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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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Verres spéciaux
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3. Corrosion des verres
Les verres industriels sont réputés pour leur inertie chimique. Les verres de laboratoire permettent le contrôle visuel des réactions et ne sont pas altérés par les agents et les produits de la réaction. En fait, leur composition a été optimisée de manière à ce qu’ils présentent une grande durabilité. Néanmoins, on conçoit aisément que le verre étant un état de la matière, il existe aussi des verres dont la durabilité chimique est telle qu’ils se dissolvent dans les solutions aqueuses. Dans les verres d’oxydes, la durabilité chimique va dépendre de nombreux paramètres.
3.1 Durabilité chimique
La durabilité chimique est l’expression de la résistance du matériau à un environnement. Pour un verre, elle exprime sa résistance à la dégradation dans les solutions aqueuses. Cette grandeur est généralement rapportée à l’unité de surface de matière par unité de temps. Les tests de corrosion sont adaptés à la fonction du verre, mais, en général, on exprime la perte en masse par unité de temps de l’échantillon dont le volume est bien inférieur à celui de la solution corrosive.
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Dans les verres de silicates classiques contenant des oxydes alcalins, l’ion alcalin est très mobile. La surface d’un verre, laissé au contact de l’air, s’enrichit progressivement en alcalin qui réagit avec le CO2 ambiant pour donner un carbonate soluble.
Au contact d’une solution aqueuse de pH neutre, le sodium est échangé par les protons de la solution suivant le schéma réactionnel :
Une solution acide favorise cet échange ; une solution basique, à base de sel de sodium, limite cette réaction. La conséquence directe d’une corrosion menée sans renouvellement d’eau est que le pH d’une eau pure augmente progressivement en raison de la libération des alcalins du verre.
L’échange...
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Corrosion des verres
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).
-
(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).
-
(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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