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Posté par Redbran le Vendredi 15/12/2017 à 12:00
La longue mémoire des surfaces de verre
Les surfaces de verre conservent à l'état solide une mémoire de la direction dans laquelle elles se sont écoulées à l'état liquide. C'est le résultat surprenant que viennent de publier dans la revue Physical Review Letters des chercheurs des unités de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique...) PMMH, SIMM et Neurophotonics Laboratory, en collaboration avec l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment où...) de Southampton.

À l'état solide un verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium (silice SiO2) et de fondants, le...) garde le souvenir du liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) qu'il fut à haute température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est...) avant de figer sous l'effet d'un refroidissement rapide. La structure atomique d'un verre est quasiment la même que celle d'un instantané du liquide. On sait de la même façon que la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière...) d'un verre est extrêmement lisse parce qu'on y retrouve, figées, les fluctuations passées d'une interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de l’autre pour pouvoir...) liquide. La rugosité associée à ces fluctuations liquides figées est infime, quelques fractions de nanomètres et correspond à une valeur minimum prédite par la thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur et des machines thermiques ou la science des grands systèmes en équilibre. La première définition est aussi la première dans...) à l'équilibre.


© PMMH, SIMM, Neurophotonics Laboratory, Université de Southampton
Schéma de principe de l'étirage d'une fibre optique (Une fibre optique est un fil en verre ou en plastique très fin qui a la propriété de conduire la lumière et sert dans les transmissions terrestres et océaniques de données. Elle...) à coeur photonique avec deux images AFM montrant la rugosité isotrope (anisotrope) avant (après) la zone d'étirage à haute température.

Les chercheurs ont montré que cette limite pouvait être franchie: des interfaces de verre, qui à l'état liquide ont été soumises à des contraintes mécaniques très élevées sont jusqu'à 40 % plus lisses que la limite attendue. Pour obtenir ce résultat, les chercheurs ont eu recours à la haute sensibilité de la microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des éléments invisibles à...) à force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles « force (vertu) » et...) atomique (AFM). Ils ont mesuré la rugosité d'interfaces de verre produites dans des conditions très loin de l'équilibre: des fibres optiques à coeur photonique et des capillaires de silice produits par étirage à haute température. Les surfaces de verre obtenues sont extraordinairement lisses: leur rugosité est de l'ordre de 0.15 nanomètre, soit l'équivalent d'une seule distance interatomique dans un verre de silice ! De façon plus surprenante encore, les fluctuations de la surface du verre sont atténuées spécifiquement le long de la direction de l'étirage. En d'autres termes, ces surfaces de verre gardent le souvenir de la direction dans laquelle elles ont été étirées à l'état liquide.

Au delà de leur intérêt fondamental, ces travaux trouvent une application directe dans le cadre du développement des nouvelles fibres optiques à coeur photonique. Réduire la rugosité des interfaces de verre en deçà de la limite attendue permet en effet de réduire les pertes par diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une information), voire de...) de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à...) et donc d'améliorer la transmission de ces fibres au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale...) desquelles la lumière est guidée le long du coeur creux d'une microstructure type nid (Le nid désigne généralement la structure construite par les oiseaux pour contenir leurs œufs et fournir un premier abri à leur progéniture. Les nids sont généralement fabriqués à...) d'abeille.

Ces travaux ont été effectués dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours...) européen ModeGap: "Multimode Capacity Enhancement with Photonic Band-Gap Fibres" et ont bénéficié du soutien de la région Ile-de-France via le DIM OxyMore.

Références publication:
Anisotropic super-attenuation of capillary waves on driven glass interfaces
B. Bresson, C. Brun, X. Buet, Y. Chen, M. Ciccotti, J. Gâteau, G. Jasion, M. N. Petrovich, F. Poletti, D. J. Richardson, S. R. Sandoghchi, G. Tessier, B. Tyukodi, and D. Vandembroucq
Phys. Rev. Lett. 119, 235501 (5 décembre 2017)
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.235501

Contact chercheur:
Damien Vandembroucq ? Laboratoire de Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un...) et mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou transmet...) des milieux hétérogenes (PMMH, CNRS/ESPCI Paris/UPMC/Université Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la Marne et de la...) Diderot)

Source: CNRS-INSIS
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