Verre traité thermiquement

Traitement thermique pour la sécurité et la durabilité

Bon nombre des immeubles les plus spectaculaires et les plus visuellement esthétiques au monde sont équipés de très grands vitrages.Toutefois, ces chefs-d'œuvre architecturaux exigent souvent que le verre soit traité thermiquement pour assurer durabilité et/ou sécurité.Deux processus permettent de traiter le verre : le renforcement thermique et le trempage.Tous deux sont effectués sur le même équipement de traitement et nécessitent un chauffage du verre jusqu'à environ 1200 °F, puis un refroidissement forcé afin de créer une compression à la surface et sur les bords.Le processus requis dépend de l'application spécifique à laquelle le verre est destiné.

Verre trempé

Le verre trempé, également appelé verre de sécurité, est généralement utilisé pour assurer la sécurité ou pour protéger les occupants en cas de risque de projection du verre s'il venait à se casser, risquant de provoquer des blessures, par exemple en cas d'incendie, d'explosion, de tornade ou de cyclone.Il doit être utilisé pour les portes-fenêtres, les portes d'entrée, les vitres latérales et autres emplacements dangereux. Lorsqu'il se casse, le verre trempé explose en milliers de petites particules. 

Pour fabriquer du verre trempé, le verre est réchauffé jusqu'à une température tout juste inférieure au point de fusion, mais refroidi rapidement à l'air, ce qui crée une compression plus importante à la surface du verre.Le trempage rend le verre quatre à cinq fois plus résistant et plus sûr que le verre recuit ou non traité.En conséquence, le verre trempé est moins susceptible aux ruptures thermiques.

Verre renforcé à la chaleur

Le verre renforcé à la chaleur est généralement utilisé lorsqu'une robustesse supplémentaire est nécessaire pour résister à la pression du vent, aux contraintes thermales ou aux deux, mais lorsque la solidité ou la rupture de sécurité du verre trempé n'est pas indispensable. Le verre renforcé à la chaleur est souvent utilisé dans le verre à tympan..L'un de ses avantages tient au fait qu'en cas de rupture, les fragments de verre sont plus similaires en termes de taille et de forme à des fragments de verre recuit et par conséquent, ils ont tendance à rester dans l'ouverture plus longtemps que les particules de verre trempé.Même si le verre renforcé à la chaleur N'EST PAS un verre de sécurité selon le code du bâtiment, ce modèle de rupture empêche le verre de tomber, risquant de blesser quelqu'un.

Pour fabriquer du verre renforcé à la chaleur, on réchauffe le verre après l'avoir façonné jusqu'à une température juste inférieure au point de fusion, puis on le refroidit à l'air plus lentement que le verre trempé.Ce refroidissement plus lent forme une surface compressée qui augmente la résistance jusqu'à environ deux fois le niveau de celle du verre recuit ou non traité.

Les exigences des spécifications des normes industrielles en termes de verre traité thermiquement ou de verre trempé sont ASTM C1048 et ANSI Z97.1, ainsi que la norme de la Consumer Products Safety Commission 16 CFR section 1201.Pour le verre renforcé à la chaleur, l'exigence est une compression de surface de 3 500 à 7 500 psi, sans exigence de compression en bordure.Le verre entièrement trempé atteindra une compression minimale en surface de 60 MPa (10 000 psi) ou une compression de bordure qui ne doit pas être inférieure à 67 MPa (9 700 psi).

PPG traite le verre trempé et renforcé à la chaleur dans ses usines de Carlisle, en Pennsylvanie, de Wichita Falls, au Texas et de Barrie, en Ontario, au Canada.

Effets du traitement thermique du verre

Dans le cas du renforcement à la chaleur et du trempage, une distorsion optique de l'image est possible.La distorsion se produit dans le verre pour de nombreuses raisons, notamment les variations de pression du vitrage, de charge de vent, de température et de pression barométrique—ou même en cas de changement d'altitude entre le lieu de fabrication du verre et l'endroit où il est installé.La distorsion peut également être provoquée par les modèles de contrainte du verre traité thermiquement ou les modèles d'interférences connexes dans la fabrication de vitrages isolants.En raison de sa fluidité à des températures plus élevées, le verre est également susceptible de manière inhérente aux ondulations des rouleaux, à la flexion et à la torsion pendant son traitement à la chaleur.

Pour minimiser l'impact potentiel de la distorsion du verre qui est inhérente aux processus de traitement thermique :

  • Produire tout le verre traité thermiquement pour un projet donné sur le même équipement, et en utilisant les mêmes paramètres de traitement
  • Utiliser un verre plus épais et par conséquent, moins sujet à la distorsion
  • Orienter le verre traité thermiquement de manière à ce que les ondulations des rouleaux [l'ondulation périodique envoyée dans le verre pendant le traitement thermique, mesurée par la distance entre le pic et le creux] soient parallèles à l'encadrement/au haut de la fenêtre.

Qualité optique et planéité du verre traité thermiquement

Bien que la planéité du verre traité thermiquement soit un facteur dans l'aspect et la qualité optique du verre, d'autres éléments, tels que l'ondulation des rouleaux, seront plus déterminants.C'est la raison pour laquelle il n'existe pas de norme industrielle concernant la planéité du verre traité thermiquement.  Une spécification courante en termes de planéité du verre traité thermiquement est de 0,005 pouce (cinq millièmes de pouce) ou moins sur une surface de 12 pouces; toutefois, depuis l'instauration des inspections électroniques en ligne, PPG recommande l'exigence d'une planéité du verre traité thermiquement par le calcul à l'aide d'une formule de la valeur en millidioptries. La valeur en millidioptries est calculée en factorisant le diamètre du rouleau et la distance, au centre, entre les rouleaux pour atteindre une valeur exprimée selon une tolérance +/-.  Une tolérance de +/- 120 sur 90 pour cent de la surface du verre serait un exemple d'exigence de planéité très stricte pour les grands immeubles commerciaux et limiterait le nombre de fabricants potentiels du verre.

Maturation thermique

La maturation thermique est un processus utilisé pour contribuer à réduire l'incidence de rupture spontanée due à des inclusions rares de sulfure de nickel (NiS) ou à des défauts de fabrication du verre trempé avant qu'il n'arrive sur le chantier.Il nécessite l'insertion du verre trempé dans une chambre et l'élévation de la température jusqu'à environ 550 °F afin d'accélérer l'expansion du sulfure de nickel et de provoquer la rupture du verre dans la chambre de maturation thermique, ce qui réduit le risque de rupture potentielle sur le terrain.

La plupart des experts conviennent du fait que la maturation thermique ne garantit pas une élimination de 100 pour cent des risques de rupture spontanée.  En outre, le processus peut générer d'autres risques.
Veuillez vous reporter au document technique de PPG TD-138 pour plus de détails à ce sujet.

Verres Herculite® et Hestron® traités thermiquement de PPG

Le verre  décrit tout verre trempé de manière experte par PPG.Tous les verres PPG sont disponibles sous la marque Herculite.Seul le verre trempé par PPG peut être identifié par la marque exclusive Herculite.

Le verre Hestron décrit tout verre renforcé à la chaleur de manière experte par PPG.Hestron.Seul le verre renforcé à la chaleur par PPG peut être identifié par la marque exclusive Hestron.

Herculite et Hestron sont des marques déposées de PPG Industries Ohio, Inc.

Bulletins techniques

PPG dispose de plusieurs TD liés au verre renforcé à la chaleur et trempé :

TD-113 Why Annealed, Heat-Strengthened and Tempered Glass All Deflect the Same Amount (Pourquoi le verre recuit, renforcé à la chaleur et trempé produit la même quantité de déflexion) - Discussion concernant la rigidité du verre et les caractéristiques de déflexion du verre recuit, renforcé à la chaleur et trempé.

TD-115 Strain Pattern in Tempered and Heat-Strengthened Glass (Modèle de contrainte du verre trempé et renforcé à la chaleur) - Discussion relative aux modèles de contraintes visuelles du verre trempé et renforcé à la chaleur, ainsi que de la manière et de la raison pour laquelle elles apparaissent.

TD-124 Fabrication of Heat-Treated Glass (Fabrication du verre traité thermiquement) - Recommandations de PPG à propos de la fabrication du verre traité thermiquement et trempé.

TD-138 Heat-Treated Glass for Architectural Glazing (Verre traité thermiquement dans les vitrages architecturaux) - Discussion des utilisations appropriées du verre renforcé à la chaleur et trempé, y compris la survenue d'une rupture spontanée.Aborde l'utilisation de la maturation thermique du verre trempé.Propose les recommandations de PPG.