lui tombent dessus car la présence de matière froide sur du verre chaud peut faire casser le verre.

Recuisson du verre

En général, une fois qu'un produit verrier a été mis en forme, il peut être utilisé uniquement après avoir subi un traitement de recuisson. Cela est dû au fait que le refroidissement du verre ne se fait pas de façon homogène : certaines zones du verre restent chaudes tandis que d'autres refroidissent plus rapidement. Cela implique des tensions moléculaires qui favorisent la brisure du verre. Le processus de recuisson permet d'annuler ces tensions dues aux différences de température. Il consiste à faire baisser de façon progressive et maîtrisée la température du verre jusqu'à la température environnante.