Le verre de la pyramide du Louvre

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Technè

La science au service de l’histoire de l’art et de la préservation des biens culturels

49 | 2020

Le mobilier Boulle

Le verre de la pyramide du Louvre

Glass and the Louvre Pyramid Patrice Lehuédé

Édition électronique

URL : https://journals.openedition.org/techne/6287 DOI : 10.4000/techne.6287

ISSN : 2534-5168 Éditeur

C2RMF

Édition imprimée

Date de publication : 1 décembre 2020 Pagination : 134-141

ISBN : 978-2-11-152832-1 ISSN : 1254-7867 Référence électronique

Patrice Lehuédé, « Le verre de la pyramide du Louvre », Technè [En ligne], 49 | 2020, mis en ligne le 01 décembre 2021, consulté le 02 juillet 2021. URL : http://journals.openedition.org/techne/6287 ; DOI : https://doi.org/10.4000/techne.6287

La revue Technè. La science au service de l’histoire de l’art et de la préservation des biens culturels est mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d'Utilisation Commerciale - Pas de Modiﬁcation 4.0 International.

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Technè n° 49, 2020 VARIA

Fig. 1. Les bâtiments du Louvre, partiellement vus à travers la pyramide. © DR.

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VARIA Technè n° 49, 2020

Patrice Lehuédé, chercheur bénévole au C2RMF/IRCP ([email protected]).

Introduction

La pyramide du Louvre vient de fêter ses trente ans : elle est maintenant parfaitement intégrée dans le paysage architec- tural de Paris, et les querelles qui ont émaillé ce projet les premiers temps de sa réalisation sont apaisées¹. Le monument est désormais considéré comme un élément du patrimoine parisien au même titre que la tour Eiffel. C’est François Mitterrand, peu après son élection à la présidence de la République, qui a souhaité moderniser et agrandir les espaces muséaux du Louvre. Il commanda la conception du projet à l’architecte américain d’origine chinoise Ieoh Ming Pei (1917- 2019), projet finalement retenu. Une partie importante consistait à offrir une entrée au musée, dans la cour Napoléon, capable d’absorber l’augmentation du nombre de visiteurs attendus suite à l’extension des espaces muséaux. Le projet prévoyait une entrée largement déployée en sous-sol, couverte par une pyramide de verre qui apportait à la fois de l’espace et de la lumière. La pyramide devait être discrète, ce qui a conduit l’architecte à associer le verre à une structure métal- lique la plus fine possible (fig. 1).

Le choix du verre

L’architecte Pei avait des exigences de résistance mécanique, mais aussi de transparence et de couleur, ce qui a nécessité un examen attentif des échantillons de verre in situ (fig. 2). Il voulait que le verre soit aussi transparent que possible, sans déformation de l’image, et que la couleur crème de la pierre des bâtiments existants soit conservée quand le visiteur les regarde à travers le verre, depuis l’intérieur de la pyramide ou même à travers les deux parois de la pyramide quand il est à l’extérieur. Il fallait donc que le verre soit aussi peu coloré que possible et de teinte neutre, voire légèrement jaunâtre.

L’entreprise française Saint-Gobain a été sollicitée pour réali- ser ce projet, et on ne peut pas dire qu’il ait suscité beaucoup d’enthousiasme chez l’industriel, au moins au début, comme le rapporte Marie Crabié² : « À la demande de l’architecte, le président de Saint-Gobain est catégorique : “Si vous aviez mille pyramides, je le ferais pour vous, mais pour une pyramide, jamais”, déclare-t-il. Il ne tardera pourtant pas à changer d’avis lorsque François Mitterrand l’interpelle, et l’architecte d’ajou- ter : “avec un bon client, vous pouvez faire de bonnes choses”. » Abstract. To meet the demands of architect Ieoh Ming Pei, the choice of glass for the Louvre Pyramid posed scientific and technical problems as regards composition, colour, production process, etc. In the end, a classic soda-lime glass with a very low iron content (< 200 ppm) was chosen. To avoid any residual tinted effects, the glass needed to be decoloured. The conventional process of removing colour with manganese could not be used because of the risk of solarisation. Selenium was thus employed to decolour the glass. Manufactured and laminated in the Saint-Gobain

glassworks (Aisne, France), the surface was then polished and finished by another company in England. Then, a layer of polymer foil was sandwiched between two sheets of 10 mm-thick glass, as in modern vehicle windscreens or burglar-proof glass.

Keywords. Glass, Louvre Pyramid, coloration, decoloration, selenium, solarisation, laminated glass, float glass.

Résumé. Pour répondre aux exigences de l’architecte Ieoh Ming Pei, le choix du verre de la pyramide du Louvre a posé des problèmes scientifiques et techniques en termes de composition, couleur, procédé d’élaboration, etc. Finalement, ce choix s’est porté sur un verre sodocalcique classique, mais très pauvre en fer (< 200 ppm). Pour éviter toute teinte résiduelle, il a été nécessaire de décolorer le verre. La décoloration classique au manganèse n’a pas pu être utilisée à cause des risques de solarisation, et c’est la décoloration au sélénium qui a été retenue. Le verre a été élaboré et laminé à l’usine de Saint-Gobain (Aisne), puis douci et poli dans une autre entreprise en Angleterre. Il a ensuite été feuilleté : deux plaques de verre de 10 mm chacune prennent en sandwich une mince feuille de polymère, comme dans les pare-brise modernes ou les verres anti-effraction.

Mots-clés. Verre, Pyramide du Louvre, coloration, décoloration, sélénium, solarisation, verre laminé, verre float.

Patrice Lehuédé

Glass and the Louvre Pyramid

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Fig. 2. François Mitterrand et Ieoh Ming Pei examinant un échantillon de verre de la future pyramide en 1988.

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Cette anecdote traduit en tout cas le fait que les coûts liés à la réalisation d’un tel vitrage, comprenant la phase de recherches préalables et la mise à disposition d’un four dédié à la réalisation du verre, seraient difficiles à amortir, en raison de la faible quan- tité de verre à élaborer (50 tonnes) au regard de la production journalière (600 tonnes) des fours industriels de verre plat (voir plus bas « choix du procédé d’élaboration »). Il est probable que l’insistance de François Mitterrand et les retombées que cette opération pouvait avoir sur l’image de l’industriel ont joué un rôle majeur dans son ralliement au projet.

La question de la résistance mécanique a été relativement simple à régler car elle dépend peu de la composition du verre, mais plus de son état de surface. Le choix s’est porté sur un verre classique silico-sodo-calcique³, du type de celui qui équipe la plupart des fenêtres, avec une planéité et un

état de surface parfaits. L’utilisation du verre feuilleté (composé de deux feuilles de verre recuit, d’un centimètre d’épaisseur chacune dans le cas présent, prenant en sandwich une feuille de polymère, comme dans les pare-brise modernes et dans les vitrages de sécurité) s’est imposée.

La transparence était plus problématique. En effet, pour qu’un objet en verre soit transparent, il faut d’une part que ses surfaces soient parfaitement lisses, ce qui était acquis puisque les surfaces devaient être polies, mécaniquement ou au feu, et d’autre part que le verre ne contienne ni bulles, ni inclusions – comme des infondus ou des fragments de réfrac- taires –, ni hétérogénéités vitreuses. Si les inclusions et les bulles sont pratiquement éliminées par les procédés modernes de fusion et d’affinage du verre, il est beaucoup plus difficile de s’affranchir des hétérogénéités vitreuses. Dans bien des Fig. 3. Images en ombroscopie de sections polies de verre plat (section perpendiculaire à la surface de la feuille de verre et au sens de tirée du four). A : verre sans défauts optiques ; B : verre avec défaut optique. © DR.

Fig. 4. Comparaison des Transmissions lumineuses (TL : pourcentage de lumière que laisse passer le verre) des feuilles de verre considérées en fonction de la longueur d’onde de la lumière qui les traverse.

A = verre sodo-calcique avec 150 ppm de fer total, rédox 0,25, épaisseur 50 mm.

B = verre sodo-calcique avec 800 ppm de fer total, rédox 0,25, épaisseur 4 mm.

Fig. 5. Coefficient d’absorption optique de Fe²⁺ et Fe³⁺ dans un verre silico-sodo-calcique en fonction de la longueur d’onde de la lumière incidente (d’après Bamford, 1977).

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applications en effet, le verre contient de telles hétérogénéi- tés, mais l’art du verrier consiste à les aligner parallèlement à la surface du verre, de sorte qu’elles ne sont pas visibles et ne provoquent pas de déformations de l’image. Ces hétéro- généités vitreuses sont dues à de très légères modifications locales de la composition, qui se traduisent par une variation d’indice optique. Or l’œil est très sensible à ces variations d’indice et détecte facilement une différence d’indice de 10^-4. Un tel changement d’indice peut être provoqué par un enri- chissement du verre en oxyde de calcium de 0,03 % au détri- ment de la silice. On voit ainsi à quel point il est difficile d’obtenir un verre optiquement homogène. Il fallait donc que le procédé de formage permette d’aligner les hétérogénéités parallèlement à la surface (fig. 3).

Restait le problème de la couleur, ou plutôt de l’absence de teinte verdâtre, à laquelle l’architecte était très attaché. En effet, il est difficile de s’affranchir des impuretés (principale- ment du fer sous forme Fe²⁺ et Fe³⁺ naturellement apporté par le sable, porteur de silice coutumier des verres industriels modernes) susceptibles de conférer une légère teinte verdâtre au verre, précisément ce que voulait éviter l’architecte. Or si la couleur d’une vitre, dans des conditions normales d’observa- tion, est peu perceptible quand l’épaisseur du verre est de 4 mm (épaisseur classique pour une vitre montée en simple vitrage, deux fois 4 mm en double vitrage), il n’en est pas de même dans le cas du verre de la pyramide. L’épaisseur de son verre est de 20 mm (deux fois 10 mm), le double si on observe à travers deux faces de la pyramide et, en réalité, cette épaisseur est augmen- tée en raison de l’inclinaison des verres (à 51°). Il faut donc que le verre reste incolore sous 50 mm d’épaisseur.

Il est difficile de baisser la teneur en fer du verre en dessous de 200 ppm (les verres romains de l’Antiquité contiennent habituellement 15 à 25 fois plus de fer⁴). Cependant, une telle teneur est incompatible avec l’absence de couleur sous 50 mm d’épaisseur. La simulation (fig. 4) du spectre optique pour un verre contenant 150 ppm de fer total, mais vu sous 50 mm d’épais- seur (A), comparée au spectre d’un verre classique avec 800 ppm de fer mais vu sous 4 mm (B), fait apparaître clairement que baisser la teneur en fer, dans la limite de ce qu’on peut effec- tuer pour une production industrielle, ne suffit pas pour s’affranchir totale- ment d’une couleur résiduelle gênante.

Puisque l’on peut difficilement baisser la teneur en fer en dessous de 150 ppm, il faut avoir recours à une autre solution : la décoloration. C’est une technique ancienne⁵dans le monde verrier : les Romains la prati- quaient déjà à partir du ii^e siècle avant J.-C.⁶ pour tous les objets en verre qu’ils souhaitaient incolores. Les Vénitiens, pour le verre « cris- tallo » qui a fait la réputation de la cité, l’employaient dès le milieu du xv^e siècle⁷. Une première solution consiste à oxyder le verre (décoloration chimique) lors de son élaboration ; en effet, la coloration bleue apportée par Fe²⁺ est beaucoup plus forte que la coloration jaunâtre apportée par Fe³⁺, comme le montre la figure 5 donnant le coefficient d’absorption optique des deux espèces Fe²⁺ et Fe³⁺ dans un verre en fonction de la longueur d’onde du rayonnement incident. Cela permet de diminuer la contribution assez intense des ions Fe²⁺ qui absorbent dans le rouge (coloration bleue), tout en augmentant la contribution peu intense des ions Fe³⁺ qui absorbent dans le violet-bleu (coloration brune).

Cette oxydation peut être obtenue par l’oxyde d’anti- moine Sb2O58 suivant la réaction :

2Fe²⁺ + Sb⁵⁺G 2Fe³⁺ + Sb³⁺

Mais on peut aussi obtenir un résultat similaire avec le manganèse sous forme MnO2 ou Mn2O39 qui a été utilisé également dès l’époque romaine, suivant la réaction :

Fe²⁺ + Mn³⁺G Fe³⁺ + Mn²⁺

L’oxydation par le manganèse présente un avantage : si on introduit un excès de manganèse au degré 3+ par rapport à ce qui est nécessaire pour oxyder tout le fer au degré 2+, il apporte une coloration violette au verre qui peut compenser physique- ment la teinte résiduelle jaune du verre (décoloration physique). La mise en œuvre pratique de ce type de décolora- tion est déjà décrite par Bontemps dans son Guide du Verrier¹⁰. Il faut noter que la décoloration physique ne rend pas le verre plus transparent, puisqu’elle ajoute une absorption dans une zone où le verre est déjà transparent, mais la courbe Fig. 6. Verre Lalique silico-sodo-calcique solarisé, exposé dans une vitrine

de la chapelle de Douvres-la-Délivrande. © M.-C. Lionnet.

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139 d’absorption du verre est « plate » dans tout le domaine visible :

le verre apparaît alors légèrement gris. Cette solution au manganèse a été largement employée depuis l’époque romaine jusqu’à nos jours, parce qu’elle est relativement facile à mettre en œuvre et peu onéreuse. Elle présente toutefois un inconvé- nient majeur pour un verre susceptible d’être exposé long- temps au rayonnement solaire, ce qui est évidemment le cas du verre de la pyramide. Le verre peut se solariser¹¹ et virer au violet, sous l’effet des photons UV qui conduisent de façon simultanée à la réduction de Fe³⁺ en Fe²⁺ et à l’oxydation de Mn²⁺ en Mn³⁺, suivant une réaction du type :

Fe³⁺ + Mn²⁺G Fe²⁺ + Mn³⁺

Mn³⁺ étant responsable de la coloration violette du verre.

Ces phénomènes sont bien connus et redoutés par les verriers.

Un bel exemple de ce phénomène se trouve dans la chapelle de Douvre-la-Délivrande où les objets en verre de René Lalique datant de 1931 sont souvent devenus légèrement pourpres sous l’action des UV (fig. 6) et ont été restaurés entre 1995 et 2003 en recuisant le verre ; le manganèse revient alors à son état d’oxydation stable Mn²⁺, qui est incolore. Et pour protéger ces verres d’une nouvelle solarisation, ils ont été doublés à l’extérieur par un nouveau vitrage classique sans manganèse qui absorbe les UV.

Pour le verre de la pyramide, la décoloration au manga- nèse étant exclue du fait du fort risque de solarisation au cours du temps, il fallait trouver une autre solution et la déco- loration physique par le sélénium a été retenue. Ce procédé a été utilisé dès le début du xx^e siècle¹², mais les mécanismes mis en jeu sont encore discutés actuellement : la coloration

par le sélénium est beaucoup plus problématique que celle par le manganèse. En effet, le sélénium existe sous 4 degrés d’oxydation (Se⁶⁺, Se⁴⁺, Se°, Se^2-)¹³, et seul Se° donne une coloration rose tandis que Se^2-, combiné au fer sous la forme du chromophore FeSe, donne une couleur brun rougeâtre intense (fig. 7), les autres degrés d’oxydation ne générant pas de couleur. Les verres roses (au sélénium Se°) et gris (contenant du sélénium Se°, un peu de fer et une trace de cobalt pour rendre le spectre d’absorption pratiquement uniforme) existent pour des applications dans le secteur du bâtiment.

Dans le cas de la décoloration, le sélénium seul laisse une légère teinte jaune qui, si elle est gênante, peut être compen- sée en ajoutant une trace de cobalt¹⁴.

En tout état de cause, le contrôle du rédox¹⁵ lors de l’éla- boration du verre est primordial puisque c’est lui qui va déter- miner la proportion de Se°, Se^2-. Une fusion en atmosphère neutre ou légèrement oxydante est nécessaire¹⁶ pour déplacer les équilibres en faveur de Se° et SeFe. La coloration par Se°

et FeSe étant très intense, une teneur en sélénium de l’ordre de 1 ppm a été suffisante pour décolorer le verre de la pyramide qui contenait 150 ppm de fer.

Un autre problème est lié au comportement du sélénium : il tend à se volatiliser lors de l’élaboration du verre, dans des proportions importantes (80 % ou plus) qui dépendent beaucoup de la conduite du four (température, atmosphère, etc.), de la composition du verre et de son rédox¹⁷. Ce comportement rend très instable la décoloration par le sélénium et d’impor- tants travaux de recherche réalisés à Saint-Gobain Recherche ont été nécessaires pour déterminer une composition et des conditions d’élaboration d'un verre répondant aux exigences de l’architecte.

Choix du procédé d’élaboration

Enfin, une fois la nature du verre et le choix du type de déco- loration arrêtés, il était nécessaire élaborer ce verre. Les usines qui fournissaient l’immense majorité du verre plat (pour les vitrages bâtiment ou automobile) utilisaient le procédé dit « float¹⁸ ». Les fours employés dans ce procédé produisent 600 tonnes de verre par jour, soit 24 000 m² de verre de 10 mm d’épaisseur : quelques heures auraient donc été suffisantes pour réaliser la commande de la pyramide qui nécessitait 2 000 m² de verre. Toutefois, ces fours fonction- nant en continu, une période de transition de quelques jours était indispensable pour passer d’un verre standard à 800 ppm de fer au verre recherché à 150 ppm de fer, et autant pour revenir au verre à 800 ppm de fer. Il en aurait résulté une perte de production importante que la modestie de la commande pouvait difficilement justifier.

Un autre procédé de formage a donc été choisi, similaire à celui qui a fait la gloire de Saint-Gobain pendant des siècles : la glace polie. Le verre a été élaboré dans un petit four électrique plus adapté à des productions de faible tonnage, situé dans l’usine historique de la ville de Saint-Gobain (dans l’Aisne), puis laminé¹⁹ entre deux rouleaux lamineurs lisses Fig. 7. Coefficient d’absorption de Se° (Rose sélénium)

et FeSe (Fer sélénium) dans un verre silico-sodo-calcique en fonction de la longueur d’onde de la lumière incidente (d’après Bamford, 1977).

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à la sortie du four de façon à obtenir une feuille de verre d’épaisseur supérieure à 10 mm²⁰. Il a ensuite été douci (opération qui consiste à abraser les surfaces du verre de façon à obtenir des surfaces rigoureusement planes) et poli à l’aide d’abrasifs, chez un concurrent en Angleterre²¹. Les 603 losanges et 70 triangles constituant la pyramide ont ensuite été feuilletés (avec une feuille de PVB : polyvinyle de butyral) avant d’être collés sur la structure métallique. Par mesure de sécurité, l’équivalent de deux pyramides de verre a été élaboré pour faire face à d’éventuels remplacements ultérieurs liés à des casses. Cette précaution s’est avérée super- flue et une partie du stock de verre restant a pu être mis en vente à l’occasion du 30^e anniversaire de la pyramide.

Conclusion

Le défi lancé par l’architecte pour le verre de la pyramide du Louvre a été relevé : la pyramide vient de fêter ses 30 ans. Elle est maintenant parfaitement intégrée dans le paysage archi- tectural parisien et elle a conservé ses propriétés initiales

telles que la légèreté, la transparence, la solidité et l’absence de couleur gênante. La mise au point de ce verre spécial et sa fabrication ont, certes, été délicates, mais pas inutiles puisque tous les grands fabricants de verre plat proposent maintenant des verres à très bas taux de fer (< 200 ppm), pour des applications solaires qui nécessitent une transmission lumineuse importante, mais aussi pour des vitrines (musées, magasins) pour lesquelles l’absence de coloration est déterminante.

Néanmoins, il est probable que l’architecte ajouterait aujourd’hui des contraintes au cahier des charges, celles du contrôle solaire et de l’isolation thermique. Quiconque a visité la pyramide en été a pu constater que la gestion des flux thermiques est décevante : trop de chaleur apportée par le soleil en été et isolation médiocre en hiver²². En effet, un verre à très faible teneur en fer (et donc en Fe²⁺) est très transparent dans le visible et dans le proche infra-rouge, lais- sant passer la plus grande partie du flux énergétique du soleil.

Des solutions plus efficaces de ce point de vue existent aujourd’hui (verres à couches, doubles vitrages…), mais il est probable qu’elles impliqueraient une moindre exigence en termes de transmission optique et légèreté.

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Notes

1. Mardrus, 2019, p. 24.

2. Crabié, 2019.

3. La composition de ce type de verre est (en % en poids d’oxyde) : SiO2 =71,5, Al2O3 = 0,5, Na₂O = 14, CaO = 10, MgO = 4, SO₃ = 0,3.

4. Rehren, Freestone, 2015, p. 235.

5. Davison, 1989, p. 7.

6. Abd-Allah, 2009, p. 39.

7. Verità, 1989, p. 63.

8. Jackson, 2005, p. 764.

9. Jackson, 2005, p. 764 ; Cholakova, Rehren, 2018, p. 57 ; Bidegaray et al., 2019, p. 1.

10. Bontemps, 1868, p. 90.

11. Davison, 1989, p. 193.

12. Weyl, 1999, p. 283.

13. Muller-Simon et al., 2001, p. 284 ; Jitwatcharakomol, 2005, p. 13.

14. Chopinet, 2004, diapo. 34.

15. Le rédox caractérise le degré d’oxydo-réduction du verre. Il s’exprime par le rapport Fe²⁺/(Fe²⁺ + Fe³⁺) où Fe²⁺ et Fe³⁺

représentent respectivement la concentration du verre en fer au degré d’oxydation 2 et 3.

16. Bamford, 1977, p. 112.

17. Lacourse et al., 1994, p. 7.

18. Barton, Guillemet, 2005, p. 250.

Le procédé « float » consiste à couler, directement à la sortie du four, le verre fondu, sur un bain d’étain en fusion (vers 1 100 °C), sous pression partielle d’hydrogène, puis à le faire flotter vers l’autre extrémité du bain d’étain où règne une température beaucoup plus basse, vers 600 °C. À cette température, le verre est suffisamment rigide pour être soulevé du bain d’étain et transporté sur des rouleaux métalliques dans le four de recuis- son où il subit un refroidissement parfaitement contrôlé pour éviter toute contrainte thermique. Ce procédé permet d’obtenir des feuilles de verre de 3,2 m de large pour une longueur de 6 m (le ruban est découpé à 6 m de longueur pour des questions pratiques) ; réaliser des feuilles de 10 mm d’épaisseur ne pose aucun problème avec ce procédé.

19. Barton, Guillemet, 2005, p. 248.

20. Ce procédé de formage par laminage a été très utilisé au début du xx^e siècle pour faire du verre « imprimé ». Il consiste à faire passer, directement à la sortie du four, le verre chaud, entre deux rouleaux lamineurs dont l’un présente souvent un dessin en relief qui

s’imprime sur le verre. On obtient ainsi des verres qui laissent passer la lumière mais pas l’image, compte tenu de l’état de surface. Ces verres sont très utilisés dans les salles de bains, mais aussi par certains artistes pour réaliser des vitraux. Si les deux rouleaux lamineurs sont lisses, on obtient un verre dont la planéité et l’état de surface sont médiocres.

21. Ces opérations, dans les années 1960, étaient réalisées en ligne, juste après le laminage du verre, et Saint-Gobain excellait dans ce domaine. Mais l’arrivée du procédé

« float » à la même époque a complètement supplanté l’ancien procédé, parce qu’il per- mettait d’obtenir un verre de qualité similaire à celle obtenue selon le procédé de la glace polie en s’affranchissant des opérations de doucissage et de polissage, ce qui réduisait sensiblement les coûts de fabrication. Saint- Gobain ne disposait plus des outils de fabrication selon le procédé de la glace polie en 1985.

22. Carreau, 2013.

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Document inédit

Jitwatcharakomol T., 2005, Optimization and Control of Selenium Chemistry and Color in Flint Glass Melts. Thèse sous la direction de M. Reinhard Conradt et Andreas Kasper, soutenue à la faculté d’Aix-la- Chapelle.