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NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article est la version actualisée de l’article AF3601 intitulé « Verres propriétés et applications » rédigé par Jean PHALIPPOU et paru en 2001.
RÉSUMÉ
Cet article présente les propriétés optiques et mécaniques des verres et souligne les particularités des différentes familles (verres d’oxydes, de fluorures et de chalcogénures). Des traitements thermiques ou chimiques permettant d’améliorer la résistance des verres sont décrits. L’article donne les domaines d’applications des verres en relation avec leurs propriétés optiques : fibres pour les télécommunications, fibres laser, fibres pour capteurs chimiques et biochimiques.
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This article presents the optical and mechanical properties of glasses, and highlights the specific features of the different families (oxide, fluoride and chalcogenide glasses). Thermal and chemical treatments for improving the strength of the glasses are described. The article gives the application fields of glasses in relation to their optical properties: fibers for telecommunication, fiber lasers, and fibers for chemical and biochemical sensors.
Auteur(s)
-
Brigitte BOULARD : Maître de Conférences - Institut des Molécules et Matériaux du Mans, UMR CNRS 6283, Le Mans Université, Le Mans, France
-
Jean-Luc ADAM : Directeur de Recherche CNRS - Institut des Sciences Chimiques de Rennes, UMR CNRS 6226, Université de Rennes 1, Rennes, France
INTRODUCTION
Grâce à l’amélioration des techniques de fabrication des verres d’oxydes et à la modification de leur composition, les domaines d’applications de ce matériau se sont diversifiés au cours de siècles. L’émergence de familles de verre de chalcogénures ou de fluorures, de verres métalliques étend encore les potentialités de ces matériaux hors du commun.
Le verre possède des qualités thermo-mécaniques remarquables. Sa mise en forme (verre creux, verre plat, fibre ou microbille) est aisée. Sa dureté appréciable autorise un excellent état de surface et de poli. Seuls les matériaux de très grande dureté peuvent en rayer la surface. Le verre est cependant un matériau fragile, mais des traitements spécifiques permettent d’augmenter sa résistance sous contrainte et de minimiser les effets de sa rupture. En contrôlant la recristallisation partielle de certains verres, on peut obtenir des vitrocéramiques transparentes dont les propriétés mécaniques sont nettement supérieures à celles du verre parent.
Le verre est un matériau étanche avec une bonne durabilité chimique et donc largement utilisé pour le conditionnement des liquides, et également pour le confinement de déchets (radioactifs par exemple). De par sa transparence ou sa couleur, il est aussi un élément de l’architecture moderne. En modifiant sa surface par dépôt de couches, de nouvelles fonctions chimiques ou optiques peuvent être obtenues (hydrophobe, autonettoyant, antireflet, isolant thermique, etc).
Il est possible de faire varier de façon continue les propriétés optiques des verres par modification de leur composition et aussi de prédire la valeur de ces propriétés sur la base de relations empiriques simples. Ainsi, on peut corriger des défauts de vision, des aberrations chromatiques en choisissant les verres adéquats. Le principe de propagation de la lumière dans une fibre optique ou un guide planaire a permis le développement des réseaux de télécommunications modernes et des lasers. Les verres de chalcogénures transparents dans l’infrarouge ont permis le développement de dispositifs pour l’imagerie nocturne, de capteurs chimiques et biochimiques très sélectifs.
L’objectif de l’article est de fournir les informations essentielles sur la composition et les diverses propriétés des matériaux vitreux. Il décrit l’évolution des procédés de fabrication et de la recherche de nouveaux verres fonctionnels en réponse aux attentes dans les domaines de l’énergie, de l’optique et du développement durable.
Cet article fait suite à l’article [AF 3600] « Aspects théoriques ».
Le lecteur trouvera en fin d’article un tableau des sigles utilisés.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
glass | corrosion | thermo-mechanical | optical
VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 2001 par Jean PHALIPPOU
DOI (Digital Object Identifier)
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5. Conclusion
Avec des propriétés inégalées en termes de facilité de mise en forme (fibres, guides planaires, massifs) et un vaste choix dans les formulations chimiques, le verre est un matériau incontournable dans les applications optiques de haute technologie : lasers, capteurs, télécommunications, etc. Les évolutions scientifiques et technologiques à plus ou moins long terme devraient concerner la transparence des verres dans le domaine infrarouge avec la mise au point de nouvelles compositions vitreuses stables, ou des vitrocéramiques transparentes au-delà de 20 µm, ainsi que la démonstration de l’effet laser à de nouvelles longueurs d’onde dans des fibres dopées par les ions de terres rares, en particulier au-delà de 4 µm. De manière générale, la recherche de fibres lasers toujours plus puissantes, à toutes longueurs d’onde, constitue un vaste champ d’investigation. Les résultats déjà très probants sur la génération de supercontinuum par fibre optique permettent d’espérer l’arrivée de sources de lumière compactes à large bande spectrale.
La mise en œuvre de dispositifs optiques fibrés ou planaires (optique intégrée) pour des applications de capteurs dans les domaines du vivant ou de l’environnement devrait également se développer.
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BRUHAT (G.) - Cours de Physique Générale. Optique. - Masson et Cie, p. 405 (1965).
-
(2) - BAMFORD (C.R.) - Colour generation and control in glass, - Elsevier (N.Y.) (1997).
-
(3) - IZUMITANI (T.S.) - Optical glass. - American Institute of Physics – Translation Series, (N.Y.) (1986).
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(4) - ABEN (H.), GUILLEMET (C.) - Photoelasticity of glass - . Springer-Verlag, Berlin (1993).
-
(5) - TERVONEN (A.), WEST (B.R.), HONKANEN (S.) - Ion-exchanged glass waveguide technology : a review - . Opt. Eng., 50(7) 071107 1-5 (2011).
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(6) - WARD (J.), BENSON (O.) - WGM microresonators : sensing, lasing and fundamental optics with microspheres. - Laser Photonics Rev., 5(4), 553-570 (2011).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Production de verres d’oxydes, Saint-Gobain
https://www.saint-gobain.com/fr
Production de verres d’oxydes, Schott
http://www.schott.com/france/french/index.html
Production de verres de chalcogénures, Umicore IR-Glass
http://www.umicore.fr/NosActivites/Documents/Acigne.htm
Production de verres et de fibres de fluorures, Le Verre Fluoré
Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)Union pour la Science et la Technologie Verrières (USTV)
http://www.ustverre.fr/site/index.php
Documentation – Formation – Séminaires (liste non exhaustive)Le portail français du verre
http://www.verreonline.fr/index.php
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