• Matière minérale
• Matière organique
• Polycarbonate

Les matériaux minéraux standards (1.5 et 1.6)

• Le verre minéral d’indice 1.5 est le matériau traditionnel de l’optique ophtalmique. Il est constitué à 60-70 % d’oxyde de Silicium et pour le reste de composants divers comme les oxydes de Calcium, Sodium et Bore.
• Le verre minéral d’indice 1.6 tend à devenir aujourd’hui le nouveau standard de l’optique ophtalmique. Son indice plus élevé est obtenu par l’adjonction dans le mélange d’une proportion significative d’oxyde de Titane.

Les matériaux minéraux teintés masse

La coloration dans la masse des matériaux minéraux est obtenue par l’incorporation dans leur composition de sels métalliques aux propriétés d’absorption spécifiques : par exemple, des sels de Nickel et Cobalt (pourpres) ; Cobalt et Cuivre (bleus) ; Chrome (vert) ; Fer, Cadmium (jaune) ; Or, Cuivre, Sélénium (rouges), etc. Ces matériaux teintés masse sont utilisés essentiellement pour la fabrication de série des verres afocaux (sans correction) solaires ou de protection. Il existe aussi quelques matériaux faiblement teintés masse - en brun, gris, vert ou rose - et spécifiquement filtrants qui sont utilisés pour la fabrication des verres correcteurs mais leur usage est aujourd’hui en net déclin. Ils présentent en effet l’inconvénient d’offrir une intensité de teinte fonction de l’épaisseur du verre.

Les matériaux photochromiques

Le photochromisme est la propriété d’un matériau à réagir à l’intensité du rayonnement solaire par une modification de ses propriétés d’absorption de la lumière. Son principe de base - commun aux matériaux photochromiques minéraux et organiques - est de s’obscurcir sous l’effet du rayonnement U.V. et de s’éclaircir sous l’effet de la chaleur ambiante et ce, de manière indéfiniment réversible. Ce phénomène est obtenu par l’activation de molécules de substances photochromiques incorporées dans le matériau. L’absorption du matériau est déterminée à tout instant par l’équilibre entre le nombre de molécules photosensibles activées par la stimulation U.V. et le nombre de molécules désactivées par la chaleur.
Les matériaux photochromiques sont obtenus par l’introduction dans la matière de cristaux d’halogénure d’Argent qui, réagissant aux ultraviolets, provoquent l’assombrissement du verre. C'est en fait un peu le principe de la plaque photographique, si ce n'est que le phénomène est réversible. Pour les verres minéraux, la teinte se fait dans la masse, et dans les verres organiques, c'est la plupart du temps un traitement de surface.

Les matériaux minéraux hauts indices (1.7 , 1.8 , 1.9)

Les verriers cherchent depuis de nombreuses années à toujours élever l’indice de réfraction des matériaux tout en maintenant le chromatisme à un niveau faible (chromatisme: dispersion de la lumière). Pour cela, des éléments chimiques nouveaux ont été régulièrement introduits dans la composition des matériaux. Ainsi sont apparus, vers 1975, les verres au Titane d’indice 1.7 et constringence 41, puis vers 1990, les verres au Lanthane d’indice 1.8 et constringence 34 et enfin, vers 1995, les verres au Niobium d’indice 1.9 et constringence 30. Ces matériaux permettent de réaliser des verres de plus en plus minces mais sans réduction très significative du poids.En effet, l’accroissement de l’indice de réfraction du matériau s’accompagne d’une augmentation de sa densité qui minore le gain de légèreté attendu de la réduction du volume du verre.

Le verre organique

Les matières organiques peuvent être divisées en 2 groupes : - les matières thermodurcissables qui ont la propriété de se durcir sous l’action de la chaleur et de ne plus pouvoir être ramollies par la suite ; à ce groupe appartiennent la plupart des résines utilisées en optique ophtalmique et en particulier le CR 39, - les matières thermoplastiques qui ont la propriété de se ramollir sous l’action de la chaleur et de pouvoir être formées à chaud ou moulées par injection : le polycarbonate en est un bon exemple.

Le matériau organique de base (CR39)

Le CR 39 est une résine thermodurcissable polymérisable c’est-à-dire qu’il se présente à la base sous la forme d’un liquide (le monomère) qui est durci par polymérisation sous l’effet de la température et d’un catalyseur. La polymérisation est une réaction chimique qui consiste en l’enchaînement de plusieurs molécules identiques (du monomère) pour donner naissance à une nouvelle molécule (le polymère) de dimensions et propriétés différentes. Dans le cas du CR 39, ce polymère est réticulé (c’est-à-dire constitué d’un réseau tridimensionnel) ce qui a pour particularité de le rendre infusible, insoluble, résistant aux solvants et dimensionnellement stable. Le CR 39 présente pour l’optique ophtalmique un certain nombre de caractéristiques qui sont à l’origine de son succès : un indice de réfraction de 1.5 (proche de celui du verre minéral standard), une densité de 1.32 (près de la moitié de celle du minéral) et une constringence de 58-59 (donc un très faible chromatisme), une grande résistance aux chocs, une excellente transparence et de multiples possibilités de coloration. Son défaut majeur par rapport au verre minéral est sa faible résistance à l’abrasion.

Les matériaux organiques teintés

Les matériaux organiques teintés masse sont exclusivement utilisés pour la fabrication des verres afocaux solaires. Ils sont obtenus par l’adjonction de colorants avant la polymérisation et permettent de produire en grande série des verres plans de toutes teintes et intensités. Dans ces matériaux sont généralement incorporés des absorbeurs U.V. améliorant la protection contre ces radiations.

Les matériaux organiques photochromiques

L’effet photochromique est obtenu par l’introduction dans la matière de composés photosensibles qui, sous l’action de radiations ultraviolettes spécifiques, subissent un organiques teintés changement de leur structure qui provoque une modification des propriétés d’absorption de la matière. L’introduction des composés est réalisée selon deux procédés principaux : soit avant la polymérisation, par mélange avec le monomère liquide (cas des verres Sun IV); soit après la polymérisation, par imprégnation en surface (cas des verres Transitions). Le photochromisme des matériaux organiques est généralement obtenu par l’introduction de plusieurs colorants ; l’effet photochromique global résulte de la combinaison des effets photochromiques associés à chacun d’entre eux.

Les matériaux organiques à moyen et haut indices

Les matériaux organiques à moyen (n < 1.56) et haut indice (n > 1.56) connaissent depuis quelques années un grand essor. Par rapport au CR 39 traditionnel, ils permettent de fabriquer des verres plus minces et encore plus légers. Ils ont d’une manière générale une densité proche de celle du CR 39 (entre 1.20 et 1.40), un chromatisme plus élevé (constringence < 45), une plus grande sensibilité à la chaleur et offrent en général une meilleure protection contre les U.V. Ces matériaux présentent l’inconvénient d’être sensibles à la rayure au point d’exiger un traitement antirayure systématique de leur surface. Ils peuvent, le plus souvent, être colorés et traités antireflet. Aujourd’hui en plein développement, ces matériaux sont promis à un grand avenir.
a/ Résines thermodurcissables
La plupart des matériaux organiques à moyen et haut indices disponibles aujourd’hui sont des résines thermodurcissables. L’augmentation de l’indice de réfraction y est obtenue selon l’une des deux techniques suivantes : - soit par modification de la structure électronique de la molécule de départ avec, par exemple, l’introduction de structures aromatiques, - soit par introduction dans la molécule de départ d’atomes lourds comme ceux des halogènes (Chlore, Brome...) ou de Soufre. Le principe de fabrication des verres en ces matériaux est similaire à celui décrit plus haut pour le CR 39.
b/ Résines thermoplastiques : le polycarbonate
Du point de vue chimique, le polycarbonate est un polymère linéaire thermoplastique à structure amorphe dont le squelette carboné est constitué d’une succession de radicaux Carbonate (-CO3) et Phénol (-C6H5OH). Il est le plus souvent fabriqué selon la réaction chimique, dénommée “polycondensation”.
Le polycarbonate présente des avantages qui le rendent particulièrement intéressant pour l’optique ophtalmique : une excellente résistance aux chocs (plus de 10 fois celle du CR 39), un indice de réfraction élevé (ne = 1.591, nd = 1.586), une grande légèreté (masse volumique = 1.20 g/cm3), une protection efficace contre les ultraviolets (coupure U.V. à 380 nm) et une grande résistance à la chaleur (point de ramollissement supérieur à 140 °C). Comme tous les matériaux organiques d’indice élevé, le polycarbonate est un matériau tendre qui doit être systématiquement revêtu d’un vernis antirayure. Sa constringence est relativement faible (ne= 31, nd= 30), mais sans effets sensibles pour la majorité des porteurs. Ses possibilités de coloration et de traitement antireflet approchent aujourd’hui celles des autres matériaux organiques : le polycarbonate étant difficilement teintable, la coloration est généralement obtenue par imprégnation d’un revêtement colorable déposé sur la face arrière du verre; le traitement antireflet est réalisé de manière analogue à celle des autres matériaux.
Un de ses prinpaux défauts est qu'il réagit mal aux solvants, donc attention aux taches de peintures !
Actuellement de nouveaux matériaux aux propriétés mécaniques équivalentes sont en passe de remplacer le polycarbonate, comme par exemple le PPG Trivex TM .