Des verres pas si désordonnés

08 décembre 2017

Résultats scientifiques Matériaux

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 et Irradiation » (CNRS/Université d’Orléans), l’Université 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 rapide, les verres adoptent la structure désorganisée du liquide à l’instant de sa transition liquide-verre. Des recherches récentes ont cependant montré que, à l’échelle de quelques atomes, les molécules présentent une certaine organisation. Dans cette étude, une équipe internationale de chercheurs menée par l’Institut de Physique du Globe de Paris révèle que les verres présentent un réseau relativement ordonné fait d’atomes d’oxygènes liés à des atomes de silicium et d’aluminium, à l’échelle nanomètrique. Les autres éléments, comme le sodium et le potassium, forment des clusters voire des chenaux percolant dans ce réseau alumino-silicaté. La taille de ces veines nanométriques dépendent de la composition du verre et affectent fortement ses propriétés et sa structure. Grâce à des simulations de dynamique 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 de tels nano-arrangements pourraient permettre de modifier les propriétés des verres, et donc de produire de nouveau verres plus résistants à la fracture mais aussi à la corrosion chimique, ouvrant le champ 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.