La trempe du verre
Un verre plat se brise facilement lorsqu’il subit des contraintes de flexion. La flexion provoque des tensions (des forces) dans l’épaisseur du verre. On distingue des tensions de compression et d’extension qui sont la cause de la casse.
Un verre plat devient un produit de sécurité lorsqu’il subit un processus de trempe. Celle-ci le rend cinq fois plus résistant à la flexion et aux chocs thermiques.
Il existe deux possibilités de traitement : la trempe thermique et la trempe chimique.
La trempe thermique : (Attention : ne pas confondre avec la recuisson du verre)
La technique de fabrication industrielle fut brevetée en 1874, par François Royer de la Bastie.
La première analyse théorique de la trempe thermique fut publiée en 1929 (verre Securit Saint-Gobain).
Le volume de verre est chauffé jusqu'à 700°C (température où les molécules peuvent se déplacer), puis refroidit très rapidement et uniformément à 300°C par des jets d’air froid.
Les couches externes sont refroidies en premier. La surface se rigidifie car les molécules diminuent de volume et atteignent leurs dimensions définitives avant celles de la couche interne.
Quand les régions internes se contractent à leur tour, elles «tirent» sur la surface et créent une tension résiduelle de compression.
Le procédé crée des tensions permanentes dans l’épaisseur du verre. On distingue trois couches de tensions qui permettent de compenser les tensions inverses subies par un choc éventuel, par une flexion.
La trempe dite « à-plat » est effectuée dans des fours horizontaux.
Avec un verre épais, la trempe est d'autant plus forte si le refroidissement est rapide. Il est difficile de tremper une vitre mince car le refroidissement atteint trop rapidement la couche interne. Au-delà de 2/3 mm d'épaisseur, il est possible de tremper un verre thermiquement. En dessous de cette épaisseur, on pratique la trempe chimique.
Résultats :
La résistance à la flexion est accrue considérablement. Un vitrage de 8 mm résiste à une bille en acier de 500 grammes tombant d'une hauteur de 2 mètres tandis qu’une hauteur de 30 cm serait suffisante pour briser un verre non trempé.
Le verre se fragmente en une multitude de petits éclats non coupants en cas de brisure.
Le risque de casse par choc thermique est considérablement affaibli. Si un verre non trempé n'est pas chauffé de façon uniforme (à partir d'une différence de température de 30°C entre deux points), des tensions internes peuvent provoquer sa casse. Le vitrage trempé, quant à lui, résiste à des variations de température de 200°C. Il peut être exposé à une température allant jusqu'à 250°C.
Sa densité diminue.
On ne peut plus le couper ni le percer au risque de l’éclater.
Il est possible de le détremper en lui faisant subir une « recuisson » (montée en température puis refroidissement lent).
La trempe chimique :
Elle est plus facile à contrôler que la trempe thermique mais elle est plus coûteuse et réservée à des verres spéciaux (hublot pour avion).
Le verre est immergé dans un bain salin (sel de potasse ou nitrate de potassium fondu) à 400°C pendant une durée de 12 à 36 heures (ou plus en fonction de la résistance désirée). Les ions sodium du verre quittent sa surface et sont remplacés par les ions potassium qui sont plus grands ; ceux-ci compressent la surface interne qui se met en extension. Il y a donc une compression très élevée sur une très faible épaisseur de la surface.
Résultat :
Le verre est beaucoup plus résistant qu’un verre trempé thermiquement. S’agissant d’un traitement superficiel, le verre trempé chimiquement présente, en cas de casse, la fragmentation typique d’un verre normal. La trempe chimique permet le traitement des feuilles d’épaisseur fine (2-3 mm) qui ne peuvent être trempées avec le processus thermique.