qu'est ce que le verre ?

De quoi est fait le verre ?

Le verre est le support à travers lequel nous voyons une grande partie de notre monde. Qu’il s’agisse du revêtement protecteur de l’écran à cristaux liquides sur lequel vous lisez cet article, du pare-brise de votre voiture ou du verre à pied qui contient et présente votre verre de vin rouge, le verre est partout autour de nous.

Bien que le verre soit fragile et puisse être cassé, s’il est protégé, il a la capacité de résister à l’épreuve du temps. Les humains fabriquent et utilisent le verre depuis environ 3600 avant J.-C. et nous le savons parce que nous avons retrouvé des objets qui avaient au moins cet âge !

Mais, malgré son omniprésence, la plupart des gens ne savent pas de quoi est fait le verre. Certains peuvent se rappeler qu’il a quelque chose à voir avec le sable – mais est-ce tout ce qu’il y a à savoir ? Cet article va décomposer les composants du verre et expliquer comment ces composants font partie de notre vie quotidienne.

Dans sa forme la plus simple, le verre est simplement du sable de silice fondu qui a été rapidement refroidi. Le verre peut exister à l’état naturel, le plus souvent sous la forme d’un verre volcanique : l’obsidienne. L’homme travaille le verre depuis plus de 5 000 ans et, au cours de cette période, les verriers ont créé une myriade de types de verre différents, chacun ayant ses propriétés spécifiques et ses utilisations idéales.

De quoi est fait le verre ?

Le verre est composé d’un matériau de base, ou formateur, et d’additifs qui servent à modifier les propriétés physiques du produit fini. Au cours des millénaires où l’homme a travaillé le verre, des milliers de recettes différentes ont été développées.

Formateurs
Les formateurs, parfois appelés formateurs de réseau, constituent la majorité du verre en poids. Le silicium, le bore, le germanium et le phosphore sont les formateurs les plus couramment utilisés dans le verre, le silicium et le bore étant les ingrédients que l’on trouve dans le verre que la plupart des gens connaissent.

En général, le verre commercial est principalement composé de silicium, d’autres formateurs étant ajoutés pour obtenir l’effet désiré. Le verre borosilicate, un type de verre que l’on trouve couramment dans les ustensiles de cuisine comme le Pyrex, ne contient que 12 à 15 % de bore et environ 80 % de silicium.

Flux
Le dioxyde de silicium a un point de fusion incroyablement élevé de plus de 1 700 °C, ce qui rend les verres à haute teneur en silicium plus chers et plus difficiles à produire. Les fondants réduisent le point de fusion du verre – et entraînent généralement des modifications des propriétés physiques du produit fini.

Deux des fondants les plus courants sont le carbonate de soude (carbonate de sodium ou Na2CO3) et la potasse (carbonate de potassium ou K2CO3). Le point de fusion du verre sodé est de 1 200 °C, ce qui facilite le processus de fabrication car il ne nécessite pas les températures extrêmement élevées du verre à haute teneur en silicium. L’un des inconvénients majeurs de l’ajout de soude au verre est que, si elle est utilisée seule, elle rend le verre soluble dans l’eau.

Certains additifs, comme l’oxyde de plomb, n’abaissent pas le point de fusion du verre fondu, mais le rendent moins visqueux et donc plus facile à travailler. Par conséquent, les verriers peuvent utiliser du verre cristal au plomb pour l’émaillage et les souffleurs de verre l’utilisent pour créer des produits visuellement impeccables et exempts de bulles d’air.

souffleur de verre

Stabilisateurs
En volume, les stabilisants ne représentent qu’une petite partie du verre – généralement moins de 10 % – mais ils jouent un rôle important dans la détermination des propriétés physiques du verre. Le stabilisateur le plus couramment utilisé dans la fabrication du verre est la chaux (oxyde de calcium). La chaux est produite par la décomposition du calcaire (carbonate de calcium ou CaCO3) à haute température.

Une fois que le calcaire a été transformé en chaux, il peut être utilisé en tandem avec du carbonate de soude, empêchant ainsi la solubilité dans l’eau que provoque la soude lorsqu’elle est utilisée seule. Le produit qui en résulte est appelé verre sodocalcique et est le produit en verre le plus courant dans le monde.

Parmi les autres stabilisants, on trouve l’oxyde de magnésium (MgO) et l’oxyde d’aluminium (Al2O3). L’oxyde de magnésium est couramment employé dans le verre destiné à devenir de la fibre de verre. L’oxyde d’aluminium est souvent ajouté au verre sodocalcique en petites quantités pour en augmenter la durabilité.

Le verre est-il un liquide ou un solide ?

Comme le savent tous ceux qui ont déjà versé du lait dans une tasse en verre, le verre est parfaitement capable de contenir des liquides ! Pourtant, malgré son apparente solidité, il existe un mythe omniprésent selon lequel le verre serait en fait un liquide à écoulement extrêmement lent.

Cet argument est parfois fondé sur sa structure non cristalline ou sur des affirmations empiriques selon lesquelles les vitraux des cathédrales sont plus épais sur le bord inférieur, là où le verre s’est écoulé vers le bas au fil des siècles. Cependant, malgré la composition physique unique du verre et les bords plus épais des anciens vitraux de cathédrales, le verre est bel et bien un solide à tout moment en dessous de son point de fusion.

Le verre fondu mis à part, examinons ces deux contre-arguments pour mieux comprendre ce qui fait du verre un solide.

La plupart des solides sont solides parce qu’ils ont une structure atomique cristalline, c’est-à-dire que les atomes sont disposés selon des formes nettes et essentiellement rigides. Le dioxyde de silicium, plus communément appelé silice, est un cristal formé d’un atome de silicium et de deux atomes d’oxygène (SiO2) et forme des cristaux tétraédriques tridimensionnels.
La plupart des solides sont solides parce qu’ils ont une structure atomique cristalline, c’est-à-dire que les atomes sont disposés selon des formes nettes et essentiellement rigides. Le dioxyde de silicium, plus communément appelé silice, est un cristal formé d’un atome de silicium et de deux atomes d’oxygène (SiO2) et forme des cristaux tétraédriques tridimensionnels.

Le verre de silice est également fabriqué à partir de SiO2, mais au lieu d’avoir ses atomes constitutifs alignés en une structure cristalline nette, les atomes du verre n’ont aucune structure répétitive. En physique, les solides comme le verre sont appelés des solides amorphes – mais il faut noter qu’ils ne sont amorphes qu’en termes d’absence de structure cristalline et qu’ils présentent par ailleurs toutes les propriétés associées aux solides.

Cependant, d’autres personnes fondent leur argument non pas sur la physique ou la chimie, mais sur l’observation. Ils affirment que puisque les vitraux des cathédrales médiévales sont plus épais en bas, il est évident que le verre coule.

Cet argument est convaincant car certains vitraux sont plus épais en bas. Mais cet argument ne tient pas, car si vous regardez attentivement, vous constaterez que certains sont plus épais en haut ! Ces fenêtres anciennes étaient fabriquées à l’aide de méthodes anciennes et encore peu raffinées, ce qui entraînait souvent une épaisseur inégale, les bords étant plus épais que le centre.

Comment fabrique-t-on le verre ?

Toute fabrication de verre commence par la fusion de matières premières en un liquide qui peut être façonné en une grande variété de formes. Aux premiers temps de la fabrication du verre, le verre fondu était versé dans des moules. Au 1er siècle avant Jésus-Christ, le soufflage du verre a été découvert, permettant la production de produits en verre qui seraient facilement identifiables par quelqu’un aujourd’hui.

Dans le soufflage du verre, le verrier place une goutte de verre fondu à l’extrémité d’un tube creux, qui est ensuite gonflé d’air. Ce processus est très similaire à celui qui consiste à faire une bulle avec un chewing-gum, sauf que la bulle de verre peut ensuite être durcie pour devenir une bouteille en verre utilisable ! Ce processus n’a pratiquement pas changé depuis les premiers jours de la production de verre, même si aujourd’hui il est surtout utilisé à des fins décoratives.

Le verre à vitres est fabriqué selon un processus différent, où le verre liquide est versé sur un bain d’étain fondu. Le verre liquide flotte au dessus du métal liquide, ce qui donne à ce verre son nom commun : verre flotté.

Ce procédé permet de créer des feuilles de verre larges, plates et cohérentes. Le verre flotte au-dessus de l’étain parce qu’il est moins dense, un peu comme le vinaigre flotte au-dessus de l’huile.

Contrairement au plastique, le verre est facilement recyclable et le verre recyclé ne souffre d’aucune baisse de qualité. Non seulement le verre recyclé est d’une qualité similaire à celle du verre fabriqué à partir de matières premières, mais le processus consomme également moins d’énergie que si l’on partait de zéro.

Certains produits en verre, comme les pare-brise et le verre pare-balles, sont fabriqués à partir de feuilles de verre et de plastique laminées. Les couches de plastique apportent de la solidité et permettent au verre de rester en place même en cas de choc.

Le verre sous toutes ses coutures

Nous espérons que ces quelques lignes ont permis de dissiper toute confusion sur la composition du verre. Il est clair que ce matériau est parfaitement adapté à une variété de rôles, apportant clarté et résistance là où cela compte le plus. Le verre es aujourd’hui utilisé dans de nombreux secteurs comme le verre pour voiture, les cabines et portes de douche en verre, les grade-corps , etc….