La trempe du verre expliquée : comment est fabriqué le verre trempé de sécurité

Comment la trempe du verre produit un verre plus résistant et plus sûr

Le verre trempé thermiquement est utilisé pour les portes de douche, les vitres latérales de véhicules et les vitrages de devanture lorsque le verre spécifié répond aux exigences de l’application. Le verre recuit devient du verre renforcé grâce à un procédé contrôlé de chauffage et de refroidissement appelé trempe thermique. Comparé au verre recuit, le verre trempé se brise en fragments plus petits et moins dangereux, ce qui réduit le risque de coupures. La rupture du verre trempé peut néanmoins provoquer des blessures. Les conditions de chauffage et de refroidissement influent sur les caractéristiques finales du verre trempé. Vous trouverez ci-dessous une présentation de sa fabrication, du procédé de trempe thermique et des contrôles à aborder avec votre transformateur verrier.

Qu’est-ce que le verre trempé et pourquoi est-il important ?

Le verre trempé thermiquement est environ 4 à 5 fois plus résistant que le verre recuit de même épaisseur. Il se brise en petits fragments et réduit le risque de blessures. Ce mode de fragmentation résulte du profil de contraintes créé lors de la trempe thermique.

Le procédé de trempe thermique du verre, étape par étape

Effectuez toutes les opérations de découpe du verre, de perçage et de façonnage des bords avant la trempe thermique. Tout usinage après la trempe peut provoquer l’éclatement du verre. Voici les différentes étapes du procédé de trempe thermique.

Étape 1 : découpe et façonnage

Le verre float est découpé aux dimensions voulues. Les trous, les encoches et les évidements sont réalisés avant la trempe thermique. Les bords sont façonnés et contrôlés pour vérifier l’absence de défauts susceptibles de provoquer une rupture pendant le chauffage ou le refroidissement brutal.

Étape 2 : nettoyage et contrôle

Avant le chauffage, le verre est nettoyé et inspecté afin de détecter les défauts de surface et de bord. Vérifiez les critères d’inspection du transformateur verrier pour le verre spécifié.

Étape 3 : chauffage

Dans un four de trempe à rouleaux, le verre architectural est généralement chauffé à plus de 600 °C, puis refroidi brutalement. Les conditions de chauffage nécessaires dépendent du verre et de l’équipement. Un chauffage non uniforme peut déformer le verre. L’ondulation de rouleaux apparaît lorsque le verre, encore mou, s’affaisse entre les rouleaux du four.

Étape 4 : refroidissement brutal

Le verre est ensuite refroidi brutalement par des jets d’air à grande vitesse qui refroidissent rapidement ses deux faces. Les surfaces refroidissent plus vite que l’intérieur, ce qui laisse les surfaces en compression et le cœur en traction. Les jets d’air assurent le refroidissement ; ils ne compriment pas mécaniquement le verre pour lui conférer son état trempé. Les conditions de chauffage et de refroidissement brutal dépendent du verre et de l’équipement. Vérifiez les conditions appliquées par le transformateur verrier pour le produit spécifié.

Étape 5 : contrôle qualité

Vérifiez les exigences relatives à l’inspection visuelle, à l’échantillonnage, aux essais et au marquage. ASTM C1048 et EN 12150 ont des domaines d’application et des exigences d’évaluation différents ; un simple comptage des fragments ne suffit pas à établir la conformité aux deux normes. Demandez au transformateur verrier les documents précisant les normes, les éditions, l’épaisseur du verre et les critères d’acceptation applicables.

Les principes physiques de la trempe thermique du verre : compression et traction

Les contraintes de traction peuvent provoquer la propagation des fissures. Les contraintes de compression qui apparaissent à la surface du verre sous l’effet de la trempe thermique peuvent contribuer à limiter cette propagation. Pour le verre entièrement trempé, les recommandations de 2019 de la National Glass Association relatives à ASTM C1048 indiquent qu’une voie de qualification repose sur une compression en surface d’au moins 69 MPa (10 000 psi), une autre sur une compression des bords d’au moins 67 MPa (9 700 psi), et une troisième sur des performances spécifiées de vitrage de sécurité. Vérifiez la voie de qualification retenue pour le produit ainsi que l’édition de la norme spécifiée. Ce résumé historique ne doit pas être interprété comme une preuve de conformité du produit à une édition plus récente de la norme. Le profil de contraintes se caractérise par une compression en surface et des contraintes de traction au centre. Ce profil produit le mode de rupture caractéristique en petits fragments, qui réduit le risque de coupures par rapport au verre recuit sans éliminer le risque de blessures.

Trempe thermique et renforcement chimique

La trempe thermique est une méthode courante de renforcement du verre architectural, automobile et électroménager. Le renforcement chimique (par échange ionique) est possible pour les applications de verre de protection, mais vérifiez les limites de résistance et l’aptitude à atteindre les performances recherchées. Dans un procédé courant d’échange ionique, des ions potassium plus gros remplacent des ions sodium plus petits à proximité de la surface du verre, créant une compression. Corning indique une température de bain de sels fondus d’environ 400 °C pour Gorilla Glass. Cet exemple concerne un produit précis et ne constitue pas un cas général de traitement du verre par échange ionique. Vérifiez les limites et les tolérances du produit traité. Le renforcement chimique crée une compression en surface par échange ionique. La compression en surface et la profondeur de la zone en compression dépendent du verre et du traitement ; demandez des données propres au produit plutôt que de supposer une valeur universelle.

Les utilisations du verre trempé par secteur d’activité

La note technique FB45-14 de la National Glass Association présente les applications architecturales recommandées pour le verre traité thermiquement. Le choix du produit doit tenir compte de la conception, des exigences structurelles et des règles de sécurité applicables. Pour les vitrages architecturaux, définissez avec le fournisseur le procédé de fabrication envisagé, la géométrie réalisable et la composition du vitrage, puis vérifiez les documents d’essai applicables.

Contrôle qualité et normes d’essai du verre trempé

Avant de passer commande, renseignez-vous sur les inspections et les essais qui seront réalisés sur le verre spécifié, sur le lien entre les enregistrements de production et la commande, ainsi que sur les justificatifs fournis. Les inclusions de sulfure de nickel (NiS) peuvent entraîner un risque de rupture spontanée du verre trempé. L’essai de traitement thermique complémentaire réduit ce risque en provoquant la rupture des panneaux de verre sensibles pendant l’essai. Ce risque ne peut pas être entièrement éliminé. Si un traitement thermique complémentaire est requis, précisez les exigences nécessaires de la norme EN 14179 et demandez les justificatifs relatifs au verre.

• ✔ Quels contrôles visuels et optiques seront réalisés et quels critères d’acceptation seront utilisés ?
• ✔ Quelle méthode de mesure des contraintes sera utilisée, la norme ASTM C1279 s’applique-t-elle et comment les résultats seront-ils évalués au regard d’ASTM C1048 ?
• ✔ Quel essai de fragmentation, quel plan d’échantillonnage et quels critères d’acceptation s’appliqueront au verre et à l’épaisseur spécifiés ?
• ✔ Essai de traitement thermique complémentaire, lorsqu’il est spécifié : Vérifiez les exigences applicables de la norme EN 14179 et les documents d’essai. Le traitement thermique complémentaire réduit le risque de rupture lié au NiS sans l’éliminer.

Questions fréquentes sur la trempe du verre