Mobilité atomique dans les silicates vitreux et fondus

Atomic mobility in silicate glasses and melts

• Auteur / Autrice : Corinne Claireaux
• Direction : Etienne Barthel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et Chimie des Matériaux
• Date : Soutenance le 23/10/2014
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Surface du Verre et Interfaces
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique De Ligny, Olivier Pinet, Albert Jambon, Emmanuel Gardes, Mathieu Roskosz, Michaël Toplis, Marie-Hélène Chopinet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie Raman

Structure

Silicates

Mots clés libres

Diffusion

Silicate

Verre

Liquide

Structure

Mobilité

Résumé

Cette thèse traite de la diffusion couplée dans un système verrier industriel contenant quatre oxydes (SiO2, Al2O3, CaO, Na2O). La gamme de températures considérée s’étend de la transition vitreuse (650°C) au liquidus (1200°C). Les premiers résultats concernent la nature macroscopique de la diffusion. La matrice des coefficients de diffusion permet de quantifier la mobilité des composants et met en évidence de nombreuses interactions entre eux. D’autres informations sont obtenues à l’échelle microscopique. Les équations d’échanges synthétisent les principaux chemins de diffusion suivis au sein du système sous la forme de réactions. L’ensemble des données de la littérature est traité et semble converger vers des chemins de diffusion préférentiels. Des hypothèses sur les mécanismes de la diffusion des espèces sont proposées. Les résultats obtenus à basse température permettent de discuter les liens entre propriétés de transport et diffusion. L’étude de la structure du matériau s’est appuyée sur la spectroscopie Raman. Les expériences de diffusion donnent accès à un grand nombre de compositions verrières, permettant ainsi de développer un outil statistique de traitement des spectres. Les composantes spectrales ainsi obtenues sont discutées à la lumière des nombreuses observations décrites dans la littérature. Cette démarche permet également d’interpréter les composantes au travers des corrélations entre leurs intensités relatives et la composition du matériau ainsi qu’en étudiant leur évolution le long des profils de diffusion. La possibilité de faire de la spectroscopie Raman une technique de quantification des espèces est discutée.

This manuscript deals with the coupled diffusion in an industrial glass system containing four oxides (SiO2, Al2O3, CaO, Na2O). The temperature range extends from the glass transition temperature (650°C) to the liquidus (1200°C). The first results concern the macroscopic nature of diffusion. The matrix containing the diffusion coefficients quantifies the mobility of the components and highlights many interactions between them. Other information can be obtained at the microscopic scale. The exchange equations summarize the main diffusion paths followed by the system in reactions form. All the data from the literature are processed and they seem to converge towards preferential diffusion paths. Hypothesis about the mechanisms of diffusion of the species are proposed. The results obtained at low temperatures open a discussion of the relationship between transport properties and diffusion. The study of the structure of the material was based on Raman spectroscopy. Diffusion experiments provide a large number of glass compositions, which allowed us to develop a statistical tool for handling spectra. The spectral components thus obtained are discussed in the light of the many observations described in the literature. This approach allowed us to interpret the components through correlations between their relative intensities and the composition of the material and by studying their evolution along the diffusion profiles. The possibility of a Raman spectroscopy technique for quantifying species is discussed.