Des verres pas si désordonnés
Publié par Redbran le 19/12/2017 à 12:00
Source: CNRS-INC
Alors que la structure moléculaire des verres est considérée comme aléatoire à grande échelle, une équipe internationale menée par des chercheurs de l'Institut de Physique du Globe de Paris (CNRS/Université Sorbonne Paris cité) en collaboration avec le laboratoire "Conditions Extrêmes et Matériaux: 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...) et Irradiation (En physique nucléaire, l'irradiation désigne l'action d'exposer (volontairement ou accidentellement) un organisme, une substance, d'un corps à un flux de rayonnements ionisants : rayons alpha,...)" (CNRS/Université d'Orléans), 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...) de Cambridge et l'Aberystwyth University, vient de révéler comment la structure des verres et liquides alumino-silicatés présente des nano-arrangements affectant grandement leurs propriétés. Ces travaux sont publiés dans Scientific Reports.



Obtenus par trempe (La trempe ou trempage est un traitement thermique consistant en un refroidissement rapide d'un matériau pour obtenir des propriétés mécaniques particulières. On...) rapide, les verres adoptent la structure désorganisée du liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) à l'instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être...) de sa transition liquide-verre. Des recherches récentes ont cependant montré que, à l'échelle de quelques atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement...), les molécules présentent une certaine organisation (Une organisation est). Dans cette étude, une équipe internationale de chercheurs menée par l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et...) du Globe de 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...) révèle que les verres présentent un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud (node) l'extrémité...) relativement ordonné fait d'atomes d'oxygènes liés à des atomes de silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.) et d'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec 1,5 % de la masse totale.), à l'échelle nanomètrique. Les autres éléments, comme le sodium (Le sodium est un élément chimique, de symbole Na et de numéro atomique 11. C'est un métal mou et argenté, qui appartient aux métaux alcalins. On ne le trouve pas à l'état de corps pur...) et le potassium (Le potassium est un élément chimique, de symbole K (latin : kalium, de l’arabe :...), forment des clusters voire des chenaux percolant dans ce réseau alumino-silicaté. La taille de ces veines nanométriques dépendent de la composition du 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...) et affectent fortement ses propriétés et sa structure. Grâce à des simulations de dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) moléculaires mettant en jeu des milliers d'atomes et en comparant les résultats de ces simulations aux expériences, ils ont visualisé la dynamique des liquides parents et la structure des verres obtenus.

Contrôler la présence et quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.) de tels nano-arrangements pourraient permettre de modifier les propriétés des verres, et donc de produire de nouveau verres plus résistants à la fracture (En traumatologie, le terme de fracture désigne par définition une solution de continuité osseuse ("rupture" des os).) mais aussi à la corrosion chimique, ouvrant le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) à d'innombrables applications industrielles. Ces résultats peuvent également jouer un grand rôle pour la compréhension des propriétés des magmas et des laves et jouer un rôle fondamental pour comprendre les précurseurs des grandes éruptions volcaniques.

Référence publication:
C. Le Losq, D. R. Neuville, W. Chen, P. Florian, D. Massiot, Z. Zhou & G.N. Greaves
Percolation channels: a universal idea to describe the atomic structure and dynamics of glasses and melts
Scientific Reports 28 novembre 2017
doi:10.1038/s41598-017-16741-3

Contact chercheur:
Daniel R. Neuville, Institut de Physique du Globe de Paris
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