LA COMPOSITION DU VERRE
La composition du verre
Certains éléments comme le silicium, contenu dans le sable, et le bore peuvent
former un verre par leur seule combinaison avec de l’oxygène et par élévation à une
très haute température. Ces oxydes sont appelés oxydes formateurs car ils forment
le squelette du verre. On les combine avec d’autres éléments dits « modificateurs »
(les fondants et les stabilisants).
Pour former le verre, on mélange les ingrédients à de l'eau et du calcin (débris de
verre recyclé) selon des proportions très précises dans un four à 1 550°C en
moyenne.
Les oxydes formateurs
Suivant le verre que l’on souhaite obtenir, on utilise différents éléments de base.
La silice : (dioxyde de silicium SiO2) C’est le
composant principal du verre qui représente
environ 70% de la masse. Elle est l’élément
formateur de réseau. Son point de fusion est à
1730°C. Elle entre dans la fabrication sous
forme de sable dont les plus purs contiennent
99,5 % de silice (les sables quartzeux). C’est le
cas du sable de Fontainebleau qui est très
recherché pour la fabrication de verres
d'optique et de cristal. Plus le pourcentage de
silice est élevé et plus le coefficient de dilatation est faible ; donc, plus le verre est
résistant.
On peut également trouver d’autres verres constitués d’anhydride borique comme
élément de base permettant d’obtenir un verre ayant une grande résistance
thermique (verre Pyrex).
Les oxydes modificateurs
Les fondants : (oxydes alcalins)
La silice permet d'obtenir du verre, mais son point de fusion est très élevé. En
ajoutant des fondants, on abaisse cette température à 1400°C et on facilite les
possibilités de travail. Les fondants sodiques et potassiques ont été utilisés
conjointement dès le moyen âge.
- · L’oxyde de sodium (la soude Na2O) : Il entrait autrefois dans la composition
sous forme de cendres de plantes marines (ex : la salicorne) ou de nitre (grec
= nitron). Il abaisse le point de fusion, augmente l’éclat du verre et sa
résistance aux agents atmosphériques ainsi que le coefficient de dilatation.
- · L’oxyde de potassium (K2O) : Il entrait autrefois dans la composition sous
forme de cendres de plantes terrestres comme la fougère ; aujourd’hui, on
utilise du salpêtre (nitrate de potassium KNO3). Il abaisse le point de fusion,
augmente l’éclat du verre et le rend doux à la taille, mais il diminue sa
résistance chimique.
- · L’oxyde de magnésium (MgO) : Il est utilisé sous forme de dolomite
(calcium+magnésium). Il abaisse la température de fusion et augmente la
résistance aux agents chimiques.
Les stabilisants : (oxydes alcalino-terreux) L'introduction d'un oxyde alcalin
(fondant) a provoqué la rupture d'une liaison Si - O et l'apparition d'un oxygène "non
pontant". Ceci a pour effet de fragiliser le réseau et d'augmenter la solubilité à l'eau.
- · L’oxyde de calcium (CaO) : se trouve sous forme de chaux (qui est le
stabilisant le plus employé) ou de dolomie (lorsque le verre doit contenir de la
magnésie). Il augmente la résistance chimique du verre, son éclat et diminue
sa solubilité, mais en excès il provoque une dévitrification. Il était utilisé au
moyen âge pour les verres sodiques.
- · L’oxyde de zinc (ZnO) : Il augmente l’éclat et l’élasticité.
- · L’oxyde de fer (Fe2O3) : (c’est un stabilisant et un colorant) souvent contenu
dans les roches naturelles, il donne une teinte verdâtre. Il faut donc procéder
à une décoloration de cette teinte. Pour cela, on peut ajouter du bioxyde de
manganèse (MnO2) (savon des verriers).
- · L’oxyde de plomb (PbO) : entre dans la composition du cristal. Il abaisse
également le point de fusion en stabilisant la composition. Il rend le verre plus
éclatant tout en lui conférant une légère teinte jaunâtre, il est plus agréable à
couper et à travailler.
On trouve une troisième catégorie : Les colorants
Certains composants du verre peuvent absorber sélectivement une ou plusieurs
longueurs d'onde de la lumière blanche : la conséquence en est la couleur des
verres. La couleur dépendra des intéractions entre les éléments.
_ Co2+ = bleu dans un verre sodocalcique,
_ Cu+ = bleu
_ Cr2+ = vert
_ Fe2+ = vert bouteille
_ Fe3+ = peu coloré
_ Mn2+ = rose
_ Précipités d'Or ou de Cuivre = rouge
_ Précités d'argent = jaune
Proportion
En associant ces éléments dans différentes proportions, on obtient des verres de
caractéristiques différentes.
La composition des verres les plus courants en détail :
Les verre les plus courants sont les verres sodo-calciques à
base de silice (environ 70%) utilisé pour fabriquer les verres
plats. (Composition indiquée sur la figure). Le nom de cette
catégorie provient de l’association de 2 éléments : la soude en
tant que fondant et la chaux en tant que stabilisant.
Cette famille de verre a une bonne stabilité chimique, mais est
sensible aux chocs thermiques. Cela est dû à son coefficient de
dilatation élevé : 86 x 10-7 (de 0 à 300°C). ).
Suivent ensuite les verres borosilicate utilisés pour la verrerie
culinaire et chimique car son coefficient de dilatation est très
faible et rend le verre résistant face au chocs thermiques
(Pyrex).
A titre indicatif, voici différentes compositions afin d’obtenir des verres possédant des
propriétés bien déterminées.
Verre céramique
Dilatation nulle
- table de cuisson
- protection incendie …
Verre borosilicate
Faible coefficient de dilatation (tenue au choc thermique)
- verrerie de laboratoire
- verrerie culinaire …
-Pyrex
Verre au plomb
- cristal
- protection rayons X, rayonnement nucléaire
source wikipedia
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