La fabrication du verre
Chaque type de verre (creux, plat et technique) a un mode d’élaboration différent. Cependant, on relève 5 grandes étapes dans le cycle de fabrication du verre qu’il nous faut passer en revue pour mieux comprendre ensuite comment sont recyclés les déchets de verre.
L’élaboration des produits en verre, à partir des matières de base, passe par plusieurs étapes :
- préparation du lit de fusion
- élaboration du verre
- mise en forme
- recuisson
- contrôles de qualité des produits finis
La préparation du lit de fusion
On appelle lit de fusion, le broyage puis le mélange de granulométrie homogène des différentes matières premières qui compose le verre.
Le verre est un silicate complexe c'est à dire un réseau irrégulier de silice (sable) auquel on ajoute des agents modificateurs. Ce qui suit est un exemple, il faut savoir que les proportions d’introduction du calcin et des matières premières naturelles sont différentes pour chaque type de verre (coloré, incolore, à vitre, techniques, etc.).
Les agents vitrificateurs ou oxydes formateurs
- Le Silice apportée sous la forme de sable fin très pur (≥ 99,6% de SiO2) ;
- Le Calcin (verre recyclé cassé) : 10 à 90% des matières premières en fonction de la qualité recherchée.
Ces agents vitrificateurs représentent 70 à 80% du verre.
Les agents modificateurs ou oxydes modificateurs
- Les fondants : la Soude (Na2O) introduit à 12-14 % et la Potasse (K2O) très peu présent car elle représente 0 à 1 % ;
- Les stabilisants : la Chaux (CaO), l’Alumine (Al2O3), la Magnésie (MgO).
Ces agents modificateurs représentent 20 à 30% du verre.
La composition des matières premières atteint 99 % de la masse totale à introduire. Elle devra être complétée par des constituants secondaires afin de rectifier la teinte du verre et d’améliorer les conditions d’élaboration.
L’ÉLABORATION DU VERRE
L’élaboration du verre représente l’ensemble des opérations au cours desquelles le lit de fusion (matières premières naturelles et calcin broyé) est transformé en verre fondu, apte à être mis en forme.
Ces étapes d’élaborations sont :
La fusion
Suivant la nature et la composition du verre, la température est progressivement élevée à 1 300 – 1 400°C. Au cours de cette montée en température, le mélange enfourné subit diverses transformations complexes. La fusion s’effectue dans des fours en matériaux réfractaires qui résistent à des températures supérieures à 1 800°C.
L’affinage et l’homogénéisation
Après la fusion, la pâte de verre n’est pas homogène. Elle contient de nombreuses bulles de gaz issues qui se trouvent piégées dans ce milieu à forte viscosité. Pour éliminer ces inclusions, la pâte de verre est affinée. Cette opération consiste avant tout à élever la température du verre fondu, entre 1 450 et 1 550°C, pour diminuer sa viscosité, ce qui rend la pâte de verre plus fluide. La vitesse de remontée des bulles à la surface est ainsi augmentée et favorise l’homogénéisation de la pâte de verre.
La braise
Le verre, en fin d’affinage, a une viscosité trop faible pour pouvoir être mis en forme. Sa viscosité est donc augmentée en abaissant la température entre 1 000 et 1 200°C. Cette dernière phase de l’élaboration est appelée la braise. Cette expression date de l’époque où les fours étaient chauffés au bois et les braises étaient maintenues sur le foyer.
Le saviez-vous ?
Le verre d’emballage coloré est le verre qui admet actuellement la plus grande part de calcin dans sa fabrication. Le système de fabrication du verre en France permet d’introduire jusqu'à 90 % de calcin dans le lit de fusion.
LA MISE EN FORME
La mise en forme du verre est entièrement mécanisée. Des procédés différents sont utilisés selon le type de verre (plat ou creux) mis en forme. Pour les verres creux, qui correspondent aux verres d’emballages recyclables, les techniques du pressage et du soufflage sont combinées.
Le pressage-soufflage
Par cette technique, le verre est tout d’abord pressé pour ensuite être soufflé afin d’être mis en forme. Une quantité définie de verre en fusion (la paraison) tombe du couloir dans un moule préparatoire. Puis cette goutte de verre est pressée pour former une ébauche du produit. La préforme obtenue est démoulée et transférée vers le moule final, puis elle est réchauffée pour être terminée par soufflage. Cette technique, appelée pressage-soufflage, permet de former des pots et bocaux.
Le soufflage-soufflage
Par cette technique, le verre est soufflé deux fois pour être mis en forme. Une goutte de verre en fusion, en quantité définie, est chargée dans un moule préparatoire. Dans ce moule, la goutte est d’abord compressée, pour être ensuite percée et soufflée afin d’obtenir une préforme. Cette préforme est transférée dans un moule final où elle est réchauffée. Le soufflage définitif permet de donner forme au produit fini. Le procédé de soufflage-soufflage est principalement utilisé pour la fabrication des verres d’emballage comme les bouteilles.
La recuisson
Le verre mis en forme (qu’il s’agisse de verre plat ou de verre creux), doit subir une recuisson. En sortie de chaîne de production, la température du verre avoisine les 650°C. Les parois extérieures se refroidissent plus vite que l’intérieur du verre en raison de sa mauvaise conductivité thermique. Des contraintes apparaissent au sein du matériau. Afin de les annuler, le verre est soumis à un traitement thermique compris entre 500 et 550°C. Cette opération se déroule dans un four appelé arche de recuisson. Dans un premier temps, la température augmente rapidement puis elle diminue lentement afin d’éviter la formation de nouvelles contraintes. Sans cette étape, la plupart des objets fabriqués se fissureraient ou se briseraient.
Les contrôles de qualité des produits finis
Comme dans toute industrie, le contrôle de la qualité du produit en sortie est primordial pour détecter les variations de production et satisfaire les attentes des clients. En fonction du produit, différents tests sont pratiqués pour respecter la conformité au cahier des charges de l’entreprise cliente.
Pour le verre d’emballage, un premier test, effectué sur la matière fondue, consiste à passer un échantillon de verre dans un appareil mesurant la couleur ou la transparence de la matière (spectrocolorimètre). Si le résultat n’est pas conforme, le cahier de teintes indique l’ensemble des modifications à apporter au lit de fusion pour le mettre en conformité.
Puis plusieurs tests sont effectués sur la matière mise en forme afin de garantir la qualité d produit fini :
- le test de compression : garantit la solidité de l’emballage
- le contrôle de la planéité de la bague : évite tout problème lors du capsulage ou du bouchonnage
- le contrôle d’aspect : détecte la présence de glaçures, de bulles, de grains infondus, etc. pouvant entraîner une fragilité à long terme de l’emballage
- le contrôle dimensionnel : mesure la longueur totale, le diamètre intérieur et extérieur, etc., par vision automatique, sur l’ensemble de la production
- le contrôle du corps et du fond de la bouteille : repère les défauts et fissures d’emballage
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