Mesures de l'activité des oxydes d'alcalins dans les silicates fondus terrestres et anthropiques. – ActiMelt

Ce projet vise à faire des progrès décisifs dans notre compréhension de la chimie et de la géochimie des fontes de verres de silicates. Les verres sont des matériaux de haute technologie et pourtant la connaissance de leurs propriétés reste limitée et est souvent basée sur des lois empiriques. Les alcalins, agissant comme cations modificateurs de réseau, jouent un rôle prépondérant dans les propriétés d'usage des verres ou des fontes de verre. Nous proposons donc pour ce projet de mesurer l'activité en alcalins dans les silicates fondus afin de faire le lien entre la structure des verres et leurs propriétés macroscopiques. Devant l'interdisciplinarité et la complexité de la problématique, deux laboratoires, l'un en Sciences de la Terre (Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques), l'autre en Chimie (Laboratoire de Chimie du Solide Minéral) se sont associés pour, en partageant leur savoir-faire et leurs potentiels analytiques, donner des éléments de réponse à cette question fondamentale qui intéresse aussi bien le domaine industriel verrier que les Sciences des Matériaux et les Sciences de la Terre. - Les mesures d'activités en alcalins dans les fontes de verres disponibles dans la littérature correspondent à des compositions de verres binaires ou ternaires simples, souvent éloignées de celles des verres naturels ou anthropiques, et sont obtenues en mettant en ?uvre des méthodes de mesures lourdes. Nous proposons ici une nouvelle méthode de mesure des activités des alcalins dans des silicates fondus, basée sur le principe de l'établissement d'une vapeur saturante connue et contrôlée au dessus d'une source d'alcalins dans une cellule thermochimique. Simple et facile d'utilisation, cette méthode permettra à l'équilibre thermodynamique l'acquisition de l'activité en Na2O dans un silicate fondu et de relier cette grandeur à la concentration en Na2O dans le verre, tout en contrôlant la température, la fugacité en oxygène, la pression totale et la teneur en alcalin dans le gaz, autant de paramètres essentiels pour le chimiste comme pour le géologue. - Le travail sera partagé en trois parties qui peuvent être traitées indépendamment, mais faisant toujours appel à la mise en ?uvre de savoir-faire disponibles dans les deux laboratoires impliqués; ceci entraînant implicitement une collaboration étroite et forte entre les ingénieurs et chercheurs des deux disciplines. La première partie sera dédiée à la construction de cartes d'isoactivité en Na2O dans les fontes de verres complexes du système CaO-MgO-Al2O3-SiO2(-Na2O). La seconde partie traitera de la dissolution et de la spéciation d'éléments métalliques multivalents dans les fontes de verres alcalines et la troisième sera une extension de la mesure des activités à d'autres alcalins présents dans les milieux naturels (Li, K, Rb et Cs). - Les recherches sur les verres et les liquides silicatés sont interdisciplinaires et concernent un champ de recherche traitant aussi bien de questions fondamentales que du développement de nouveaux matériaux au niveau industriel, avec d'évidents enjeux économiques. Notre métrologie des activités chimiques dans les fontes est résolument novatrice. Le soutien de l'ANR à une telle initiative est indispensable pour donner les moyens à la communauté française de développer des projets sur le long terme au meilleur niveau international. -