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Matériaux

Le verre, un matériau… embouteillé

verre vdl

© D. Lhote / SPEC / CEA

Dans le laboratoire de Saclay, les chercheurs utilisent le glycérol comme matériau modèle pour comprendre le passage à l'état vitreux. Ici, ils observent sa réaction aux variations de température.


Le verre ne coule pas. C'est évident ! On l'utilise tous les jours, et ses caractéristiques mécaniques, dignes d'un solide, sont indéniables : il est dur et capable de se briser (ou plus exactement de se rompre). Pourtant, l'étude de sa structure microscopique révèle un matériau aussi désordonné qu'un liquide… Alors, pourquoi ne coule-t-il pas ? Soyons clair : cette énigme de la physique reste à ce jour irrésolue1. Mais des chercheurs montpelliérains du Laboratoire des colloïdes, verres et nanomatériaux (LCVN)2, aidés d'une équipe du CEA / Saclay, livrent aujourd'hui une nouvelle description du phénomène qui pourrait permettre de l'élucider. Plus précisément, ils ont mis en évidence la dynamique collective des molécules du verre. Décryptage.

Hypothèses et travaux se sont multipliés ces dernières années pour comprendre pourquoi le verre se fige dans son état liquide. Avec une idée récurrente : « Dans un système, une évolution n'est possible que si les particules coopèrent pour réorganiser leur structure », explique Ludovic Berthier, du LCVN. Partant de ce constat, lui et ses collègues ont déduit que, lors du passage à l'état vitreux, le mouvement se coordonne plus difficilement quand le nombre d'atomes concernés augmente. « Pensez à la difficulté de mettre en marche vingt personnes pour aller déjeuner… », confie le chercheur. Alors, à l'approche de la transition vitreuse, la viscosité augmente. Le verre durcit et ne peut plus se relaxer vers son état d'équilibre, et cela même si l'on attend très longtemps.

Pour valider ces résultats théoriques, l'équipe s'est intéressée aux infimes variations de paramètres (température et densité) près de la transition vitreuse. Comme matériaux modèles, ils ont utilisé le glycérol (un des liquides moléculaires les plus simples et les mieux caractérisés expérimentalement) et les colloïdes. Ces sphères de polymères de quelques centaines de nanomètres de diamètre placées dans un solvant se comportent comme des atomes aux dimensions gigantesques et subissent une transition vitreuse similaire à celle des liquides. Conclusion ? Les changements de paramètres accélèrent (ou ralentissent) la dissolution des amas d'atomes selon… la taille de ces agrégats3. Sur ce point, Ludovic Berthier est précis : « Un matériau en transition vitreuse ne coule pas à partir du moment où les agrégats qui le composent dépassent les centaines d'atomes ! »

 

Aude Olivier

Notes :

1. Voir Le journal du CNRS, n° 181.
2. Laboratoire CNRS / Université Montpellier-II.
3. Science, vol. 310, n° 5755, 1er décembre 2005, pp. 1797-1800.

Contact

Ludovic Berthier
Laboratoire des colloïdes, verres et nanomatériaux (LCVN), Montpellier
ludovic.berthier@lcvn.univ-montp2.fr


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