– QUIC Glass

Le verre est certainement l'un des matériaux les plus anciens (7000 ans avant JC pour le premier verre connu) et les plus importants de notre société. Il est tantôt utilisé comme matériau de structure (pare brise, passerelle en verre reliant deux immeubles à Rotterdam), comme composant pour l'optique (lentilles, fibres) ou pour la micro électronique, ou encore en science du vivant comme matériaux bio-actif ou bio compatible, voir même comme élément décoratif. Si le verre se caractérise par sa transparence optique, c'est surtout sa structure atomique qui le rend si intéressant. Le verre est un matériau amorphe qui ne présente pas d'ordre à longue distance (i.e. échelle du nanomètre pour la silice). De plus, la modulation quasi infini des compositions possibles, lui confère une étonnante adaptabilité. Néanmoins, le verre est un matériau fragile au sens mécanique du terme (i.e. il ne présente pas de déformation plastique avant rupture) et soufre d'une faible ténacité au regard de celle des métaux. Il est donc important de connaître l'influence de la composition chimique d'un verre sur son comportement mécanique, et plus spécifiquement sur sa résistance à la fissuration. Ce projet se décompose en trois parties : 1) Etudes à l'échelle nanométrique de processus physico-chimiques à la pointe d'une fissure dans un verre La propagation d'une fissure dans un verre est un phénomène très complexe, multi-échelle (macro, micro et nanométrique) et pluridisciplinaires de part les mécanismes en jeu au voisinage du front de fissuration (inter-diffusion d'espèces chimiques, dissolution, création d'une couche modifiée le long des lèvres de la fissure, d'une zone modifiée en avant de la pointe de la fissure sous l'action d'une contrainte mécanique). La propagation sous critique d'une fissure (<10-8 m/s) en présence d'un environnement corrosif dans les verres d'oxydes et l'existence d'une limite de fatigue en deçà de laquelle la fissure ne se propage plus en sont une illustration. L'objectif est d'identifié et de quantifié les mécanismes régissant la propagation sous critique et l'existence de la limite de fatigue dans les verres par une étude expérimentale du comportement à la fissuration de compositions verrières spécifiques et originales (verres d'oxydes, de chalcogénures) dans des environnements particuliers. Elle se fera également par l'emplois de techniques instrumentales et d'outils développés (voir §2) donnant accès à des informations topologique et chimiques se situant à l'échelle du nanomètre. 2) Analyse tridimensionnelle quantitative par corrélation d'images par microscopie à force atomique (AFM) Le but est de développer et d'appliquer, à l'imagerie par AFM, l'analyse par corrélation d'image pour en faire un outil permettant la mesure tridimensionnelle de champs de déplacements appliquée soit à des essais mécaniques de petite échelle (micro indentation, essais sur fibres optiques…) soit à l'évolution de la forme d'objets au cours du temps (dissolution sélective, croissance cristalline…). Cette technique pourrait également être intégrée comme routine d'auto calibration pour les microscopes à force atomique (étalonnage dimensionnel et correction automatique des non linéarités dues aux céramique piézoélectriques). 3) Indentation/rayage et dissolution localisée pour la micro texturation de surfaces de verres. Une demande de dépôt de « brevet minute » est actuellement en cours sur cette technique. Le but est d'étudier et de quantifier la dissolution localisée du verre après activation mécanique préalable (indentation ou rayage) de la surface. L'étude de ce phénomène, qui est certainement lié à un mécanisme de diffusion d'espèces chimiques assisté par le champ de contrainte résiduel présent autour d'une indentation ou d'une rayure, se fera entre autre par une utilisation des outils développés au §2 et une cartographie temporelle des éléments diffusant. Cette étude proposera : _une compréhension scientifique du phénomène _une optimisation du processus (composition verrière, géométrie de l'indenteur, solution corrosive) permettant un développement de cette technique et peut être un dépôt de brevet. La cinétique de diffusion des espèces chimiques se révèlera peut être une technique efficace quant à la cartographie du champ de contrainte résiduel présent autour d'une indentation ou d'une rayure.