Verre: ni verre ni liquide

2008/09/14 Lakar Iraizoz, Oihane - Elhuyar Zientzia

• Fisika

La manipulation et l'utilisation du verre sont connues depuis longtemps, mais ont récemment découvert comment leurs composants sont organisés. (Photo: C. Rankin)

On a constaté que les composants du verre forment des polyèdres (ikosaèdres) à vingt faces lors du refroidissement du verre fondu, et que l'aspect de ces polyèdres rend la structure du verre contenue.

Les gens qui travaillent depuis longtemps sur la physique de la matière ont été très curieux de la structure du verre. En fait, ils voyaient que le verre ne correspond à aucune des conditions habituelles des autres matériaux, puisque le verre n'est pas solide, ni liquide, ni gaz. En résumé, nous pouvons dire que le verre est dans un état intermédiaire entre solide et liquide.

Eh bien, oui, le verre est solide, mais il n'a pas les caractéristiques que les solides ont généralement. Les substances à l'état solide forment généralement des cristaux, c'est-à-dire que les composants occupent l'espace de manière ordonnée et symétrique. À l'état liquide, les composants d'une substance donnée n'ont aucun ordre, car ils ne sont pas liés les uns aux autres.

Le verre a une forme solide, de sorte que ses composants ne bougent pas mais n'acquièrent aucune forme de verre. D'une certaine façon, les composants du verre sont comme des voitures qui seraient dans une congestion constante, pris dans un chaos.

Beaucoup de travail à découvrir

Le physicien anglais Charles Frank a affirmé pour la première fois il y a 50 ans que les composants du verre forment des icosaèdres. Selon lui, il est impossible de cristalliser correctement ces polyèdres, car ils ne peuvent remplir l'espace de manière symétrique et ordonnée.

Les composants du verre forment des icosaèdres en refroidissant le verre fondu, qui par son aspect ne peuvent pas adopter une forme cristalline. (Image: G. Roa)

Dit oui, mais il ne pouvait pas prouver du tout ce qui a été dit. Maintenant, les chercheurs ont pu confirmer ce qui a été annoncé par Frank. Cependant, ils n'ont pas vu de près la solidification du verre.

Ils savaient qu'il est impossible de l'observer avec les outils maintenant disponibles. Les microscopes (microscopes optiques) qui permettent l'observation tridimensionnelle du processus sont incapables de visualiser les atomes séparément, car ils sont trop petits, tandis que dans les microscopes qui permettent de visualiser les atomes il est impossible d'observer des images tridimensionnelles.

Ils ont donc suivi une autre voie. Lors du refroidissement du verre fondu, des groupes de molécules ont subi le même processus que les composants du verre : les colloïdes. Les colloïdes sont de très petites particules (petites mais également visibles au microscope optique) qui se trouvent dans un fluide. Par exemple, la mayonnaise et la gélatine sont faites de colloïdes.

La mayonnaise est composée de très petites particules appelées colloïdes, qui prennent la forme d'icosaèdre, tout comme les molécules de verre.

J. Terk

Les colloïdes à l'état liquide ont refroidi et ont observé ce qui se passait. Ils ont observé que les ikosaèdres se formaient, et que plus ils refroidissaient plus icosaèdres il y avait, et que les ikosaèdres formaient de plus en plus de chaos.

Les scientifiques affirment que cette découverte leur a ouvert une voie pour créer de nouveaux matériaux. Par exemple, si vous suivez cette procédure avec les métaux, vous pouvez créer “metal beirakarak’. Ces métaux seraient beaucoup plus flexibles que les métaux à structure cristalline et pourraient être utilisés pour diverses utilisations, comme les ailes des avions.

Les métaux actuels sont plus fragiles parce qu'ils sont formés de granulés de verre reliés entre eux et, bien sûr, parce que séparer les bords entre les grains est plus facile que de briser des cristaux. Les métaux montrés, pour leur part, n'auraient pas cette arête.

Publié dans 7K.