CHAPITRE 6 – ÉLABORATION DU VERRE
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2.1. La fusion
Au cours de la fusion, le mélange vitrifiable est transformé en une masse
liquide dans laquelle se dissolvent même les particules les moins miscibles, c’est-à-dire les plus riches en SiO 2 et pauvres en Na 2 O.
Le carbonate de sodium fond, lorsqu’il est seul, à 850 °C. Mais dès
775 °C, il commence à réagir avec les grains de sable :
SiO 2 + Na 2 CO 3 → Na 2 SiO 3 + CO 2
Ê
.
Chaque grain de sable dégage des bulles de dioxyde de carbone dans un
liquide qui devient de plus en plus visqueux à mesure que le carbonate
se transforme en silicate.
Quant aux grains de calcaire, ils ne fondent pas mais perdent leur CO 2
en se transformant en chaux :
Ca 2 CO 3 → CaO + CO 2
Ê
.
La dolomie se décompose de manière analogue, puis CaO et MgO se dissolvent dans la phase liquide dont la composition devient très proche de
la composition finale. On considère que la fusion est achevée lorsqu’il n’y
a plus de particules solides dans le liquide qui est devenu très visqueux
et rempli de bulles d’air et de gaz provenant de la décomposition des carbonates et de l’évaporation de l’eau.
On appelle chaleur de fusion, la chaleur à fournir pour obtenir un kilogramme de verre à partir du mélange vitrifiable. C’est la somme de trois
composantes : la chaleur de réaction et les chaleurs sensibles du verre et
du gaz jusqu’à la température de fusion. Pour la composition sodocalcique, elle vaut environ 0,73 kWh.kg
–1 .
2.2. L’affinage et l’homogénéisation
L’affinage est l’étape au cours de laquelle disparaissent les bulles de
gaz contenues dans la fonte. La vitesse ascensionnelle v d’une bulle de
gaz de rayon r dans un liquide de viscosité η vaut :
(6.1)
où ρ est la masse volumique du liquide et g l’accélération de la pesanteur.
À 1450 °C, la viscosité du bain est environ 10 Pa.s. L’application de
l’équation (6.1) à une bulle de 0,1 mm de diamètre montre qu’il lui faut
environ 140 heures pour s’élever d’un mètre dans le bain. Heureusement,
il existe des « affinants », c’est-à-dire des substances en faible concentration
qui, en se décomposant à la température de fusion du bain, fournissent
v
r
2 ρ g
3η
----------- -
=
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2.1. La fusion
Au cours de la fusion, le mélange vitrifiable est transformé en une masse
liquide dans laquelle se dissolvent même les particules les moins miscibles, c’est-à-dire les plus riches en SiO 2 et pauvres en Na 2 O.
Le carbonate de sodium fond, lorsqu’il est seul, à 850 °C. Mais dès
775 °C, il commence à réagir avec les grains de sable :
SiO 2 + Na 2 CO 3 → Na 2 SiO 3 + CO 2
Ê
.
Chaque grain de sable dégage des bulles de dioxyde de carbone dans un
liquide qui devient de plus en plus visqueux à mesure que le carbonate
se transforme en silicate.
Quant aux grains de calcaire, ils ne fondent pas mais perdent leur CO 2
en se transformant en chaux :
Ca 2 CO 3 → CaO + CO 2
Ê
.
La dolomie se décompose de manière analogue, puis CaO et MgO se dissolvent dans la phase liquide dont la composition devient très proche de
la composition finale. On considère que la fusion est achevée lorsqu’il n’y
a plus de particules solides dans le liquide qui est devenu très visqueux
et rempli de bulles d’air et de gaz provenant de la décomposition des carbonates et de l’évaporation de l’eau.
On appelle chaleur de fusion, la chaleur à fournir pour obtenir un kilogramme de verre à partir du mélange vitrifiable. C’est la somme de trois
composantes : la chaleur de réaction et les chaleurs sensibles du verre et
du gaz jusqu’à la température de fusion. Pour la composition sodocalcique, elle vaut environ 0,73 kWh.kg
–1 .
2.2. L’affinage et l’homogénéisation
L’affinage est l’étape au cours de laquelle disparaissent les bulles de
gaz contenues dans la fonte. La vitesse ascensionnelle v d’une bulle de
gaz de rayon r dans un liquide de viscosité η vaut :
(6.1)
où ρ est la masse volumique du liquide et g l’accélération de la pesanteur.
À 1450 °C, la viscosité du bain est environ 10 Pa.s. L’application de
l’équation (6.1) à une bulle de 0,1 mm de diamètre montre qu’il lui faut
environ 140 heures pour s’élever d’un mètre dans le bain. Heureusement,
il existe des « affinants », c’est-à-dire des substances en faible concentration
qui, en se décomposant à la température de fusion du bain, fournissent
v
r
2 ρ g
3η
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