4.3 Résistance due à la trempe
L'utilisation de la trempe permet d'augmenter la
résistance mécanique du verre en mettant l'ensemble de sa surface
en compression (voir 3.5.1). Dans ce chapitre-ci, les différentes
méthodes pour la détermination des contraintes de trempes seront
développées.
La trempe induit une contrainte de compression aux bords de la
plaque qui est deux fois plus importante en valeur absolue que la contrainte de
traction au coeur.
4.3.1 Formule analytique
La formulation analytique qui existe pour déterminer
les contraintes de trempes se limite aux contraintes dans une plaque
considérée comme infinie [16] : au coeur de la plaque.
Actuellement, il n'existe aucune formulation analytique qui prend en compte les
effets de bords. Cependant, la différence de contrainte entre les effets
de bords et le centre de la plaque est négligeable (voir 3.5.1).
E c l v
â
ó = 2 (4.7)
m 24(1 )
- í ë
E = module de Young
â = coefficient de dilatation thermique
c = chaleur spécifique volumique l =
épaisseur de la plaque
v = vitesse de refroidissement í =
coefficient de poisson
ë = conductivité thermique
Cette formule met en évidence les différents
paramètres influençant les contraintes de trempe. On remarque que
la contrainte augmente si la vitesse de refroidissement augmente
également.
Quatre paramètres influencent de manière importante
les contraintes de trempe :
- la température de base (température à
laquelle les paramètres viscoélastiques sont connus)
- le module de Young
- le coefficient de dilatation thermique
- la conductivité thermique du verre
Parmi ces quatre paramètres, deux (la
température de base et le module de Young) peuvent être facilement
et précisément déterminés. La conductivité
thermique est assez bien connu mais a une influence moindre par rapport aux
autres. Malheureusement, le coefficient de dilatation thermique du verre
liquide est connu avec une incertitude assez importante. Il est dès lors
très difficile d'utiliser cette formule de manière optimale. Dans
la vie pratique, cette formule n'est jamais utilisée.
4.3.2 Valeur des fournisseurs ou des normes
La formule analytique qui détermine les contraintes de
trempe est fonction de l'épaisseur de la plaque. Malheureusement,
à l'heure actuelle, les fournisseurs de verre ne proposent pas de
valeurs de trempe qui est fonction de l'épaisseur. Sur demande
seulement, ils garantissent une certaine valeur pour la contrainte de trempe.
Cette garantie est la même quelque soit l'épaisseur de la feuille
demandée. Pour déterminer les contraintes de trempes, les
producteurs procèdent de la manière suivante : ils effectuent
d'abord le processus de trempe et ils vérifient grâce à
différentes méthodes que le verre possède bien la
contrainte de trempe souhaitée. Dans le cas contraire, la feuille est
retirée de la production.
4.3.2.1 Méthodes de
vérification
Il existe deux types de méthodes pour la mesure des
contraintes de trempe : les méthodes destructives et les méthodes
non-destructives. Différentes méthodes seront
développées dans ce paragraphe. La méthode utilisée
par les fournisseurs est la méthode de mesure optique car c'est une
méthode non destructive et qui n'endommage pas le matériau.
- Méthodes destructives
- Mesure par comptage de fragment : un verre
trempé doit se rompre en un nombre minimal de morceau par unité
de surface
- Mesure par relaxation de contrainte : On dispose
une jauge sur le verre, on découpe la feuille tout autour de la jauge
pour relaxer les contraintes et on obtient ainsi la valeur opposée de la
trempe.
- Mesure par pelage : Une petite épaisseur est
enlevée de la feuille de verre. Les contraintes se relaxent mais
connaissant la déformation, la courbure de l'élément et
son épaisseur on peut déterminer les contraintes.
- Méthodes non-destructives
Les méthodes non destructives utilisent la technique de
photoélasticimétrie (méthode optique) pour
déterminer les contraintes de trempe dans le verre. Cette technique de
mesure est possible grâce à la transformation de la transparence
du verre recuit en un matériau biréfringent suite au processus de
trempe
Plusieurs appareillages différents existent afin de
calculer la contrainte de trempe. Cependant, la polarimétrie reste
l'appareillage le plus utilisé.
Le rayon lumineux émit par la source traverse un
polariseur et se polarise. Ensuite, le rayon passe par l'élément
en verre à analyser et enfin par un analyseur qui mesure la
différence de phase du rayon lumineux par rapport au polariseur. Cette
différence de phase permet de déterminer les contraintes de
trempe grâce à diverses équations.
Figure 4.3. 1 Schéma explicatif de la polarimétrie
[38]
Dans les normes, ils existent des valeurs pour les contraintes de
trempe qui varient en fonction du type de trempe et du type de feuille de verre
(voir Tableau 4.3.1).
|
Verre (n'importe quelle composition)
|
Valeurs caractéristiques de la contrainte en
flexion pour différents procédés de
précontrainte
|
|
trempe thermique
|
verre durci
|
trempe chimique
|
|
Verre flotté ou feuille de verre étiré
|
120 N/mm2
|
70 N/mm2
|
150 N/mm2
|
|
Verre sérigraphié
|
90 N/mm2
|
55 N/mm2
|
150 N/mm2
|
|
Verre émaillé
|
75 N/mm2
|
45 N/mm2
|
|
|
Verre sérigraphié émaillé
|
75 N/mm2
|
45 N/mm2
|
Tableau 4.3 1 Valeurs des contraints de trempe [60]
Coefficient de sécurité sur les contraintes
de trempe
Les valeurs des contraintes de trempe sont difficiles à
déterminer car on ne maîtrise pas
tous les paramètres du
processus de manière précise. Heureusement, les méthodes
de
vérifications sont précises et se contentent de
vérifier le résultat final. Tout comme dans la
sidérurgie, les valeurs des contraintes de trempe dans
le verre sont des valeurs assurées par le fournisseur. On pourrait se
demander dès lors pourquoi le coefficient de sécurité
préconisé dans les normes est de seulement 1.2 [60] alors qu'il
pourrait encore être diminué. Cette valeur sécuritaire
résulte de l'erreur relative sur les instruments de mesure optique et
aussi sur le manque d'applications et d'essais en la matière.
Coefficient de sécurité pour les surfaces
pré sollicitées ãM ; v = 1.2 Le
facteur pour le procédé de trempe du verre
kv
Il existe deux méthodes pour réaliser un
trempage thermique du verre (voir 3.5.1.1). Le procédé de trempe
vertical induit des déformations supplémentaires au niveau des
pinces. Cet effet a pour conséquence l'utilisation d'un coefficient
minorateur (voir Tableau 4.3.2). Actuellement, les verres sont trempés
majoritairement par un procédé de trempe horizontale sauf dans
des applications très rares.
|
procédé de fabrication
|
Le facteur pour le procédé
de trempe
kv
|
|
trempe horizontale
(tout procédé n'utilisant pas des pinces pour
pendre le verre)
|
1
|
|
trempe verticale
(tout procédé utilisant des pinces pour pendre le
verre)
|
0,6
|
Tableau 4.3 2 Valeurs pour le facteur du procédé
de trempe [60]
| 
