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Transparence du verre

 

LE FIGARO

L’info en continu

 

La chronique de Jean-Luc Nothias.

Publié le 12 juillet 2006

 

Après tout, le verre est un matériau solide, dur, capable de couper ou de rayer. On ne passe au travers que quand il casse. Pourquoi laisse-t-il la lumière le traverser ? D'autant qu'aucun de ses composants n'est en lui-même transparent. C'est bien leur mélange et leur disposition très spéciale qui donne au verre son – encore – obscure et paradoxale nature. Obscure car les physiciens ne la comprennent pas complètement. Paradoxale car, en dépit du fait que le verre semble être un solide, il a une structure de liquide.

 

Mais il ne coule pas. Du moins si lentement qu'on ne le voit pas à l'oeil nu. Car il coule sans couler. Il est plutôt en réorganisation interne constante en restant dans son propre volume. Certains avaient cru voir dans le fait que certains vieux vitraux étaient plus épais à leur base qu'à leur sommet la preuve de la nature coulante du verre sous l'effet de la gravité au fil des siècles. Mais il n'en est rien. D'ailleurs certains sont plus épais en haut qu'en bas. Cela vient simplement des techniques de fabrication de l'époque.

 

Pour avoir du verre, il faut faire fondre du sable. Plus exactement du sable de silice. Qui fond à une température élevée, 1 750 °C. Pour abaisser cette température de fusion, on ajoute des «fondants», tels que la soude ou la potasse. Le verre coule alors vers 1 000 °C. On peut lui ajouter d'autres additifs, comme le calcium ou l'alumine qui renforcent son «inertie chimique» (pas de réaction avec son environnement), le plomb qui renforce son éclat ou le bore qui diminue les effets de dilatation dus à la chaleur (utilisé pour des verres spéciaux tel le Pyrex). On peut aussi le colorer avec différents sels métalliques (par exemple, ceux de cuivre donnent le bleu égyptien).

 

Une fois le sable fondu, le liquide obtenu est refroidi pour qu'il se vitrifie. Le problème pour le physicien est que, contrairement par exemple à l'eau qui se transforme en glace en dessous de 0 °C, on ne peut pas déterminer exactement la température à laquelle le sable liquide va devenir du verre. Selon la vitesse à laquelle on va refroidir le liquide, la température de vitrification va changer. Plus on va refroidir vite, plus la vitrification se fera à température élevée (ce qui est recommandé).

 

Historiquement, le verre n'a pas toujours été transparent

 

Prenons le problème de la transparence à l'envers : pourquoi l'immense majorité des matériaux ne sont-ils pas transparents ? Parce que les molécules y seraient si serrées qu'il n'y aurait plus de place pour passer ? Non, même les matériaux opaques sont, au niveau des atomes, surtout constitués de vide. Parce que la lumière s'y perdrait comme dans un labyrinthe ? C'est un peu cela. En fait, elle interagit avec les électrons des atomes et y «laisse des plumes». Ces électrons lui «pompent» son énergie. La lumière se fait vampiriser. Un matériau transparent est donc celui dont les atomes vont se désintéresser des rayons lumineux.

 

Le fait que le verre ait ce désintérêt pour la lumière visible (mais pas pour la lumière infrarouge par exemple) est en grande partie dû à son étonnante et rare structure. En effet, contrairement à ce que l'on pourrait croire, les atomes y sont disposés comme dans un liquide, sans ordre particulier, contrairement aux structures cristallines, très ordonnées. Bien sûr, ce «liquide» est figé mais, affirment les physiciens, rien n'empêche a priori les atomes de bouger. C'est parce qu'il fait le grand écart entre l'état solide et l'état liquide que le verre n'est jamais, en quelque sorte, satisfait de l'état dans lequel il se trouve. La transparence du verre est, une fois n'est pas coutume, le triomphe du désordre. Cette «versatilité» du verre a une conséquence importante : il vieillit. Ce qui en fait un bon modèle pour l'étude du vieillissement de nombreux autres matériaux.

 

Historiquement, le verre n'a pas toujours été transparent. Pour qu'il le soit, il faut en effet qu'il soit homogène et ne recèle pas de bulles d'air ou de microcristaux. Il fallait donc pouvoir atteindre des températures de fabrication suffisantes. Pendant longtemps, les verriers se sont ainsi établis dans des lieux isolés, à la fois à cause des risques d'incendie que leurs ateliers présentaient et afin de préserver leurs secrets de fabrication. Cela a été le cas par exemple à Venise où les verriers furent regroupés au XIIIe siècle sur l'île de Murano, avec interdiction de la quitter et surveillance féroce de ses abords.

 

Le dernier aspect non négligeable de la transparence du verre est l'effet de serre. Sans verre transparent, pas de vitres. Et sans vitre pas de serre. Donc pas d'effet de serre. Aussi bien pour les cultivateurs que pour notre planète.