Savez-vous vraiment ce qu'est le verre trempé ?

Le verre trempé ou renforcé est un type de verre de sécurité traité par des traitements thermiques ou chimiques contrôlés, ce qui améliore sa résistance par rapport au verre ordinaire. Le trempage crée une contrainte de compression sur la surface extérieure et une contrainte de traction à l'intérieur du verre. Cette contrainte provoque la fragmentation du verre en petits morceaux granulaires lorsqu'il se brise, plutôt qu'en éclats tranchants et irréguliers comme le verre plat (également connu sous le nom de verre recuit). Les fragments granulaires sont moins susceptibles de causer des blessures.

En raison de sa sécurité et de sa résistance, le verre trempé est utilisé dans diverses applications exigeantes, notamment les vitres de voitures particulières, les portes de douche, les portes en verre architectural et les plateaux, les étagères de réfrigérateur, les protecteurs d'écran de téléphone mobile, comme partie du verre pare-balles, pour les masques de plongée, et dans divers types de plats et d'ustensiles de cuisine.

Le verre trempé a environ quatre fois la résistance du verre recuit ("normal"). La plus grande contraction de la couche intérieure pendant la fabrication induit une contrainte de compression sur la surface du verre et une contrainte de traction à l'intérieur du corps du verre. Le verre entièrement trempé d'une épaisseur de 6 mm doit avoir une compression de surface minimale de 69 MPa (10 000 psi) ou une compression de bord d'au moins 67 MPa (9 700 psi). Pour être classé comme verre de sécurité, sa contrainte de compression de surface doit dépasser 100 MPa (15 000 psi). En raison de l'augmentation de la contrainte de surface, si le verre se brise, il se brise uniquement en petits fragments arrondis au lieu de morceaux tranchants et irréguliers. Cette caractéristique rend le verre trempé sûr pour les applications à haute pression et résistant aux explosions.

C'est cette contrainte de surface compressive qui confère au verre trempé sa résistance accrue. Le verre recuit, qui a presque aucune contrainte interne, développe généralement de minuscules fissures de surface ; sans compression de surface, toute tension appliquée au verre crée une contrainte de traction à la surface, favorisant la propagation des fissures. Une fois qu'une fissure commence à se propager, la tension se concentre davantage au niveau de l'extrémité de la fissure, provoquant sa propagation à la vitesse du son dans le matériau. En conséquence, le verre recuit est fragile et se brise en fragments irréguliers et tranchants. En revanche, la contrainte compressive sur le verre trempé contient des défauts et empêche leur propagation ou leur expansion.

Toute coupe ou meulage doit être effectué avant le trempage. La coupe, le meulage ou un impact sévère après le trempage peuvent provoquer l'éclatement du verre.

Les motifs de contrainte causés par le trempage peuvent être observés en regardant le verre à travers un polariseur optique (par exemple, une paire de lunettes de soleil polarisées).

Le verre trempé est utilisé lorsque la résistance, la résistance à la chaleur et la sécurité sont des considérations clés. Par exemple, les voitures de passagers nécessitent ces trois propriétés. Stockées à l'extérieur, elles sont exposées à un chauffage et un refroidissement constants tout au long de l'année, ainsi qu'à des variations de température drastiques. De plus, elles doivent résister aux débris de la route tels que le gravier et aux impacts mineurs des accidents de la route. Étant donné que de grands fragments de verre tranchants représentent un danger supplémentaire pour les passagers (ce qui est inacceptable), le verre trempé est utilisé afin qu'il se brise en morceaux émoussés, presque inoffensifs. Les pare-brise sont fabriqués en verre feuilleté, qui ne se brise pas en fragments lorsqu'il est cassé, tandis que les fenêtres latérales et les lunettes arrière sont généralement en verre trempé.

D'autres applications typiques du verre trempé incluent :

Le verre trempé est également utilisé pour des composants sans cadre dans les bâtiments (par exemple, des portes en verre sans cadre), des applications structurellement chargées et toute autre application qui pourrait devenir dangereuse en cas d'impact humain. Aux États-Unis, les codes du bâtiment exigent du verre trempé ou laminé dans certaines situations, y compris les lucarnes, les zones près des portes et des escaliers, les grandes fenêtres, les fenêtres proches du sol, les portes coulissantes, les ascenseurs, les panneaux d'accès pour les pompiers et les zones près des piscines.

Le verre trempé est également utilisé dans les maisons. Les meubles et appareils ménagers courants qui utilisent du verre trempé comprennent les portes de douche sans cadre, les tables en verre, les étagères en verre, le verre de cabinet et le verre de cheminée.

"Un bord trempé" signifie qu'une zone limitée (par exemple, le bord d'un verre ou d'une assiette) est trempée, ce qui est populaire dans l'industrie de la restauration. Cependant, des fabricants spécialisés proposent également des solutions de vaisselle à boire entièrement trempées/renforcées qui offrent des avantages supplémentaires sous forme de résistance et de résistance aux chocs thermiques. Dans certains pays, ces produits sont spécifiés pour des lieux qui nécessitent des niveaux de performance améliorés ou un verre plus sûr en raison d'une utilisation fréquente.

L'utilisation de verre trempé dans les bars et pubs a également augmenté, notamment au Royaume-Uni et en Australie, pour empêcher que du verre brisé ne soit utilisé comme arme. Les produits en verre trempé peuvent être trouvés dans les hôtels, bars et restaurants pour réduire les bris et améliorer les normes de sécurité.

Certaines formes de verre trempé sont utilisées pour la cuisson et la pâtisserie. Les fabricants et marques incluent Glasslock, Pyrex, Corelle et Arc International. C'est également le type de verre utilisé pour les portes de four.

Le verre trempé peut être produit à partir de verre recuit par un processus de trempe thermique. Le verre est placé sur un convoyeur à rouleaux et passe à travers un four, où il est chauffé bien au-dessus de sa température de transition de 564 °C (1 047 °F) à environ 620 °C (1 148 °F). Le verre est ensuite refroidi rapidement avec de l'air forcé tandis que l'intérieur reste en écoulement libre pendant un court laps de temps.

Un autre processus de durcissement chimique consiste à comprimer une couche de surface d'au moins 0,1 mm d'épaisseur sur la surface du verre par échange d'ions, remplaçant les ions sodium à la surface du verre par des ions potassium (30 % plus grands), suivi d'une immersion dans un bain de nitrate de potassium fondu. Par rapport au trempage thermique, le durcissement chimique améliore la ténacité et peut être appliqué à des objets en verre ayant des formes complexes.

Le verre trempé doit être découpé à la taille ou pressé en forme avant le trempage et ne peut pas être traité davantage après le trempage. Les bords ou les trous percés dans le verre sont polis avant le début du processus de trempage. En raison de l'équilibre des contraintes dans le verre, des dommages à une partie entraîneront finalement la rupture du verre en morceaux de la taille d'un ongle. Le verre est le plus susceptible de se briser en raison de dommages aux bords, où la contrainte de traction est la plus élevée, mais il peut également se briser s'il est soumis à un impact fort ou à une force concentrée au milieu de la plaque de verre (par exemple, frapper le verre avec un point durci).

Dans certains cas, l'utilisation de verre trempé peut poser un risque pour la sécurité car il se brise complètement lors d'un impact fort, plutôt que de conserver des fragments dans le cadre, ce qui pourrait entraîner des blessures liées à la casse.

Si la surface du verre trempé est formée en utilisant ce processus, elle peut développer des ondes de surface causées par le contact avec les rouleaux de nivellement. Cette ondulation est un problème significatif dans la fabrication de cellules solaires à film mince. Le processus de verre flotté peut être utilisé pour fournir des feuilles à faible distorsion avec des surfaces très planes et parallèles comme alternative pour différentes applications en verre.

Les inclusions de sulfure de nickel peuvent provoquer la rupture spontanée du verre trempé des années après sa fabrication.