Les verres ophtalmiques

Les verres opthalmiques

Répondre aux questions suivantes:

A partir de quel matériau est fabriqué le verre ? A quelle température dond la silice? A quoi sert le fondant ajouté à la silice? A quoi sert la chaux? Qu'est-ce qui explique que le verre casse alors que le métal se déforme? A quoi sert le recuit? Qu'ajoute-on dans le verre pour qu'il soit teinté? Qu'est-ce que la réfraction?

Réticulation

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Monomère Polylmère Liaison entre les polymères

On peut les comparer au gateau: Lorsqu'il ont durci après cuissons, ils ne peuvent plus se ramollir à nouveau. La réaction qui permet de passer de l'état d'un liquide visqueux composé de monomères à un produit solide est appelé réticulation

( Pate ) ( Gâteau )

Chauffage

Liquide Solide

Les thermodurcissables

Fabrication des verres organiques

Fabrication: Les monomères liquides (résine) sont versés dan un moule. Ces moules sont ensuite introduits dans une étuve où ils sont soumis penant plusieurs heures à un cycle de températures - ou, pour certaines matières à un rayonnement ultra-volet, ce qui fait durcir la résine. Enfin on procède au démoulage

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Les thermodurcissables

Fabrication des verres organiques

Parmis les thermodurcissables on peut citer le CR39 (organique 1.5)

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Les thermodurcissables

Fabrication des verres organiques

On peut les comparer au chocolat: lorsqu'ils ont durci après refroidissement, ils peuvent ramollir à nouveau

Refroidissement

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Chauffage

Granulés Liquide Solide

Les thermoplastiques

Fabrication des verres organiques

Fabrication: Les thermoplastiques sont fabriquéss par polycondensation. Le matériau de base se présente souos forme de granulés. Ces granulés sont ramollis par chauffage et injectés dans des moules par une vis d'extrusion. Après un temps de refroidissement on procède au démoulage.

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Les thermoplastiques

Fabrication des verres organiques

Parmis les thermoplastiques, on peut citer le polycarbonate.

vis d'extrusion

moules

granulés

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Les thermoplastiques

Fabrication des verres organiques

Ces deux techniques de fabrication permettent de fabriquer des verres finis ou semi-fini.

Bravo!! Tu es maintenant incollable sur les matériau des verres ophtalmiques

Résilience

Propriétés thermiques

La constringence

Transmission / absorption et coupure UV

Propriétés chimiques

Dureté

Propriétés mécaniques

La masse volumique

Propriétés physiques

L'indice de réfraction

Propriétés optiques

Prorpiétés des matériaux

Il est dévié

Parce que l'eau dévie le rayon lumineux et la rend ainsi visible

Le rayon lumineux dans l'eau sucrée Comment se comporte le rayon lumineux dans le liquide?

La pièce dans le verre Pourquoi la pièce réapparait-elle?

L'indice de Réfraction

On observe une déviation

Le rayon lumineux n'est pas dévié.

Que constate-on lorsque les milieux sont différents?

La réfraction de la lumière Que constate-on lorque les milieux sont identiques?

L'indice de Réfraction

La valeur de la déviation dépend de L'indice de réfraction des milieux. L'indice de réfraction correspond au raport de la vitesse de la lumière ans le vide ou célérité C sur la vitesse de la lumière dans le milieu considéré. n = C / v C: célérité (vitesse de la lumière dans le vide) v: vitesse dela lumière dans le matériau considéré Les indices de réfraction des verres optiques varient entre 1.5 et 1.9 L'épaisseur d'un verre de forte correction diminue lorsque l'indice de réfraction augmente.

La lumière blanche (lumière visible = que l'oeil perçoit) est composée d'une multitude de lumière colorées (monochromatique) A chaque couleur correspond une valeur de longueur d'onde

Représenter l'observation faite sur le schéma ci-dessous:

Les longueurs d’onde de la lumière visible varient de 380 nanomètres (lumière violette) à 780 nm (lumière rouge). Dans un verre, les lumières colorées ne sont pas toutes déviées identiquement lorsqu’un rayon lumineux est réfracté, c’est ce qu’on nomme la dispersion. L’indice de réfraction du milieu évolue donc avec les longueurs d’onde Le pouvoir dispersif k d’un verre indique sa tendance à disperser la lumière. La constringence ν_e (ou nombre d’Abbe) d’un verre est l’inverse du pouvoir dispersif. Elle est comprise entre 30 (fort éparpillement des couleurs) et 60 (faible éparpillement) Une faible constringence provoque des aberrations chromatiques en périphérie de verre.

L’absorption d’un verre c’est sa propriété à absorber la lumière. C'est la quantité d'énergie qui n'est ni transmise à travers la matière ni réfléchie par les surfaces. L’absorption d’un matériau dépend de sa densité électronique (du nombre d’électrons). On teinte les verres avec des colorants ayant une très forte densité électronique. Les verres optiques n’absorbent pas tous les ultra-violets de la même façon. La coupure UV est déterminée sur la courbe de transmission du verre par la longueur d’onde en deçà de laquelle le verre transmet moins de 1% de la lumière ; elle s’exprime en nanomètre. Plus la coupure UV est haute, meilleure est la protection

Le filtre change la couleur de la lumière. Chaque filtre absorbe certaines longueurs d’onde de la lumière.

→Couleur avec et sans filtre Que change le filtre ? Pourquoi ce changement ?

Les ultra-violets On distingue 3 types d’ultra-violets : - Les UVA (380 à 315 nm) qui représentent 95% des UV atteignant la terre et qui permettent le bronzage. Ils sont absorbés en grande partie par le cristallin, seul un petit pourcentage atteint la rétine. - Les UVB (315 à 280 nm) qui représentent 5% des UV atteignant la terre. Ils sont responsables des brûlures de la peau. Ils sont en majorité absorbés par la cornée, seule une petite partie atteint le cristallin. - Les UVC (280 à 200 nm) qui sont les plus dangereux et sont bloqués par la couche d’ozone. Conséquences des UV sur l’œil - Sècheresse oculaire - Lésions conjonctivales - Photo kératite ou ophtalmie des neiges (qui est douloureuse et peut entrainer une cécité transitoire) - Cataracte précoce - Atteintes rétiniennes Les enfants sont plus vulnérables face à ces atteintes, il est donc important de les protéger efficacement. Il est possible d’améliorer encore cette absorption par un traitement de surface qui absorbe les UV (ce qui est souvent le cas sauf les verres minéraux). La lumière bleue (380 à 500 nm) La lumière bleue est nocive pour la rétine. Elle favorise l’éblouissement.

A partir des informations données par le catalogue, indiquer quels sont les avantages et les inconvénients du point de vue des propriétés optique des verres suivants :

matériau

matériau

eau

eau

matériau

matériau

V(cm )

m(g)

Rappel: Masse volumique (g/cm ) : ρ=_________ Densité : d =ρ /ρ N.B. : ρ (masse volumique de l' eau)=1g/cm donc : d =ρ - Alors que la masse volumique des verres minéraux augmente avec l'indice, celle des verres organiques reste stable.

Ces variations de taille (et de volume) en fonction de la température sont caractérisées par le coefficient de dilatation thermique linéaire.

Le métal revient à sa taille initiale

Le métal se dilate et s’allonge sous l’effet de la chaleur.

→Impact du chauffage sur la barre de métal. Que constate-t-on lorsque le réchaud est allumé ? Que constate-on quelques minutes après avoir éteint le réchaud ?

L’antireflet ne pouvant pas s’étirer autant que le verre, il va craqueler si la température est trop importante.

Quelle en sera la conséquence ?

Le verre minéral et l’antireflet s’allonge dans les mêmes proportions. Le verre organique s’allonge davantage.

Qu’observe-t-on ?

Comparaison du coefficient de dilatation thermique linéaire du verre et de l’antireflet : (L’allongement de chaque matériau est représenté en hachuré)

La dureté caractérise la résistance aux rayures. - Le verre minéral est très résistant aux rayures mais peut être rayé par des aciers ordinaires, des abrasifs ou du sable. Il est coupé par le diamant. - Le verre organique est beaucoup moins résistant à l’abrasion et ce d’autant plus que l’indice est élevé. - Le polycarbonate est le matériau le plus tendre. Pour améliorer la dureté des verres organiques et polycarbonate, on peut leur associer un vernis durcisseur

La résilience caractérise la résistance aux chocs mécanique - Les verres minéraux doivent résister au test de la bille d’acier de 16 grammes lâchée à 1.27 mètres de hauteur sur le verre. - Pour les verres organiques, la bille d’acier est lâchée d’une hauteur de 2 mètres. - Le polycarbonate, le Trivex et certains organiques (MR8) sont particulièrement résistants aux chocs - Le verre minéral n’est pas très résistant aux chocs, c’est pour cela qu’il est interdit de le vendre aux mineurs.

Les propriétés chimiques testent la capacité de résistance d’un matériau face aux agressions des agents chimiques auxquels il peut être exposé. Le polycarbonate blanchit au contact d’éther d’acétone Tous les autres verres résistent aux solvants.

Tableau comparatif chiffré des propriétés des verres (donnée du catalogue Essilor et Novacel) N.B. : Ces données fluctuent en fonction des fabricants, il s’agit d’un ordre de grandeur.

Les différentes propriétés de matériaux des verres n'ont plus de secret!!!!

Le surfaçage traditionnel

Le surfaçage digital (free form)

Avant le surfaçage on procède pour les verres organiques au détourage pour réduire le verre au diamètre demandé.

Les verres de prescription sont réalisés : - soit à partir d’un semi fini dont il reste une face à surfacer - soit à partir d’un palet dont on surfacera les deux faces

Ebauchage : Un outil vient usiner une face du verre à la forme souhaitée. Polissage : Un outil abrasif vient polir le verre continuellement arrosé.

2ème visionnage : En quoi consistent ces étapes ?

Ces étapes sont l’ébauchage, le polissage et le contrôle cosmétique.

1er visionnage : Quelles sont les étapes qui succèdent au détourage ?

Le surfaçage est réalisé en trois étapes : l’ébauchage, le doucissage et le polissage

le polissage

Cette technique consiste à surfacer la surface arrière du verre (le plus souvent) par un procédé point par point et au moyen d’une machine à commande numérique. Cette machine pilote les positions du verre et de l’outil en trois dimensions avec une extrême précision. L’usinage en 2 phases - Ebauchage avec une fraise - Finition réalisé au moyen d’un outil spécifique en diamant.

A vous de réfléchir: Quels sont les procédés que vous connaissez qui permettent d’obtenir un verre plus mince ?

Lorsque la compensation est importante, le verre est plus épais et donc moins esthétique et plus lourd.

Quelle est la conséquence sur les verres d’une compensation importante ?

Figure 1: verre de +5,00 diamètre 70 mm

Les verres organiques hauts indices ont une constringence plus faible.

Les verres minéraux hauts indices ont une constringence faible (ce qui engendre davantage d’aberrations chromatiques) et ils sont plus lourds (cf la masse volumique)

Verres organiques :

Verres minéraux :

En consultant le tableau comparatif des propriétés (en fin de partie 2 de « verres ophtalmiques »), indiquer quels sont les inconvénients des verres hauts indices minéraux et organiques.

Pour une compensation importante, l’épaisseur d’un verre diminue lorsque l’indice de réfraction augmente.

Comparer les verres de vergence identique et d’indices différents que constate-t-on ?

Observation: changement de l'indice du verre

Suite

Le verre asphérique permet d’éliminer les déformations (aberrations) au pourtour du verre

Figure 4: carré de points vu au travers d'un verre asphérique

Figure 5: carré de points vu au travers d'un verre sphérique

En observant les photos ci-dessous indiquer quel autre avantage présente le verre asphérique.

Le verre asphérique est plus plat et moins épais

Figure 2: verre asphérique (source: nikon)

Figure 3: verre sphérique (source: nikon)

Quelles différences observez-vous entre le verre asphérique et le verre sphérique ?

Observation: changement de la géométrie du verre

Le verre à facette est utilisé pour les très fortes compensations.

On peut distinguer deux parties dans le verre : - Une partie centrale correspondante à la zone optique utile - Une partie périphérique sans compensation

Comment pourriez-vous décrire un verre à facette ?

Observation: changement de la géométrie du verre

Il est également possible de commander un verre précalibré prenant en compte la forme de la monture et la position de la projection de la pupille dans le verre. Ce choix est particulièrement judicieux en cas de compensation convexe avec un cylindre positif axé à 180° (astigmatisme direct).

Gain = 1- 0,3 = 0,7 mm

Un verre standard convexe est fabriqué avec une épaisseur au bord d’environ 1 mm. Il est possible de demander une réduction de cette épaisseur à 0,3 mm, c’est ce qu’on nomme un verre tranchant. Quel est alors le gain d’épaisseur ?

Observation: changement de l'épaisseur au bord

Résumé

Le meilleur moyen d’obtenir un verre mince est d’opter pour une monture de petit diamètre utile et de commander le verre en conséquence (avec le plus petit diamètre possible)

Observation: choix judicieux de monture

Augmentation de l'indice de réfraction

Verre à facette

Asphérique

Petit diamètre utile

Verre Tranchant ou Précalibré

Verre Négatif

Verre Positif

Résumé

Gérer l'épaisseur d'un verre, rien de plus simple!!!!!

Ne pas confondre protection solaire et protection contre l’éblouissement: la protection solaire ne dépend pas du niveau de teinte mais du matériau lui-même.

Les traitements sont effectués dans un ordre bien précis sur le verre.

A toi de jouer!

Quels types de coloration de verres connaissez-vous ?

1- Les teintes fixes

A- Les colorations

La teinte du verre n’est pas uniforme. Elle est plus foncée là où l’épaisseur est la plus importante.

Quel inconvénient observez-vous sur les verres teintés dans la masse schématisés ci-dessous ?

Décrire les manipulations effectuées pour colorer le verre par immersion.

Particularités: - Un verre photochromique restera généralement clair derrière une vitre (qui stoppe les UV). - Le temps d’assombrissement du verre est plus court que le temps d’éclaircissement. - Avec le temps, le verre conserve une certaine teinte à l’état clair et sa teinte est moins prononcée à l’état foncé. - S’il subit un traitement antireflet, un verre organique photochromique sera plus blanc à l’état clair et sera activé plus rapidement. Ce traitement est donc conseillé pour ce type de verres.

La teinte des verres photochromique évolue en fonction de : - La luminosité (réaction aux ultra-violets) - La température (tintement plus intense par temps froid)

La teinte du verre s’obscurcie progressivement.

Placer les verres à la lumière (à l’extérieur) puis sous la lampe UV. Qu’observez-vous ?

2- Verres Photochromiques

A- Les colorations

C'est-à-dire qu’elle ne vibre plus que dans un seul plan. Un verre polarisé d’axe vertical est donc de direction perpendiculaire au plan de vibration de la lumière réfléchie. Il permet d’éliminer la totalité de celle-ci.

La lumière est une vibration électromagnétique qui se propage dans tous les plans autour de la direction de propagation de la lumière. Quand elle est réfléchie par une surface, elle se polarise.

On observe le même phénomène : l’écran disparait par intermittence.

Reproduire la même action devant l’écran de l’ordinateur. Que constatez-vous ?

Le reflet disparait à certain moment.

Observer le reflet avec un verre polarisant. Tourner le verre. Que constatez-vous ?

3 -Les verres polarisants

A- Les colorations

faible.

Compléter : Un verre plus clair correspondra à un numéro de teinte plus

Les verres sont classés par numéro de teinte et par couleur.

Comment sont distingués les verres teintés dans la palette ?

4 -Classification

A- Les colorations

Puis la résine est durcie par cuisson dans un four ou par ultra-violet

Dip-coating (trempage) ou Spin-coating (centrifugation)

Principe de fabrication : Une fine couche de résine est déposée sur les deux faces du verre par :

Le traitement durci est déposé sur les verres organiques.

Sur quel type de verre dépose-t-on le traitement durci ?

Rendre un verre plus résistant aux rayures.

Quel est l’objectif du traitement durci ?

1 -traitement durci

A- Les traitements

Le principe du traitement antireflet s’appuie sur la nature ondulatoire de la lumière, et les phénomènes d’interférences lumineuses. Il s’agit de déposer par traitement sous vide, des couches d’oxyde métalliques telles que les ondes réfléchies soient en opposition de phase afin que l’énergie réfléchie s’annule.

Le verre étant plus transparent, on voit davantage les traces sur les verres. Il parait donc plus salissant qu’un verre non traité.

Quel est l’inconvénient du traitement antireflet ?

Le verre traité antireflet est plus transparent, plus esthétique et limite l’éblouissement lors de la conduite de nuit.

Quels sont les avantages de l’antireflet ?

1 -traitement anti-reflet

A- Les traitements

Pour éviter l’« encrassement » des verres, les fabricants enduisent la surface d’un revêtement hydrophobe (antibuée) et oléophobe (anti graisses). Ces traitements agissent de trois manières : - Le traitement comble les pores de surface. - Les radicaux riches en fluor qui le composent sont doués d’une forte répulsion chimique vis à vis de l’eau et des graisses. - La surface est rendue très glissante.

3 -traitement anti-salissure

A- Les traitements

Lorsque l’on frotte la surface d’un verre, des charges négatives apparaissent en surface. Ces charges négatives attirent toutes les particules de poussière chargées positivement. Le traitement antistatique consiste à ajouter, dans l’antireflet, une couche transparente conductrice qui favorise l’écoulement des charges.

4-traitement anti-statique

A- Les traitements

5 -La trempe des verres minéraux

A- Les traitements

Principe de fabrication : On chauffe le verre dans un four à une température voisine de 650°C, puis on le refroidit brutalement en soufflant sur les deux faces à l’aide d’un jet d’air froid.

La trempe permet d’accroître la résistance aux chocs (ou résilience) d’un verre minéral.

Quelle différence peut-on observer entre le verre trempé et l’autre verre ?

Le miroitage présente deux intérêts : - Contribuer à l’esthétique du verre - Renforcer l’efficacité de filtration Principe de fabrication : Techniquement le miroitage consiste en un dépôt d’une couche d’un oxyde métallique sur la face avant du verre.

6 -Le miroitage

A- Les traitements

Tous les verres ophtalmiques protègent-ils également face aux ultra-violets ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. Le traitement anti-UV permet de bloquer les rayons ultraviolets que ne filtre pas le matériau. Il n’est donc utile que sur les matériaux ne filtrant pas l’intégralité des ultraviolets . En vous aidant du tableau relatif aux propriétés, citer un verre qui ne filtre pas correctement les UV. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Principe de fabrication : Il s'effectue par trempage des verres dans un bain chimique contenant des absorbeurs d'ultra-violet.

7 -Le traitement anti-UV

A- Les traitements

Félicitations!!!!

Il s'agit de la déviation de la lumière lors du passage d'un milieu vers l'autre.

En fin d’ébauchage le verre est rugueux et translucide

L'ébauchage

Le verre est fabriqué à partir du sable de carrière ( la silice)

Ne jamais laisser ses lunettes sous un pare-brise en plein soleil, ou exposer ses verres à une trop forte chaleur (four). Ne pas nettoyer ses lunettes avec de l’eau chaude.

Quels sont les conseils à donner aux clients pour éviter le craquement de l’antireflet.

L’opticien ne doit pas introduire ces verres dans la chaufferette

Quelles précautions l’opticien doit-il prendre avec les verres organiques antireflets ?

On ajoute des oxydes métalliques

Rendre le verre plus résistant

A la fin du polissage le verre est transparent.

Réalisé par frottement avec outil recouvert de feutre et arrosé d’un liquide contenant un abrasif très fin.

Le polissage

On élève la température entre 1000° et 1400° pour faire fondre la silice

Verre semi-fini: Le verre sera surfacé sur une face

Les éléctrons sont libres dans le métal et pas dans le verre, si les liaisons entre les atomes de verres sont détruites, elles ne se reforment pas.

Pour éviter la casse du verre

La surface du verre s’adoucie mais n’est pas encore transparente.

Réalisé par frottement grâce à un outil recouvert d’un abrasif.

Le doucissage

Verre fini: Le verre subira juste un traitement de surface avant d'être commercialisé.

Abaisser la température de fusion de la silice

Cette technique de surfaçage offre la possibilité de réaliser des surfaces optiques complexes comme par exemple les verres individualisés

Il est réalisé par frottement du verre contre une surface douce arrosée d’un liquide abrasif très fin.

Le polissage

Petite Observation

Manipuler et comparer les 3 verres fournis. Quelles différences constate-t-on entre ces derniers? Remplir le tableau

Les verres polarisants permettent : - Une réduction de l’éblouissement - Un renforcement de la perception des reliefs, des couleurs et des contrastes. Le verre polarisant est toujours teinté. Les verres polarisants sont préconisés pour : - la conduit e - les activités nautiques ou la pêche Comment reconnaitre un verre polarisant ? Il suffit d’observer une surface réfléchissante (comme le capot d’une voiture) avec le verre. Si l’intensité de la lumière change lorsque l’on tourne le verre, celui-ci est polarisant.

1 -traitement durci

A- Les traitements

1 -traitement durci

A- Les traitements

Principe de fabrication : Le traitement est fabriqué par dépôt sous vide d’oxyde métallique. L’oxyde est porté à sa température de vaporisation. Il se dépose ensuite sous forme d’une très fine couche homogène sur les verres placés dans le carrousel N’y a-t-il aucun reflet sur un verre traité antireflet ? Si, il existe un reflet résiduel vert A quoi est dû ce reflet ? Ce reflet correspond aux lumières monochromatiques pour lesquelles l’antireflet est le moins efficace et qui se réfléchissent sur la surface.