Le procédé 'Float'

l'invention des pragmatiques Pilkington Brothers 

Il se gardera bien de tomber dans le défaut de quelques-uns de ses prédécesseurs qui par une fantaisie et une présomption s’imaginaient que tout ce qui ne venait pas d’eux ne pouvait être bon.
— Règlement général pour être exécuté dans l’établissement de ma manufacture royale des glaces de Saint-Gobain – Extrait du Chapitre du Directeur – 10 décembre 1728

Lorsqu’il est question de mise en forme du verre, la première technique qui vient à l’esprit est le soufflage. Développé dès l’antiquité et toujours très utilisé, le soufflage souffre néanmoins d’une limitation majeure dans la mesure où seules des géométries de révolution peuvent être obtenues. Afin de fabriquer des produits plans, un stratagème consiste à souffler des cylindres de très grand diamètre, puis, à y découper de minces bandelettes. Si ces dernières sont suffisamment petites, leur courbure est difficilement perceptible à l’œil nu. Cette approche étant inadaptée à la fabrication de pièces de grande dimension, les verriers ont très tôt cherché à développer de nouvelles approches.

Une première évolution majeure a lieu lors de la renaissance. Les cours d’Europe sont alors très demandeuses de miroir et la maîtrise des procédés de fabrication assure à ceux qui la détiennent richesse et prospérité. C’est à cette période qu’est développée la technique dite de coulée sur table consistant à étirer une couche de verre liquide sur une surface plane afin de l’amener aux dimensions souhaitées.

Ce procédé, utilisé jusque dans les années 1960 a été significativement amélioré au fil des ans. De nombreuses variantes ont été introduites, l’une des plus significatives étant le recours à des laminoirs au début du 20e Siècle afin de contrôler précisément l’épaisseur des plaques de verre produites.

L’inconvénient principal de cette approche est lié au fini de surface : l’action des outils et des surfaces sur lesquelles les feuilles de verre encore malléables sont déposées confèrent à ces dernières une rugosité inacceptable pour la plupart des applications. Une opération de polissage est donc nécessaire. Cette dernière pose de nombreuses difficultés : l’opération est longue, délicate, bruyante, génère énormément de poussière et nécessite une forte intervention humaine.

Afin d’accélérer ses cadences, le géant du verre européen Saint-Gobain s’est très tôt concentré sur l’automatisation de l’ensemble du procédé. Grâce à une ambitieuse politique de R&D, l’industriel dispose d’une technologie de production continue de plaques de verre dès 1938. L’étape de polissage en ligne est assurée par un dispositif mécanique extrêmement complexe qui concentre l’essentiel des innovations du groupe.

Dans un même temps, le rival anglais Pilkington Brothers s’attaque à l’exploration d’une autre avenue prometteuse permettant de contourner les difficultés associées au polissage. La solution étudiée consiste à faire s’écouler le verre liquide sur un bain de métal en fusion. Le verre moins dense surnage, et, plusieurs phénomènes physiques — notamment des effets de tension superficielle — garantissent une surface parfaitement lisse non seulement à l’interface verre/métal mais également à l’interface verre/extérieur. Ce phénomène, initialement découvert par l’anglais Henry Bessemer (1813-1898)1 était connu de la communauté verrière depuis une cinquantaine d’années, mais n’avait jusqu’alors pas été exploité. Notons que ce phénomène n’est en rien spécifique au couple verre/métal : une technique similaire a été brevetée en 1900 puis exploitée avec succès pour la fabrication de pièces isolantes en paraffine pour des applications en électronique.

Afin de partager des frais de développement qu’il prévoit conséquents, Pilkington Brothers propose une alliance stratégique à Saint-Gobain pour le développement conjoint de cette technologie à la fin des années 50. Offre que ce dernier s’empresse de refuser. La conception d’une usine entièrement automatisée basée sur les technologies développées par le groupe est alors au cœur de ses préoccupations. Ce refus s’appuie également sur un argument scientifique : lorsque versée sur un bain de métal, l’épaisseur de la couche de verre fondu se stabilise naturellement autour d'une valeur fixe de l’ordre de 6 mm. Or, pour répondre aux besoins de la clientèle, le procédé doit impérativement pouvoir être ajusté de façon à produire différentes épaisseurs.

Le pragmatisme des équipes anglaises fini par payer, en 1962, après 7 années d’efforts la compagnie brevette le premier procédé viable utilisant un bain de métal en fusion. Il s’agit du procédé « float ». Des solutions à de nombreuses difficultés techniques sont apportées. En particulier, le problème du contrôle de l’épaisseur est résolu par l’introduction d’une ‘solution d’ingénieur’ : de petits rouleaux placés de part et d’autre de la ligne de production permettent d’étirer et donc d’amincir (de comprimer/d’épaissir) la plaque de verre. 

Une seule ligne de production permet la production continue, fiable et avec une intervention humaine minimale d’une feuille de verre de dimensions quelconques dont l’épaisseur peut aller de quelques dixièmes de millimètres à plusieurs centimètres. Cette technologie a détrôné toutes ses concurrentes lors de son introduction sur le marché et est aujourd’hui la seule utilisée dans le monde pour la production de verre plat (≈ 450 usines produisant de l’ordre de 900 tonnes journalières chacune). L’histoire raconte que lors de l’inauguration de la première usine américaine de Saint-Gobain peu après le dépôt du brevet original, un officiel aurait déclaré aux responsables du site « Je n’ai jamais visité une aussi belle usine obsolète ».


Sources :

1. Grand nom de l’industrie britannique à qui on doit, entre autres, le premier procédé d’affinage de la fonte permettant la production en quantité industrielle d’acier à bas coût. Cette découverte aura des retombées considérables lors de la révolution industrielle.

Jean-Claude Lehmann, Verres d’hier, d’aujourd’hui et de demain, Séminaire du collège de France, Mars 2011

EDGE C.K., Flat Glass Manufacturing Processes (Update), The Handbook of Glass Manufacture, eds. F.V. Tooley. Ashlee Publishing Co. Inc., New York, p. 714-1.

Communiqués de presse, Groupe Saint Gobain, http://fr.saint-gobain-glass.com/ Communiqués de presse, Groupe Pilkington, http://www.pilkington.com/

Bonus :

Règlement général pour être exécuté dans l’établissement de ma manufacture royale des glaces de Saint-Gobain – Extrait du Chapitre du Directeur – 10 Décembre 1728

« Il (le directeur) emploiera toute sa capacité et son application à fabriquer de bonnes glaces et éviter les défauts qui ne sont que trop fréquents. Il écoutera toutes les idées qu’on pourra lui donner à ce sujet de quelque part qu’elles viennent. Il y fera de mûres réflexions et en profitera s’il les trouve bonnes. Il se gardera bien de tomber dans le défaut de quelques-uns de ses prédécesseurs qui par une fantaisie et une preésomption s’imaginaient que tout ce qui ne venait pas d’eux ne pouvait ëtre bon. Il prendra garde néanmoins de ne pas donner dans des idées creuses. »