CRDP

Accueil > Les numéros > DocSciences 11 : Nouvel éclairage sur la matière

En toute transparence

Le verre : des propriétés invisibles à l’oeil nu

JPEG - 72.6 ko
Vitres autonettoyantes (© N. Piroux, SOLEIL)
Cette photographie montre la surface en verre d’un bâtiment. Le verre est un matériau préhistorique utilisé dans des domaines très variés : en architecture pour sa transparence, en chimie et en agroalimentaire comme contenant non toxique et recyclable, mais aussi pour la fabrication d’instruments d’optique (microscope, télescope…). Constitué principalement d’oxyde de silicium, les hommes ont su modifier sa composition pour lui conférer de nouvelles propriétés telles que l’augmentation de sa rigidité ou le traitement antireflet…

EN TOUTE TRANSPARENCE

Cette image est une photographie de la façade en verre d’un bâtiment.

Le verre est aujourd’hui de plus en plus utilisé en architecture. En effet, ce matériau qui était autrefois utilisé principalement pour sa transparence possède désormais de multiples propriétés qui en font un matériau de premier choix dans les constructions modernes, autorisant notamment des jeux de lumière. Il est également utilisé en chimie et dans l’industrie agroalimentaire : c’est effectivement un matériau idéal pour les contenants puisqu’il est inerte avec la plupart des substances connues. Cette caractéristique est fondamentale à l’heure de la découverte croissante de la toxicité des plastiques surtout lorsqu’ils sont chauffés : quand les biberons plastiques libèrent des substances toxiques (bisphénols…), les biberons en verre deviennent un substitue idéal.

Par ailleurs, le verre peut être aujourd’hui récupéré et recyclé, un autre avantage important de ce matériau vieux de plus de deux mille ans. Le verre, à l’origine constitué principalement d’oxyde de silicium (SiO2), a beaucoup évolué et les hommes l’ont adapté à leur usage. Les études réalisées par les chimistes des matériaux ont permis de le rendre plus souple ou plus rigide, plus transparent ou plus absorbant. Ces mêmes chercheurs ont également trouvé des traitements pour la surface du verre, le rendant parfois antireflet, parfois hydrophobe, parfois antibactérien... Les propriétés du verre sont également très utilisés dans les instruments d’optique : tantôt il permet d’observer des éléments microscopiques, tantôt il contribue à nous dévoiler l’infiniment grand.

LE VERRE : DES PROPRIÉTÉS INVISIBLES À L’ŒIL NU

Le verre est un matériau aux multiples propriétés qui ne cessent d’évoluer depuis vingt-cinq siècles. Dès la préhistoire, pour fabriquer des pointes de flèches ou des bijoux, les premiers hommes taillaient l’obsidienne, un verre naturel volcanique composé de silice en forte quantité mais aussi de fer qui lui donne un aspect noirâtre, souvent de magnésium ajoutant une touche de vert, parfois de calcium, de potassium, de sodium pour des colorations bleues, pourpres ou mouchetés blancs. Comme cet ancêtre issu de coulées de lave, le verre est un matériau non cristallin, homogène, provenant du refroidissement progressif de substances portées à très hautes températures. Sa découverte fit l’objet de nombreuses légendes comme celle de marchands qui s’arrêtèrent pour se reposer et préparer leur repas et ils remarquèrent que sous les pierres de natron (carbonate naturel de sodium), sur lesquelles ils faisaient cuire leur nourriture, un liquide visqueux inconnu était apparu. Notons cependant que l’élaboration du verre nécessite une température d’environ 1 300 °C ce qui paraît trop élevé pour un simple brasero.

Plus tard, les Égyptiens firent fondre le sable et le natron dans des fours très puissants pour produire du verre. Mais c’est l’invention en Syrie de la canne à souffler au 1er siècle avant J.-C. qui entraîna la naissance d’une véritable industrie du verre en Italie, puis en Gaule et en Espagne. Une meilleure qualité des matériaux de base et l’ajout de manganèse permettront de produire des verres transparents. Ce n’est qu’au XVe siècle que le verre plat habille les fenêtres et protège les maisons des intempéries tout en laissant passer la lumière. Au XIXe siècle, la révolution industrielle s’étend à la fabrication des verres, avec le développement des méthodes de laminage et de fonte en continu. Aujourd’hui les chercheurs en science des matériaux et les industriels y ont ajouté de nouvelles propriétés intrinsèques ou mis au point de nouvelles méthodes de fabrication ou des traitements de surface : fabrication à température ambiante, verres autonettoyants, revêtement thermochromes, isolation acoustique et thermique, vitrage retardateur d’effraction…

DANS LES PROGRAMMES

Physique-Chimie et Sciences de la vie et de la Terre, 2e :
Enseignement d’exploration MPS (Méthodes et pratiques scientifiques), enseignement pluridisciplinaire.

  • Science et aliments ; sous thème conservation [contenant de l’aliment (forme, volume, matériau)]
  • Science et cosmétologie ; sous thème réaliser un cosmétique [contenant d’un produit (forme, volume, matériau)]
  • Science et oeuvres d’art : les matériaux en architecture
  • Science et prévention des risques d’origine humaine ; sous thème sécurité sanitaire
  • Science et vision du monde