Façonner le verre comme un polymère

Le verre de quartz obtenu par exemple par fusion du quartz possède des propriétés physiques et chimiques qui font son attrait : très grande transparence à la lumière visible, UV et infrarouge, résistant aux chocs mécaniques et thermiques, résistant aux attaques chimiques, aux rayons ionisants ainsi que des caractéristiques diélectriques et un faible coefficient de dilatation.

Un matériau idéal pour nombre d’applications en optique, photonique ou encore dans le secteur médical sauf que… il reste difficile à mettre en forme en lui préservant toutes ses qualités.

Logique de fabrication renversée

Alors qu’on fabrique habituellement les verres de quartz par fusion de quartz ou de silice à des températures de l’ordre de 800°C avant de les usiner ou de les tailler avec des lasers, les chercheurs du KIT procèdent par fabrication additive, en partant des particules de verres les plus petites possibles. Ainsi, ils mélangent des particules de verre de 40nm dans un polymère liquide. Le mélange est ensuite durci par chauffage ou exposition à la lumière. Le solide qui en résulte est composé à 60 % de verre et 40 % d’un polymère qui agit comme un liant retenant les particules de verres aux bons endroits et maintenant la forme générale.

Ce « Glassomer », comme les scientifiques l’ont baptisé, peut être fraisé, tourné, usiné au laser ou traité dans des machines à commandes numériques comme n’importe quel polymère conventionnel.

Pour récupérer un verre de quartz de grande pureté, il faut ensuite retirer le polymère. Cela se fait dans un four à 500-600°C. Le polymère se transforme en CO2 et laisse place à une pièce poreuse qui va être frittée à 1300°C. A cette température, la matière va se densifier laissant place à un solide dense, non poreux et fait de quartz très pur. Ce type de procédé est calqué sur celui qui existe par exemple en fabrication additive métallique (metal binder jetting).

Adapté à la production de masse

Ce procédé de mise en forme permet non seulement la production de verre très pur façonnable librement mais en plus il est adapté à une production industrielle et «  moins cher, plus soutenable et plus efficace en matière énergétique que d’autres procédés de fabrication», explique le Dr. Bastian E. Rapp, à la tête du troupe de recherche interdisciplinaire NeptunLab qui a publié ces recherches dans Advanced materials. Par exemple, il ne nécessite pas l’emploi de produits chimiques très dangereux comme l’acide fluorhydrique souvent utilisé pour façonner le verre de quartz. Le Glassomer est commercialisé, par une société spin-off du NeptunLab, sous forme liquide ou solide afin d’intégrer des procédés de fabrication classiques des polymères chez les industriels.

Le NeptunLab s’était déjà démarqué dans d’autres innovations autour du verre de quartz grâce à des mélanges polymères-verre ouvrant par exemple la voie au moulage de verre en 2016…

… et à son utilisation pour des impressions 3d en 2017.

Sophie Hoguin