Le verre et ses applications

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1 Le verre et ses applications Pour des constructions judicieuses et une utilisation compétente du verre Table des matières I 13

2 4 e édition Editeur : Glas Trösch Holding AG, Conseil, Bützberg Copyright 2013 by Glas Trösch AG, Bützberg Edition graphique : TEAM ABSATZFÖRDERUNG GmbH, DE-Filderstadt Impression : Merkur Druck AG, Langenthal ISBN Le contenu de cet ouvrage ne peut en aucun cas faire l objet de prétentions juridiques. Date :

3 Préface Ce manuel décrit les caractéristiques et les propriétés de nos produits, et donne des indications utiles concernant leur mise en œuvre. Il explique les méthodes de production ainsi que les relations physiques. Il contient également de nombreuses informations sur les particularités du verre utilisé dans la construction. Son but est donc de fournir une vue d ensemble cohérente de ce qu est le verre à l intention de tous les planificateurs, artisans et maîtres d ouvrage. Il s agit de la quatrième édition. Comme tous les manuels d information et les recueils de données, «Le verre et ses applications» n est pas un ouvrage exhaustif. La recherche et le développement se poursuivent. Sous l effet de l innovation, les produits ne cessent de s améliorer. Ce manuel est donc revu périodiquement avant d être réédité. Glas Trösch Holding AG, Conseil 4922 Bützberg

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5 1 Table des matières 1 2 La société Glas Trösch 3 Le verre, matériau de construction 4 Caractéristiques du verre et expressions clés du domaine de la physique 5 Verre trempé 6 Verre feuilleté de sécurité 7 Aménagements en verre 8 Fonctions spéciales 9 Protection et sécurité avec le verre 10 Protection acoustique 11 Verre de protection incendie 12 Revêtements du verre 13 Vitrages isolants 14 Applications spéciales 15 Applications : verre constructif, systèmes 16 Applications intérieures 17 Technique d application I (planification et montage) 18 Technique d application II (réception et entretien) 19 Autres remarques sur l utilisation 20 Index terminologique 21 Index des produits

6 1 Table des matières 3 2 La société Glas Trösch 12 3 Le verre, matériau de construction Historique Fabrication du verre flotté Propriétés physiques et chimiques du verre plat Définition et composition Propriétés mécaniques Propriétés thermiques Propriétés chimiques Propriétés physiques en présence d un rayonnement Autres propriétés Résumé des principales caractéristiques techniques du verre flotté Verres de base Verre flotté Verre à vitre Verre décoratif ou verre coulé Verre décoratif armé, verre armé et verre armé poli Verre borosilicate Verre céramique Verre de protection contre les rayonnements Glace cristal Verre cristal Verre de quartz Epaisseurs disponibles pour les différents verres Remarques générales pour les constructions utilisant du verre Les verres de sécurité doivent faire l objet d une planification et d une prescription Même les verres les plus résistants peuvent casser Les vitrages doivent pouvoir être remplacés sans nécessiter un effort déraisonnable 39 4 Caractéristiques du verre et expressions clés du domaine de la physique Le verre et le rayonnement solaire L effet de serre Comportement en présence d un rayonnement Valeurs caractéristiques du verre Transmission de la lumière / taux de transmission lumineuse (TL) Absorption de la lumière / taux d absorption lumineuse (AL) Réflexion de la lumière / taux de réflexion lumineuse (RL) Transmission du rayonnement / taux de transmission énergétique directe (TED) Absorption du rayonnement / taux d absorption énergétique (AE) Réflexion du rayonnement / taux de réflexion énergétique (RE) Transmission énergétique globale / facteur solaire (g) 45 4 I Table des matières

7 4.4.8 Coefficient d ombre Indice de sélectivité Indice de rendu des couleurs général (R a ) Transmission des UV Le coefficient U Verre trempé Verre de sécurité trempé SWISSDUREX ESG ESG avec Heat-Soak Test SWISSDUREX ESG-H Verre durci SWISSDUREX TVG Impression et revêtement teinté SWISSDUREX DECO Verre sérigraphié SWISSDUREX DECO SC Impression numérique sur verre SWISSDUREX DECO PRINT Impression aux rouleaux sur verre SWISSDUREX DECO RC Application au pistolet SWISSDUREX DECO BC Verre laqué SWISSDUREX DECO BRUSH Verre d alarme SWISSDUREX ALARM Usinage des verres trempés thermique Verre trempé chimique 62 6 Verre feuilleté de sécurité Verre feuilleté de sécurité VSG SWISSLAMEX Verre feuilleté de sécurité teinté SWISSSATIN SWISSLAMEX COLORPRINT SWISSLAMEX DESIGN SWISSLAMEX DECO SWISSLAMEX DECO BRUSH SWISSLAMEX DECO PRINT Verre feuilleté de sécurité pour applications spéciales SWISSLAMEX SCREEN SWISSLAMEX TRANSOPAC Verre feuilleté de sécurité avec éléments intégrés SWISSLAMEX COOLSHADE SWISSLAMEX OUTVIEW SWISSLAMEX STEEL SWISSLAMEX WOOD et SWISSLAMEX STONE SWISSLAMEX TISSUE 82 7 Aménagements en verre Des solutions en verre répondant aux besoins de chacun Verres de base Verre flotté 87 Table des matières I 5

8 7.2.2 Verre décoratif Bords du verre Propriétés optiques Diffusion de la lumière Création de couleur Création d un modèle / d une image / d une décoration Structurer/dépolir les surfaces Générer une réflexion de la lumière Eviter une réflexion de la lumière Processus de traitement pour la modification des propriétés optiques Revêtement et/ou teinte Application d un revêtement sur les surfaces de verre Dépolissage des surfaces en verre Association/intégration de couches spéciales Verres design Propriétés Collection Design GRAPHIC et NATURE Collection BASIC Couleurs tendance Le verre dans le jardin SWISSGARDEN Une protection acoustique, visuelle et contre le vent dans le jardin A l extérieur, mais protégé contre la pluie, la grêle et la neige avec SWISSROOF Sécurité à chaque pas avec SWISSSTEP Balustrades et allèges en verre avec SWISSRAILING Fonctions spéciales Verres solaires EUROGLAS PV pour l énergie photovoltaïque Verre bombé SWISSFORM Verre simple bombé SWISSFORM Verre trempé de sécurité bombé SWISSDUREX FORM Verre feuilleté de sécurité bombé SWISSLAMEX FORM Verre isolant bombé SILVERSTAR FORM Vitrages isolants sous alarme Aquariums et vitrages pour piscine Verre modifiable SWISSLAMEX TRANSOPAC Verres de protection contre les rayonnements Vitrages pour l aéronautique et l automobile Protection et sécurité avec le verre Sécurité active et passive Verres dotés de propriétés de sécurité La sécurité passive dans la pratique Vitrages pour allèges Vitrages de toiture, toits inclinés et toits plats I Table des matières

9 9.3.3 Sols en verre Vitrages pour salles de sport Constructions en verre Sécurité passive recommandations d application La sécurité active dans la pratique Vitrages antieffraction et résistants au jet d objekt Verres sous alarme SWISSALARM Vitrages résistants aux projectiles Propriétés de sécurité des verres Protection acoustique Sources de bruit et perception Courbes de mesure et leur signification Méthode d essai Courbe d affaiblissement acoustique et indice d affaiblissement acoustique apparent pondéré Coefficients d adaptation du spectre C et Ctr Normes et ordonnances en vigueur L ordonnance fédérale sur la protection contre le bruit La norme SIA Définitions explication des termes relatifs à la protection acoustique Fonction et conception des vitrages isolants de protection contre le bruit Particularités des verres isolants avec protection acoustique Verre feuilleté de sécurité avec film d isolation acoustique (VSG P) Relations entre le vitrage isolant, la fenêtre et la façade La protection contre le bruit combinée à d autres fonctions Protection contre le bruit et isolation thermique Protection contre le bruit et sécurité Protection contre le bruit et protection contre de soleil Protection contre le bruit et croisillons Aperçu des verres d isolation acoustique Isolation acoustique des verres flottés Isolation acoustique des verres de sécurité Verre de protection incendie Réglementation de la protection incendie en Suisse Classification des éléments de construction par l AEAI Classification des éléments de construction selon la norme SN EN Prescription de protection incendie et certificat de contrôle Installation d essai accrédité de Glas Trösch Verres de protection incendie FIRESWISS Verre de protection incendie FIRESWISS classification E Verre de protection incendie FIRESWISS FOAM classification EI Verre de protection incendie FIRESWISS COOL classification EW Verres de protection incendie multifonctionnels 181 Table des matières I 7

10 9.3.3 Sols en verre Vitrages pour salles de sport Constructions en verre Sécurité passive recommandations d application La sécurité active dans la pratique Vitrages antieffraction et résistants au jet d objekt Verres sous alarme SWISSALARM Vitrages résistants aux projectiles Propriétés de sécurité des verres Protection acoustique Sources de bruit et perception Courbes de mesure et leur signification Méthode d essai Courbe d affaiblissement acoustique et indice d affaiblissement acoustique apparent pondéré Coefficients d adaptation du spectre C et Ctr Normes et ordonnances en vigueur L ordonnance fédérale sur la protection contre le bruit La norme SIA Définitions explication des termes relatifs à la protection acoustique Fonction et conception des vitrages isolants de protection contre le bruit Particularités des verres isolants avec protection acoustique Verre feuilleté de sécurité avec film d isolation acoustique (VSG P) Relations entre le vitrage isolant, la fenêtre et la façade La protection contre le bruit combinée à d autres fonctions Protection contre le bruit et isolation thermique Protection contre le bruit et sécurité Protection contre le bruit et protection contre de soleil Protection contre le bruit et croisillons Aperçu des verres d isolation acoustique Isolation acoustique des verres flottés Isolation acoustique des verres de sécurité Verre de protection incendie Réglementation de la protection incendie en Suisse Classification des éléments de construction par l AEAI Classification des éléments de construction selon la norme SN EN Prescription de protection incendie et certificat de contrôle Installation d essai accrédité de Glas Trösch Verres de protection incendie FIRESWISS Verre de protection incendie FIRESWISS classification E Verre de protection incendie FIRESWISS FOAM classification EI Verre de protection incendie FIRESWISS COOL classification EW Verres de protection incendie multifonctionnels 181 Table des matières I 7

11 12 Revêtements du verre Revêtements du verre SILVERSTAR Couches d isolation thermique SILVERSTAR Couches de protection solaire SILVERSTAR Revêtements SILVERSTAR COMBI Verres antireflet LUXAR (HY-TECH-GLASS) Verre antireflet LUXAR comme vitrage simple Verre antireflet LUXAR comme verre isolant Verre antireflet LUXAR CLASSIC Revêtements spéciaux Verre d isolation thermique avec revêtement SILVERSTAR FREE VISION T Revêtement SILVERSTAR SUNSTOP Night Vision Verre réfléchissant miroirs-espions Verre réfléchissant miroirs diviseurs Vitrages isolants Principes de base, gains énergétiques, confort de l habitat Verre isolant Gain d énergie et confort Economies d énergie avec du verre isolant Système d assemblage périphérique pour verre isolant Système d assemblage périphérique ACS Système d assemblage périphérique ACSplus Qu est-ce qu un pont thermique? Coefficient de transmission thermique linéaire Isolation thermique Le coefficient U selon SN EN 674/ Emissivité (low e) Le coefficient U de la fenêtre U w Verre isolant avec isolation thermique SILVERSTAR Verre isolant de la gamme SILVERSTAR ligne E Verre isolant SILVERSTAR ZERO E Protection solaire Fonction des verres isolants de protection solaire Technologie des verres isolants de protection solaire L influence de la position de la couche Verre isolant de protection solaire SILVERSTAR Revêtement SILVERSTAR SELEKT Revêtement SILVERSTAR SUPERSELEKT 60/27 T Revêtement SILVERSTAR COMBI Verre isolant de protection solaire SILVERSTAR SUNSTOP Possibilités de combinaison des verres isolants de protection solaire Verre isolant pour toits vitrés Définition / angle d inclinaison I Table des matières

12 Informations liées à la conception Coefficients U des vitrages isolants inclinés Verre isolant exécutions spéciales Verre isolant avec croisillons Verre isolant combinaisons spéciales avec du verre décoratif Verres isolants pour façades sans parcloses extérieures Verres isolants pour une application sans parcloses Verres isolants avec profil inséré Systèmes de façades et de fenêtres Systèmes de fenêtres Systèmes de façades Construction poteaux/traverses Verres isolants pour systèmes de fenêtres collées Applications spéciales Pare-soleil intégré au vitrage isolant SILVERSTAR ROLL Protection contre le rayonnement électromagnétique SILVERSTAR BIOELECTRIC Verres assemblés au plomb en verre isolant SILVERSTAR DOM Protection de nos amis à plumes SILVERSTAR BIRDprotect OFFICE SILVERSTAR BIRDprotect HOME SILVERSTAR BIRDprotect STREET Applications : verre constructif, systèmes Système de fixation ponctuelle SWISSPOINT Systèmes de façades sans cadre SWISSWALL Façades vitrées collées SWISS SG Revêtement de façade SWISSPANEL Façade en écailles SWISSSTULP Composite Glazing Système d avant-toit vitré SWISSROOF Escaliers et sols en verre SWISSSTEP Elément en verre «Integral» Adaptateur en aluminium Antigliss Balustrades et allèges en verre SWISSRAILING SWISSRAILING FLAT SWISSRAILING CLASSIC SWISSRAILING SLIM SWISSRAILING POINT SWISSRAILING CLIP Solutions système individuelles 299 Table des matières I 9

13 16 Applications intérieures Systèmes de portes en verre SWISSDOOR SWISSDOOR PREMIUM SWISSDOOR BASIC Systèmes de cloisons de séparation en verre SWISSDIVIDE Système de cloisons de séparation SWISSDIVIDE ONE Système de cloisons de séparation SWISSDIVIDE TWO Système de cloisons de séparation SWISSDIVIDE TWOplus Douches en verre SWISSDOUCHE SWISSCULINARIA du verre dans la cuisine Fonds muraux pour cuisine SWISSCULINARIA Plan de travail SWISSCULINARIA Revêtements SWISSCULINARIA Collections de meubles glaströschdesign Verres tendance et design Couleurs tendance Collections de verres design Technique d'application I (planification et montage) Directives relatives aux vitrages Introduction Exigences de base Transport Stockage et manipulation Montage Battue/dimensionnement Systèmes de vitrage Calage Sollicitation mécanique ; limitation du fléchissement Applications spéciales Domaines d application spéciaux pour le verre isolant Particularités lors du montage et de la manipulation du verre isolant Ferrures, collages, montage, joints Collages Montage Normes, réglementations techniques Normes internationales ISO Normes européennes Normes européennes/suisses (SN EN) Normes suisses Marque CE Documentation, réglementations techniques Tolérances I Table des matières

14 18 Technique d'application II (réception et entretien) Phénomènes visuels Couleur propre Différences de couleur pour les revêtements Partie visible de l assemblage périphérique du verre isolant Verre isolant avec croisillons intégrés Phénomènes d interférence (cercles de Brewster, points de Newton) Effet du verre isolant (effet double vitrage) Anisotropies (irisation) Formation de condensation Condensation sur les surfaces extérieures des vitres (accumulation de condensats) Condensation côté pièce Détermination du point de rosée Mouillabilité des surfaces en verre Nettoyage du verre Evaluation des bris du verre Bris par impact direct d un coup, d un jet de pierre ou d un projectile d arme à feu Bris résultant de contraintes de flexion, de pression, de dépression, de contrainte et de charge Bris résultant d un échauffement ou d un refroidissement ponctuel Autres remarques sur l'utilisation Bris de verre Bris de verre par choc thermique Casse spontanée du verre ESG Rayures et bris des verres isolants Bris de verre de portes et fenêtres coulissantes Eviter les reflets perturbateurs Dépôts laiteux sur verres isolants Moisissures sur les matériaux d étanchéité Matages du verre pour des surfaces et escaliers antidérapants Miroirs-espions Zone de bord du verre VSG Protection UV sur VSG Croissance des plantes derrière des vitrages d isolation thermique Evaluation de façades perturbant la vue (SECO, conditions de travail) Index terminologique Index des produits 378 Table des matières I 11

15 12 I La société Glas Trösch

16 2 La société Glas Trösch 2 Des produits de qualité depuis quatre générations Esprit d entreprise, pensée tournée vers la qualité et capacité à prendre des risques : ces trois piliers constituent le fondement solide sur lequel a été construite et continue de se développer l entreprise familiale Glas Trösch. La première pierre de cette aventure a été posée en 1905 par Johann Friedrich Trösch ( ). La deuxième génération de la famille, représentée par Rudolf Friedrich Trösch ( ), a élargi le programme de production avec les premiers miroirs, portes coulissantes et étagères en verre. Les frères Heinz et Erwin Trösch ( ), qui représentent la troisième génération, ont développé Glas Trösch pour en faire une entreprise familiale leader en Europe et un employeur essentiel en Argovie. Le verre isolant marque un développement important à l époque. Plusieurs autres sites de production ouvrent leurs portes en Suisse et en Allemagne. Le président du conseil d administration et CEO actuel Erich Trösch (quatrième génération) construit quant à lui des sites de production de verre flotté appartenant à l entreprise et assure ainsi au groupe une autonomie en matière d approvisionnement en verre flotté. Aujourd hui encore, l entreprise met l accent sur l excellente qualité de ses produits et le suivi permanent de ses clients. Glas Trösch souhaite ainsi être considérée comme une entreprise familiale leader en Europe dans le domaine de la production et du traitement du verre plat. Des clients satisfaits, des collaborateurs engagés, des innovations constantes, une croissance continue et une production respectueuse de l environnement sont les principaux piliers de la philosophie de l entreprise, et ce, depuis quatre générations. Le groupe Glas Trösch emploie à l heure actuelle plus de 4800 personnes, sur 60 sites en Suisse et en Europe. Le siège principal de l entreprise se trouve à Bützberg, en Suisse. Glas Trösch concentre ses activités dans trois domaines. Le domaine EXTÉRIEUR comprend les vitrages pour fenêtres, façades et toitures, le verre de sécurité et de protection incendie, ainsi que la gamme HY- TECH-GLASS. Le domaine INTÉRIEUR recouvre les solutions destinées à l habitat, aux bureaux, aux espaces publics et à la gastronomie. La gamme du domaine AUTOMOBILE comprend, entre autres choses, des vitrages destinés aux voitures, trains, bus, poids lourds et avions. Près de 20 entreprises sont réunies en Suisse sous le toit de Glas Trösch afin de proposer des produits et des solutions en verre de très grande qualité. Bâtiment de production SWISSLAMEX, Bützberg / photographie : Hans Ege La société Glas Trösch I 13

17 14 I Le verre, matériau de construction

18 3 Le verre, matériau de construction 3.1 Historique Le verre est considéré comme l un des plus anciens matériaux façonnés par l Homme. L origine de la fabrication du verre demeure à nos jours une énigme. D après les spécialistes, les objets en verre les plus anciens qui ont été découverts, comme les glaçures de céramiques, datent du VII e siècle av. J.-C. On peut parler d une véritable activité de production à partir de 3500 av. J.-C., sous la forme de perles de verre, puis de bagues et de petites figurines fabriquées à l aide de moules. La technique à base de sable fut développée vers 1500 av. J.-C. Cette technique consistait à plonger, dans la masse en fusion, un noyau céramique fixé sur une baguette comme forme négative, puis à le faire tourner autour de son axe jusqu à ce que la masse de verre visqueuse y adhère fermement. La masse obtenue était alors roulée sur une plaque jusqu à obtenir la forme souhaitée. Le matériau était ensuite refroidi, le noyau retiré et l objet en verre brut affiné par polissage et meulage. A cette époque, cette technique permettait de créer de petits vases, récipients et coupes qui étaient certes encore opaques, mais qui étaient colorés. La teinte était obtenue par les combinaisons cuivre-cobalt dans la masse en fusion. Vers 1000 av. J.-C., l art du vitrier était répandu dans la vallée du Nil, d Alexandrie à Luxor, entre l Euphrate et le Tigre, en Irak, en Syrie, à Chypre ainsi qu à Rhodes. Cela a donné naissance à une sorte d industrie du verre préhistorique. 3 Illustration : calice en forme de lotus, portant le nom de Thoutmosis III. Plus ancien récipient en verre daté avec certitude. Nouvel Empire, 18 e dynastie, vers 1450 av. J.-C. Musée public d art égyptien de Munich Calice en forme de lotus Thoutmosis III / photographie : Marianne Franke Canne de verrier En 200 av. J.-C. environ, la découverte par des artisans syriens de la canne de verrier a permis de franchir une étape supplémentaire. Cet instrument simple, consistant en un tube de fer de 100 à 150 cm de long, permettait de créer une grande variété de récipients creux transparents dotés de fines parois. Le souffleur de verre prélève un peu de verre liquide de la masse en fusion et souffle pour en faire une boule. Le développement de la technique d étirage a permis, dès le I er siècle de notre ère, de fabriquer des plaques de verre d une taille allant jusqu à 90 x 200 cm environ. Malgré les énormes progrès techniques réalisés depuis cette période, la canne de verrier est encore utilisée de nos jours de manière presque similaire pour la fabrication de vitrages spéciaux (par exemple, le verre antique véritable). Le verre, matériau de construction I 15

19 Diffusion du savoir-faire dans l Empire romain Suite à l occupation de la Syrie par les Romains (en 64 av. J.-C.), ces derniers se sont approprié l art de la fabrication du verre. Grâce à la diffusion de ce savoir-faire dans tout l Empire romain, la culture du verre a connu un premier âge d or, avec la création de verreries en Italie. Peu avant l an 0 de notre ère, les premiers vitrages équipaient les fenêtres de certaines maisons bourgeoises à Rome. Quelque 50 ans plus tard, les premières verreries romaines virent le jour au nord des Alpes, à Cologne et à Trèves. Du verre en fusion est prélevé avec la canne de verrier Cathédrale St-Vitus, à Prague, en République tchèque Autour de l an 540 apr. J.-C., le premier élément majeur de l architecture sacrée, la Sainte-Sophie, fut doté de verres à vitre. A l époque gothique (de 1150 à 1500 environ), la valeur du verre était considérée comme extrêmement élevée dans l architecture sacrée. Elle dépassait même celle de l or. Dans la cathédrale de Chartres, érigée entre 1194 et 1260, 5000 m 2 de verres à vitre teintés furent installés. L art vénitien de la verrerie Entre les IX e et XIII e siècles, les monastères étaient les principaux lieux de fabrication du verre. Ensuite, les premières verreries forestières virent le jour au nord des Alpes. Au départ, leur emplacement n était pas fixe afin de s adapter à l approvisionnement en bois. Cette activité devint sédentaire à partir du XVIII e siècle. Les verres produits dans ces verreries n étaient pas de qualité optimale, en raison du sable à forte teneur en oxyde de fer et à la couleur verte qui y est associée. La «Verrerie près de Roche» (1776) et la «Glasi Hergiswil» sont des exemples de verreries forestières en Suisse. La qualité absolue en matière de fabrication du verre fut atteinte à Venise entre les XV e et XVII e siècles. Le succès du verre vénitien s appuie sur sa pureté et sa transparence exceptionnelles. Les verriers vénitiens, qui étaient organisés en corporations depuis 1280, ont découvert un moyen de rendre le verre incolore en utilisant la cendre d une plante maritime. En ayant recours à la menace de sanctions martiales, ils ont pu, pendant une longue période, conserver dans leur cercle ce secret de l art supérieur de la verrerie, comme bien d autres. Ces secrets sont non seulement à l origine de leur gloire, mais aussi d une importante richesse. 16 I Le verre, matériau de construction

20 Premier procédé de fabrication de verre coulé La première serre en verre fut érigée en 1599 à Leiden (Pays-Bas). A cette époque, l utilisation du verre ne se limitait plus aux églises et aux monastères. Il était également de plus en plus utilisé pour les hôtels de ville, les palais et les châteaux. La demande connut alors une forte croissance. L augmentation ininterrompue de la demande ainsi que la situation de monopole des verriers de Venise ont incité les verreries à rechercher de nouveaux procédés de fabrication. Le procédé de fabrication du verre coulé fut ainsi développé autour de 1688 en France. La masse de verre visqueuse était versée sur une plaque en cuivre lisse préchauffée, puis elle était transformée en une plaque de verre à l aide d un rouleau en métal refroidi à l eau. Ce nouveau procédé permettait d augmenter significativement la productivité et d obtenir des plaques de verre plus lisses qui étaient ensuite polies et égrisées. Ces «grandes glaces», comme on les appelait, avaient une dimension de 120 x 200 cm. Elles étaient de grande qualité et proposées dans différentes épaisseurs. Serres en Angleterre Au XIX e siècle, un nouveau type de bâtiment vit le jour en Angleterre : la serre, également appelée orangerie ou palmeraie. L enveloppe du bâtiment était uniquement composée de fer et de verre. Pour la première fois, le verre assurait des fonctions statiques, comme élément de renforcement. Ce type d architecture en verre atteignit son apogée lors de la construction du «Crystal Palace» pour l exposition universelle de 1851 à Londres. Ce complexe de bâtiments, conçu par Joseph Paxton, avait des dimensions qui, aujourd hui encore, apparaissent comme considérables (longueur 600 m, largeur 133 m, hauteur 36 m). Il était composé d une structure en fer garnie de plaques de verre individuelles. Les structures en fer réduites et claires ainsi que l espace ouvert ont servi de bases à l architecture en verre moderne. Crystal Palace, Londres Le XIX e siècle a été le témoin de progrès dans tous les domaines de la fabrication du verre. Par exemple, les procédés de coulage et de laminage ont continué à être développés jusqu à atteindre des dimensions de plaque toujours plus grandes : en 1958, il était possible de produire des plaques de 2,50 x 20 m. Le soufflage de verres cylindriques fut également amélioré grâce à l utilisation d air comprimé. Il était possible d obtenir des cylindres en verre de 12 m de hauteur et de 80 cm de diamètre, et ainsi des tailles de plaque théoriques d environ 2,50 x 11,50 m. Généralement, la fabrication du verre coulé et du verre brut utilise aujourd hui encore un procédé de laminage. Le verre, matériau de construction I 17

21 Du verre étiré au verre flotté Après 1900, Emile Fourcault, de nationalité belge, a réussi à développer un procédé de fabrication du verre au cours duquel le verre était directement étiré à partir du verre liquide. Le procédé de fabrication du verre étiré fit l objet d un brevet en Mais ce n est que plus de 10 ans plus tard qu il put être utilisé à l échelle industrielle. Il permettait de fabriquer des plaques de verre fines totalement transparentes, sans nécessiter de polissage et d égrisage. En plus du procédé développé par Emile Fourcault, une autre méthode se distinguait à l époque : le procédé Libbey-Owens mis au point par l Américain Irving Colburn. Avec ce procédé, le verre n est pas sorti à la verticale comme avec la méthode d Emile Fourcault, mais à l horizontale, via un cylindre plieur. Dès 1928, la Pittsburgh Plate Glass Company fabriquait du verre selon un procédé combinant les avantages des deux procédés ci-dessus, ce qui permit en particulier une nouvelle augmentation de la vitesse de production. C est en 1959 qu Alastair Pilkington, de nationalité anglaise, développa le procédé de fabrication du verre flotté. Ce fut le pas décisif vers un système de fabrication économique permettant de produire des plaques de verre de grande qualité dotées de surfaces absolument planes et parallèles. Le verre flotté est aujourd hui le type de verre le plus utilisé. 3.2 Fabrication du verre flotté Le verre flotté est fabriqué dans un long flux continu qui produit un ruban de verre illimité et ininterrompu, qui peut atteindre chaque jour 30 kilomètres de long, en fonction de l épaisseur du verre et de la capacité de l installation. Seule une précision irréprochable sur toute la chaîne de production de plusieurs centaines de mètres permet de garantir la qualité supérieure des vitrages EUROFLOAT. En 1995, Glas Trösch a mis en service la première installation de fabrication de verre flotté à Hombourg, dans la région voisine d Alsace. Depuis, d autres sites sont venus s y ajouter, à Haldensleben et Osterweddingen en Allemagne, et à Ujazd en Pologne. Ensemble, tous ces sites ont une capacité de production quotidienne d environ 3000 tonnes de verre flotté qui sont ensuite transformées en verre traité, en verre isolant, en verre de sécurité et en d autres produits encore. La production, la transformation et le montage sont ainsi assurés par le même groupe. Site de production de verre flotté d Osterweddingen, Allemagne 18 I Le verre, matériau de construction

22 La principale matière première utilisée pour la fabrication du verre flotté est le sable siliceux, qui est présent en quantité excédentaire dans la nature. Les générations futures disposeront elles aussi de quantités suffisantes. Il faut également de la soude, de la dolomie (chaux) et d autres matériaux bruts en petite quantité. Pour améliorer le processus de fusion, près de 20 % de chutes de verre propres sont ajoutés. Ces matériaux bruts arrivent sous forme de mélange dans le four de fusion et y sont fondus à une température d environ 1550 C. Le verre liquide ainsi produit est ensuite déversé sur un bain d étain liquide. La masse de verre «flotte» alors sur l étain liquide sous la forme d un ruban de verre sans fin. La tension de surface du verre et la surface plane du bain d étain donnent naissance à un ruban de verre plat qui ne présente pas la moindre déformation et affiche une excellente qualité optique. Le ruban de verre passe ensuite dans un tunnel de refroidissement et enfin à travers un couloir ouvert : petit à petit, il y est refroidi de 600 à 60 C. Il y est contrôlé à l aide d un laser pour déceler les imperfections, puis il est découpé en plaques de verre de 6000 x 3210 mm. Schéma du processus de fabrication du verre flotté 1 Enfournement 2 Cuve de fusion env C 3 Bain de flottage 4 Zone de refroidissement 5 Découpe 1 Enfournement Le mélange est pesé et enfourné grâce à un système entièrement automatisé. Suivant les dimensions de la cuve, jusqu à tonnes de matières premières sont ainsi enfournées chaque jour. Centre d approvisionnement Livraison de la soude, de la dolomie Calcin Livraison du sable Mixeur Déversoir Pesage Dosage Four Le verre, matériau de construction I 19

23 2 Cure de fusion Le mélange est fondu dans la cuve à une température de 1550 C, puis il passe dans la zone d affinage que le verre quitte à une température de 1100 C. La cuve de fusion contient en permanence jusqu à 1900 tonnes de verre. Cuve de fusion / site de production de verre flotté EUROGLAS, Hombourg, France 3 Bain de flottage Le verre liquide est dirigé sur un bain d étain liquide. Le fait de flotter librement sur la surface absolument plane du bain d étain allié à un chauffage simultané de la surface supérieure (poli naturel) permet d obtenir une feuille de verre aux faces parallèles, similaire à un miroir. Des rouleaux, appelés Toprolls, permettent de définir l épaisseur du verre. L épaisseur d équilibre (c est-à-dire l épaisseur de verre obtenue sans intervention extérieure) est de 6 mm. Pour obtenir une épaisseur inférieure, le déplacement de la masse de verre visqueuse doit être accéléré. Pour obtenir une épaisseur supérieure, il doit être ralenti. 20 I Le verre, matériau de construction

24 4 Zone de refroidissement Après le bain d étain, le ruban de verre passe dans le couloir de refroidissement dont la longueur dépasse 100 mètres. Il y est refroidi d environ 600 à 60 C. Ce refroidissement lent et contrôlé évite toute formation de tensions internes. C est un élément important dont dépend la qualité du traitement ultérieur. Four de refroidissement à rouleau Verre 600 C Dissipation de chaleur du verre vers l air Air froid Air chaud Air de refroidissement depuis le haut et le bas Le ruban de verre est visible pour la première fois 580 C 480 C 370 C 60 C Découpe 5 Découpe La dernière section de la ligne de production est appelée «extrémité froide». Elle comprend le contrôle qualité et la découpe. Le ruban de verre est contrôlé en continu à l aide de rayons laser afin de déceler la plus petite imperfection. Il est rare de pouvoir déceler à l œil nu les zones ne répondant pas aux exigences. Le verre est ensuite débité et empilé, en plaques standards de 6000 x 3210 mm. Le verre peut également être directement préparé aux dimensions souhaitées par le client à l aide d une ligne de coupe séparée. En 400 m environ, des matières premières naturelles ont donné naissance à du verre flotté, prêt à être livré et prêt à être traité. Découpe Pont de découpe d urgence Système de découpe de plaque 1 Cabine de contrôle du ruban Mesure de l épaisseur/ de la tension Coupe longitudinale Coupe transversale Barre de rompage Rompage bande de bord 1 et 2 Caméra de contour Bande à calcin Détection des imperfections Système de coupe de plaque 2 Découpe bande de bord au laser Système de coupe de plaque 3 Zone d empilage Le verre, matériau de construction I 21

25 Découpe du verre flotté Des plaques de verre d une longueur de 9 mètres Sur les sites de production Glas Trösch, il est possible, sur demande, de fabriquer des plaques de verre flotté d une taille maximale de 9000 x 3210 mm. Elles peuvent être pourvues, sur toute leur longueur, d un revêtement thermo-isolant, de protection solaire ou combiné. Elles peuvent également être traitées pour devenir du verre de sécurité trempé, du verre feuilleté de sécurité et du verre isolant. Principales matières premières pour la production de verre flotté Matière première En pourcentage du poids Sable siliceux ~ 60% Soude ~ 19% Dolomie/chaux ~ 15% Autres matières premières ~ 6% Plus ajout de calcin propre ~ 20% Le verre flotté subit ensuite divers traitements pour devenir du verre isolant du verre feuilleté de sécurité (VSG) du verre de sécurité trempé (ESG) du verre à isolation thermique du verre de protection solaire du verre imprimé du verre de protection incendie des miroirs etc. Il est également utilisé comme base pour la réalisation de façades, de fenêtres, de devantures de magasin et de toitures de vitrines d exposition et d autres meubles en verre d aménagements intérieurs dans le cadre de magasins ou d appartements 22 I Le verre, matériau de construction

26 Stock de verre EUROGLAS, Hombourg, France 3.3 Propriétés physiques et chimiques du verre plat Définition et composition Le verre que nous utilisons aujourd hui comme matériau de construction est appelé verre sodocalcique en raison de sa composition. Lors de la fabrication, les matières premières sont chauffées. Au cours du processus de refroidissement qui suit, les ions et molécules n ont pas la possibilité de s ordonner. Le silicium et l oxygène ne peuvent pas cristalliser. L état désordonné de la molécule est ainsi «gelé». Le verre est donc composé d un réseau d ions silicium (Si) et oxygène (O) enchaînés irrégulièrement dans l espace. Les vides sont occupés par des cations. Lorsque le verre est chauffé à C et que cette température est maintenue pendant un certain temps, un phénomène appelé dévitrification se produit. Des cristaux de silicium se détachent alors de la masse de verre. Cela donne du verre opaque laiteux. Au sens chimique et physique, le verre n est pas un solide, mais plutôt un liquide solidifié. Les molécules sont totalement désordonnées et ne forment pas de réseau cristallin. Cet état est souvent cité comme étant la raison de la transparence de ce matériau. Mais il existe d autres théories à ce sujet. Une d entre elles relie la transparence au fait que l oxyde de silicium est une combinaison très stable qui n a pas d électrons libres susceptibles de se télescoper sous l effet du rayonnement lumineux. Na Na Na Na Na Na Na Na Représentation schématique simplifiée des structures du verre flotté (gauche) et du SiO 2 cristallin Le verre, matériau de construction I 23

27 Volume Verre Cristal Liquide surfondu Représentation schématique des modifications d état (solide/liquide) pour les substances cristallines et le verre T g Température Liquide T Schm Il n existe pas de formule chimique pour le verre, car il se compose de différentes combinaisons. Le verre n a pas de point de fusion, comme c est le cas pour d autres éléments comme l eau qui est liquide au-dessus de 0 C et qui cristallise en glace en dessous de 0 C. Lorsqu il est chauffé, le verre passe progressivement d un état solide à un état visqueux, puis à un état liquide. La plage de températures entre l état solide cassant et l état visqueux plastique est souvent désignée par le terme plage de transformation. Pour le verre flotté, cette plage correspond à des températures de 520 à 550 C. En simplifiant, on peut en déduire une valeur moyenne (535 C) qui est désignée comme le point ou la température de transformation du verre (Tg). Le fait que le verre soit qualifié, à raison, de liquide gelé mène souvent à l idée qu il coule en continu également à l état solidifié, bien que très lentement. Cela voudrait dire que l épaisseur de l extrémité inférieure d une plaque de verre disposée à la verticale serait, après une période suffisamment longue (de plusieurs décennies ou siècles), plus importante que l épaisseur de la partie supérieure. Mais ce n est pas le cas. Il est aujourd hui scientifiquement prouvé que la forme d un corps en verre n est pas modifiée par son propre poids à sa température d utilisation, à moins qu il s agisse d une flexion au sens statique. Par comparaison avec de nombreux cristaux, le verre a une isotropie amorphe, c est-à-dire que les propriétés ne dépendent pas de la direction de mesure. Composition du verre sodocalcique Matière première Formule chimique Teneur Dioxyde de silicium (SiO 2 ) 69% à 74% Oxyde de soude (Na 2 O/soude) 12% à 16% Oxyde de calcium (CaO) 5% à 12% Oxyde de magnésium (MgO) 0% à 6% Oxyde d aluminium (Al 2 O 3 ) 0% à 6% 24 I Le verre, matériau de construction

28 3.3.2 Propriétés mécaniques Résistance à la traction et résistance à la compression Le verre tire sa dureté et sa résistance de sa base de silicate, mais également sa fragilité connue et indésirable. C est une propriété à laquelle il faut dédier toute l attention qui lui est due, quel que soit le type d application. Contrairement aux métaux, le verre n a pas de plage plastique : il est élastique jusqu à sa limite de rupture. La rupture est soudaine, sans signe préalable visible. La résistance à la compression du verre est très élevée et dépasse de loin celle des autres matériaux de construction. C est pourquoi les problèmes sont rares lors du montage de vitrages sur un bâtiment. La résistance à la traction est un facteur déterminant, en particulier la résistance à la flexion. Il est connu que les fibres de verre présentent une très bonne résistance à la traction. Mais il existe une très grande différence entre la résistance à la traction d une fibre de verre et celle d une plaque de verre. La résistance à la traction de la plaque de verre ne dépend pratiquement plus de la cohérence de la structure chimique, mais d autres facteurs. En réalité, le verre n est pas un corps compact plein, mais présente de nombreuses discontinuités, comme des imperfections de surface sous la forme de microrayures et d entailles. Ce sont elles qui au final déterminent la résistance du verre dans la pratique. Il est également important de noter que la résistance diminue en fonction de la durée d application de la charge. C est pourquoi, dans la pratique, différentes tensions admissibles sont prises en compte, en fonction de la durée d application de la charge. Un exemple type de charge de courte durée est la charge due au vent, alors que les charges dues à la neige peuvent s exercer pendant une plus longue période. δ (P) δ (P) δ (P) Rupture Tension (force) Rupture Fluage Elastique δ adm. Rupture Elastique Verre Acier δ adm. Bois Ε(Δl) Ε(Δl) Ε(Δl) Zone élast. Zone élast. plastique Zone élast. plastique Comparaison des diagrammes d évolution / de puissance pour le verre, l acier et le bois Résistance à la traction pratique et théorique Type de verre Résistance à la traction Résistance théorique à la traction du verre de quartz (rupture) à N/mm 2 Résistance théorique à la traction du verre sodocalcique (rupture) 6000 à 8000 N/mm 2 Résistance pratique à la traction du verre sodocalcique (rupture) 30 à 80 N/mm 2 Le verre, matériau de construction I 25

29 Comparaison des résistances de différents matériaux (valeurs approximatives) Matériau Contrainte de flexion admissible Résistance à la compression Verre flotté / verre miroir 12 à 20 N/mm N/mm 2 Verre de sécurité trempé en verre flotté 50 N/mm N/mm 2 Aluminium 70 N/mm 2 70 N/mm 2 Acier de construction 180 N/mm N/mm 2 Chêne 50 N/mm 2 30 N/mm 2 Hêtre 35 N/mm 2 25 N/mm 2 Module d élasticité Matériau Elasticité Verre flotté / verre miroir N/mm 2 Verre de sécurité trempé en verre flotté N/mm 2 Aluminium N/mm 2 Acier de construction N/mm 2 Chêne N/mm 2 Hêtre N/mm 2 Tensions admissibles en fonction de l application Pour divers types de verre, par exemple les balustrades en verre, il existe des tensions admissibles en fonction de l application : extrait de la documentation «Le verre et la sécurité» de l Institut Suisse du verre dans le bâtiment (SIGAB). Type de verre Application Tension admissible VSG en 2 x flotté 4 côtés dans un cadre 22 N/mm 2 VSG en 2 x flotté A arête libre 18 N/mm 2 VSG flotté / verre imprimé 4 côtés dans un cadre 15 N/mm 2 VSG flotté / verre imprimé A arête libre 12 N/mm 2 VSG en 2 x TVG en verre flotté 4 côtés dans un cadre 30 N/mm 2 VSG en 2 x TVG en verre flotté A arête libre 30 N/mm 2 VSG en 2 x ESG en verre flotté 4 côtés dans un cadre 50 N/mm 2 VSG en 2 x ESG en verre flotté A arête libre 35 N/mm 2 26 I Le verre, matériau de construction

30 Masse volumique apparente Matériau Densité Verre sodocalcique 2,5 g/cm 3 Verre de protection contre les radiations RD 50 5 g/cm 3 Aluminium 2,6 g/cm 3 Acier 7,9 g/cm 3 Béton 2 g/cm 3 Plomb 11,3 g/cm 3 Valeur caractéristique pour une utilisation au quotidien : 1 m 2 de verre pèse 2,5 kg par mm d épaisseur. 1 m 2 de verre flotté d une épaisseur de 6 mm pèse 6 x 2,5 kg/m 2 = 15 kg/m 2. Dureté superficielle Par comparaison à d autres matériaux comme le bois, les métaux et le plastique, le verre présente une dureté superficielle très élevée. Dureté superficielle à la rayure selon Mohs (HM) Matériau Dureté superficielle à la rayure Apatite Verre sodocalcique (verre flotté, verre à vitre, verre décoratif) Feldspath Quartz 5 HM 5 à 6 HM 6 HM 7 HM Les éraflures sont visibles à partir d une profondeur de 100 nm (0,0001 mm). On peut les sentir au toucher à partir d une profondeur de 2000 nm (0,002 mm). Pour les verres traités, les éraflures sont visibles dès une profondeur de 10 nm environ! Propriétés thermiques Coefficient de dilatation thermique Lorsqu on le compare à d autres matériaux, le verre présente une faible dilatation thermique qui, de plus, dépend de sa composition. Par exemple, le verre céramique ne présente pratiquement pas de dilatation thermique. Ainsi, les tensions susceptibles de découler de zones chauffées à différentes températures n existent pas. (Voir également «Résistance aux chocs thermiques») Le coefficient de dilatation thermique de 9,0 x 10-6 /K signifie qu une plaque de verre flotté d un mètre de long soumise à une augmentation de température de 100 K se dilate de 0,9 mm. Pour l aluminium, la valeur analogue serait de 2,4 mm. Le verre, matériau de construction I 27

31 Coefficient de dilatation thermique Matériau Dilatation thermique Verre sodocalcique (verre flotté, verre à vitre, verre décoratif) 9 x 10-6 /K Verre borosilicate 3 à 4 x 10-6 /K Verre de quartz 0,5 x 10-6 /K Verre céramique 0 x 10-6 /K Aluminium 24 x 10-6 /K Acier 12 x 10-6 /K Béton 10 à 12 x 10-6 /K Conductibilité thermique Par rapport aux métaux, la capacité du verre à transférer la chaleur est certes faible, mais elle est élevée par rapport aux matériaux d isolation courants. Elle joue cependant un rôle peu significatif pour les applications pratiques dans les bâtiments, car l exceptionnelle isolation thermique offerte par les verres isolants en particulier s appuie sur l effet des traitements isolants. Coefficient de conductibilité thermique Matériau Coefficient de conductibilité thermique Verre sodocalcique (verre flotté, verre à vitre, verre décoratif) Aluminium Acier Béton Bois (épicéa) Liège Polystyrène 1,00 W/mK 210,00 W/mK 75,00 W/mK 1,00 W/mK 0,14 W/mK 0,05 W/mK 0,04 W/mK 28 I Le verre, matériau de construction

32 Résistance aux chocs thermiques La résistance aux chocs thermiques correspond à la capacité de résister à un changement de température abrupt. Elle est exprimée en degré kelvin et représente la vraisemblance d un choc thermique, à savoir une rupture suite à une surcharge thermique. Plus la résistance aux chocs thermiques d un verre est élevée, plus le risque de choc thermique est faible. Il n est cependant pas possible de dériver directement les températures de surface maximales admissibles sur un vitrage à partir de la résistance aux chocs thermiques, car la répartition de la température est un facteur particulièrement décisif. Type de verre Résistance aux chocs thermiques Verre flotté Verre de sécurité trempé (ESG) Verre borosilicate Verre céramique 40 K 150 K 260 K > 300 K Propriétés chimiques Le verre flotté offre une résistance élevée contre presque toutes les substances chimiques. L acide fluorhydrique (HF), qui sert à la gravure sur verre, est une exception. De plus, le verre n est pas absolument stable vis-à-vis de nombreuses solutions aqueuses. Les solutions acides et, surtout, les solutions basiques peuvent en attaquer la surface. Na + H + Cl - Effet de l acide Il s agit d un échange d ions au cours duquel, par exemple, des ions Na + + et Ca 2 sont remplacés par des ions H +, sans que la structure SiO 2 ne soit altérée. Ce processus ne laisse ainsi pas de traces visibles. Il est même utilisé pour renforcer les vitrages, lors du processus de précontrainte chimique. Na + OH - HSiO 3 - Effet des solutions alcalines Lors de ce processus, la solution alcaline réagit avec la structure SiO 2. De l acide silique est produit et la structure du verre est endommagée. Cela laisse des traces visibles de matage à l acide un peu comme lorsque du lait de ciment entre en contact avec un vitrage. La surface est attaquée très rapidement et les dommages causés sont irréparables. Le verre, matériau de construction I 29