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Verre minéral

Matériaux utilisés pour des verres minéraux

Verre

Verres de lunettes minéraux de ZEISS dotés de différents indices de réfraction de 1,5 à 1,9 (en haut de l’image) et verres de lunettes Umbramatic (en bas de l’image).

Les verres minéraux se subdivisent en principe en deux catégories : les verres en crown (nombre d'Abbe > 55) et les verres en flint (nombre d'Abbe < 50).
Les verres en crown renvoient au « crown-glass» (B 270) anglais qui doit son nom à l’aspect en forme de couronne des saillies qui caractérisent les plaques de verre circulaires alors soufflées en Angleterre. Les verres en flint doivent leur nom à l’ancien procédé de fabrication qui utilise du silex (quartz) limpide pur.

 

Seuls les verres en crown et en flint usuels sont connus avant 1886. C’est à cette date que de nouveaux matériaux commencent à être mis au point. Les travaux de recherche se poursuivent de nos jours, afin de produire de nouveaux types de verres minéraux et d’élaborer notamment des composants encore plus réfringents. Ils visent à concilier un indice de réfraction élevé avec une dispersion aussi faible que possible à l’aide d’adjuvants appropriés, même pour des matériaux très réfringents. Il convient dans le même temps de garantir que les verres de lunettes finis offrent une excellente dureté et résistent bien aux agents chimiques.

L’état du verre

Verre minéral correcteur
Photographie avec l'aimable autorisation de Schott Glas, Mayence)

L’état du verre

Le verre désigne toute substance qui s’apparente à un liquide de par sa structure chimique, mais dont la viscosité est si élevée à une température normale qu’elle peut être qualifiée de corps solide.
Le verre possède une structure amorphe (non cristalline), c’est-à-dire les atomes et les chaînes moléculaires ne sont pas disposés selon un ordre périodique. Il existe une multitude de verres minéraux qui peuvent être incolores ou teintés, transparents ou opaques.
Le verre minéral s’obtient en sous-refroidissant le matériau en fusion, si bien qu’il est souvent désigné aussi comme étant un liquide sous-réfrigéré. De fait, le verre n’est pas un corps solide, mais présente une certaine viscosité par delà son état solide apparent, insoupçonnée au cours de l’usage quotidien. 

Composition d’un verre minéral

Composition d’un verre minéral

Le verre minéral est un produit de fusion qui est formé des éléments constitutifs suivants :

70% composant de base (quartz)
20% fondants (potasse et chaux) et
10% durcisseurs (oxydes).

Matériaux de verre

Masse vitreuse durant le processus de fusion dans la cuve de vitrification
(Photographie avec l'aimable autorisation de Schott Glas, Mayence)

Les propriétés optiques et la couleur du verre peuvent être modifiées sélectivement par l’adjonction d’oxydes et de fluorures métalliques, à raison de 1%. L’addition d’oxydes de plomb, de titane et de lanthane accroît l’indice de réfraction, par exemple. L’oxyde de baryum et le fluorure réduisent la dispersion, tandis que la masse vitreuse en fusion peut être teintée avec du fer, du cobalt, du vanadium et du manganèse pour des verres solaires teintés. Afin de donner au verre son effet photochromique, il convient d’ajouter des liants métalliques à base de fluor, de chlore et de brome (halogénures) à la masse en fusion.

 

Toutes les matières indispensables à la fabrication du verre requis sont fondues entre 1400 et 1500° C dans un four à cuve. Les bulles d’air qui se forment dans la masse en fusion visqueuse peuvent être éliminées par l’adjonction d’affinants. Le brassage du verre liquide pendant plusieurs heures suite à l’affinage évite que des stries, des inclusions et des dominantes de couleur ne se forment. Après sa fusion, le verre liquide (à une température légèrement inférieure) traverse une unité de dosage avant d’être acheminé à une presse automatique qui produit les ébauches de verre. Les ébauches ainsi obtenues sont refroidies lentement jusqu’à la température ambiante dans un four de recuit, avant d’être usinées pour fournir des verres de lunettes finis.

Minéraux ou organiques ?

Trucs et conseils
Verres minéraux
 
Des indices de réfraction très élevés permettent de réaliser des verres de lunettes minces même en cas de fortes corrections
Large plage d’indices de réfraction de n = 1,5 à n = 1,9
Très résistant aux rayures, donc une durabilité plus élevée et une plus grande longévité
Grande dureté de surface

Moins de franges irisées que sur des verres organiques pour un même indice de réfraction
Faible dispersion, même en présence d’un indice de réfraction élevé

Aucune ligne de séparation notable sur des verres bifocaux et trifocaux
Bon fusionnement des différents matériaux
Élimination non problématique des sous-produits liés à la fabrication
Cycle de production conforme aux normes de protection de l’environnement
La forme et les propriétés optiques ne sont aucunement altérées à de fortes températures
Haute résistance à la chaleur
Verres à couche soudée et segments de vision de près collés, réalisables en cas de puissances prismatiques divergentes pour voir de loin et de près, par exemple
Excellente qualité adhésive des matériaux

Verres organiques
 
Des indices de réfraction élevés permettent de réaliser des verres de lunettes minces même en cas de fortes corrections
Plage d’indices de réfraction de n = 1,5 à n = 1,74
Lunettes légères et agréables à porter
Faible densité
Lunettes appropriées au sport et aux enfants
Haute résistance à la cassure
Coloration personnalisée par le procédé d’immersion, quelle que soit la puissance
Toute coloration possible

Assombrissement uniforme, quelle que soit la puissance, des verres photochromiques organiques
Incorporation de substances photochromiques à la surface du verre
Le verre de lunettes n’est pas endommagé lors des travaux de soudage ou de meulage
Excellente résistance à la projection d’étincelles
Un traitement durcissant Hart s’impose pour parvenir à une dureté comparable à celle des verres minéraux
Moindre dureté de surface

Exemple des types de verre

Matériaux utilisés pour des verres minéraux
Exemples de verre dans lesquels on utilise
Indice de réfraction moyen nd
Nombre d'Abbe νe
 
Verre en crown Verres minéraux simple vision sphériques d'indice 1.5 de ZEISS 1.525
58.3
Premier matériau minéral pour fabriquer des verres de lunettes.
Baryum Crown
Verres minéraux sphériques d'indice 1.6 de ZEISS
1.604 43.8 Se distingue optiquement du crown par une réfraction supérieure et une moindre dispersion chromatique.
Flint lourd

Verre de ZEISS
- minéraux sphériques d'indice 1.7
- minéraux sphériques d'indice 1.8
- minéraux sphériques d'indice 1.9

1.706
1.800
1.893

39.3
35.4
30.4
Matériau très réfringent pour de fortes corrections. Il sollicite des adjuvants de titane et de lanthane. Schott a reçu un prix d’honneur en 1973 pour avoir mis au point de tels verres de lunettes.
Borosilicate

Verres de ZEISS
- minéraux sphériques d'indice 1.5 Umbramatic brun
- minéraux sphériques d'indice 1.6 Umbramatic brun

1.525

1.604

56.5

42.8
Du chlorure et du bromure d’argent induisent les propriétés photochromiques. L’acide borique forme un autre composant.
Baryum Flint Verre minéral bifocal Classic CT25 d'indice 1,6 de ZEISS 1.684
1.755
44.2
38.1
Matériaux des segments de vision de près, utilisés sur les verres bifocaux et trifocaux
 

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