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GLACES ET VERRES N° 74 — Mars 1944
Extrait
Premières pages de l'ouvrage, en accès libre.
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GLACES ET VERRES REVUE TECHNIQUE, ARTISTIQUE, PRATIQUE 11, rue Boucry, PARIS (18e) — Téléph.: Botzaris 54-85 Direction : R. LHOTE Édition de la Société d'Études et de Publicité Société à responsabilité limitée au Capital de 25.000 fr. R.C. Seine 229.903 B Rép. Prod. Seine C A 13.717 Rédaction : M. Despréaux ABONNEMENTS Un an : France, 60 francs; Étranger, 80 francs Compte de Chèques postaux : Paris 1155-78 Tous les deux mois Le numéro : 12 francs (Étranger : 16 francs) N° 74 17e année Mars 1944 --- Sommaire du n° 74 Les miroirs aluminiés par évaporation thermique (Marcel Martin), p. 1. Panneau décoratif en glace, posé sur cheminée Louis XV en pierre taillée, p. 13. Fontaines et chemins d'eau dans une cour d'immeubles, p. 14. Briques de verre, p. 16. LA TRIBUNE DU C.O.I.V. ET DE L'INSTITUT DU VERRE. — Editorial, p. 5. Technologie : Procédés industriels de fusion électrique du verre (I. Peyches), p. 5. Documentation analytique : Conférences sur les industries du verre, p. 12. Les articles sont publiés sous la responsabilité de leurs auteurs. Tous droits de reproduction réservés pour la France et l'étranger. --- Les miroirs aluminiés par évaporation thermique Après le miroir naturel formé par la surface d'une eau calme, l'homme a d'abord imaginé le miroir métallique, mais la surface optique était difficile à dresser et c'est pourquoi, dès son apparition, le verre fut le support idéal de la surface réfléchissante. Les miroirs de Venise étaient constitués par le dépôt d'une couche de mercure sur une surface de verre. Le dépôt était lui-même maintenu par une feuille d'argent, qui s'amalgamait au mercure pour former une surface réfléchissante fort acceptable, bien qu'elle eût avec le temps l'inconvénient d'attaquer la surface du verre. Enfin les miroitiers connaissent la méthode actuelle qui consiste à déposer sur la surface dorsale du verre une couche d'argent. Cette couche fragile et altérable est protégée par un vernis, ou, pour résister dans une atmosphère humide, par un dépôt électrolytique de cuivre. Cette solution est satisfaisante si l'on ne demande pas à la surface réfléchissante des propriétés de précision particulières. En effet, de tels miroirs présentent, outre une absorption d'environ 10 % de la lumière pour 12 mm d'épaisseur pendant la double traversée du verre, une réflexion souvent gênante sur la face antérieure, notamment lorsqu'il s'agit de transmettre une image optique de qualité. En outre, les miroirs métallisés sur la face dorsale nécessitent la réalisation parfois difficile et coûteuse de deux faces polies et convenablement dressées. Dans le cas de miroirs paraboliques, on imagine aisément le surcroît de travail que nécessite le façonnage des deux surfaces courbes, ces deux surfaces n'étant d'ailleurs pas rigoureusement parallèles afin d'assurer une correction convenable des rayons marginaux. La surface réfléchissante doit, dans de nombreux cas, être constituée par la face antérieure : le verre ne joue plus alors que le rôle de support. Mais le dépôt chimique d'argent, dont le pouvoir réflecteur reste élevé lorsqu'il est à l'abri des agents atmosphériques, est rapidement attaqué à l'air libre. De plus, on ne peut le nettoyer sans risquer de le détruire. Si l'on --- GLACES et VERRES
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Ci-contre : Premières opérations de nettoyage des verres. réalisations industrielles et elle ouvre pour l'avenir des perspectives intéressantes. En 1882, Demarcay montrait que le cadmium peut, dans un vide convenable, être évaporé à une température de 160°. Les cloches de verre de faibles dimensions que l'on retrouve ça et là dans quelques laboratoires de recherches évoquent ces débuts, encore proches de nous. Dans un milieu étanche, sous une pression de l'ordre de $10^{-6}$ mm de mercure, l'aluminium est évaporé à une température relativement faible et le brouillard obtenu se dépose sur la surface à métalliser, disposée à l'intérieur de l'enceinte. Aujourd'hui, c'est dans de grands appareils en tôle spéciale qu'est réalisée l'évaporation du métal. Des perfectionnements ont été sans cesse apportés à la construction des chambres étanches : il a été possible de réaliser aux Etats-Unis, peu avant cette guerre, une chambre de dimensions suffisantes pour aluminier le miroir de 505 cm de l'observatoire Mac Donald. Une technique industrielle. Le film métallique doit être déposé sur une surface parfaitement polie et surtout soigneusement dégraissée et nettoyée. Toutes les imperfections de la qualité du surfacage et de la propreté du verre sont révélées après métallisation. Le miroir présente alors des piqûres, des taches, des points noirs ou des reflets colorés. cherchait à le protéger par un vernis transparent, on perdrait de ce fait toutes les qualités optiques que l'on peut attendre d'un polissage soigné et l'on diminuerait de façon notable le pouvoir de « résolution » du miroir. En outre, la résistance d'un tel vernis au frottement et à la chaleur est toujours très faible. Il est donc nécessaire de s'adresser à un autre réflecteur que l'argent. L'industrie utilise aujourd'hui le chrome, le rhodium et l'aluminium. Mais la précipitation chimique devient irréalisable et c'est par voie physique qu'est alors déposé sur le support de verre le film métallique. Un procédé de laboratoire. Nous signalerons pour mémoire la méthode de projection du métal par pulvérisation cathodique. Ce procédé n'est applicable qu'aux miroirs de très faibles dimensions et ne conserve un intérêt que pour la production de couches très minces et translucides. Nous parlerons par contre de la méthode dite par évaporation thermique, utilisant particulièrement l'aluminium. Elle a déjà atteint le stade des grandes Ci-contre : Pour obtenir une métallisation parfaite, aucune imperfection du nettoyage de la surface ne peut être tolérée. GLACES et VERRES
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Ci-contre : Les miroirs à métalliser sont dans la chambre à vide ; à l'aide d'un micromanomètre à ionisation, l'opérateur contrôle le vide poussé. Donc, les miroirs subissent avant leur métallisation une série de nettoyages très poussés dans différents bains, dont la composition et la concentration sont conditionnées par la nature du verre et la qualité de son poli. Physique et chimie concourent à ce nettoyage. Des précautions de propreté minutieuses doivent être prises pendant toutes ces manipulations. Un soin constant est requis de la part du personnel affecté à ce travail. Rien n'est négligé pour assurer le dépoussiérage des locaux dont l'aspect rappelle plus celui d'une clinique que celui d'un atelier industriel. Bien entendu les verres ne sont laissés à l'air libre que le temps minimum. La disposition des miroirs à métalliser dans la chambre à vide est particulièrement délicate, surtout s'il s'agit de pièces de grandes dimensions. Après chargement, l'enceinte est fermée à l'aide d'une porte assurant une étanchéité parfaite et les opérations de production du vide commencent. Une pompe rotative à palettes réalise le vide préliminaire. La pression est ensuite abaissée jusqu'à $10^{-6}$ mm de mercure, soit à l'aide d'une pompe Hollweick, soit à l'aide d'une pompe à diffusion de vapeur de mercure ou de vapeur d'huile. Différents appareils bien connus de tous les techniciens du vide permettent un contrôle de chaque instant. Aux très faibles pressions, on emploie un micromanomètre à ionisation. L'évaporation proprement dire nécessite que le chauffage de l'aluminium soit réglé avec le plus grand soin. Dans un vide convenable, les particules de métal très pur arrivent avec pleine énergie sur les parois et sur les pièces à métalliser. De la qualité du vide obtenu dépendent à la fois l'aspect et l'adhérence du film métallique. Un vide insuffisant ne permettrait d'obtenir qu'un dépôt pulvéru lent. Puis, lentement, la pression normale est rétablie et la porte ouverte. La couche métallique déposée sur le verre présente le plus bel aspect à la sortie de l'enceinte. Sa résistance peut encore être accrue par un traitement ultérieur. Enfin, les miroirs subissent un certain vieillissement à l'air libre. Le miroir métallisé sur la face externe, à haut pouvoir réflecteur, invariable dans le temps et à grande résistance aux agents extérieurs, est ainsi réalisé. Nous venons de parler de la vaporisation de l'aluminium. Signalons que d'autres métaux peuvent être évaporés dans les mêmes conditions, notamment le cuivre. Cela peut permettre d'envisager des fabrications spéciales, ayant par exemple une application purement décorative. Structure et qualité du dépôt d'aluminium évaporé. L'étude des films de métal évaporé a été faite au microscope métallographique et aux rayons X (Steinberg, 1923). Il a été constaté qu'il s'agit d'un dépôt cristallin extrêmement divisé. Cet état peut être mis en évidence par l'étude des propriétés chimiques et électriques. Ce n'est d'ailleurs qu'après un certain vieillissement, réel ou artificiel, que le métal évaporé acquiert une structure stable définitive. Au point de vue industriel, les miroirs aluminiés présentent de remarquables propriétés optiques ainsi que de grandes qualités d'adhérence et de résistance aux agents atmosphériques. Le facteur de réflexion de ces miroirs ne varie pas dans le temps (nous l'avons déjà dit plus haut, mais nous ne saurions trop insister sur ce point). Il est très supérieur à celui de l'argent légèrement vieilli. Dans toute l'étendue du spectre visible et dans le proche ultra-violet, il oscille aux environs de 0,85 et reste supérieur à 0,70 pour la longueur d'onde de 2.000 A. Le revêtement d'aluminium évaporé s'avère à ce point de vue très supérieur aux revêtements de chrome et de rhodium dont les facteurs de réflexion GLACES et VERRES
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Ci-contre : L'enceinte étanche a été ramenée à la pression atmosphérique ; les miroirs sont retirés avec de grandes précautions. Enfin, on peut teinter, par des procédés spéciaux, la couche d'aluminium, la rendre plus ou moins mate ou brillante, au gré des problèmes qu'il s'agit de résoudre. Dans ces conditions les miroirs aluminiés trouvent une place dans de nombreuses applications industrielles. Nous notons en particulier leur emploi pour les appareils cinématographiques, pour les projecteurs et réflecteurs, l'équipement des télémètres, des appareils de reproduction, des périscopes, de tous les instruments scientifiques et astronomiques qui utilisent notamment le haut pouvoir réflecteur dans le visible sont respectivement de 0,60 et 0,80. L'adhérence de l'aluminium sur le verre est telle que la couche peut être, sans aucun risque d'arrachement, frottée fortement avec une peau de chamois, un morceau de coton ou même un chiffon ordinaire. D'autre part, alors que les miroirs argentés sont hors d'usage dès la température de 200°, les miroirs aluminiés gardent toutes leurs qualités jusqu'à une température excédant 400° C. Enfin notons une grande résistance des revêtements aluminiés à l'action de l'eau, des essences et huiles minérales, ainsi qu'aux agents marins et aux climats tropicaux. Les semi-aluminures. Diverses applications veulent que le miroir puisse refléchir une proportion bien définie de la lumière incidente. Il s'agira par exemple d'amener une image sur une vue directe, de superposer deux images, ou de répartir d'une façon convenable un faisceau lumineux. Le facteur de réflexion peut être, grâce aux facilités de dosage précis de métal à vaporiser, réglé avec une précision de l'ordre de 5 %. Ci-contre : Les différentes opérations sont préparées, suivies et contrôlées avec une grande précision et une extrême rigueur. GLACES et VERRES de l'aluminium dans l'infra-rouge et dans l'ultra-violet. La France, bien que ne détenant pas le matériel le plus moderne, est une des nations d'Europe les mieux outillées pour l'application et le perfectionnement de ce procédé. Marcel MARTIN Photos René Messager.
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LA TRIBUNE DU C.O.I.V. ET DE L'INSTITUT DU VERRE Pour tous renseignements relatifs à cette partie de la revue « Glaces et Verres », s’adresser au Comité d’Organisation des Industries du Verre, 3, rue La Boétie, Paris (8e). Tél.: Anjou 60-02. ÉDITORIAL LA première session des cours de verrerie et de chauffe organisés par l’Institut du Verre, de mai à juillet 1943, a connu un réel succès tant par le recrutement des auditeurs que par les résultats obtenus. Aussi avons-nous prévu pour 1944 un deuxième cycle d’études qui ne peut manquer d’intéresser les industriels verriers soucieux du progrès de leur industrie. Comme l’an dernier, il se tiendra à l’Ecole nationale supérieure de Cérémonique, 6, Grande Rue, à Sèvres, de mai à juillet (l’impossibilité d’assurer le chauffage ne permettant pas de retenir une autre date). Malheureusement, l’école ne pourra assurer cette année ni le logement, ni la pension des auditeurs. A cette session, après entente avec l’Ecole de chauffe rationnelle, nous avons pu établir un cours de chauffe spécial pour verriers, qui ne durera que trois semaines, du 17 avril au 6 mai, permettant ainsi de porter à huit semaines, du 8 mai au 30 juin, le cours de verrerie proprement dite. De cette façon les professeurs pourront exposer leurs cours plus lentement et en développer plus largement certaines parties. Ces cours comprendront : - la chauffe rationnelle en verrerie; - l’étude chimique et physique du verre, des matières premières nécessaires à sa composition et des réfractaires indispensables à sa fusion; — la technologie de toutes les fabrications en verrerie. Ils seront complétés par : - des conférences sur la préparation de l’ingénieur à son rôle de chef; - des démonstrations pratiques, des essais et analyses faits en laboratoire de verrerie; - des visites d’usines. Nous ne doutons pas qu’un tel programme vous intéresse au plus haut point. Nous vous prions de bien vouloir faire inscrire le plus rapidement possible des élèves choisis parmi les techniciens et tous agents du service administratif, comptable ou commercial qui ont toujours intérêt à avoir des connaissances complètes sur l’industrie pour laquelle ils travaillent. Nous adresserons à chacun des inscrits une fiche de renseignements à nous retourner et le programme détaillé des cours, qui peuvent être suivis avec fruit par toute personne ayant fait des études secondaires. Le prix des cours est de trois mille francs. L. BARBIER, directeur du C.O.I.V. TECHNOLOGIE Procédés industriels de fusion électrique du verre (1) Introduction. Il y a deux ans, j’ai eu l’occasion de prendre ici même la parole, sous les auspices du Centre de perfectionnement technique, sur la fusion électrique du verre. Alors, j’ai cherché à montrer le cheminement plus ou moins logique de la pensée des chercheurs, partant tout d’abord dans toutes les directions, s’adressant à l’arc, aux résistances rayonnantes ou de conduction, aux effets thermiques accompagnant les pertes inductives, au chauffage direct par effet Joule dans le verre. — en bref, à tous les moyens qui transforment l’électricité en chaleur — pour finalement s’attacher à développer surtout ce dernier procédé et en tirer les premières réalisations vraiment industrielles. J’ai cherché à dégager les causes des insuccès ou des réussites. Ces causes sont complexes. Des échecs ont peut-être été dus au fait que certaines techniques n’étaient pas encore mûres; mais d’autres, — et cela était plus grave — étaient les conséquences de fautes de principes. Avant toute application technique, il convient d’analyser profondément les principes qui régiront cette application. Certes, de grandes découvertes ont pu être faites à la suite d’un départ intuitif, en contradiction apparente avec la logique des faits — qui d’ailleurs avaient dû être mal analysés. Mais, à côté, combien d’échecs dont on ne parle plus! Par contre, combien est plus productive — quoique moins spectaculaire — la patiente, la systématique recherche au long de la route tracée par la logique toute simple des phénomènes physiques fondamentaux; même si elle ne conduit pas au succès escompté, il en restera toujours une connaissance plus exacte et plus complète de ces phénomènes fondamentaux. Voyez le départ fait à fond, au début du siècle, par les Becker, les Voelker, les Shade, les Birkeland et bien (1) Conférence de M. I. Peyches, agrégé, docteur ès sciences (Maison de la Chimie, 19 novembre 1943). GLACES et VERRES
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Fig. 1, 2 et 3. temps encore il ne sera utilisé que pour certains produits très spéciaux : silice, verres d'optique, etc. Il reste comme procédés industriels justement les deux procédés utilisés par Sauvageon. Si j'ai parlé de Sauvageon, c'est non parce qu'il a été le premier à concevoir un four à résistance, ou à faire passer le courant dans le verre; c'est parce que, réunis en un seul concept, nous trouvons dans son œuvre les éléments du cadre de cette conférence : une étude des principes, un four à radiation, un four à chauffage direct. Première partie : Les principes. Chacun sait que pour effectuer les réactions d'élaboration du verre — comme d'ailleurs pour pas mal de réactions chimiques —, il faut tout d'abord porter les matières devant entrer en réaction à une température convenablement élevée, puis fournir l'énergie nécessaire aux réactions elles-mêmes, lesquelles sont généralement endothermiques. En d'autres termes, les calories nécessaires à l'élaboration proprement dite doivent, pour être efficaces, avoir une certaine « qualité » de température, être à un certain « niveau thermique ». Le four destiné à ces opérations doit donc être constamment maintenu à ce niveau thermique élevé. Or, il n'existe pas de four idéalement calorifugé. Le four réel est un récipient qui a des pertes. Livré à lui-même, et indépendamment de tout travail d'élaboration, il se refroidirait. Et pour combattre ce refroidissement, il faut lui fournir constamment une énergie d'entretien, une énergie de compensation des pertes ( $W_o$ ), qui ne dépend que de la nature des parois de ce four, de ses dimensions géométriques, et de la température à laquelle il doit se maintenir. Le four étant ainsi en régime de température, il faut, pour faire du verre, élever la température des matières premières jusqu'au niveau thermique du four, puis fournir l'énergie nécessaire aux réactions endothermiques entre constituants. Dans le cas d'un verre courant, fait à partir de composition et de 25 à 30 % de groisil, pris à la température ambiante, il faut compter, pour un kilogramme de verre fondu : 0,465 kwh pour la mise en température des matières premières restant dans le four; 0,065 kwh pour les gaz chauds provenant de la réaction, et qui sont perdus; et 0,17 kwh pour les réactions proprement dites. Soit au total : 0,7 kwh. Si le verre « braise » dans le four, il restitue la chaleur sensible correspondant à la chute de température de 1400° à 1100° environ, de sorte qu'il suffit de 0,6 kwh pour faire 1 kg de verre. Cette énergie efficace unitaire, que nous désignerons par $a$ , est caractéristique d'un verre donné en composition et en qualité. L'énergie efficace pour fondre un poids P de verre par heure est ainsi : $$ w = aP $$ et l'énergie totale à mettre dans le four est : $$ W = W_o + aP. $$ Ce qui en définitive est intéressant, c'est la dépense d'énergie unitaire, c'est-à-dire rapportée au kg de verre élaboré. Cette « consommation » est caractéristique d'un four. Elle s'exprime par : $$ C = \frac{W}{P} = \frac{W_o}{P} + a. $$ Nous voyons que l'énergie strictement utile, ou consommation théorique, $a$ , est grevée de « frais généraux » GLACES et VERRES Fours SAUVAGEON d'autres sur l'arc électrique pour fondre le verre! Plus tard, d'autres noms encore : Rennerfeld, Stenhause. Je ne dis pas : erreur, mais je dis : peu de chances de succès. L'arc est caractérisé par sa température extrêmement élevée et peut donc communiquer une grande énergie à partir d'une petite surface. Le nombre de calories y est; mais on rôtit le verre. Dans un four de verrerie, il y a le nombre de calories voulu pour cuire une fournée de pain; mais on n'a jamais réussi un pain dans un four de verrerie ! Ceux-là, encore, étaient-ils excusables : ils agissaient en électriques, en thermiciens, non en verriers; ils pensaient énergétique, sans nuances. Les verriers, eux, étaient trop profondément persuadés que leur art était justement dans ces nuances — que leur avait apprises la lente expérience de générations de verriers — pour oser quitter leur routine et faire crédit à la jeune technique, déjà si riche, en métallurgie, de résultats positifs. Plus tard, quand ils se mettront au travail à leur tour, d'instinct la plupart iront vers les procédés qui changent le moins leurs habitudes de penser et d'agir : ils substitueront au rayonnement de la flamme la radiation de la résistance électrique. En face de ces faux départs, voyez la logique de la recherche d'un Sauvageon, par exemple. Etude exacte des conditions que doit remplir le chauffage du verre. Principes logiques. Solutions simples : le verre fondu est conducteur, pourquoi chercher ailleurs la résistance? Et avec une sûreté de vue digne d'admiration, il conçoit deux types de fours à chauffage direct qui sont l'exacte préfiguration de ce qui sera le four moderne. Echec? Sans doute. Partiel d'ailleurs. Mais nous en savons aujourd'hui les raisons : elles n'étaient pas dans les principes; et ses tâtonnements nous ont servi. Voici ses deux fours (fig. 1, 2 et 3) que nous étudierons plus tard avec quelque détail. Le premier est à chauffage longitudinal, entre électrodes de grandes dimensions, et à profil de cuve concentrant les lignes de courant. Le second est à chauffage transversal, entre électrodes concentrantes. Il y a là les deux moyens qui seront utilisés trente ans plus tard par presque tous les inventeurs de procédés de chauffage direct. Et pourtant, voici le thermicien Sauvageon devenu verrier, directeur des glaceries et verreries d'Aniche. Et le voilà abandonnant le chauffage direct qui lui cause quelques soucis, tels que coloration du verre, etc., pour adopter le deuxième procédé : le chauffage par radiation. Voici les fours qu'il conçoit (fig. 4 et 5) : des fours à granulé de graphite, purs de lignes et simples de principes. Ce qui caractérise la conception de Sauvageon, c'est qu'elle est saine, dépouillée comme une figure théorique. Et ces fours ont marché, et leurs descendants marchent aujourd'hui, parce que les principes sont restés exacts. A côté de cela, combien de fours nous présente la littérature et qui sont restés un sujet de brevet ou un « ours » de laboratoire, car s'ils ont tous un point de vue exact ils ne le présentent malheureusement que sur une seule face! L'arc est actuellement pratiquement abandonné; le chauffage par résistance de conduction — c'est-à-dire le chauffage par contact à la manière d'une casseroles ou d'un chauffe-eau — n'a eu que très peu de partisans, pour des raisons qui apparaîtront plus loin; les chauffages par pertes diélectriques ou par induction électromagnétique sont certes élégants, malheureusement il est des principes encore plus rigides que les principes physiques, ce sont ceux de l'économie industrielle : l'appareillage compliqué des générateurs pénalise le procédé, et il semble que long- Fig. 4 et 5. Fours SAUVAGEON
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liés à $ W_{o} $ ; énergie improductive mais nécessaire, qu'il y a intérêt à amortir sur un poids de verre P' aussi grand que possible, compatible avec les dimensions du four. Ce terme « frais généraux » comporte deux facteurs, qui ne sont pas absolument indépendants. Le poids P de verre qu'on peut fondre dépend de la surface de fusion, et celle-ci dépend des dimensions du four, comme les pertes $ W_{o} $ . Il convient donc de serrer le problème de plus près, en analysant le processus de fusion. Vous savez que les matières premières, enfourchées en mottes ou en nappes, flottent à la surface du bain fondu, le mélange sable-chaux-carbonate de soude ayant une densité moyenne de 1,3, qui s'élève à 1,6 par suite de la présence du calcin, densité plus faible que celle du verre fondu qui est de 2,25. Comment va se faire la fusion de cette masse? Dans sa partie émergée, sous l'action du rayonnement de la voûte; et parfois, dans le cas du four à flammes, sous l'action directe de ces flammes qui lèchent la surface du bain. Dans sa partie immergée, par le contact avec le verre chaud : sous la motte froide se forme un courant descendant de verre refroidi par ce contact, et remplacé constamment par du verre chaud; cette circulation favorise la dissociation de la motte et sa fusion. Dès l'enfouissement, la motte commence à se gonfler par expansion thermique; puis, vers 850°, le carbonate de soude CO $_{3}$ Na $^{2}$ et l'eutectique (CO $_{3}$ ) $^{2}$ Na $^{2}$ Ca, précédemment formés, commencent à fondre et à enrober les grains de sable; la densité augmente légèrement mais reste encore bien inférieure à celle du bain; ensuite, les carbonates commencent à se décomposer, libérant CO $_{2}$ , qui s'évacue plus ou moins difficilement vers l'extérieur au travers de la couche superficielle, dont la décomposition est plus avancée et qui forme glaçure; la consistance devient pâteuse et la motte a tendance à s'étaler; enfin, l'attaque chimique de la silice s'opère rapidement, les gaz s'éliminent, et la densité s'élève fortement en fin d'affichage jusqu'aux environs de 2,2. Ainsi, pendant tout le processus de fusion, les matières en élaboration n'ont pas cessé de flotter à la surface du bain. On comprend donc quel est le rôle de cette surface sur les possibilités de fusion. Allant plus loin, nous allons voir apparaître une différence essentielle entre le chauffage rayonnant et le chauffage par la masse. L'énergie qu'il faut communiquer au bain comprend, nous l'avons vu plus haut, deux parts : l'une, destinée à compenser les pertes; l'autre, destinée à élaborer le verre. Dans le cas du four à rayonnement, qu'il s'agisse de flammes ou d'éléments de chauffe, l'énergie rayonnée doit passer tout entière au travers de la surface du bain. Dans la zone recouverte de composition ou de verre non complètement élaboré, le rayonnement — d'ailleurs considérable car il porte sur des matières froides — est rapidement absorbé et est presque entièrement utilisé pour la fonte. Dans la zone où la surface du bain est libre, ce rayonnement pénètre plus ou moins les couches de verre et chauffe davantage en profondeur. L'énergie ainsi fournie est alors évacuée par le jeu des courants de convection dus aux différences de densités entre fluides à températures différentes, vers les parois qui se refroidissent sans cesse par l'extérieur. Si toute la surface du bain était envahie par la composition, très peu d'énergie passerait au travers, le bain sous-jacent se refroidirait, et le four se gêlerait dans le fond. Aussi est-il nécessaire qu'il y ait un certain rapport entre la surface couverte et la surface libre. L'expérience a montré quelle devait être la quantité de composition à admettre en 24 heures par m $^{2}$ de surface chauffée. Ce « taux de fusion » dépend naturellement de la qualité du verre demandé; il est généralement de l'ordre de 1 tonne par m $^{2}$ . Dans le cas du chauffage de masse par effet Joule dans le verre fondu, les choses se passent différemment. La motte est chauffée par-dessous par un verre qui se maintient très chaud. Dès que les carbonates et leurs eutectiques sont fondus, ils participent au transport du courant et concourent à porter la chaleur au sein même de la matière à fondre. D'autre part, l'énergie peut être dépensée dans le bain, suivant le procédé, soit uniformément, soit en certaines zones préférées, mais de toute façon sans être par trop tributaire de ce qu'il y a en surface : celle-ci peut être entièrement recouverte de composition sans gêner le régime de température de la cuve en profondeur. On comprend donc que si la surface joue encore un certain rôle — car, en définitive, c'est toujours par cette surface que doivent s'évacuer les gaz des réactions —, elle n'est plus seule à influencer le taux de fusion. Celui-ci pourra s'élever à des valeurs nettement supérieures à celles du four à radiation. C'est-à-dire que pour une même surface de pertes — donc, pour une même énergie d'entretien $ W_{o} $ — la quantité de verre fondu pourra être supérieure dans le four à chauffage direct à celle du four à radiation, et il est fréquent de trouver des taux de fusion de 2 et même 3 tonnes par m $^{2}$ de surface de cuve. Une deuxième différence va apparaître maintenant. Dans le cas du four à radiation, l'énergie est communiquée au bain grâce à une différence de niveau thermique entre le radiateur (T) et le récepteur ( $ T_{o} $ ), et par l'intermédiaire d'une surface. Cette énergie est de la forme : $$ W = S \times f(\Delta T), $$ la fonction non explicitée étant, vous le savez, exprimée par la relation de Boltzmann : $$ a(T^4 - T_o^4). $$ On peut donc penser qu'il est possible de compenser un manque de surface par une plus grande différence de température. C'est sans doute ce qu'avaient pensé les partisans de l'arc. Il n'en est rien : on ne peut pas faire du verre en lui communiquant trop vite le nombre voulu de calories. Le gradient de température qui s'établit alors dans la masse à traiter est très important; la surface de la motte est déjà glacée alors que l'intérieur est à peine fritté; puis le verre élaboré en surface commence déjà à se décomposer et à mousser, alors que la composition en profondeur entre à peine en fusion. Nous reviendrons tout à l'heure sur ce point, qui joue un grand rôle dans la bonne marche de la fusion électrique par chauffage direct. Donnons tout de suite l'ordre de grandeur des différences de température généralement admises dans un four à flammes. Pour un four standard — disons de 4 m × 6 m — fondant un verre à 1420° sous le taux de 1 T/jour/m $^{2}$ , les pertes de la cuve seule, à parois silico-alumineuses de 30 cm d'épaisseur, sont de l'ordre de 300.000 KCal/H, et l'énergie d'élaboration de 600.000 KCal/H. C'est donc 900.000 KCal/H qui doivent être communiquées au travers de 24 m $^{2}$ de surface de cuve. On admet généralement que la plus grande partie de la chaleur est communiquée au verre par rayonnement de l'ensemble flamme-vouté. Le contact direct de la flamme sur le bain est si peu efficace qu'après avoir fait des voutes très basses pour faciliter ce contact, Siemens est revenu aux laboratoires élevés, que la pratique a depuis sanctionnés. C'est reconnaître le rôle prépondérant de l'épaisseur de la flamme et de son rayonnement. En admettant un pouvoir émissif moyen de 0,5, l'énergie requise par l'exemple ci-dessus correspond au rayonnement d'un laboratoire à 1490° sur un bain de verre à 1420°. Ces chiffres ne sont pas trop éloignés des valeurs expérimentales et suffisent pour notre démonstration. Si, dans la même cuve, nous voulions fondre une quantité double de verre, la puissance à communiquer au bain serait de 1 million 500.000 KCal/H, et la température du laboratoire devrait être de 1525°C. Naturellement, les pertes propres du laboratoire — qui sont au moins aussi importantes que celles de la cuve — s'élèveraient dans la même proportion. De sorte qu'avec le chauffage supérieur, l'énergie d'entretien d'un four donné croît avec la production. Si maintenant nous observons ce qui se passe dans le cas du chauffage direct, la température à réaliser est strictement celle qui est nécessaire pour l'élaboration du verre. Pour fixer les idées, disons 1420° comme dans le cas précédent. Aucune partie du four n'a besoin de se trouver à une température supérieure. Le four est en moyenne plus froid et les pertes sont plus réduites que pour le four à radiation. L'augmentation du taux de production n'exige pas l'augmentation de la température du bain, mais seulement le supplément d'énergie nécessaire à l'élaboration. L'énergie d'entretien du four à chauffage direct est indépendante de sa production. GLACES et VERRES
