The science of glass toughening (in plain English)
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Toughened glass is a staple material in structural glazing. Learn the science behind it in our jargon-free blog.
Le verre trempé est partout. Mais comme la plupart des matériaux qui nous entourent, peu d’entre nous savent comment ils sont fabriqués.
Le verre trempé est fabriqué de telle manière qu’il peut résister à d’énormes forces. Mais quand il finit par se briser, il se brise en de nombreux petits morceaux.
Sa résistance et sa durabilité le rendent idéal pour les vitrages architecturaux : portes, escaliers, balustrades, cloisons et bien plus encore.
Tout cela est dû au processus de fabrication. Il existe deux manières principales de durcir le verre : premièrement, par trempe dans un four, et deuxièmement, par échange d'ions provoqué par un bain chimique.
Dans cet article, nous expliquons ces processus dans un anglais simple afin que vous puissiez comprendre comment est fabriqué le verre trempé. Tout d’abord : la méthode du four.
La méthode du four
Dans cette méthode, le verre est trempé par un processus connu sous le nom de « trempe ». Tout d'abord, le verre est placé dans un four chauffé à 600°C (1,112°F).
Une fois le verre chauffé, il est sorti du four et rapidement refroidi par des jets d'air frais sous pression. Cette étape est appelée « trempe ».
La trempe est un processus rapide. Cela provoque un refroidissement rapide des fines couches de surface et la formation de verre dur. À ce stade du processus, les couches extérieures sont dures et froides, mais l’intérieur est encore chaud.
Au fil du temps, l’intérieur perdra également de la chaleur et deviendra dur. Mais il ne se contractera pas de la même manière que les couches externes. Les couches extérieures dures l'en empêchent.
Cela signifie que les couches externes sont comprimées et que la couche interne a une tension compensatoire. Ensemble, ces qualités rendent le verre extrêmement difficile à briser.
Trempe chimique
Le verre peut également être trempé par immersion dans un bain chimique.
Dans cette méthode, le verre est placé dans un bain de nitrate de potassium et chauffé à une température élevée, généralement supérieure à 400°C (752°F).
Cela produit ce qu'on appelle un « échange d'ions ». C’est là que s’échangent les ions potassium du liquide et les ions sodium du verre solide. Le résultat est une « peau » renforcée qui rend le verre aussi résistant que de vieilles bottes.
Comment le processus a-t-il évolué au fil du temps ?
La première trempe du verre a été réalisée en 1874 par François Barthélemy Alfred Royer de la Bastie, au nom impressionnant, qui trempait le verre à peine solide dans un bain chauffé d'huile ou de graisse. Ce fut le début du processus de trempe chimique que nous utilisons encore aujourd’hui.
In 1877, Friedrich Siemens outdid de la Bastie by pressing glass into cool moulds and leaving them to harden – an early version of the quenching process used in today's processing facilities.
Les gouttes du Prince Rupert
Le prince Rupert du Rhin (1619-1682) était un homme très occupé. En plus d'être un officier de l'armée anglo-allemande, un amiral, un scientifique et un gouverneur colonial, il a également introduit les largages du prince Rupert en Angleterre en 1660.
Ce sont des perles de verre en forme de têtard qui possèdent une qualité remarquable. Si vous coupez la queue, la goutte explose en mille morceaux. Mais la tête bulbeuse peut résister aux coups de marteau répétés.
Cela n'est possible que grâce à la science derrière le processus de fabrication – qui est adjacente au durcissement du verre d'aujourd'hui.
Les gouttes de Prince Rupert sont fabriquées en laissant tomber des gouttes de verre fondu dans de l'eau froide. Ce refroidissement rapide crée une ampoule en verre résistante qui peut supporter une force énorme : jusqu'à 67,740 kg.
Ces perles de verre sont une curiosité. Mais ils nous apprennent quelque chose sur la façon dont le verre peut être rendu extrêmement résistant – quelque chose qui a depuis été utilisé pour accroître notre sécurité dans toutes sortes de contextes.
Qu'est-ce que le test de trempage thermique ?
Lorsqu'il est trempé dans un four, le verre est vulnérable à ce qu'on appelle des « inclusions de sulfure de nickel ». Il s’agit d’inclusions microscopiques qui, avec le temps, peuvent grossir et entraîner des cassures spontanées.
Pour éviter que cela ne se produise, les transformateurs et les fabricants de verre appliquent une méthode appelée test de trempage thermique. C'est là que les feuilles de verre sont chauffées à une température comprise entre 250°C et 290°C (482°F et 554°F). Si une feuille contient des inclusions de sulfure de nickel, elle risque de se briser et est donc retirée de la circulation.
Les tests de trempage thermique ne sont pas infaillibles. Il est toujours possible qu'une inclusion réussisse le test et, dans de très rares cas, entraîne un éclatement spontané. Mais lorsque vous achetez du verre trempé, assurez-vous de choisir un transformateur, un fabricant ou un fournisseur qui propose des tests de trempage thermique dans le cadre de son emballage.
Le verre trempé peut-il être coupé ?
Le verre trempé est spécialement conçu pour se briser si les tensions contenues dans le verre sont brisées. Cela signifie qu'une fois le processus de trempe terminé, il ne peut plus être coupé, percé ou façonné. Le verre doit être découpé selon les souhaits du client avant la cuisson.
Quelle est la différence entre le verre trempé et le verre feuilleté ?
Le verre trempé et le verre feuilleté sont des types de verre de sécurité. Cependant, ils sont fabriqués différemment.
Le verre feuilleté est constitué de deux ou plusieurs feuilles de verre – souvent trempées – avec une couche intermédiaire en plastique entre les deux. Cela signifie que si vous heurtez une feuille de verre feuilleté, elle ne se brisera pas. Au lieu de cela, vous obtenez un motif de rupture de toile d’araignée distinctif.
Si vous appliquez une force énorme, vous pouvez briser le verre feuilleté, mais il ne se brise jamais. Au lieu de cela, il se brise en gros morceaux maintenus en place par la couche intermédiaire.
Le verre trempé et le verre feuilleté sont utilisés dans le vitrage architectural, mais à des fins différentes. Certains types de verre feuilleté sont plus résistants, tout comme les portes, fenêtres et autres éléments qui doivent être pratiquement impénétrables.
Final thoughts
Le verre trempé est un incontournable du vitrage architectural grâce à sa durabilité et sa résistance. Nous espérons que cet article vous a apporté un peu de lumière sur la façon dont il est fabriqué et sur la science qui se cache derrière ses propriétés.
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