Dans
les matériaux vitreux, leur rare structure est un
paramètre
essentiel pour comprendre ou prédire leurs
propriétés.
Description
de la
molécule de silice
Chaque
atome de silicium est au centre d’un
tétraèdre lié à
quatre atomes d’oxygène. Les
tétraèdres sont reliés entre eux par
chaque sommet
de sorte que chaque atome d’oxygène est
lié à deux atomes de silicium.
Structure
et
arrangement moléculaire
Pour
comprendre le la structure du verre il faut définir
deux états physiques fondamentaux d’un corps :
Etat solide :
L’arrangement moléculaire est organisé
et
les liaisons entre elles sont fixes
Etat liquide :
Les positions des molécules et les
distances entre elles varient constamment, la structure est
désordonnée
La plupart des liquides sont translucides voir transparent.
Eau, huile, alcool à désinfecter. Cela est du à cause d’une différence
fondamentale entre la structure des liquides et celles des solides. L’organisation
hasardeuse des molécules d’un liquide est un facteur qui permet à la lumière de
passer à travers. Ainsi plus la structure est aléatoire plus la lumière à de
facilité à traverser
Voici
l’arrangement moléculaire dans un
cristal… :
…et
dans un verre :
On
peut observer que chaque
molécule de silice est identique
(tétraèdre, avec en blanc O et en noir Si)
mais où l'organisation des unes et des autres est
désordonnée. Cet état à
cheval entre liquide et solide est appelé
« liquide figé »
ou
encore « solide amorphe» (non
cristallisé), et il posséde certaines propriétés des solides (rigidité) et
certaines autres des liquides (transparence)
Mais si la structure du verre
n’est pas organisée, rien ne lui empêche
a priori de couler.
En effet, certains avaient cru
voir dans le fait que certains vieux vitraux de cathédrales
étaient plus épais
à leur base qu’a leur sommet preuve de la nature
coulante du verre sous l’effet
de la gravité. Mais cela est faux ce la provient simplement
des techniques de
fabrication du verre de l’époque. Le
bloc de verre fondu était roulé,
soufflé, aplati, et finalement mis en rotation dans un
disque avant d'être
coupé en vitres. Les vitres étaient plus
épaisses à la base a cause de la force
centrifuge qui « poussait » le verre vers
ce coté. D’autres
procédé de fabrication sont depuis
utilisé et il permettre
d’avoir un verre de meilleure qualité
Verre
et viscosité
La viscosité (ou
fluidité) est en
mécanique des fluides la capacité d’un
fluide à s’écouler
Lorsque la viscosité
augmente la
capacité du fluide à
s’écouler diminue. Nous savons que la
viscosité du verre
est très élevée (de l’ordre
de 1015 poises
à
température ambiante
pour 0.01 poise pour l’eau). On peut donc dire que le verre
est un liquide
extrêmement visqueux, mais cette thèse reste a ce
jour entièrement
discutable
Stabilité
chimique
Le
verre est un matériau présentant une
très grande inertie
chimique.
Il n’est attaqué que par l’acide
fluorhydrique (HF) et quelques éléments
fortement alcalins.
Le verre craint également ce
qu’on appelle l’irisation. Ce
phénomène apparait lorsque de l’eau reste en contact
avec le verre, des éléments basiques de
celui-ci en sont extraits et une fine couche blanche apparaît
alors altère les
propriétés optiques du verre.
