Traitements du verre photovoltaïque : clarifier les terminologies et performances

Traitements du verre photovoltaïque : clarifier les terminologies et performances

Différents traitements permettent d’améliorer les performances mécaniques du verre, notamment en termes de charge statique (en Pa) et de résistance à la grêle (norme IEC 61215 complétée par l'IEC TS 63397:2022 et norme RG). Toutefois, les terminologies employées par les fabricants portent à confusion sur les performances réelles des panneaux solaires. 

Avant de se pencher sur les différentes terminologies et leurs performances respectives, il s’agit de bien comprendre comment fonctionne le trempage du verre :

Trempage du verre

0. Finitions avant la trempe

Une fois trempé, le verre ne peut plus être travaillé (sinon il éclate immédiatement). C’est pourquoi certaines opérations doivent être effectuées avant le passage dans le four :
  1. Perçage de trous (pour les fixations, attaches ou boites de jonction)
  2. Découpes sur mesure
  3. Ponçage et polissage des bords
Ces étapes sont essentielles car les arêtes vives et les microfissures aux extrémités peuvent entrer des concentrations de contraintes et provoquer une rupture prématurée. 
Si l'on s'arrete à cette étape, on obtient du verre recuit, obtenu par un refroidissement lent, ce qui ne génère aucun renforcement mécanique. En raison de sa faible résistance, ce cas de figure est absent dans l’industrie photovoltaïque.

1. Phase de chauffage 

  1. Le verre est placé sur des rouleaux en céramique qui le transportent à travers le four de trempe et chauffé à une température comprise entre 600 et 700°C, proche de son point de ramollissement.
  2. Ce chauffage doit ainsi être uniforme pour éviter toute distorsion ou fragilité en faisant très attention à l'état de surface du verre. 

2. Phase de refroidissement rapide (trempe) 

  1. Une fois chauffé, le verre est immédiatement refroidi par des jets d’air sous haute pression provenant de multiples buses.
  2. Les surfaces externes refroidissent en premier, tandis que l’intérieur reste chaud plus longtemps.
  3. Lorsque l’intérieur finit par refroidir, il se contracte (et le cœur intérieur "tire" ainsi sur la couche extérieure), créant ainsi :
    1. Des contraintes de compression en surface (qui renforcent le verre).
    2. Des contraintes de traction à l’intérieur (qui équilibrent les tensions).
  4. C’est cette distribution des contraintes résiduelles qui confère au verre trempé sa grande résistance et n'altère pas ses propriétés optiques

Cas des fines épaisseurs de verre

La trempe repose sur un refroidissement différentiel : la surface doit refroidir plus vite que le cœur. Or, un verre fin (≤ 2 mm) refroidit de manière uniforme, empêchant la création de contraintes internes suffisantes pour une trempe complète. Résultat : la trempe échoue et le verre reste simplement renforcé (heat-strengthened ou semi-trempé) au lieu d’être totalement trempé. Un verre mince est aussi très sensible aux variations thermiques. Lors du refroidissement brutal, il peut aussi se déformer (effet de vagues) ou même se briser dans le four sous l’effet des chocs thermiques.

Différents degrés de traitement thermique

On distingue ainsi plusieurs types de verre en fonction de leur degré de traitement thermique. Les plus processus de traitement possibles sont listés ci dessous suivis de différentes terminologies /traductions que les fabricants peuvent utiliser sur les fiches techniques. 

Verre semi-trempé ("Durci", "Heat-Strengthened", "Semi-Tempered", "Verre Solaire Trempé", "Heat-Treated")

Ce type de verre est obtenu par un refroidissement modérément rapide, induisant une contrainte de surface comprise entre 24 et 60 MPa (selon GB/T 17841-2008) ou 24 à 52 MPa (selon ASTM C1048-18).
  1. Applicable à des épaisseurs variées (2 à 3.2 mm) lorsque la trempe complète n’est pas applicable.
  2. Couramment utilisé dans le cas du bi-verre.
  3. Résistance mécanique est environ 2 fois plus résistant que le verre recuit mais inférieure au verre trempé.
  4. Se brise en fragments plus petits que le verre recuit mais plus grands que le verre trempé.
  5. Moins de risque de casse spontanée par rapport au verre trempé.

Verre trempé ("Fully Tempered", "high resistance")

Ce verre est obtenu par un refroidissement rapide, générant une contrainte de surface d’au moins 90 MPa (GB 15763.2-2005) ou 69 MPa (ASTM C1048-18). 
  1. Généralement utilisé en épaisseur 3.2 mm pour les panneaux avec backsheet.
  2. Au moins 5 fois plus résistant que le verre recuit.
  3. Fournit la meilleure résistance mécanique pour les panneaux solaires en verre simple.
  4. Se brise en petits fragments arrondis sur l’ensemble du panneau.
  5. Peut être sujet à une casse spontanée due aux inclusions de sulfure de nickel (NiS), qui provoquent une dilatation différée entraînant la rupture du verre. Toutefois, ce phénomène reste négligeable grâce à un contrôle qualité optimal et l’ajout d’un traitement "Heat Soak" qui réduit le risque de rupture.

Verre chimiquement trempé (non exploité dans le photovoiltaique)

Ce procédé consiste à plonger le verre dans un bain de sel fondu afin d’échanger les ions sodium de la surface avec des ions potassium (plus gros et au comportement chimique similaire), générant une contrainte de compression qui renforce le verre.
  1. Performances mécaniques similaires au verre trempé thermiquement mais applicable aux fines épaisseurs (< 2 mm).
  2. Utilisé dans certaines applications spécifiques mais pas encore exploité dans le photovoltaïque car plus couteux que la trempe thermique.
  3. Pourrait devenir économiquement viable avec l’essor de l’industrie solaire et permettre de renforcer les feuilles de verre minces. De plus, des études sur le potentiel bénéfice de la trempe chimique sur le phénomène de PID sont en cours.

Que peut on en tirer ?

L’absence de standardisation stricte dans les appellations des traitements du verre complique l’évaluation de la résistance réelle des modules photovoltaïques. Cette variabilité, associée à une compréhension parfois limitée de l’impact du traitement thermique, peut conduire à des choix inadaptés. 
Avec l’intensification des épisodes de grêle, il est essentiel d’exiger des données techniques précises sur la résistance mécanique des verres utilisés. Se fier uniquement aux terminologies utilisés par les fabricants (parfois trompeuses comme "Verre solaire trempé" pour du verre en réalité semi-trempé par exemple) peut entraîner des risques pour la durabilité des installations.
Chez Synapsun, nous suivons de près ces aspects en précisant clairement les traitements appliqués aux verres selon leur épaisseur. Ainsi, vous pouvez choisir la configuration la mieux adaptée à vos besoins. Retrouvez les produits que nous proposons sur notre portail en consultant le champ "Type de verre" dans les caractéristiques techniques.


Sources :

  1. The Glass Tempering Handbook (01/2016) Disponible sur: https://belglas.com/wp-content/uploads/2016/01/theglasstemperinghandbook.pdf
  2. Growing Panes: Investigating the PV Technology Trends Behind Frequent Early Failures in Modern Glass–Glass Modules  (01/2025) Disponible sur: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=10847304
  3. Arcon Semi-tempered glass (01/2025) Disponible sur: https://www.arcon-glass.com/service/lexicon/d-semi-tempered-glass-2090215870#:~:text=Semi%2Dtempered%20glass%20consists%20of,DIN%20EN%20ISO%201863%2D1.
  4. Module Glass Impacts Hail Resiliency (01/2023) Disponible sur: https://retc-ca.com/news/module-glass-impacts-hail-resiliency
  5. Chemically strengthened cover glass for preventing potential induced degradation of crystalline silicon solar cells (06/2013) Disponible sur: https://www.researchgate.net/publication/271553484_Chemically_strengthened_cover_glass_for_preventing_potential_induced_degradation_of_crystalline_silicon_solar_cells
  6. Heat-Treated Glass Processes (08/2024) Disponible sur: https://glassed.vitroglazings.com/topics/heat-strengthened-vs-tempered-glass