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Production du verre - Domaine public
Le verre, un matériau traditionnel innovant
La production du verre est une activité millénaire, d’abord artisanale, puis industrielle. S’il existe différents types de verres qui se distinguent par leurs compositions, leurs formes, leurs propriétés, un de leurs points communs est d'avoir un procédé de fabrication très énergivore.
En effet, dans tous les segments de l’industrie verrière (verre plat, verre creux, verres techniques, etc.), la première étape de production du verre consiste dans la fusion, à une température d'environ 1 000°C d’un mélange dit « vitrifiable », constitué de silice et de fondants comprenant principalement des alcalins (sodium, calcium) (70 % de silice, 15 % d'oxydes de sodium, 10 d'oxyde de calcium plus d'autres additifs minoritaires dans les verres silicosodocalciques tel le verre à bouteille). Cette première étape requiert une grande quantité d’énergie. Elle est suivie par différentes opérations qui nécessitent d'augmenter encore la température au-delà de 1 400°C pour réaliser « l'affinage » (élimination des bulles gazeuses). Les opérations restantes servent à préparer le verre à son formage, puis au traitement de surface, et au parachèvement, etc. Ces procédés sont maîtrisés par des entreprises parfois très anciennes, qui innovent en permanence pour apporter à ce matériau toujours plus de fonctionnalités, à des coûts maîtrisés. Par exemple, des dépôts multicouches à la surface du verre rendent les vitrages « intelligents » : ils répondent à une sollicitation extérieure, comme c’est le cas pour les vitrages électrochromes dont la transmission lumineuse peut être contrôlée électroniquement.
Défis environnementaux et innovations
Aujourd’hui, l’un des défis majeur du secteur verrier est de diminuer sa consommation énergétique et ses impacts environnementaux, sous la pression des législations et des normes parfois encore plus exigeantes que fixent les acheteurs industriels. D’autant que l’empreinte carbone du verre est liée non seulement à la combustion de combustibles fossiles nécessaire à l’étape de fusion, mais aussi aux émissions de CO2 dues au procédé lui-même (schématiquement : SiO2 + CaCO3 +Na2CO3 -> SiO2.CaO.Na2O + CO2). A 1400 °C, ces émissions s’élèvent à environ 200 kg de CO2 par tonne de verre. L’intégration de 25 à 30 % de calcin issu du recyclage du verre, tend à diminuer l’empreinte carbone des verres recyclés.
De nombreuses pistes d’innovation sont explorées actuellement pour réduire l’empreinte environnementale des procédés verriers : par exemple la mise au point de capteurs permettant un meilleur suivi de la combustion dans les fours, plus généralement l’amélioration du rendement de ces fours, la filtration des émissions, l’ajustement de la composition du mélange vitrifiable visant à faire diminuer la température de fusion (tout en respectant bien sûr les contraintes de qualité), etc.. Déjà employé dans certains procédés verriers, le four électrique fait l’objet de recherches, même si le gaz semble avoir de beaux jours devant lui, quitte à ce qu’il soit du biogaz.
La chimie, la thermodynamique, le génie thermique et le génie des procédés, ainsi que la simulation sont mises à contribution pour tenter d’apporter une réponse technique à ces enjeux industriels. L’augmentation du prix du carbone, lequel traduit d’un point de vue économique l'impact environnemental que représentent les émissions de gaz à effet de serre, devrait jouer un rôle incitatif dans cette tendance de fond dans laquelle les industriels s'engagent.
Publié le 21/01/2019
Librement inspiré par une matinée de conférences à Mines ParisTech organisée par USTV et Carats Innovation. En remerciant Dr Franck Pigeonneau pour ses conseils.
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Le portail de l'industrie du verre http://www.verreonline.fr/index.php
