Yvon LESCOUARC`H 13/02/02 - Paris

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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 1er siècle avant J-C.
Les premières utilisations du verre pour des vitrages de bâtiments remontent à l’époque
romaine, au 1er 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 9ème siècle. Aujourd’hui, la Verrerie Saint-Just produit
encore du verre soufflé.
Au 17ème 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 18ème siècles.
Au début du 20ème 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 1 550 °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
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Fabrication
La chaîne de fabrication est la suivante :
- Four de fusion : les composants sont fondus à une température voisine de 1 550° C, et le
mélange est homogénéisé
- Bain d’étain : le verre liquide est déversé sur de l’étain fondu à environ 1 100° 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 2 000 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
170 000 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 3 210 mm, et la longueur est de 6
000 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
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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 3210
- 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 1970. 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 1 000 € pour 1 écran de 3 m x 2 m
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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 10-6. 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 7 200 kg/mm2 (ou 72 000 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 1 000 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
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- 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
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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 66.4. 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 10.15.10 de 24 cm de large, et dans l’autre direction de 2 demies lames en
verre feuilleté trempé 10.15.10 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 4-12-4 : 45 à 50 €/m2
Double vitrage 4-16-4 : 50 €/m2
Double vitrage 4-16-4 à couches : 60 €/m2
Double vitrage 4-16-4 à couches + argon : 70 €/m2
Pour le virage à couches : + 10 €/m2, si argon : + 10 €/m2