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

 

 

 

 

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