Production du Verre Creux

Les machines actuelles pour le verre creux sont à alimentation à goutte et selon les modalités utilisées pour former ' l'ébauche ', on les subdivise en :
1) à soufflage ;
2) par pressage.
En tout cas, les différentes phases des procédé mécaniques de fabrication du verre creux rappellent le travail manuel : après avoir cueilli la ' poste ' de verre (appelée aussi levata) grâce à la canne, le souffleur n'introduit pas immédiatement cette masse de verre dans le moule pour le soufflage final. Il est en effet nécessaire que la poste soit refroidie comme il se doit, façonnée et pré-soufflée avant le soufflage final afin d'obtenir un produit fini de bonne qualité.

Il a acquis son développement maximum avec l'invention de la canne de soufflage et il dépend de l'énergie dont sont capables les poumons humains : l'air introduit à travers la canne à l'intérieur d'une masse de verre incandescent, retiré du creuset en quantité mesurée selon l'objet à produire, en se réchauffant, agit par pression sur les parois internes, entraîne l'étirement de la masse qui, peu à peu, assume la forme voulue par l'habileté du maître souffleur.
La canne de soufflage est un simple tuyau d'acier : à l'une de ses extrémités il rétrécit et forme l'embouchure pour souffler ; à l'autre, au contraire, il s'élargit et sert pour cueillir et retenir le verre.
Une fois le verre cueilli, une boule se forme à l'extrémité de la canne et puis, après avoir cueilli à nouveau, ce que l'on appelle la paraison; vient ensuite le marbrage, que l'on obtient en faisant tourner la poste (l'axe de rotation est la canne) au-dessus d'une plaque de métal, pour lui donner l'homogénéité de la forme initiale et de la consistance, opération généralement répétée plusieurs fois et alternée à des soufflages légers dans la canne et à des chauffages du verre dans le four pour en maintenir la plasticité.
De cette façon, la poste est façonnée, elle reçoit sa forme la plus indiquée selon l'objet que l'on désire obtenir (cylindrique, sphérique, conique etc.) et enfin elle est pré-soufflée ; ce n'est qu'à ce moment que, transformée en ébauche, elle est soufflée dans le moule.
On comprend aisément que, tandis que la forme extérieure est déterminée par le moule, la distribution des épaisseurs dans l'objet fini est liée à la forme et à la distribution des températures de l'ébauche.
La distribution des températures doit être la plus uniforme possible car les zones de verre à températures plus élevées, et donc à plus basse viscosité, sont plus étirées lors du soufflage final.
En définitive, il faut redimensionner le rôle du moule finisseur, qui a pour unique fonction celle de conférer à l'objet sa forme extérieure et d'abaisser la température du verre à une valeur évitant d'ultérieures déformations. La qualité de l'objet fini est par contre grandement déterminée par la préparation précédente de l'ébauche.
Dans le travail manuel, deux phases de travail principales se sont ainsi distinguées : une première phase de préparation de l'ébauche et une seconde de soufflage final qui confère à l'objet sa forme définitive.

Dans le travail mécanique, quel que soit le système d'alimentation, ces deux phases sont encore respectées. La formation de l'ébauche est en général obtenue dans un premier moule, appelé justement moule ébaucheur duquel, selon des systèmes différents selon le type de machine, l'ébauche est transférée dans un second moule, finisseur, où a lieu le soufflage final.
L'ébauche, comme on l'a suggéré plus haut, peut être obtenue par soufflage ou par pressage, alors que la forme définitive est obtenue par soufflage.
On a donc deux procédés :
1) soufflé-souffé ;
2) pressé-soufflé.

La température de l'ébauche, en vue de la qualité de l'objet fini, doit être la plus uniforme possible. C'est pourquoi le moule doit être alimenté avec une paraison de verre à température uniforme et correspondant à la viscosité du début de travail. En tenant compte du fait que le bain de verre du bassin de travail a une température supérieure à 1300°C, alors que la température d'alimentation peut varier de 1050 à 1250 °C, il apparaît donc évident qu'il est nécessaire de ' conditionner la température du verre '.
C'est à cela que sert le feeder, un canal situé à la fin du four. Il est constitué de plusieurs zones : la première, de refroidissement, une seconde de conditionnement et enfin une cuvette percée qui permet l'écoulement de la goutte.
La première zone permet au verre de se refroidir d'environ 150-200 °C. A cet effet, le canal est muni de dispositifs pour introduire de l'air froid mais aussi de petits brûleurs à gaz, disposés selon la longueur. Dans la zone de conditionnement, pourvue elle aussi de nombreux petits brûleurs, le verre doit retrouver l'homogénéité thermique qu'il a perdue au cours du précédent refroidissement.
Dans le feeder, le verre peut être coloré, en ajoutant des verres fondant à basse température, intensément colorés (fritte). Dans ce cas on met également dans le feeder des agitateurs (deux ou trois) qui contribuent à la dispersion rapide et à l'homogénéisation de la couleur. De cette façon on peut, à partir d'un seul four, obtenir du verre incolore et deux ou même trois couleurs différentes.
L'alimentateur est constitué d'une cuvette reliée au canal de conditionnement, muni d'un ou de plusieurs trous pour la sortie de la goutte qui est réglée par le mouvement vertical alternatif d'un plongeur en matériau réfractaire qui contribuent à maintenir uniforme la température du verre. Enfin, les ciseaux pour couper la goutte sont disposés sous le trou.

Procédé soufflé-soufflé
La machine I.S. ( Individual Section - à sections simples ), conçue dès 1925 et puis perfectionnée, est produite aujourd'hui avec jusqu'à 8 sections qui peuvent travailler à goutte multiple. Après la section des ciseaux, la goutte est guidée par des canaux vers chacune des sections.
Chaque section est constituée d'un moule ébaucheur et d'un moule finisseur, disposés en ligne. Le premier reçoit la goutte en position renversée et est surmonté d'une bague. Le soufflage se fait à travers la broche de tête, ensuite le fond ébaucheur s'ouvre et l'ébauche, soutenue par le moule de bague, est transférée par rotation à l'air libre dans le moule finisseur où a lieu le soufflage final.
La caractéristique principale de cette machine est la possibilité d'agir indépendamment sur chaque section, aussi bien en ce qui concerne le réglage (refroidissement du moule, pressions et temps de soufflage) qu'en cas de nécessité de changement de moules, sans arrêter la machine.

Procédé pressé-soufflé
Il se distingue du procédé soufflé-soufflé uniquement par la formation de l'ébauche qui se fait par pression. Certaines machines sont équipées pour travailler avec les deux procédés. Le procédé pressé-soufflé est particulièrement indiqué pour produire des articles à large ouverture (pots).

Procédé pressé- soufflé-tourné
Dans la machine à rotation, c'est le moule ébaucheur qui va se placer sous le trou de la cuvette pour recevoir la goutte. L'ébauche pressée tourne dans le moule finisseur durant le soufflage ; cela permet d'éviter les traces de moule sur la surface.

Avec ces machines automatiques, le conteneur (bouteille, pot, etc.) se forme en quelques secondes. On est passé ainsi d'une production de quelques centaines de pièces d'un laboratoire artisanal, à des centaines de milliers sortant chaque jour d'une seule installation.

Les fonctions principales des moules sont : refroidir l'objet produit pour lui permettre de conserver la forme et produire des objets présentant une surface de bonne qualité. Pour répondre à ces exigences, les moules doivent : 1) résister à la corrosion de la part du verre fondu 2) éviter l'adhésion du verre, 3) posséder une conductibilité thermique élevée et enfin 4) être faciles à travailler.

Un cas à part est représenté par les moules en bois utilisés dans le travail artistique : au moment du soufflage l'humidité (le moule, après chaque opération, est refroidi par immersion dans l'eau) passe à l'état de vapeur et cela, avec les gaz de combustion (du bois) protège le verre du contact direct avec la forme (ce système fonctionne aussi dans les machines rotatives, avec des moules en métal traité en surface avec des alliages à base de nickel). Cela rend la surface très brillante, surtout si, au moment du soufflage, on fait tourner l'objet dans la forme. Le seul inconvénient est le nombre limité des soufflages possibles.
Aujourd'hui encore, des moules en bois, grâce à leur coût limité, sont utilisés dans les verreries artistiques pour la production de prototypes.

Jusqu'il y a quelques années, la fonte était le seul matériau utilisé pour la production de moules. Elle reste aujourd'hui encore le matériau le plus utilisé en raison de son coût relativement bas et de sa conductibilité thermique élevée.
Les aciers, par rapport à la fonte, présentent l'avantage d'un meilleur polissage et d'une bonne résistance à l'oxydation. D'autre part, il faut tenir compte de la conductibilité inférieure et de la dureté qui rend le travail difficile et coûteux.
La possibilité du verre d'adhérer au moule est limitée grâce au refroidissement et à la lubrification du moule. Les premiers lubrifiants utilisés étaient constitués d'huiles et de graisses appliquées par tampon. On utilise aujourd'hui la plupart du temps de la graphite colloïdale, qui améliore la qualité de la surface du verre, diminue l'oxydation du moule et l'adhésion.
Non seulement il lui confère sa forme, mais le moule a pour fonction de refroidir l'objet de verre : le verre cède de la chaleur au moule et celui-ci à l'environnement. La surface en contact avec le verre subit de brusques variations de température qui s'affaiblissent rapidement à l'intérieur de la paroi. La surface externe est refroidie par l'air de façon à maintenir la température de la surface interne la plus élevée possible et à obtenir une bonne surface du verre, sans toutefois arriver à l'adhésion.
L'élimination de la chaleur des moules en verrerie se fait essentiellement par convection forcée par air ventilé : refroidissement continu de la surface externe, discontinu de la surface interne ou conjonction des deux méthodes.

La surface du conteneur est habituellement protégée des dommages dérivant de chocs et d'abrasions grâce à un double revêtement : le premier (à chaud) s'applique entre la formage et la recuisson, le second (à froid) immédiatement après la recuisson (voir fours de recuisson).
Le traitement à chaud est une couche d'oxydes métalliques (généralement oxyde d'étain) qui agit comme un promoteur d'adhésion pour le traitement à froid qui se trouve à l'extérieur. Ce dernier est une mince couche lubrifiante constituée de molécules organiques à longue chaîne (esters ou acides gras) qui, avançant vers l'extérieur, empêchent le contact direct verre-verre. De cette façon, le danger de micro-fractures (abrasions) diminue tout comme le danger de rupture durant la phase d'embouteillage et la surface du verre devient hydrofuge.

Les exigences croissantes en matière de qualité et la nécessité de maintenir le niveau de production ont obligé les verreries appliquer des contrôles automatiques en ligne.
Les machines utilisées sont optoélectroniques et permettent des contrôles dimensionnels mais aussi le relevé de la présence de fêlures sur la surface, de bulles, d'infondus et de déformations de l'objet ou des défauts d'épaisseur. Les pièces défectueuses sont automatiquement écartées.

Durant ces dernières décennies, le verre a dû rivaliser avec d'autres matériaux d'emballage (plastique, tétrapack) plus légers et plus sûrs. Un effort remarquable a été fait par les producteurs pour améliorer les conteneurs et le poids a été réduit de plus d'un tiers tout en maintenant les mêmes prestations mécaniques. Cela a été possible grâce à une meilleure homogénéité du verre, une meilleure distribution dans la section du conteneur, grâce à des traitements superficiels et à de meilleurs contrôles.

Les méthodes pour la décoration sont celles utilisées pour d'autres ouvrages manufacturés de verre : sérigraphie, sablage, satinage avec des acides et vernissage (voir verre plat : décoration à froid).
Ajoutons que, vu qu'il s'agit de conteneurs pour usage alimentaire ou pharmaceutique (considérés, par la loi, comme d'emballage et destinés au recyclage après utilisation), le producteur doit tenir compte des dispositions de loi concernant la sécurité et l'élimination de déchets toxiques (utilisation d'acides, présence de métaux lourds comme le mercure, le cadmium, le plomb, normalement présents dans les vernis pour la sérigraphie et pour le vernissage) ; en outre, il est nécessaire de savoir à quoi servira l'objet et comment il sera utilisé pour effectuer tous les contrôles nécessaires et offrir un produit adapté à l'utilisation requise.
Faisons quelques exemples.
Sérigraphie
Quand la décoration est sèche, les conteneurs sont réchauffés à une température d'environ 600°C pour permettre au vernis de se fixer de façon permanente.
Connaître l'utilisation du conteneur sert aussi pour évaluer le niveau de recuisson car, à cause de certains processus déterminés, on va modifier la structure moléculaire du verre, ce qui rendra le conteneur plus fragile.
Par exemple, dans le cas de bouteilles pour des liquides à pression (mousseux, champagne), il est nécessaire de savoir à quelle pression maximale a lieu l'embouteillement.
Sablage
Il n'est utilisé que pour des travaux particuliers et il est important que les bouteilles traitées de cette façon soient soigneusement lavées avant l'embouteillement.
Il faut tenir compte du fait que ce type de traitement provoque sur la surface des microfissures qui ont une incidence sur la structure du conteneur.
Satinage avec des acides
Ce traitement est déconseillé car, malgré toutes les précautions, les acides peuvent pénétrer dans le conteneur avec les risques de résidus acides à l'intérieur même après le lavage.
Nouvelle technologie
Il s'agit d'un vernissage à la poudre ('White coating') qui ressemble très fort au satinage traditionnel.
La bouteille ainsi traitée peut être imprimée en sérigraphie à froid ( 80°C ).
Grâce à ce traitement, le verre n'est pas attaqué et il est donc particulièrement indiqué pour décorer des bouteilles qui doivent garantir une bonne résistance à la pression interne.
Vernissage
Une nouvelle méthode de décoration a été mise au point pour laquelle on utilise de vernis à l'eau, contenant des pigments colorants. L'effet esthétique est très bon, mais le coût est encore élevé.
Les bouteilles vernies selon cette méthode peuvent aussi être imprimées en sérigraphie, en utilisant des encres fluides qui sont cuites à basse température.