Verres Minéraux

FABRICATION DU VERRE

En France, par exemple, la compagnie de Saint-Gobain et la société des Glaces de Boussois prirent le contrôle des verreries de Bagneaux, dont l'activité principale était la production d'ébauches de verres de lunetterie.

Du creuset au four continu

Avant la Première Guerre mondiale, les verres de lunetterie étaient découpés dans les manchons soufflés à la bouche, obtenus à partir de verre fondu en pots, en suivant la
même technique que celle utilisée à l'époque pour la fabrication du verre à vitre. La première grande étape technologique fut franchie en 1914, avec la mise au point d'un
four continu à étirage vertical pour la fabrication de feuilles de verre (procédé Fourcault).

Le premier four de ce type installé en France fut celui d'Aniche dans le Nord, une des usines appartenant aux Verreries de Bagneaux. Ce four, conçu pour la fusion continue et que l'on alimentait avec des matières très pures, permit d'améliorer considérablement la qualité de la pâte de verre. Les feuilles de verre obtenues n'étaient cependant pas suffisamment homogènes. Mais les étapes suivantes de fabrication permettaient de masquer presque complètement ce défaut.
Pesée très précise des composants

En effet, en découpant dans ces feuilles des rondelles, qui étaient ensuite mises à la courbure voulue par pressage manuel, on obtenait des palets optiquement satisfaisants.
Le procédé Fourcault n'autorisait cependant pas la fabrication de verres de lunettes très spéciaux. Les verres pour multifocaux fusionnés, par exemple, ou les verres à indice de réfraction* élevé, étaient fabriqués par des verreries d'optique, notamment par la Société Parra Mantois en France.

Mélangeur de composition

Corning Incorporated invente la première ligne de fabrication continue complète

La Seconde Guerre mondiale paralysa l'industrie verrière européenne et priva les alliés des produits de l'industrie verrière allemande. Le relais fut alors pris aux Etats-Unis par Corinng Glass Works devenue depuis Coming Incorporated, qui mit au point un four continu révolutionnaire, dont le matériau réfractaire était constitué en grande partie de platine. L'utilisation de ce four permet d'obtenir un verre de qualité parfaite pour l'optique de précision et la lunetterie.
De plus, l'automatisation des divers stades d'élaboration et de travail du verre permit de réaliser une production continue à grande échelle.
L'industrie moderne des verres de lunetterie était donc née, et cette naissance se concrétisa en France lors de la création, en 1955, de la Société Soxqrel, qui devint en 1978 Corning France et en 1996 Corning S.A.

La préparation de la composition

Cette opération est très importante, car déjà déterminante pour l'homogénéité et l'indice de réfraction* du verre final. Elle consiste à peser les matières premières et à les mélanger intimement pour obtenir la composition* qui sera introduite dans le four.

Calcin

Réception des matières premières

Elles sont accompagnées d'un bulletin d'analyse du fournisseur. Ces fournisseurs sont sélectionnés dans le monde entier, compte tenu de la variété des produits nécessaires. Des contrôles supplémentaires sont effectués aulaboratoire de l'usine.

Pesage
Les constituants sont pesés avec précision pour respecter les quantités de matières requises sur la fiche de pesée des verres. La précision de pesée peut atteindre 1 pour 10.000 dans le cas de quelques composants influant à faibles doses sur certaines propriétés des verres.

Mélange

Le brassage des différents composants est réalisé dans un mélangeur. Pour chaque verre un temps de mélange prédéterminé doit être respecté. Les compositions* sont ensuite transférées auprès des fours de fusion.

L'élaboration du verre

L'élaboration du verre comporte quatre phases :
- la fusion,
- l'affinage,
- le conditionnement,
- la distribution.

La fusion
La composition est introduite dans la partie du four où va s'opérer la fusion, en mélange avec du calcin. Le calcin est, en fait, du verre de même composition, récupéré lors d'un cycle de fabrication précédent et broyé.

Un certain taux de calcin* facilite la fusion de la composition*. Pour fondre la composition* et rendre sa masse homogène, le four doit être porté à une température telle que le bain de verre parvienne à l'état liquide (ce qui correspond à une viscosité (de 100 à 200 poises*). La température peut varier de 1.100 à 1.500°C
selon le type de verre.

Enfournement

Fusion

Pour la construction d'un four, différents types de matériaux réfractaires sont utilisés, selon leur emplacement dans le four, les températures auxquelles ils sont portés et les verres avec lesquels ils sont en contact. Le chauffage à haute température est assuré par apport de différentes sources d'énergie : gaz, fuel et électricité ou une
combinaison de celles-ci. Dans le cas d'un chauffage électrique, le bain de verre fait office de résistance. Une des propriétés peu connue du verre est d'être conducteur à très haute température ; le verre, qui est parfaitement isolant à température ambiante, peut avoir une résistivité de quelques ohms par cm à sa température de fusion.

L'affinage
A ce stade de l'élaboration, l'affinage consiste à augmenter la température du verre pour le rendre plus liquide (la viscosité* est alors de l'ordre de 50 poises*), de façon à éliminer les gaz résiduels après la fusion. Cette opération est effectuée dans une deuxième partie du four, appelée bassin d'affinage.
Compte tenu des températures (jusqu'à 1.600°C), les matériaux réfractaires classiques ne peuvent plus être employés, car ils seraient attaqués et introduiraient des impuretés, notamment colorantes, dans le verre.
C'est la raison pour laquelle on utilise du platine*, matériau réfractaire pratiquement inoxydable et inattaquable par le verre chaud.

Le conditionnement
A ce stade, le verre est à une trop haute température pour être utilisé tel quel pour le formage, parce que trop fluide et insuffisamment homogène. Pour cela, un grand nombre de thermocouples indicateurs et régulateurs sont disposés dans toute la zone de conditionnement. Ces équipements permettent de contrôler les
températures au degré près.
D'autre part, pour arriver à une qualité optique, c'est-à-dire à un verre parfaitement homogène, le verre doit être brassé en permanence, selon un procédé d'agitation mécanique dit Guinandage, qui porte le nom de son inventeur, Monsieur Guinand.
Après les opérations de brassage et de descente homogène en température, le verre sort des tubes de coulée à des viscosités de travail qui varient (selon le type de verre) entre 100 et 10.000 poises*.

La distribution du verre

Le but de cette opération est de donner aux presses des quantités de verre de poids constant. Pour les obtenir, le filet de verre, qui sort d'un tube de coulée à un débit stable, est coupé par des ciseaux en acier spécial ; le cycle de fonctionnement des ciseaux est synchrone avec celui de la presse. Ces quantités de verre de poids constant sont appelées paraisons .

Gouttes de verre ou paraison

Le pressage automatique

Avoir des paraisons à la viscosité requise est impératif pour obtenir des moulages de bonne qualité. Les paraisons tombent dans les moules qui se trouvent sur le plateau tournant de la presse ; chaque position de la presse correspond à une phase précise du travail : chargement, pressage, refroidissement, démoulage.
Ce système de pressage en continu permet d'obtenir des cadences jusqu'à plusieurs milliers de moulages* à l'heure.

Coupe de la paraison

Outillage de fabdication d'un moulage de lunetterie

L'outillage de pressage détermine les caractéristiques dimensionnelles du moulage.
Il comporte quatre parties essentielles :
- la bague, qui forme le diamètre extérieur,
- le plan qui donne la courbure convexe,
- le poinçon* qui comprime la masse du verre et réalise la courbure concave,
- le cercle qui assure la fermeture de l'ensemble et détermine la forme des bords du moulage.

Différents types de presses sont utilisés suivant les formes de moulage et en fonction des caractéristiques physiques du verre.

Le traitement thermique : la recuisson

Lorsque le moulage sort de la presse, il est conduit à laide dune bande transporteuse dans une arche de recuisons. Pour les verres classiques, l'arche est utilisée pour effectuer l'opération de recuisons proprement dite qui a pour but de diminuer très sensiblement les contraintes ou tensions internes d'origine thermique Pour cela, le moulage est porté à une température comprise entre 550 et 700°C suivant la nature du verre et refroidi à vitesse contrô1ée. La réduction des tensions internes du moulage facilitera son surfaçage ultérieur. Pressage d'un moulage

Cas particulier : les photochromiques

Dans le cas particulier des verres photochromiques, le passage dans l'arche a, entre autres, une finalité bien particulière. Il s'agit de développer des cristaux d'halogénure d'argent en nombre et taille bien déterminés, qui donneront aux verres ses propriétés photochromiques (transmission- couleur vitesse de réaction). Compte tenu des caractéristiques à développer pendant le traitement thermique, celui-ci s'effectue dans les arches régulées en température avec une extrême précision (au degré près). Arche de recuison

L'emballage

Un premier conditionnement en boîtes carton est fait à la sortie de l'arche de recuisons. Des caisses, conçues pour recevoir ces boîtes carton doivent assurer aux moulages un transport en toute sécurité, quelle que soit la destination.

Moulage de verre

Les contrôles

Le verre n'est pas seulement contrôlé après son élaboration finale, mais en fait toute la ligne de fabrication est mise sous contrôle depuis la réception des matières premières en passant par les outillages, la recuisons, les formes et l'aspect des produits, jusqu'à leurs caractéristiques chimiques et physiques : c'est la démarche d'assurance qualité.
La finalité des contrôles est d'assurer la conformité des moulages aux besoins réels des utilisateurs: les fabricants, les opticiens et les porteurs de lunettes.
Les principaux contrôles effectués sur les lignes de production sont :
- le contrôle de qualité,
- les mesures de laboratoire.

Le contrôle de qualité

Son but est de s'assurer des caractéristiques dimensionnelles et d'aspect des produits. Dans la ligne de fabrication, il existe deux types de contr01es de qualité effectués plusieurs fois par heure

• Les contrôles à chaud (à la presse)
Ces contrôles permettent d'obtenir les premières informations sur la qualité des produits (respect des caractéristiques dimensionnelles) :
épaisseurs, courbes et poids ; qualité de la pâte défauts d'aspect : plis, amorces). Les responsables de fabrication peuvent ainsi corriger immédiatement toute dérive de procédé, qu'il s'agisse de l'élaboration du verre ou de son pressage.

• Les contrôles à froid à la sortie de l'arche de recuisson*)
Leur but est de garantir aux clients une qualité déterminée. Pour cela, on prélève selon des règles statistiques un certain échantillonnage de produits et, en fonction du niveau de qualité garanti, un système d'acceptation ou de refus est utilisé. Pour pouvoir apporter un maximum de garantie, tons les contrôles dimensionnels, de qualité de pâte et d'aspect, sont effectues.
Lorsqu'un lot est accepté, celui-ci entre en magasin pour être expédié. Lorsqu'un lot est refusé, et si le niveau de qualité le permet, chaque pièce du lot est inspectée unitairement. Si ce niveau de qualité n'est pas acceptable, le lot correspondant est déclaré "calcin" pour être recyclé.

Les mesures en laboratoire

Le contrôle des qualités dimensionnelles et visuelles ne suffit pas pour assurer les caractéristiques intrinsèques des produits. C'est pourquoi, des prélèvements de verres sont effectués plusieurs fois par jour et transmis aux laboratoires pour mesurer notamment :
• les indices de réfraction à différents états de recuisons et à différentes longueurs d'onde (raies d, e, F et C),
• les constringences*, ou nombres d'Abbe*, aux mêmes longueurs d'onde,
• la dilatation des verres (nécessaire pour garantir une bonne aptitude des verres au fusionnement des bi et trifocaux),
• la masse volumique*,
• les caractéristiques de trempe chimique pour les verres trempables,
• la transmission* lumineuse à différentes longueurs d'onde dans les spectres ultraviolets, visibles et infrarouges,
• la couleur, par établissement des coordonnées trichromatiques dans le système international CIE.

D'autres contrôles sont également effectués, à des fréquences moindres : altérabilité, caractéristiques thermovisqueuses, analyse de la composition chimique.

Mesure de transmition et de couleurs(verres photochromiques)

Contrôle en laboratoire

Cas particulier : les verres photochromiques

Etant donné le comportement de ces verres sous illumination, des appareils spéciaux doivent être utilisés pour la mesure des transmissions et couleurs (coordonnées trichromatiques) à différents états d'illumination :
- état vierge (verre qui n'a jamais été illuminé),
- état assombri après un temps d'illumination contrôlée,
- état éclairci après un temps sans illumniation.

Compte tenu du procédé de fabrication et de la composition de ces verres, leur analyse chimique est effectuée par des méthodes physiques. L'information de ces données permet de connaître en temps réel les propriétés photochromiques de la production en cours.

Les formes de livraison

A la sortie d'usine, les verres bruts de lunetterie sont des ébauches, livrées sous des formes différentes suivant le travail d'usinage qu'elles vont subir, en vue de les transformer en oculaires correcteurs aux caractéristiques optiques définies.

Les ébauches de verres pour unifocaux ou progressifs

Elles se présentent sous différentes formes :
• Les moulages qui se définissent par :
- un diamètre,
- une combinaison de courbes (convexe et concave) exprimée en dioptries sur la base d'un indice de réfraction précis (n d = 1,523 par exemple),
- des épaisseurs, au centre et au bord,
-des particularités de forme (notamment profil du bord).

La gamme très étendue des moulages couvre l'ensemble de la demande habituelle.
• Dans des cas très rares, le verre est produit sous forme de barres qui sont ensuite fragmentées pour être remoulées. Un tel procédé, onéreux, n'est mis en oeuvre que pour des verres de composition particulière dont les viscosités d'écoulement sont si faibles que leur pressage en continu reste impossible, ou pour de très courtes séries pour lesquelles l'investissement d'un outillage complet n'est pas justifié.

Les ébauches de verres pour muhifocaux fusionnés

• Les moulages*, appelés encore "ménisques" ou "majeurs", ont des formes similaires à ceux utilisés pour les unifocaux, avec des épaisseurs généralement plus fortes.
• Les segments de complément sont obtenus par pressage de même verre que celui du "ménisque".

Les principaux verres fabriqués sous forme de "ménisques" et de segments de complément, afin de réaliser des multifocaux fusionnés, sont :
- les Crowns blancs,
- certains Crowns teintés,
- certains photochromiques.

• Les segments et les moulages ronds pour verres d'addition. Les formes les plus courantes sont des segments de cylindre à troncature rectiligne ou courbe. Les moulages ronds ou "boutons" permettent d'obtenir des bifocaux dits à segment rond. Les verres d'addition* sont réalisés dans une gamme de verres d'indices de réfraction plus élevés que celui des "ménisques". Ils sont appelés "Baryums" en raison de la présence de cet élément dans leur composition.

Coning 2000

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