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Dunes de sable

Dépôt de natron dans un cratère au Tibesti

Les composants

Les verres actuels les plus fréquents (construction, contenants,…) sont des verres sodocalciques, c.-à-d. essentiellement composés de silice (SiO2), de sodium (Na) et de calcium (Ca).

Les verres actuels les plus fréquents (construction, contenants,…) sont des verres sodocalciques, c.-à-d. essentiellement composés de silice (SiO2), de sodium (Na) et de calcium (Ca). La silice est le composant principal du verre : près de 70% de la masse. Les sables quartzeux contiennent essentiellement de la silice. La silice est l’élément vitrifiant (oxyde formant le réseau vitreux) du verre.

Le point de fusion de la silice est à 1700oC.  Pour abaisser (à moins de 1400oC) cette température, on ajoute aux éléments formateurs un fondant, appelé soude, le carbonate de sodium (Na2CO3), qui représente env. 14 % de la masse. Dans le passé, et dans ailleurs dans le monde, on s’est servi d’autres fondants.

Enfin le calcaire (CaCO3), la magnésie (MgO) ou l’alumine (Al2O3), sont ajoutés pour stabiliser ces matières premières, à raison d’env. 10 % de la masse.

Du « calcin » ou « fritte » (verre recyclé, nettoyé et broyé) permet également d’abaisser la température de fusion. On l’ajoute, en proportion variable à ces matières premières.

Additifs et colorants complètent la masse à raison de 5 à 6 %.

Les colorants sont des oxydes métalliques. Introduits dans la structure du verre comme ions, ils absorbent une ou plusieurs longueurs d’onde de la lumière blanche. C’est donc l’interception sélective d’un rayonnement qui donne une couleur. L’oxyde de cobalt, par exemple, absorbe la couleur orange et donne un verre bleu.

Tous ces éléments, réunis dans des proportions très précises, sont portés à env. 1500oC, dans un four, afin de les transformer en verre liquide.

Les matière premières

La silice est l’un des principaux constituants de la croûte terrestre (plus de 60 %). Dans la nature, la silice est très fréquente sous forme quartzeuse : quartz, calcédoine, ou sous forme amorphe, la terre de diatomées (restes de micro algues unicellulaires aquatiques ; leur carapace est siliceuse).

Le calcaire, roche avant tout constituée de carbonate de calcium (CaCO3), est le stabilisant principal du verre. Le calcaire utilisé pour les verres anciens provenait de coquilles carbonatées présentes dans le sable. Aujourd’hui, la fabrication du verre tire profit de calcaires naturels très purs.

La silice est l’un des principaux constituants de la croûte terrestre (plus de 60 %). Dans la nature, la silice est très fréquente sous forme quartzeuse : quartz, calcédoine, ou sous forme amorphe, la terre de diatomées (restes de micro algues unicellulaires aquatiques ; leur carapace est siliceuse).

Le calcaire (CaCO3), roche avant tout constituée de carbonate de calcium, est le stabilisant principal du verre. Le calcaire utilisé pour les verres anciens provenait de coquilles carbonatées présentes dans le sable. Aujourd’hui, la fabrication du verre tire profit de calcaires naturels très purs.

Les fondants

Au cours du temps, divers fondants ont servi. La plupart ont en commun des éléments alcalins, comme le sodium (Na) et le potassium (K). Les fondants des premiers verres étaient des cendres de plantes halophytes (plantes adaptées aux milieux salés ; la salicorne ou le palétuvier sont des plantes halophytes). De tels fondants ont longtemps été utilisés pour produire les verres vénitiens.

Au cours du temps, divers fondants ont servi. La plupart ont en commun des éléments alcalins, comme le sodium (Na), le potassium (K) et même le calcium (Ca). Les fondants des premiers verres étaient des cendres de plantes halophytes (plantes adaptées aux milieux salés ; la salicorne ou le palétuvier sont des plantes halophytes). De tels fondants ont longtemps été utilisés pour produire les verres vénitiens.

A l’époque romaine, on utilisait le natron, soude minérale exploitée dans la partie émergée de lacs salés ou de lagunes en Basse-Egypte (le nord de l’Egypte actuelle). Le terme « natron » provient du Ouadi Natroun, ou Wadi el Natrun (« vallée du natron », région aride du désert occidental égyptien, à l’ouest du Caire). Les Romains fabriquaient du verre de type natron (sodique) à l’échelle industrielle le long de la côte orientale de la Méditerranée (Israël, Syrie, Palestine). Ce verre était transporté par voie maritime vers l’Europe où des ateliers le refondaient et le transformaient en produit fini.

Dans l’Europe du Moyen Age, des cendres de bois ont été utilisées. Elles donnaient des verres potassiques, moins stables que les verres plus anciens. Production locale de verre et fabrication d’objets finis se trouvaient alors sous un même toit (« Hüttenglasproduktion »). Par la suite, on a fabriqué des verres à base de plomb (verre de Bohème, cristal anglais).

Actuellement, on tire parti d’autres fondants tels le borax pour des verres résistant à la chaleur. On fabrique également de la soude industrielle.

Les colorants

Voici quelques exemples de colorants métalliques, et la couleur qu’ils produisent.

Oxyde de cuivre (I) ou oxyde cuivreux              Cu(I)                          vert

Oxyde de cuivre (II) ou oxyde cuivrique            Cu(II)                         bleu

Chrome                                                           (Cr)                            vert ou vert-bleu

Oxyde de fer (II) ou oxyde ferreux                    Fe(II)                         brun

Oxyde de manganèse (II)                                  (MnO2)                      violet

On peut observer que la couleur change selon l’état d’oxydation de l’ion.

Les verres anciens produits à partir de matières premières naturelles avaient une teinte verte ou bleuâtre. Il était donc nécessaire de les décolorer pour qu’ils aient bel aspect. Les Romains utilisaient l’antimoine ou le manganèse et obtenaient ainsi du verre blanc pur.

Le verre ou cristal de Venise était produit à base de sable quartzeux extrêmement pur et de cendres de plantes, lessivées afin d’en extraire le sel. C’est Angelo Barovier, descendant d’une longue tradition familiale de verriers qui, vers 1450 déjà, a eu l’idée de purifier les cendres végétales.

Les fameux verres rouge rubis sont colorés par des nanoparticules de cuivre métallique et d’or.

Coloré au cuivre, le verre rouge devient opaque à partir d’une certaine épaisseur. Pour conserver sa transparence, ce verre est presque toujours constitué de fines couches de rouge déposées sur du verre transparent : on superpose les couches de couleurs en plongeant la paraison (la masse de verre fondu) dans une ou plusieurs couches de verre en fusion rouge.

Références principales 

U. Bergmann, R. Hasler, Y. Jolidon, A. Kaiser, B. Kurmann-Schwarz, S. Trümpler, Raconte-moi le vitrail, Musée Suisse du Vitrail, Romont, 2001
M.-H. Chopinet, Les couleurs du verre (industriel), 7e Entretiens Physique-Industrie, 2003
J.-M. Haussonne, Céramiques et verres : principes et techniques d’élaboration, Presses Polytechniques et universitaires romandes, 2005
J.-P. Houdaer, La coloration des verres, in Cours sur la couleur au Collège de France, 2005
Jean Phalippou, Verres - Aspects théoriques, Techniques de l'ingénieur, 2001
Jerzy Zarzycki, Les verres et l'état vitreux, Masson, 1982
Glaströsch, Le verre et ses applications, Glas Trösch Holding, Bützberg, 2013 
Encyclopaedia Universalis
Wikipedia

http://www.infovitrail.com
http://amisverriers.e-monsite.com/pages/le-verre/la-composition-du-verre.html 

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