Propriétés

Les verres constituent un ensemble extrêmement varié de produits dont les propriétés sont innombrables. Celles-ci dépendent principalement de la composition, mais également des traitements subispar le matériau, notamment thermiques.

La caractéristique commune à un grand nombre de verres est leur isotropie due à leur nature amorphe, non cristalline, ce qui implique l’absence d’ordre au moins à moyenne et longue distance. Les propriétés qui en résultent et l’amélioration continue de leur connaissance ont permis de multiplier les applications du verre :


Optique


La propriété optique la plus connue est l’indice de réfraction ainsi que toutes les notions de transmission et réflexion qui en découlent. Si l’on y ajoute l’absorption, la diffusion et la dispersion de la lumière, on a une description assez complète de l’interaction entre le verre et la lumière.

Certains composants du verre peuvent absorber sélectivement une ou plusieurs longueurs d’onde de la lumière blanche : la conséquence en est la couleur des verres.

Cette couleur dépend :
de l’élément introduit,
de sa forme (degré d’oxydation des ions, précipités),
des interactions entre éléments :
Co2+ = bleu dans un verre sodocalcique,
rose dans un borosilicate
Cu+ = bleu
Cr2+ = vert
Fe2+ = vert bouteille
Fe3+ = peu coloré
Mn2+ = rose
Précipités d’Or ou de Cuivre = rouge
Précités d’argent = jaune


Mécanique


Le verre est un matériau fragile, qui, après rupture, présente un faciès conchoïdal.

On trouve de nombreux paramètres permettant de décrire les qualités et les défauts du verre dans toutes les situations de mise sous contrainte :

le module élastique ou module d’Young (E), qui caractérise la déformation du verre avant la rupture,
la contrainte à la rupture (s)
la ténacité (K1c) ou facteur critique d’intensité de contrainte
la corrosion sous contrainte : l’altération par l’eau d’une fissure augmente sa vitesse de propagation,
la fatigue du verre : soumis à des traitements cycliques, un verre peut se fragiliser par modification des défauts de surface (taille, nombre)
la dureté qui caractérise d’aptitude d’un verre à rayer (ou être rayé par) un autre matériau. Sur l’échelle des minéralogistes (échelle de Mohs), elle est voisine de 6 (1=talc ; 10=diamant). Les basaltes sont des matériaux particulièrement durs. Ils sont présents dans notre environnement depuis des milliers voir des millions d’années, parfois en milieu marin.


Chimique


Au XVIIIéme siècle, Lavoisier mettait en évidence l’altérabilité chimique des verres.

Celle-ci dépend fortement de la composition du verre d’une part, et de la solution altérante d’autre part (un verre standard ne résiste pas à l’acide fluorhydrique). Les mécanismes d’altération sont, dans le plupart des cas, très lents à température ambiante et souvent assimilables à ceux des silicates naturels.

Le comportement d’un verre vis à vis de l’altération aqueuse est caractérisé par:

la vitesse initiale maximale d’altération (Vo)
les concentrations à saturation qui correspondent à un équilibre entre la solution et le verre, et la vitesse résiduelle induite.
Ces valeurs dépendent de paramètres intrinsèques du verre :

la composition chimique
la surface développée
caractérisation chimique

et des conditions de l’essai :

la température
le pH
la composition de la solution
lixiviante


Thermique


Les principales propriétés thermiques des verres sont :

la chaleur spécifique qui mesure la quantité de chaleur nécessaire pour augmenter la température d’une masse unité du matériau de 1 degré centigrade (pour le verre à vitre : 0,8 J/g/K).
la conductibilité thermique (on dit aussi conductivité) qui caractérise le rapport entre le flux thermique par unité de surface et le gradient de température (1,15 W/m/K).
le coefficient de dilatation qui est le rapport ramené à une longueur unité entre l’allongement et l’élévation de température (9 10-6 K-1 pour un verre sodocalcique ;
5 10-6 K-1 pour un borosilicate).
caractérisation thermique

On peut également mentionner la résistance au choc thermique :

c’est la plus grande différence de température à laquelle le matériau peut être soumis sans casser (un borosilicate (Pyrex) est moins sensible qu’un verre sodocalcique).