LES PRODUITS VERRIERS

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1 1 Yvon LESCOUARC H LES PRODUITS VERRIERS Historique Le verre existait 4000 ans avant J-C, utilisé pour la fabrication de bijoux, perles, colliers, puis également d objets creux (gobelets ) vers 1500 avant J-C La transparence n était pas complète. Le soufflage du verre, pour fabriquer des vases et autres récipients, a été inventé le 1 er siècle avant J-C. Les premières utilisations du verre pour des vitrages de bâtiments remontent à l époque romaine, au 1 er siècle après J-C (Pompéi ), mais sont restées extrêmement limitées y compris encore au Moyen-Age. Par la technique du verre soufflé, il était possible de fabriquer des vitrages plans de dimensions allant jusqu à 1 m x 1 m. L usage de vitraux colorés s est développé à partir du 9 ème siècle. Aujourd hui, la Verrerie Saint-Just produit encore du verre soufflé. Au 17 ème siècle, la fabrication du verre s est faite par coulée sur une table, avec dimensions maximales des plaques : 1,5 m x 2 m. La Manufacture Royale des Glaces de miroirs a été créée en 1665 par Colbert, qui voulait que le verre soit fabriqué en France et non plus importé d Italie, essentiellement de l Ile de Murano près de Venise. La Manufacture s installera en 1693 dans le village de Saint-Gobain dans l Aisne, qui lui donnera son nom, conservé jusqu à ce jour : la société Saint-Gobain. Elle fabriquera en particulier en 1885 les 357 miroirs de la Galerie des Glaces du Château de Versailles. L utilisation du verre dans le bâtiment s est développée aux 17 et 18 ème siècles. Au début du 20 ème siècle, le verre était fabriqué par la technique du verre coulé et laminé : on tirait le verre à travers des rouleaux puis on le polissait, dimensions maximales : 3,5 m x 2,5 m En 1960 : le procédé FLOAT-GLASS a été inventé par PILKINGTON : le verre flotte audessus d étain en fusion, dans le four de fabrication. C est la technique utilisée aujourd hui. Composition du verre Les composants sont les suivants : - Un vitrifiant : la silice (sable) - Un fondant : la soude (carbonate ou sulfate) - Un stabilisant : la chaux (sous forme de calcaire) - Des additifs : oxydants (alumine, magnésie ) pour améliorer les propriétés, donner une coloration Le tout est chauffé à C dans le four de fusion Pour fabriquer du verre destiné au domaine du bâtiment, on n utilise pas de verre recyclé, mais environ 25% de verre de casse (chutes, casses en fabrication et éventuellement stocks). Pour le verre bouteille, on utilise du verre recyclé

2 2 Fabrication La chaîne de fabrication est la suivante : - Four de fusion : les composants sont fondus à une température voisine de C, et le mélange est homogénéisé - Bain d étain : le verre liquide est déversé sur de l étain fondu à environ C. Le verre, moins dense, flotte sur l étain. La largeur du four est de 3,5 m - Four de recuisson : le verre se refroidit et durcit progressivement dans le four puis à l air libre - Découpe : elle se fait à la température de 60 C, pour éliminer les bords qui présentent des irrégularités, et conserver une largeur de 3,21 m. La longueur standard est de 6 m. Avec ce procédé de fabrication, on obtient des épaisseurs allant de 2 et 19 mm, selon la vitesse d étirage. Schéma du procédé Float-Glass 1- Four 2- Déversoir 3- Atmosphère réductrice 4- Etain fondu 5- Feuille de verre solidifiée 6- Etenderie de recuisson 7- Toboggan de sortie Les fabricants Saint-Gobain fabrique tonnes de verre par jour en France (700 tonnes par four x 3 fours), et possède 13 fours en Europe et 30 dans le monde. Elle compte actuellement salariés à travers le monde. Le verre plat, utilisé dans le bâtiment (50%) et l automobile (50%), représente 25% de sa production. Le verre creux (bouteilles et autres emballages) représente 75% de sa production. Les autres grands fabricants sont PILKINGTON en Grande-Bretagne, GLAVERBEL en Belgique, ASAHI au Japon et PPG et GUARDIAN aux USA. Dimensions La largeur des plaques après découpe des bords est de mm, et la longueur est de mm, sauf pour des commandes spéciales telles que le Siège Peugeot (9 m), le Pub Renault, la Maison de la radio (11 m), Roissy (8 m) La commande minimale pour un client direct est de 26 tonnes en dimensions 6 m x 3,21 m Produits de base Le verre le plus courant est le verre recuit : - Glaces claires ou teintées par des oxydes métalliques (bronze, gris, vert, rose, créole) - Verres imprimés DECORGLASS (toujours recuit, dimensions max 3 m x 2,21 m) : fabriqués par laminage avec dessin gravé en relief par motif sur les rouleaux cylindriques - Verres imprimés armés, avec treillis métallique à mailles carrées 12,5 mm, qui tend à disparaître aujourd hui - Glaces à couches réfléchissantes : - couches pyrolytiques (procédé ancien) : pulvérisation à chaud d oxydes métalliques entre le bain d étain et le four de recuisson

3 3 - couches sous vide : dépôt par pulvérisation cathodique sous vide de couches de métal noble - Vitrage argenté : miroir (couche d argent + couche de cuivre) - Vitrage laqué sur une face : peinture sur verre recuit Actuellement, plus de la moitié des produits verriers sont des verres à couches ; les verres teintés et réfléchissants sont plus rares Produits transformés - Vitrages feuilletés : Vitrages simples (recuits ou trempés) collés entre eux par une ou plusieurs couches d un film intercalaire, dans autoclave l adhérence est obtenue par traitement thermique à une température d environ 140 C sous pression. En cas de choc, le verre feuilleté se fend, mais les ruptures sont localisées au point d impact, et les morceaux sont maintenus en place par l intercalaire. S il y a plusieurs films, la résistance est plus forte et le degré de protection est plus élevé - verre feuilleté STADIP, avec film PVB (Butyral de Polyvinyle) dim. maxi : 6000 x verre feuilleté PHONIP, avec résine Ce verre est utilisé pour des raisons de sécurité contre les blessures des personnes, mais aussi comme moyen de protection contre les effractions. Désignation des vitrages feuilletés : «44.2» = 2 verres de 4 mm séparés par 2 films de 0,38 mm (épaisseur : 2 x 4 mm + 2 x 0,38 mm = 8,76 mm ) «666.4» = 3 verres de 6 mm séparés par 4 films de 0,38 mm (épaisseur : 3 x 6 mm + 4 x 0,38 mm = 19,52 mm) - Vitrages trempés : La trempe est un traitement thermique avec chauffage jusqu à environ 600 C, et refroidissement rapide à l air. En fin de traitement, la peau est en compression et la zone à cœur en traction. Il en résulte une résistance aux chocs 5 à 6 fois plus élevée, avec rupture en une multitude de petits morceaux, non coupants. Tout façonnage (découpe, percement ) doit se faire avant trempage, et il est impossible de retoucher le verre ensuite. Les dimensions maximales du verre trempé SECURIT sont 3600 mm x 2700 mm - Vitrages isolants : Doubles ou triples vitrages, avec lame d air déshydraté, inventés vers On désigne conventionnellement chacune des faces d un double vitrage par un chiffre, en commençant par la face extérieure, pour poursuivre vers l intérieur : faces 1, 2, 3 et 4. L épaisseur optimale de la lame d air pour l isolation thermique est de 16 mm. Pour obtenir de meilleures performances thermiques (amélioration du coefficient K de transmission thermique), on peut remplacer la lame d air par de l argon, et utiliser des glaces à couche faiblement émissive (projection d une fine couche d oxydes métalliques sur la face 2 ou 3 d un double vitrage). Pour obtenir une meilleure isolation acoustique, on utilise des verres d épaisseurs différentes (par exemple 4 et 8 mm). Désignation des vitrages isolants : «4-12-4» = 2 verres de 4 mm séparés par un espace d air de 12 mm - Vitrages émaillés : EMALIT, toujours trempé, avec dépôt d une couche d émail - Verre sérigraphié : Toujours trempé : émail déposé à travers un écran textile ; 1 écran par couleur, coût d environ pour 1 écran de 3 m x 2 m

4 4 Caractéristiques physiques et mécaniques du verre (DTU N 39 «Travaux de miroiterie-vitrerie») La densité du verre est de 2,5. Le poids est donc de 2,5 kg par m2 et par mm d épaisseur. Réaction au feu : M0 (incombustible) pour le verre simple, M1 (non inflammable) pour le verre feuilleté Coefficient de dilatation thermique du verre : 9 x L allongement d un panneau de verre de 2 m de long, soumis à une augmentation de température de 30 C, est de 0,54 mm. Le coefficient pour le bois est plus faible (rapport 0,5), et il est plus élevé pour l acier (rapport 1,5), le béton (rapport 1,5), l aluminium (rapport 2,5) et le PVC (rapport 8). L écart de température maximum admissible, entre diverses zones d un vitrage, est de 20 à 40 C pour du verre recuit, 200 C pour du verre ayant subi une trempe thermique, 300 à 400 C pour du verre ayant subi une trempe chimique et 800 C pour la vitrocéramique. Le module d élasticité du verre, qui caractérise son allongement sous l effet d une force de traction, est de kg/mm2 (ou MPa). Le verre est 3 fois plus déformable que l acier, aussi déformable que l aluminium et 25 fois moins déformable que le plexiglas. Résistance à la compression : 100 kg/mm2 (ou MPa), soit 10 tonnes sur 1 cm2 Résistance à la rupture en flexion (microfissures) : - pour verre recuit : 4 kg/mm2 (ou 40 Mpa) - pour verre trempé : 12 à 20 kg/mm2 (ou 120 à 200 Mpa) Contraintes admissibles : - verre recuit : 2 kg/mm2 sous charges temporaires (vent ) et 1 kg/mm2 sous charges de longue durée (poids propre, neige ) - verre trempé : 5 kg/mm2 sous charges temporaires et 4 kg/mm2 sous charges de longue durée. Le verre est un matériau fragile : il peut casser sous l effet d un choc ou d une variation brutale de contrainte, sans présenter de déformation permanente avant rupture. Utilisations spécifiques du verre - Si le verre est tenu par des attaches ponctuelles, s il est pincé, s il est structurel, c est obligatoirement du verre trempé. - Pour les toitures et verrières, pour des raisons de sécurité il est imposé d utiliser soit du verre armé avec dimensions ne dépassant pas 60 cm, soit du verre trempé à une hauteur ne dépassant pas 4 m, avec épaisseur maxi 4 mm, largeur maxi 60 cm et longueur maxi 1,80 m, soit du verre feuilleté. - Dans les Etablissements recevant du Public, pour les portes et les parties fixes attenantes sur une largeur de 1,50 m, l utilisation de verre trempé ou de verre feuilleté est obligatoire, avec bande de visualisation. Pour les écoles maternelles, il y a des règles particulières, plus contraignantes. - Si un vitrage accessible au public possède un bord libre, le verre recuit est interdit

5 5 - Pour les séparations vitrées entre balcons, le verre trempé est obligatoire, le verre feuilleté est interdit, pour permettre la casse par les pompiers - Pour les allèges et garde-corps, si la partie basse de l élément vitré est à moins de 1 m du sol et la hauteur de chute à l extérieur est supérieure à 1 m, il faut utiliser soit du verre trempé s il y a une protection résiduelle (câbles, barreaux ), soit du verre feuilleté, parfois encastré en pied sur 10 cm. - Le verre feuilleté avec film PVB retient plus de 90% des rayons UV, aussi il n est pas utilisé pour les serres. Mise en œuvre Vitrage extérieur pareclosé ou VEP : la solution la plus courante et la plus économique, qui représente 80% du marché. Coût fourni posé avec double vitrage : 200 à 350 HT/m2 Vitrage extérieur collé ou VEC : pour obtenir une surface extérieure lisse. Cette solution est souvent adoptée avec du verre réfléchissant ou teinté. La largeur de collage est au moins 1,5 fois l épaisseur du verre. Avec cette technique, la surface opaque est la plus grande, de l ordre de 100 à 110 mm de large. Coût fourni posé avec double vitrage : 400 à 500 HT/m2 Vitrage extérieur attaché ou VEA : Les dimensions maximales sont 4,5 m x 2,5 m à 3 m et le verre est toujours trempé. Cette technique a été inventée par Peter RICE pour les serres de la Villette. C est celle qui conduit à la surface opaque la plus réduite : 30 à 40 mm avec double vitrage, 10 à 15 mm avec simple vitrage. Les systèmes d attache doivent autoriser les déformations du verre sous l effet des charges (flexion) ou des variations de température (dilatations). Par ailleurs, le système structurel doit être conçu de tel sorte que le bris d un vitrage n entraîne pas le bris en chaîne des autres vitrages. De plus, le système structurel porteur doit rester stable même dans le cas de bris de vitrages. Coût fourni posé avec double vitrage : 500 à 700 HT/m2

6 6 Le verre structurel Quelques utilisations ponctuelles de poutres ou poteaux en verre. - Verrière du Laboratoire des musées de France au Louvre (archi : SAUNIER BRUNET) Verrière de 75 m2 en VEC, avec plaques de 4,566 m x 1,385 m composées de verre trifeuilleté de 3 x 15 mm d épaisseur. La verrière est supportée par 10 poutres en verre espacées de 1,40 m. Ces poutres ont une longueur de 4,31 m, une hauteur de 51 à 60 cm, et sont constituées de 4 verres de 15 mm d épaisseur séparés par des films de PVB - Verrière de l Atrium du 55 avenue des Champs Elysées (archi : WILLMOTTE GRANGER) Verrière de 77 m2 en VEA, avec plaques de 1,55 m x 1,41 m composée d un verre extérieur trempé de 10 mm, d une lame d air de 15 mm et d un verre feuilleté La verrière est supporté par 8 poutres en verre, de longueur maximale 7 m, hauteur 62 cm, constituées de 2 verres trempés de 19 mm d épaisseur. - Centre administratif de l Hôtel de Ville de St Germain en Laye (archi : SAUNIER BRUNET) Verrière de 750 m2 soutenue par 12 poteaux en verre de 3,5 m de hauteur, à section en forme de croix. Ces poteaux sont constitués, dans une direction, d une lame en verre feuilleté trempé de 24 cm de large, et dans l autre direction de 2 demies lames en verre feuilleté trempé de 8,5 cm de large Les briques de verre Les briques de verre existent en différentes épaisseurs (5, 8, 10 et 16 cm) et dimensions (19 cm x 19 cm, 24 cm x 24 cm et 30 cm x 30 cm). La dimension la plus courante est 19 x 19 x 8 cm. Elles sont assemblées par des joints en mortier de 1 à 3 cm de largeur et une bordure périphérique de 4 à 10 cm de largeur, avec armatures en acier verticales et horizontales. Avec des briques d épaisseur 8 cm et une paroi plane, la plus petite dimension entre appuis ne doit pas dépasser 3 m. Avec des briques de 10 cm d épaisseur, elle peut atteindre 3,5 m. Les parois en briques de verre doivent être désolidarisées du gros œuvre, afin de permettre leurs dilatations thermiques, et de ne pas les soumettre aux déformations du gros œuvre. Aspects économiques Coût du verre : 150 HT la tonne. Coût de fourniture des vitrages : Simple vitrage 4 mm : 18 /m2 Double vitrage : 45 à 50 /m2 Double vitrage : 50 /m2 Double vitrage à couches : 60 /m2 Double vitrage à couches + argon : 70 /m2 Pour le virage à couches : + 10 /m2, si argon : + 10 /m2