Ils torturent le verre pour la science

Une barrette de verre est coincée entre les dents d’une presse de deux mètres de haut. Sur commande de Yann Gueguen, la pointe de la machine applique, au micromètre près, toute sa force pour élargir une minuscule fissure présente à la surface de l’échantillon. « Le verre est dix fois plus résistant que l’acier si sa surface est parfaite, ses fragilités proviennent des microfissures. Il est capital de comprendre comment elles se propagent », explique le chercheur à l’Institut de physique de Rennes.

Ce laboratoire est l’un des rares dans le monde ayant cette expertise à de tels niveaux de précision. « Des industriels leaders du secteur nous sollicitent pour éprouver différentes compositions de verres destinés aux écrans de smartphone ou aux pare-brise », souligne Yann Gueguen. Mais ce n’est pas le seul dispositif spectaculaire du laboratoire, reconnu pour une thématique originale : comprendre comment se casse le verre, depuis la formation des microfissures jusqu'à la rupture.

Canon à air comprimé

« La destruction la plus violente, c’est avec moi », sourit son collègue Didier Loison. Il nous conduit jusqu’au canon à air comprimé qui occupe une salle tout en longueur au sous-sol. Objectif : reproduire des impacts de projectiles lancés à haute vitesse. « Cela permet d’améliorer la résistance du matériau utilisé par exemple pour des verrières d’hélicoptères. Nous avons d’ailleurs publié une thèse avec Airbus en 2020. » Concrètement, de l’air comprimé à 8 bars propulse un piston qui, en bout de course, éjecte un caillou à 200 m par seconde sur une plaque de verre. Une caméra enregistre jusqu’à un million d’images par seconde pour étudier la dynamique de l’impact, c’est-à-dire la façon dont les fissures se répandent. L’heure est ensuite à la dissection : « En analysant la structure de l’impact au microscope il est possible d’évaluer si tel type de verre résiste bien. »

L’équipe rennaise utilise aussi un laser¹ de haute énergie qui vaporise la matière en un point ultra-localisé. Le gaz émis exerce une pression intense sur l’échantillon, ce qui permet de simuler des impacts jusqu’à 7 km par seconde ! « Cette méthode est indispensable dans l’aérospatial pour tester des verres devant résister aux micrométéorites et aux débris orbitaux. »

Les scientifiques ne s’arrêtent pas là. Dans une autre salle, dédiée à la déformation du verre à haute température, une machine tire de petites billes de métal sur des échantillons au sein d’un four fermé. « La note produite et son temps d’atténuation nous renseignent sur l’élasticité et la viscosité du verre », explique Yann Gueguen. Cette fois-ci, peu d’applications industrielles mais des leçons fondamentales : « L’idée est de comprendre comment les propriétés mécaniques émergent à partir de la composition chimique du matériau et des températures de fabrication. » Ces expériences peuvent aussi aider à simuler l’écoulement des roches du manteau terrestre... Le lien avec le verre ? Elles sont, elles aussi, très riches en silice.