Brevet FR2723365A1 — publié le 19960209

L'invention concerne des profilés semi-cylindriques en verre, un procédé continu pour leur fabrication, ainsi que des poteaux réalisés à partir de ces profilés. Pour des motifs liés à la protection de l'environnement, il est apparu souhaitable d'améliorer l'esthétique des poteaux servant de supports aux lignes électriques ou téléphoniques. On a ainsi pensé rendre transparents les poteaux en les réalisant en verre. La Demanderesse a ainsi produit, à titre expérimental, quelques poteaux en soudant bout à bout une pluralité de tronçons tubulaires en verre de grand diamètre, de forte épaisseur, mais de longueur relativement faible. Ce procédé est, toutefois, laborieux à mettre en oeuvre et conduit à des prix de revient qui ne sont absolument pas compétitifs avec ceux des poteaux classiques en bois, métal ou béton. Il existe donc un besoin pour un procédé qui permette de réaliser des poteaux en verre en grande quantité et à bon compte. La Demanderesse a pensé qu'une solution possible de ce problème était de réaliser ces poteaux par assemblage de profilés de forme convenable. Toutefois, elle s'est aperçu que les techniques actuelles ne permettaient pas de produire des profilés en verre de grandes dimensions à des coûts acceptables. La Demanderesse a donc entrepris des études visant à mettre au point un profilé en verre convenant à l'application envisagée comme poteaux, et un procédé pour sa production à l'échelle industrielle. L'invention concerne donc des profilés en verre de grande longueur, de grand diamètre et de forte épaisseur, ainsi qu'un procédé pour leur fabrication qui permette une production à l'échelle industrielle et avec un prix de revient raisonnable. Plus particulièrement l'invention concerne un profilé semi-cylindrique monolithique en verre, caractérisé en ce que a) il présente une paroi de forme semi-cylindrique ayant une longueur d'au moins 3 mètres, une plus grande dimension transversale d'au moins 0,1 mètre, et une épaisseur d'au moins 5 mm ; et b) il présente des rebords sensiblement perpendiculaires à ladite paroi semi-cylindrique. L'invention concerne également un procédé continu de fabrication d'un profilé semi-cylindrique monolithique en verre à partir de verre fondu caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes a) préformage du verre fondu entre deux éléments profilés rotatifs en une bande présentant, en section transversale, une épaisseur qui est relativement faible au centre de la bande et aux bords de la bande, et relativement forte aux portions situées entre le centre et les bords de la bande, b) tirage de ladite bande par ses bords dans une direction sensiblement horizontale, tout en faisant en sorte que la partie de la bande située entre les bords épouse la forme d'une goulotte à profil transversal concave évolutif dont la concavité va croissant depuis son extrémité adjacente aux éléments de préformage jusqu'à un maximum correspondant à la forme désirée pour le profilé semicylindrique, c) recuisson du profilé, et d) découpe à la longueur voulue du profilé semicylindrique produit. Les profilés de l'invention sont des profilés de grande taille, dont la longueur sera d'au moins 3 m et pouvant atteindre 10 m et plus. Leur diamètre peut aller de 10 cm à 120 cm et plus, et leur épaisseur de paroi peut aller de 5 mm à 30 mm environ. La largeur des rebords n'est pas très critique et peut aller, par exemple, de 10 à 30 mm. Le procédé de l'invention permet de produire les profilés selon l'invention de façon continue, avec des débits de production importants correspondant, par exemple, à 40-50 tonnes de verre par jour. Le terme "semi-cylindrique" est employé ici pour désigner toute forme demi-cylindrique dont la génératrice peut être un demi-cercle, une demi-ellipse, un demi-ovale, un demi-polygone tel qu'un demi-hexagone, etc... Le verre utilisé pour produire les profilés de l'invention sera, de préférence, un verre incolore transparent, tel qu'un verre de borosilicate comme le verre PYREX&commat;, mais l'invention englobe aussi l'emploi de verres transparents teintés ou de verres opaques colorés ou non, pour la réalisation d'effets esthétiques spéciaux. Le procédé de l'invention est un procédé produisant un profilé continu que l'on peut sectionner à la longueur désirée pour l'application envisagée. Dans la première étape (a), un courant de verre fondu, sortant d'un four de fusion, est préformé, par laminage entre deux éléments profilés rotatifs, en une bande présentant, en section transversale, une épaisseur variable, qui est relativement faible au centre et aux bords de la bande et relativement forte aux portions intermédiaires situées entre le centre et les bords de la bande. Ces différences d'épaisseur sont nécessaires pour obtenir un profilé final d'épaisseur sensiblement constante. En effet, lesdites portions intermédiaires subissent dans l'étape (b) du procédé un étirage important alors que le centre et les bords de la bande sont peu ou pas étirés. Les variations d'épaisseur nécessaires d'un bord à l'autre de la bande peuvent être calculées pour chaque cas d'espèce par l'homme du métier. La bande produite dans l'étape (a) peut être sensiblement plane (abstraction faite des variations d'épaisseur précitées) ou, de préférence, légèrement incurvée, le centre de la bande correspondant au point le plus bas. Dès sa sortie des éléments de préformage, la bande est tirée dans une direction sensiblement horizontale, par exemple, par pinçage de ses bords entre des moyens de tirage entraînés tels que des rouleaux, courroies ou chaînes, la partie de la bande, située entre les bords, étant amenée à épouser la forme d'une goulotte à profil transversal concave évolutif, c'est-à-dire dont la concavité va croissant depuis son extrémité adjacente aux éléments de préformage jusqu'à un maximum correspondant à la forme désirée pour le profilé semi-cylindrique. La bande de verre fondu est amenée à épouser la forme de la goulotte sous l'effet de son propre poids, et, si cela s'avère nécessaire, d'une pression auxiliaire appliquée sur la surface supérieure de la bande, par exemple par soufflage d'air ou d'un autre gaz sur ladite surface supérieure. A titre purement indicatif, une viscosité du verre fondu dans la gamme de 500 à 1000 Pa.s est appropriée pour le formage. Pour faciliter le déplacement du verre le long de la goulotte, cette dernière peut être aménagée de façon à pouvoir établir un coussin d'air ou de vapeur entre la bande de verre et la surface de toute ou partie de la goulotte. Par exemple on peut prévoir une pluralité d'orifices sur la goulotte permettant l'insufflation d'air ou revêtir partiellement la goulotte d'une couche de liège et prévoir des moyens d'humidification de cette couche de sorte qu'au contact de la bande de verre chaud, de la vapeur d'eau soit générée et fasse office de coussin de vapeur. Outre, l'amélioration du glissement, le coussin d'air ou de vapeur d'eau permet d'obtenir un profilé dont l'état de surface est très bon. Au cours de son avancée le long de la goulotte la bande de verre fondu se refroidit. Il faut cependant qu'elle reste déformable jusqu'à ce qu'elle atteigne le point où la goulotte atteint sa concavité maximale correspondant à la forme désirée pour le profilé. La goulotte comprendra aussi habituellement une portion terminale de section constante et correspondant à ladite concavité maximale le long de laquelle le verre du profilé formé passera de l'état plastique à l'état solide. La longueur de la goulotte et la vitesse de refroidissement du verre le long de celle-ci sont donc des paramètres liés. Il est estimé être à la portée de l'homme du métier de déterminer des valeurs spécifiques adéquates de ces paramètres, en fonction de la nature du verre à former, des dimensions du profilé, des conditions (température, débit) du soufflage éventuel d'air ou d'un autre gaz, de la vitesse de tirage de la bande, etc... Compte tenu du nombre de paramètres operatoires intervenant, il n'est pas possible de donner des indications précises. Le profilé sortant de la goulotte sera passé dans un four de recuisson, tel qu'un four tunnel, pour éviter la formation de contraintes dans le profilé en verre au cours de son refroidissement. Une fois recuit et refroidi, le profilé est découpé en tronçons de longueur désirée, par exemple par entaille et choc thermique, ou bien par tronçonnage avec un disque diamanté. Ces tronçons de profilés sont utiles pour la fabrication de poteaux en verre, qui peuvent être transparents ou non, colorés ou non. Il suffit, en effet, d'assembler deux de ces profilés, par exemple par frettage ou collage, pour former un poteau qui peut servir de support pour des lignes électriques ou téléphoniques. Un tel poteau est beaucoup plus esthétique et défigure moins le paysage que les traditionnels poteaux en béton, en métal ou en bois. L'invention concerne donc également les poteaux en verre réalisés à partir des profilés de l'invention. D'autres applications possibles sont la réalisation de colonnes porteuses en architecture, de gaines protectrices pour câbles et analogues, etc... La description qui va suivre, faite en se référant aux dessins annexés, fera bien comprendre l'invention. La figure 1 est une vue en section transversale d'un profilé en verre selon l'invention. La figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une installation permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Les figures 3 à 6 sont des coupes transversales selon les lignes III-III, IV-IV, V-V et VI-VI, respectivement, de la figure 2. La figure 1 représente, en coupe transversale, un profilé 1 en verre selon l'invention. Ce profilé est formé d'une partie principale semi-cylindrique la et de deux rebords lb sensiblement perpendiculaires à la partie la. La figure 2 montre une installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, qui est disposée à la sortie d'un feeder F de four à verre. Cette installation comprend un laminoir 2 formé de deux éléments ou rouleaux profilés rotatifs, supérieur et inférieur, 3 et 4 effectuant un préformage du verre fondu sortant du feeder. Ces éléments laminent le verre fondu en une bande 5 présentant en section transversale, un profil légèrement concave et une épaisseur variable, c'est-à-dire relativement faible au centre et aux bords de la bande et relativement forte dans les portions situées entre le centre et les bords de la bande. A cet effet, l'élément supérieur 3 présente une forme générale renflée au centre tandis que l'élément inférieur présente la forme d'un tambour à gorge large et peu profonde. Les éléments 3 et 4 définissent ainsi entre eux un espace dont la forme correspond à celle de la section transversale de la bande. Les éléments 3 et 4 sont entraînés en rotation par un moteur (non représenté). La bande 5 sortant du laminoir 2 est reçue par une goulotte 6 comportant une première portion 6a dont la concavité, à son extrémité adjacente au laminoir, est sensiblement analogue à celle de la bande sortant du laminoir, puis croît progressivement jusqu'à ce que le profil transversal de la surface de la goulotte corresponde à la forme désirée (semi-cylindrique dans le cas illustré) pour le profilé à produire, et une deuxième portion 6b de profil constant correspondant à la forme du profilé à produire. Le rôle de la portion 6a est de déformer progressivement la bande jusqu a ce qu'elle prenne la forme désirée pour le profilé final. La bande 5 est à l'état plastique sur toute cette portion 6a. Le rôle de la portion 6b est de maintenir la forme désirée pour le profilé tandis que le verre passe de l'état plastique à l'état solide, c'est-à-dire se solidifie. Le fond de la goulotte est, par ailleurs, percé d'une pluralité d'orifices 7 communiquant avec une chambre 8 située sous la goulotte et alimentée en air ou autre gaz sous pression, de façon à pouvoir créer un mince coussin d'air entre la surface supérieure de la goulotte et la bande de verre fondu, ce coussin d'air servant à faciliter l'avancée de la bande sur la goulotte et à améliorer l'état de surface du profilé final. L'installation comprend également des moyens de tirage de la bande qui la font avancer le long de la goulotte à la même vitesse qu'elle est produite par les éléments 3, 4. Ces moyens de tirage comprennent des galets 9 et des courroies sans fin 10 qui viennent pincer les bords de la bande, comme le montrent bien les figures 3-6. Les courroies 10 sont tendues autour de l'élément rotatif 4, qui les entraîne, et de roues 11 disposées de part et d'autre de la goulotte, à proximité de l'extrémité de celle-ci opposée au laminoir 2. L'installation représentée comprend également un caisson de soufflage 12 prévu au-dessus de la partie de la bande qui se trouve sur la portion 6a de la goulotte 6, et qui sert à appliquer une pression d'air, ou d'un autre gaz, sur le dessus de la bande, ladite pression combinée avec la pesanteur forçant la bande de verre fondu à épouser la forme de la goulotte, c'est-à-dire à se déformer progressivement jusqu'à prendre la forme finale désirée pour le profilé à produire. A la suite de la goulotte l'installation comprend un four de recuisson 13, de type tunnel, servant à recuire le verre et éviter la formation de contraintes préjudiciables, et, en aval du four 13, un dispositif de tronçonnage 14 du profilé permettant de la découper en tronçons de la longueur désirée. Il va de soi que le mode de réalisation décrit n'est qu'un exemple et l'on pourrait le modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Un profilé semi-cylindrique monolithique en verre, caractérisé en ce que a) il présente une paroi de forme semi-cylindrique ayant une longueur d'au moins 3 mètres, une plus grande dimension transversale d'au moins 0,1 mètre, et une épaisseur d'au moins 5 mm ; et b) il présente des rebords sensiblement perpendiculaires à ladite paroi semi-cylindrique. 2. Un procédé continu de fabrication d'un profilé semicylindrique monolithique en verre à partir de verre fondu caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes a) préformage du verre fondu entre deux éléments profilés rotatifs en une bande présentant, en section transversale, une épaisseur qui est relativement faible au centre de la bande et aux bords de la bande, et relativement forte aux portions situées entre le centre et les bords de la bande, b) tirage de ladite bande par ses bords dans une direction sensiblement horizontale, tout en faisant en sorte que la partie de la bande située entre les bords épouse la forme d'une goulotte à profil transversal concave évolutif dont la concavité va croissant depuis son extrémité adjacente aux éléments de préformage jusqu'à un maximum correspondant à la forme désirée pour le profilé semicylindrique, c) recuisson du profilé, et d) découpe à la longueur voulue du profilé semicylindrique produit. 3. Un procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la goulotte présente une première section de concavité croissante et une deuxième section de concavité constante. 4. Un procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on crée un coussin gazeux entre au moins une portion de la goulotte et la bande de verre fondu. 5. Un procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'on applique une pression de gaz sur le dessus de la bande de verre fondu. 6. Poteaux en verre, caractérisés en ce qu'ils sont réalisés à partir de deux profilés tels que définis à la revendication 1. 7. Poteaux selon la revendication 6, caractérisés en ce qu'ils sont en verre transparents et incolores.