La composition du verre

Certains éléments comme le silicium et le bore peuvent former un verre par leur seule combinaison avec de l’oxygène (oxyde de …) 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 » qui sont :

Les fondants qui abaissent la température de fusion des oxydes formateurs (silice = 1730°C).
Les stabilisants qui modifient les propriétés physiques du verre atténuées par l’adjonction du fondant.
 

Les oxydes formateurs (les vitrifiants)
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. Si l’on augmente sa quantité, on augmente la dureté du verre. Son point de fusion est à 1730°C. Elle entre dans la fabrication sous forme de sable dont les plus purs en contiennent 99,5 % (les sables quartzeux). Le sable de Fontainebleau, du fait de sa qualité, 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.

L’anhydride borique : (le bore ou borax anhydre B2O3)
Il diminue le coefficient de dilatation et améliore la résistance aux chocs thermiques ; il est aussi plus résistant à l’eau. Son point de fusion est à 2300°C. Il sert pour le travail de laboratoire (verre thermorésistant comme le Pyrex). Il possède aussi les propriétés d’un fondant.

L’anhydride phosphorique : (le phosphore P2O5)
Employé dans le domaine de l’optique. La principale source au Moyen Age est les cendres de bois.

Les oxydes modificateurs

Les fondants : (oxydes alcalins)
La silice permet d'obtenir un verre, mais son point de fusion est très élevé (1730°C). En ajoutant des fondants, on abaisse cette température à 1400°C (économie d’énergie) 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. Il est plus utilisé pour le verre industriel que pour le verre soufflé car il doit être constamment réchauffé lors du façonnage.

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. Il avantage le soufflage du verre car il augmente le temps de travail lors du façonnage.

L’oxyde de magnésium (MgO) : Il est utilisé sous forme de dolomite (calcium+magnésium). Il n’est pas indispensable pour tous les verres, sauf le verre flotté, le verre à vitre et en gobeleterie. 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 - 0 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.

Les colorants :
Les verres sont le plus souvent teintés dans la masse ; cela signifie que l’on ajoute des oxydes métalliques pendant la fusion. Ils entrent en très faible proportion du mélange (ex : oxyde de cuivre pour du vert).
La coloration dans la masse est due à la présence dans le verre d'ions de métaux de transition.