CHAPITRE TROISIEME

Silicates alcalins. — Verres solubles.

Les verres sont des mélanges ou des combinaisons d'un silicate alcalin avec un silicate terreux, ou, pour le cristal, avec le silicate de plomb.

Avant d'entrer dans les détails de fabrication des diflférents verres, il importe de connaître les propriétés des silicates alcalins. Les verres qui en contiennent au delà d'une dose convenable sont facilement attaqués par l'eau, par les acides, par les alcalis, etc. Nous avons vu qu'aujourd'hui ceux qui proviennent d'une bonne fabrication, résistent aux agents chimiques. Mais il n'en est pas moins nécessaire d'étudier les propriétés des verres solubles, lesquels, fabriqués dans d'autres établissements et pour d'autres usages que les verres ordinaires, ont donnq lieu, depuis quelques années, à plusieurs applications industrielles importantes.

Van Helmont a montré, dès 1640, qu'en fondant du sable avec beaucoup de potasse on obtient un produit très-soluble dans l'eau, qui tombe même en

déliquescence à l'air. Celte dissolution est la Uqueur des cailloux. En employant l'alcali en moindre quantité, on obtient les verres solubles. Ceux-ci ressemblent aux verres ordinaires par leur aspect transparent et vitreux; peu attaquables par l'eau froide, ils sont solubles dans l'eau bouillante. Leur fusibilité est d'autant plus grande qu'ils sont plus riches en alcalis: un ntiélange de 1 partie de silice (sable) et de 5 parties de carbonate de potasse fond aisément au rouge cerise. La température du rouge blanc est nécessaire pour obtenir le même résultat avec 3 parties de silice et 1 de carbonate de potasse; 5 parties de silice et 1 de ce dernier sel donnent un mélange non fusible, qui se fritte seulement quand on le soumet au feu de forge.

Un chimiste de Munich, Fuchs, a étudié en i825 le verre soluble qu'il préparait en chauffant dans un creuset, pendant cinq à six heures, un mélange de 15 parties de quartz pulvérisé, 10 parties de carbonate de potasse et 1 partie de charbon. Quand le verre est bien fondu, on le coule, ou bien on le retire du creuset avec une poche en fer. On le pulvérise avant de le traiter par l'eau bouillante : la dissolution ne se fait pas complètement, alors même que le mélange est maintenu pendant longtemps à la température de l'ébullition.

On fabrique aussi ce verre en chauffant dans un four à réverbère jusqu'à fusion tranquille 630 kilogrammes de sable blanc avec 330 kilogrammes de potasse marquant 78° alcalimé triques : on obtient ainsi 8/i5 kilogrammes de verre transparent, homo-

gène, incolore ou d'une teinte légèrement ambrée. Ce produit est très-peu soluble, même dans l'eau bouillante. Pour le dissoudre, on introduit dans un digesteur en fer à haute pression les fragments de ce verre grossièrement broyés avec la quantité d'eau nécessaire pour obtenir une dissolution marquant 33 h 35'' au pèse-sel de Beaumé. Il importe de se servir d'eau distillée ou d'eau de pluie, les sels calcaires des eaux ordinaires donnant naissance à du silicate de chnux insoluble qui rendrait la solution plus ou moins trouble ou opalescente; et qui est beaucoup moins alcaline que celle qu'on obtient par d'autres procédés; elle contient la silice et la potasse combinée dans les rapports de 70 à 30.

Le silicate de soude se prépare aussi par la voie sèche, en fondant dans les mêmes conditions 180 parties de sable avec 100 parties de carbonate de soude à 91 7o de sel réel.

Les formules 3SiO%KO et 3SiO%NaO représentent la composition théorique de ces sels ; dans la première 65,7 de silice sont combinés avec 34,3 de potasse ; la seconde donne 74,3 de silice et 25,7 de soude, pour 100 parties; mais les produits fabriqués industriellement renferment presque toujours un excès d'alcali plus ou moins considérable.

M. Kuhlmann, qui a fait en 1841 de nombreuses expériences sur l'emploi des verres solubles pour la silicatisation des pierres, obtient, par la voie humide, des produits analogues en chauiTant, pendant quelques heures, dans une chaudière en fer, sous une pression de 5 à 6 atmosphères, un mélange de sable

et de lessive de potasse ou de soude caustiques; dans rintérieur de la chaudière se trouve un agitateur en fer. On laisse refroidir le liquide jusqu'à 100°; on le soutire quand il s'est éclairci par le repos, puis il est concentré jusqu'à ce que sa densité soit égale à 1,25. Ou bien l'évaporation est laite à siccité dans une chaudière également en fer. On sait que ce métal n'est pas attaqué par les liqueurs alcalines.

Ce verre soluble contient 65 de silice et 35 de potasse. 11 est soluble dans l'eau bouillante, tandis que l'eau froide ne le dissout pas sensiblement. Sa dissolution est décomposée par tous les acides, par l'acide carbonique lui-même; elle est conanie coagulée par Taddilion d'un sel alcalin : mélangée avec des substances en poudre sur lesquelles les alcalis n'exercent pas d'action chimique, elle est collante etagglutinative; c'est une espèce de colle forte minérale.

Dans l'origine, le verre soluble a été employé pour ôter au bois et aux étoffes la propriété de brûler avec flamme; on ajoutait à sa dissolution faite à chaud de l'argile sèche pulvérisée, de la craie, des os pulvérisés, de la litharge, de l'ocre rouge, etc. On a dit que les bois qui sont entrés dans la construction du grand théâtre de Munich avaient été préparés avec un enduit de verre soluble; mais je tiens de M. Fuchs lui-même, qu'on a eu, en effet, le projet de faire cette application, mais qu'on y a renoncé, à cause de la dépense qu'elle eût alors entraînée.

Une étoffe, môme très-fine, comme la gaze ou la

mousseline, plongée dans une dissolution étendue de silicate de potasse et séchée^ perd la propriété de brûler avec flamme : la matière organique, enveloppée d'un réseau de substance minérale fusible, noircit et se carbonise comme si elle était chauffée dans une cornue à l'abri du contact de l'air; mais elle ne s'enflamme pas. On comprend, par suite, l'intérêt que présenterait l'usage d'un pareil préservatif contre l'incendie. Mais, sans parler de l'insouciance qu'on a pour se garantir d'un danger éventuel, cet emploi offrirait plusieurs inconvénients : la réaction alcaline du verre soluble altère le plus souvent la couleur des peintures ou des tissus, et, comme cette substance est toujours un peu déliquescente, ceux-ci, bien que séchés, attirent l'humidité de l'air en restant plus ou moins humides, et en retenant opiniâtrement la poussière. Aussi, après des essais assez nombreux, a-t-on dû renoncer à son emploi pour préserver de l'incendie les décors de théâtre, les tentures, les tissus pour robes, etc.

Le verre soluble peut d'ailleurs être remplacé par diverses substances qui agissent de la même façon, notamment par une dissolution de parties égales de phosphate d'ammoniaque et de sel ammoniac; des tissus trempés dans de l'eau contenant 7 à 8 7o de sulfate d'ammoniaque perdent également leur inflammabilité.

^ On vend en Angleterre de l'amidon additionné de tungstate de soude qui fournit, pour les tissus légers des robes, des rideaux, etc., un empois qui les rend ininflammables.

M. Kuhlmann a fait, il y aune trentaine d'années, une applicalion plus heureuse du silicate de potasse; je veux parler de la silicatisation des pierres calcaires.

Un morceau de craie, plongé pendant quelques jours dans une dissolution moyennement concentrée de celte substance, exposé à Tair, puis introduit dans une dissolution plus étendue et séché, devient presque aussi dur que le marbre; le calcaire, ainsi silicatisé, peut recevoir par le travail un beau poli; immergé dans l'eau, il conserve la cohésion qu'il a acquise.

La théorie de cette opération n'est pas bien établie. D'après M. Kuhlmann, il y aurait formation de silicate de chaux; d'après Fuchs, le carbonate de chaux ne serait pas décomposé; par la dessiccation, ce sel se combinerait avec le silicate de potasse et donnerait naissance à un composé d'une grande dureté et inattaquable par l'eau.

On peut admettre avec plus de vraisemblance, à mon avis, que, sous l'influence de l'acide carbonique de l'air, il se produit dans les pores du calcaire un dépôt de silice qui durcit en se desséchant, et qui donne aux matériaux poreux un nouvel état d'agrégation. Quant au carbonate de potasse qui se produirait parallèlement, il disparaîtrait sous Tinfluence des eaux pluviales ou bien il resterait emprisonné dans la pierre. Il ne parait pas que sa présence ait nui jusqu'à présent à la durée des matériaux qu'on a soumis à la silicatisation. Les efflorescences de carbonate de soude qui se produisent rapidement à la sarface des pierres imprégnées de silicate de soude

PROPRIÉTÉS DES SILICATES ALCALINS. m

donnent à cette dernière interprétation une grande vraisemblance.

L'altération plus ou moins rapide des matériaux de construction est en raison de leur porosité. Sous Tinfluence des gelées, des germes charriés par Tair qui engendrent les végétations cryptogamiques, de Feau pluviale qui agit par l'acide carbonique qu'elle renferme, les pierres calcaires se délitent, se fendillent, se creusent à la longue. On obvie à ces altérations en les imprégnant d'une dissolution de silicate de potasse. Il est essentiel d'opérer sur des pierres très-sèches, et par un temps sec et chaud.

D'après M. Rochas, qui, depuis 1852, a exécuté de nombreux travaux de cette nature, notamment à Notre-Dame de Paris, à la cathédrale de Chartres, etc., il convient de laver d'abord les bâtiments à l'eau et à la brosse : s'il s'agit de sculptures délicates, on les lave à l'eau avec une pompe lançante. Quand les pierres sont sèches, on les asperge avec la dissolution de silicate en se servant de la même pompe; ces aspersions sont continuées pendant trois à quatre jours, jusqu'à ce que la pierre se recouvre d'un léger enduit gélatineux.

L'état de concentration de la dissolution varie avec la nature des matériaux. Pour les pierres dures, telles que les grès, la roche, le liais, etc., elle doit marquer 7 a 9** au pèse-sel de Beaumé; pour les pierres tendres à gros grains et à pores ouverts, 5 à 7°; pour les calcaires tendres à pâte molle, 6 à 7° : on termine, d'ailleurs, l'opération avec un liquide plus étendu, d'une densité de 3 à 4° seulement.

On doit à M. H. Wagner des détails intéressants sur l'emploi du verre soluble dans les constructions; cet emploi se continue en Allemagne, tandis quil est, quant à présent, abandonné chez nous.

D'après M. Wagner, il existe quatre variétés de verres solubles : le silicate de potasse, le silicate de soude, le silicate mixte (à équivalents égaux de potasse et de soude) et le verre soluble pour fixatif (silicate de potasse saturé de silice et additionné d'un peu de silicate de soude). Quel que soit celui dont on fait usage, soit pour recouvrir les murailles soit pour en imprégner des briques, etc., sa dissolution est au même degré de concentration. Pour une surfacede muraille de 100 mètres carrés, on emploie:

Pour la 1" couche, 2 kîl. de verre soluble à 33° et 6 litres d'ean. Pour la 2« — 2 kil. — 33° et 4 —

Pour la 3- — 1^^5 - 33° et 3 —

Pour imprégner uniformément toute la surface et pour lui donner une dureté égale, il faut que le revêtement ait une certaine porosité : un mortier calcaire récemment fait ne se laisse que difficilement pénétrer par le verre soluble, qui peut y occasionner des fissures. Le mortier doit avoir subi assez longtemps le contact de l'air pour que toute la chaux soit carbonatée; autrement, la chaux caustique décomposerait en partie le silicate alcalin. Le mieux est d'asperger la muraille avec le silicate, sous forme de pluie, à l'aide d'une pompe et d'une pomme

d'arrosoir.

Dans le but d'obtenir avec sûreté une couche

uniforme, il convient d'opérer sur un mortier en verre soluble, qu'on prépare de la manière suivante :

On fait un mélange intime de 10 parties de sable très-sec, de 3 parties de chaux délitée à l'air et de 2 parties de craie ou de pierre calcaire en poudre; ce mélange, tamisé, est ensuite gâclié avec une lessive de silicate de soude à 33 degrés qu'on étend de 2 parties d'eau, de manière à être amené à l'état de pâle plastique. Ce mortier est très-utile pour préserver de l'humidité; on peut en modifier les caractères en changeant les proportions de craie et la concentration du silicate de soude; au bout de quelques jours il devient très-dur. On peut alors procéder à la silicatisation et à la mise en couleur.

On forme avec l'eau et la couleur à employer une pâte épaisse qu'on délaye dans la lessive de silicate alcalin : pour cet usage, le silicate mixte doit être employé de préférence. Après vingt-quatre heures, on applique une seconde couche de ce silicate coloré, puis le silicate fixatif, dans le but d'éviter les efflorescences de carbonate de soude. Pour donner à la surface un certain brillant, comparable à celui des peintures à l'huile, on donne une dernière couche de silicate fixatif très-étendu.

M. Kuhlmann a fait avec le silicate de potasse de& peintures dans lesquelles ce sel remplace les huiles et les essences ordinairement en usage. Avec une dissolution concentrée, on obtient immédiatement la complète solidification de ces mélanges qui présentent le grand avantage d'être absolument sans odeur.

La base de cette peinture est le sulfate de baryte

artificiel; les principales madères colorantes, qui doivent être choisies parmi celles que le silicate de potasse n*altère pas, sont l'ontremer, le sulfure de cadmium, les ocres, les oxydes de manganèse et l'oxyde vert de chrome. La céruse el le blanc de zinc sont exclus de ce mode de peinture; ils durcissent immédiatement quand on vient à les mélanger avec le silicate dépotasse; ils sont remplacés avec une grande économie par le sulfate de baryte.

En présence des nombreux inconvénients que présente la peinture ordinaire à la céruse, à Thuile et à l'essence, on doit désirer que les procédés préconisés par 31. Kuhlmann se vulgarisent et deviennent d'un emploi plus général.

Le verre soluble est employé en Allemagne dans des conditions analogues pour une nouvelle espèce de peinture murale à laquelle Fuchs a donné le nom de stéréochromie. Cette peinture a été mise en pratique et perfectionnée par le célèbre peintre V. KauU bach. La préparation du fond exige des soins particuliers : il doit avoir une dureté égale à celle de la pierre et faire corps, pour ainsi dire, avec le mur. Le premier crépi ou fond inférieur est fait avec nu mortier de chaux. Celui-ci étant bien sec, on l'imbibe avec une dissolution de silicate de soude. Après sa complète solidification, on fait le fond supérieur qui doit recevoir la peinture, formant à sa surface une épaisseur d'environ 2 millimètres; il doit être aussi plan et aussi sec que possible; ou le frotte avec du grès fin de manière à le rendre un peu rugueux. Lorsqu'il est bien sec, on applique les couleurs

avec Teau pure, celle-ci servant aussi à arroser fréquemment le mur. Il reste maintenant à fixer les couleurs avec le verre soluble fixateur qui est un mélange de silicate de potasse complètement saturé de silice avec du silicate de soude basique (liqueur des cailloux à base de soude obtenue en fondant 2 parties de sable avec 3 parties de carbonate de soude).

Comme ces couleurs ne présentent aucune adhérence et qu'elles ne résisteraient pas au frottement du pinceau, le verre soluble est projeté sur la peinture sous forme d'une pluie fine au moyen d'un pulvéri'sateur. On termine en lavant la muraille, au bout de quelques jours, avec de l'alcool qui enlève la poussière et l'alcali devenu libre. Copime fond de peinture, Fuchs recommande un mortier de verre soluble fait avec addition de marbre pulvérisé, de dolomie, de sable et de chaux délitée- Les couleurs stéréochromiques dont il conseille l'usage sont le blanc de zinc, l'oxyde de chrome vert, le vert de cobalt, le chromate de plomb, le colchothar, les ocres, l'outremer; le cinabre devenant brun ou noir à la lumière ne doit pas être employé. Ce mode de peinture, d'après Wagner, est de beaucoup supérieur à la peinture à fresque dont le fond est fait avec du* mortier de chaux ordinaire.

On se sert aussi du verre soluble (à base de soude) dans la fabrication des savons d'huile de palme et d'huile de noix de coco; ce corps les rend plus alcalins et leur donne plus de dureté. Il ne parait pas que cette addition, qui est une espèce de fraude, soit pratiquée en France; mais elle est faite

5ur une assez grande échelle en Allemagne et aux États-Unis d'Amérique.

Un autre emploi plus digne d'intérêt est celui qu'en font les chirurgiens pour la contention des fractures. Les propriétés adhésives du silicate de potasse sont mises à profit pour obtenir des appareils inamovibles remplaçant les bandages amidonnés, dextrinés et plâtrés employés pour le même objet. La solution de ce sel destinée aux usages chirurgicaux est visqueuse et doit marquer SS"" Beaumé; il est essentiel qu'elle soit exemple de silicate de soude. D'après M. J. Regnauld, en 1873, on a con* sommé pour cet usage dans les hôpitaux de Paris 2,223 kilogrammes de silicate de potasse.