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La trempe

 La trempe thermique

Objectif

La trempe est un traitement thermique qui a pour but de mettre les couches extérieures du verre en compression, améliorant ainsi la résistance mécanique du verre.
Une glace trempée peut être assimilée à une poutre en béton précontraint.

x : partie en compression
y : partie en extention


• Figure a : poutre en béton reposant sur 2 appuis, sous une pression P, la poutre fléchit, la partie supérieure X est en compression, la partie inférieure en extension.
Comme le béton est plus résistant à la compression qu'à l'extension, la rupture se produire en Y.
• Figure b : la même poutre, percée pour recevoir une tige d'acier, serrée aux extrémités à l'aide de boulons. Le béton est comprimé si l'on place cette poutre sur 2 appuis et qu'une force P est appliquée (la même que précédemment). La poutre ne casse pas car, la partie supérieure n'étant qu'un peu plus comprimée, la partie inférieure se décompresse. Il faut que la décompression annule la compression due à la barre d'acier pour retomber dans les conditions de la figure a.

Ce gain qui sépare la compression préalable et la rupture à l'extension de la poutre est le même que celui obtenu entre une glace recuite et une glace trempée.


Principe de la trempe thermique du verre

Il repose sur les deux propriétés suivantes du verre :
• Propriété 1 :
Le verre est plastique (c'est-à-dire déformable) au-dessus de 550° et élastique (c'est-à-dire rigide) au-dessous.

• Propriété 2 :
Il se dilate ou se contracte en fonction de la température et en fonction des forces de traction ou de compression qu'on lui applique.


La technique de la trempe se décompose en 3 phases :
• Phase 1 : la chauffe
On chauffe le verre à une température de 620°C (t ) (figure 2)
Phase 2 : la trempe
On le refroidit ensuite brutalement, les peaux du verre vont se refroidir plus vite que le cœur, elles vont se rétrécir plus que le cœur, elles fluent sur le cœur car nous sommes en zone plastique (t0).

Phase 3 : le refroidissement
Lors du refroidissement complet, le cœur plus chaud va avoir tendance à se contracter plus que les peaux, mais cette fois le verre est élastique(t1), le cœur ne va pas pouvoir se contracter autant qu'il le voudrait car il est lié rigidement aux peaux. Il va se mettre en extension et, par réaction, les peaux seront en compression.
Ces forces antagonistes s'annulent en un point O (figure 3). Ce point détermine l'épaisseur de la peau (la couche en compression est égale à 20/100 de l'épaisseur du verre. La surface hachurée au-dessus de la ligne représente la partie en extension. Elle est égale à la surface qui est au-dessous de la ligne O qui, elle, est en compression.
Domaine d'application de la trempe thermique

Elle se réalise sans problème sur des verres d'épaisseur comprise entre
4 et 15 mm (épaisseurs commerciales du bâtiment). Sous réserve de certaines précautions le verre d’épaisseur 3 mm est trempable.

A partir du 15 mm, des précautions draconiennes doivent être prises sur l'entretien des rouleaux du four de trempe et du contrôle de la température.
Pour certaines applications, la trempe verticale est conseillée pour éviter les marques des rouleaux.


Caractéristiques spécifiques de la trempe thermique

Comme nous venons de le voir, pour obtenir un verre trempé thermiquement, nous faisons subir au verre un chauffage à près de 630°C puis un refroidissement rapide.
Ce traitement communique au verre trempé 3 caractéristiques essentielles inhérentes au procédé :
- déformation optique
- fleur de trempe
- casse instantanée due à une pollution de sulfure de nickel.
 
 
 
 
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