ToughGlasses: La recherche aujourd'hui pour des verres de demain

SPHYNX, SPEC, IRAMIS, CEA-Saclay

 

Ce projet de recherche fondamentale et appliquée est motivé par la nécessité de prédire, contrôler et d’améliorer la durabilité mécanique des verres sur le long terme. Les verres d’oxydes sont utilisés pour de nombreuses structures (panneaux de protection, satellites, cellules photovoltaïques…) soumises à d’amener un endommagement générant une apparition et une propagation lente de fissure (Corrosion Sous Contrainte, CSC).

Des études récentes [1-3] ont dévoilé une méthode très innovante pout améliorer la réponse en corrosion sous contrainte qui consiste à irradier électroniquement le matériau. Cependant, l’irradiation par électrons engendre des zones de démixtion. La question qu’on se propose de résoudre ici est de vérifier si l’apparition de zone de démixtion (APS, Amorphous Phase Separation) est bien responsable de l’amélioration comportement en corrosion sous contrainte, puis de l’etudier pour ensuite augmenter la tenue en service des verres.

Le doctorat devra étudier les propriétés physiques, mécaniques et Corrosion Sous Contrainte (CSC) des verres avec APS. L'objectif principal étant d'étudier in situ la propagation de la fissure par corrosion sous contrainte et l'analyser des surfaces de fracture dans des verres avec APS. Cela fournira des informations sur le comportement de la fissure en régime de CSC en fonction des différentes phases présentes dans les verres avec APS.

Cette méthode a déjà été utilisée dans nos équipes de recherche pour étudier la surface de fracture en fonction de la vitesse de propagation de la fissure dans de la silice pure (SiO2) et dans plusieurs échantillons SBN (SiO2-B2O3-Na2O). L’utilisation de ces techniques pour l’étude du comportement en CSC de verres SBN APS aidera à comprendre comment la structure physique des verres modifie les propriétés mécaniques. Le doctorant sera donc amené à utiliser différents techniques expérimentaux tels que la spectroscopie Raman, la spectroscopie RMN, l'absorption des rayons X et de collaborer avec d’autres équipe de recherche : CEA, DEN et Université de Rennes 1. Le but étant de corréler les mécanismes de fissuration des verres avec d’autres propriétés macroscopiques et microscopiques.

Sur le plan logistique, le candidat sera co-encadré par C.L. Rountree au CEA et F. Célarié de l'Université de Rennes 1. Des essais de synthèse de verre et des essais préliminaires auront lieu à l'Université de Rennes 1 puis les tests de fissuration en CSC seront effectués au CEA. En conclusion, le thème de ce projet est la compréhension de la source des changements dans la propriété macroscopique, et en particulier comment contrôler les propriétés de fissuration en CSC en faisant varier la structure des verres via l’apparition de zone de démixtion (APS).

 

Publications

1) “SiO2-Na2O-B2O3 density: A comparison of experiments, simulations, and theory.” M. Barlet, A. Kerrache, J-M Delaye, and C. L. Rountree, Journal of Non-Crystalline Solids. 382, 32, (2013)

2) "Hardness and Toughness of Sodium Borosilicate Glasses via Vicker's indentations” M. Barlet, J-M. Delaye, T. Charpentier, M. Gennisson, D. Bonamy, T. Rouxel, C.L. Rountree Journal of Non-Crystalline Solids. 417–418:66-69 (2015).

3) “From network depolymerization to stress corrosion cracking in sodium-borosilicate glasses: Effect of the chemical composition.” M. Barlet, J.-M. Delaye, B. Boizot, D. Bonamy, R. Caraballo, S. Peuget and C. L. Rountree Journal of Non-Crystalline Solids. 450:174-184 (2016).

4) “Role of evaporation rate on the particle organization and crack patterns obtained by drying a colloidal layer” K. Piroird, V. Lazarus, G. Gauthier, A. Lesaine, D. Bonamy and C. L. Rountree Europhysics Letters, 113:38002 (2016)

 

Funding 

ANR-2017 - ToughGlasses (Start Date 1 Octobre 2018)

 

Contacts

Cindy Rountree: Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser. / Tel: +33 1 69 08 26 55

Fabrice Célarié: Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser./ Tél: +33 2 23 60 47