© RTL & FNR
C'est étonnant, mais les mesures le prouvent : des fibres de verre neuves peuvent présenter une résistance à la traction comparable à celle de l'acier à haute résistance ! En revanche, le verre usuel ou celui des fenêtres se brise facilement. Il n'est qu'à un centième de la solidité qu'il pourrait théoriquement présenter. À quoi cela est-il dû ? Aux microfissures présentes sur sa surface.
Les microfissures fragilisent le verre
Les micofissures apparaissent en cours de fabrication, mais aussi en raison de réactions avec l'eau contenue dans l'air. Ainsi, une heure après sa fabrication, la solidité du verre a déjà diminué d'un cinquième ; après un mois, de la moitié.
Lorsque le verre se brise, la cassure trouve toujours son origine dans l'une de ces microscopiques fissures. Étant donné qu'il est doté d'une structure très régulière, le verre a une forte capacité d'expansion. Contrairement à l'acier, le verre ne contient pas de grains semblables à des cristaux qui ralentiraient l'évolution des fissures. D'ailleurs, la manière dont une fissure se propage dans le verre n'est pas encore expliquée de manière unanime par les chercheurs. Seule certitude, c'est que cela se passe à une vitesse particulièrement élevée : 3600 kilomètres par seconde.
C'est tellement rapide que même au ralenti les fissures apparaissent subitement d'une image à l'autre.
Comment rendre le verre plus résistant?
Les ingénieurs se sont employés à rendre le verre plus résistant. Leur réflexion : si les microfissures se prolongent sous l'effet d'une contrainte de flexion et s'agrandissent, il convient d'éviter cette première étape. Pour cela, il faudrait comprimer les microfissures, de manière à ce qu'elles ne puissent plus s'agrandir. Plusieurs procédés de fabrication du verre permettent d'atteindre cet objectif :
- l'un consiste à refroidir brusquement au moyen d'un ventilateur la surface du verre chauffé. La couche extérieure du verre devient solide, tandis que l'intérieur est encore liquide. Il refroidit plus lentement tout en se rétractant. Ainsi se forme un fort effort de traction vers l'intérieur, qui évite jusqu'à un certain point de contrainte que les microfissures subissent une flexion.
- Un autre procédé consiste à modifier ultérieurement la composition chimique du verre solide. Le verre est trempé à haute température avec des ions de potassium. Les ions de sodium contenus dans la couche de verre extérieure sont ainsi remplacés par des ions de potassium plus gros. Ceux-ci nécessitent plus d'espace, exercent une pression sur les atomes environnants, créant ainsi une forte tension de compression. Pour qu'une microfissure s'agrandisse, il faut d'abord vaincre cette tension de compression. Le verre qui a subi ce traitement est utilisé pour les écrans de portables ou pour des fenêtres légères d'avion. En revanche, ce procédé reste encore trop cher pour traiter des verres à vin comme celui que l'on voit dans la vidéo...
Auteur : FNR
Vidéo : RTL & FNR
