le Verre de l'antiquité à nos jours - visiatome.fr du verre de renforcement Glass tissues Direct...

Visiatome Fête de la Science 2011 : Le verre de l’antiquité à nos jours 1

Le VerreLe VerreLe VerreLe Verrede lde lde lde l’’’’antiquitantiquitantiquitantiquitéééé àààà nos joursnos joursnos joursnos jours

Conférence d’Etienne VERNAZ

Directeur de Recherche

CEA - Marcoule

Fête de la science 2011


Le verre : un matLe verre : un matLe verre : un matLe verre : un matéééériau omniprriau omniprriau omniprriau omnipréééésentsentsentsent

Éclairage

Transport

Communications

Isolation

BâtimentOptique

Agroalimentaire

À la maison

Chimie


Le verre et lLe verre et lLe verre et lLe verre et l’é’é’é’état vitreuxtat vitreuxtat vitreuxtat vitreux

Si, dans le langage courant le mot verre est généralem ent associé à un matériau fragile et transparent, une approch e scientifique de l’état vitreux est à la fois beaucoup large (par exemple tous les verres ne sont pas transparents) et beaucoup plus difficile à définir.

PropriPropriPropriPropriééééttttéééés essentielles de ls essentielles de ls essentielles de ls essentielles de l’é’é’é’état vitreuxtat vitreuxtat vitreuxtat vitreuxLe verre est un solide :

�Isotrope �imperméable et non poreux

�Élastique, à rupture fragile

� Peu conducteur�etc


Les minLes minLes minLes minééééraux, le plus souvent cristallisraux, le plus souvent cristallisraux, le plus souvent cristallisraux, le plus souvent cristallisééééssss

La plupart des minLa plupart des minLa plupart des minLa plupart des minééééraux qui nous raux qui nous raux qui nous raux qui nous entourent sont cristallisentourent sont cristallisentourent sont cristallisentourent sont cristallisééééssss

…………cccc’’’’estestestest----àààà----dire que leurs dire que leurs dire que leurs dire que leurs atomes sont arrangatomes sont arrangatomes sont arrangatomes sont arrangéééés selon s selon s selon s selon un motif particulier qui se un motif particulier qui se un motif particulier qui se un motif particulier qui se reproduit preproduit preproduit preproduit péééériodiquementriodiquementriodiquementriodiquement

Il existe toutefois des solides Il existe toutefois des solides Il existe toutefois des solides Il existe toutefois des solides dit dit dit dit «««« amorphesamorphesamorphesamorphes »»»» pour pour pour pour lesquels il nlesquels il nlesquels il nlesquels il n ’’’’existe pas dexiste pas dexiste pas dexiste pas d’’’’ordre ordre ordre ordre àààà longue distancelongue distancelongue distancelongue distance


Pourquoi certains minPourquoi certains minPourquoi certains minPourquoi certains minééééraux sontraux sontraux sontraux sont----il vitreux il vitreux il vitreux il vitreux et pas det pas det pas det pas d’’’’autres ?autres ?autres ?autres ?

La grande majorité des composés minéraux forment en fondant des liquides dont la viscosité est peu élevé e. Lors de leur refroidissement, de tels liquides cristallisent au passage de leur point de fusion.

Il existe cependant des liquides de viscosité très é levée au voisinage de leur point fusion (typiquement 10 5 à 107 poises). De tels liquides, s’ils sont maintenus en dessous de l eur température de liquidus (liquides surfondus) auront tendance à c ristalliser très lentement.

Si la vitesse de refroidissement est plus rapide qu e la vitesse de cristallisation, la cristallisation n’au ra pas lieu. Au cours du refroidissement, la viscosité du liquide surfondu augmente progressivement jusqu’à ce que le matériau se fige :

le liquide "vitrifie" ou passe à "l’état vitreux".


LLLL’’’’Etat VitreuxEtat VitreuxEtat VitreuxEtat Vitreux

Une définition phénoménologique du verre serait alo rs :

"le verre est un liquide surfondu figé".


ÉÉÉÉvolution continue et rvolution continue et rvolution continue et rvolution continue et rééééversible de la viscositversible de la viscositversible de la viscositversible de la viscositééééavec la tempavec la tempavec la tempavec la tempéééératureratureraturerature

250 500 750 1 000 1 250 1 500 °C

10

5

15

Verre solide (élastique)

domaine de transformation

(verre plastique)

zone de dévitrification

verre liquide (visqueux)

palie

r de

tr

avai

lsouf

flage

(v

erre

cre

ux)

A

B

D

Tg

C

E

courbe de dévitrification

log ηηηη

*Le Poise est de l’unité de viscositécouramment utilisée par les verriers (1 Poise = 0.1 Pa.s-1)

température


Les souffleurs de verreLes souffleurs de verreLes souffleurs de verreLes souffleurs de verre


Comment fabrique-t-on le verre creux ?

Le soufflage : Avant d’être mis sous sa forme finale (bouteilles, flacons, récipients, ampoules …), le verre est soufflé pour former le creux.

Moule de finitionpour bouteille

Les bouteilles encore chaudes

Vérification de la chaînede fabrication


Le VERRE ... Un matériau très ancien !

-5000 à -4000 découverte fortuitesur une plage deMéditerranée orientaleselon Pline

-4500 à -3000 fabrication : Mésopotamie et Egypte

-3000 à -1600 plus anciens fragments :Egypte et Mésopotamie

vers -1500 autres sites évidents :Grèce, Chine, Tyrol

vers -900 péninsule Italienne

vers -650 formule verre bibliothèqueAssurbanipal

vers -500 début de Venise

début de l’ère technique du soufflage en chrétienne Syrie


� Pendant de nombreux siècles seuls un petit nombre d’atelier savent fabriquer du verre. Ce sont les ateliers primaires producteurs de la matière brute.

� Par contre plusieurs ateliers savent refondre le verre. Ce sont les Ateliers secondaires transformant le verre brut en produits manufacturés

Un artisanat spUn artisanat spUn artisanat spUn artisanat spéééécialiscialiscialiscialiséééé

Visiatome Fête de la Science 2011 : Le verre de l’antiquité à nos jours 12Egypte

Carthage

Syro Palestine

ATELIERS PRIMAIRES

ANTIQUES

Rhodes

Volturne


Bet Eli ’ezer (Israël) VIIe siècle après J.-C.

Les seuls fours primaires fouillés

Les ateliers primairesLes ateliers primairesLes ateliers primairesLes ateliers primaires


Verre brut élaboré à partir des sables de Syro-Palestine

POMPÉI

Verre primaireVerre primaireVerre primaireVerre primaire

Le verre antique est fait à partir de deux constituants seulement :

• Sable (SiO2)• Natron d ’Égypte (Na2CO3.10H2O)

L’apport de chaux n’est pas intentionnel


Les ateliers secondairesLes ateliers secondairesLes ateliers secondairesLes ateliers secondaires

Des fours de petite dimension qui ne font que refondre du

verre brut importé

Déchets et creuset de Vienne

Aix -en -Provence IIe - IIIe s. ap. J.-C.

Lampe du Ier siècle


Ateliers secondairesAteliers secondairesAteliers secondairesAteliers secondaires

Les ateliers les plus les plus anciens de Gauleanciens de Gauleregroupés dans un

quartier suburbain de Lyon

(milieu du Ier siècle ap. J.-C.)

Fouilles du Service archéologique municipal de Lyon


Ateliers actuels dans certaines parties du monde

Le Caire

Damas


Epave des Sanguinaires (Corse,golfe d ’Ajaccio)

IIIe siècle av. J.-C.

Origine orientale

VERRE BRUT BLEU

Une tonne environ dont 550 kg

remontés

Un commerce durable, qui a laissé des traces…

…au fond des mers :


Epave de la Tradelière(au large des îles de Lérins)

20 avant J.-C.Cargaison :

- amphores orientales , italiennes, d ’Afrique du Nord

- Céramiques fines italiennes

-Noisettes

- 300 bols en verre mouléd’origine syro-palestinienne

BOLS EMPILÉS

Les fonds, parties les plus minces, n’ont pas subsisté


Le verre à travers le temps ...

1er siècle verre plat à Pompeï

1er siècle techniques verrièresdiffusent en occident

11èmesiècle verre plat par techniquedu manchon

10 - 12èmesiècle premiers vitraux non-colorés puis colorés

1271 ordonnance protectionverre Venise

1291 ordonnance Murano

15 - 16èmesiècle cristal de Venise (K)puis cristal Anglais (Pb)

16èmesiècle France : Henri IV et lesconcessions aux verriers

1665 Colbert : Saint Gobain

1688 laminage sur table (Fr)

Coupe 1er siècle

Italie

Masque deToutankhamon(or, pierres semi-précieuses, pâtede verre…)

Verre à vin encristal anglais18ème siècle


Fabrication de verre plat par :

La techniquedu manchon

1930 : fabrication de vitres à partir de tubes soufflés (Canada)

Etirage

De la technique manuelle à l’industrielle...


Comment fabrique-t-on le verre plat aujourd’hui ?

Technique du laminage :

Procédé Float : « le verre flotte sur un bain d’étain fondu ! »(inventé par Sir Pilkington en Angleterre en 1952 ….)

fabrication

utilisation


A partir de quoi fabrique-t-on du verre ?

95% du verre courant est du verre à base de silice

Composition moyenne d’un verre courant

Trois types de composants :- les vitrifiants (SiO2, B2O3, Al2O3)- les fondants (Na2O, K2O…)- les stabilisants (CaO, MgO, PbO..)

Autres oxydes (P2O5, BaO, Fe2O3, ZnO,…) : obtention de propriétés spéciales


On constate que l’ajout progressif de modificateurs à la silice SiO 2 conduit à une dépolymérisation du réseau silicaté avec formation de nouvelle entités SiO 4 avec des atomes d’oxygènes non pontants.

Arrivé à une certaine limite, le liquide est très dépolymérisé, sa viscositédevient très faible et il n’est plus possible d’obtenir un verre par trempe.

M

OpF F

F

Op

Op

OnpQ3

F

OpF F

F

Op

Op

OpQ4

M

OnpF M

F

Op

Op

OnpQ2

La polymérisation / dé polymérisation du réseau

de SiO 2 quasi-insoluble …à SiO 2-Na2O soluble dans l’eau !


Composition de quelques verres (% en poids)

Pyrex (borosilicate) : 80,6 SiO2, 12,6 B2O3, 2,2 Al2O3, 4,2 Na2O, 1 CaO…

Verre de cristal :55,5 SiO2, 11 K2O, 33 PbO

Verre d ’optique lourd : 28 SiO2, 1 Na2O, 1 K2O, 70 PbO

Verre résistant à HF :18 Al2O3, 72 P2O5, 10 ZnO

Verre de Confinement(déchets nucléaires)45 SiO2, 12 B2O3, 4 Al2O3, 10 Na2O, 4CaO, 15%OxPF


Le verre un matLe verre un matLe verre un matLe verre un matéééériau aux propririau aux propririau aux propririau aux propriééééttttéééés ajustables s ajustables s ajustables s ajustables

En jouant sur les constituants majeurs et mineurs En jouant sur les constituants majeurs et mineurs En jouant sur les constituants majeurs et mineurs En jouant sur les constituants majeurs et mineurs les compositions de verres peuvent varier les compositions de verres peuvent varier les compositions de verres peuvent varier les compositions de verres peuvent varier àààà llll’’’’infini infini infini infini pour jouer sur les propripour jouer sur les propripour jouer sur les propripour jouer sur les propriééééttttéééés :s :s :s :

� Thermiques (verres rThermiques (verres rThermiques (verres rThermiques (verres rééééfractaire ou fractaire ou fractaire ou fractaire ou àààà bas point de fusion, bas point de fusion, bas point de fusion, bas point de fusion, Pyrex Pyrex Pyrex Pyrex àààà faible coefficient de dilatationfaible coefficient de dilatationfaible coefficient de dilatationfaible coefficient de dilatation…………))))

� Optiques (transparent ou colorOptiques (transparent ou colorOptiques (transparent ou colorOptiques (transparent ou coloréééé, , , , àààà fort ou faible indice de fort ou faible indice de fort ou faible indice de fort ou faible indice de rrrrééééfractionfractionfractionfraction…………))))

� ChimiquesChimiquesChimiquesChimiques� MMMMéééécaniques caniques caniques caniques � Etc.Etc.Etc.Etc.


Des fibres de verre pour l’isolation et le renfort ?

Laine de verre

Dépôt d’un tissu de fibres de verre sur un canot, puis d’une résine polymère (époxy)

L ’application des fibres de verre pour le renfortest également très développée.Elle concerne par exemple le renfort des plastiques et les exemples sont nombreux : skis, raquettes, bateaux, supports muraux...

L ’application des fibres de verre dans le domaine de l’isolationest bien connue. Dans ce cas les fibres sont plutôt longues.


Fabrication du verre de renforcement Fabrication du verre de renforcement Fabrication du verre de renforcement Fabrication du verre de renforcement Glass tissues

Direct roving

Cake

Yarns

Multi-endsroving

Glass strand

Furnace

Bushing

Quarry

productsComposition

Elaboration

Forming

Sizing

WindingBasic strand linearweight 2.8 �4800 tex

Moltenglass

Chopped strandsWoven roving

Chopped strands mats

Continuous filament mat


Comment obtenir un verre coloré ?

Dans un verre de silicate lemoyen simple est d’ajouterun composant qui absorbeune partie de la lumière

visible : en général l’oxyded’un ion colorant

Ion couleur obtenueCo2+ bleue ou roseFe2+ verdâtreFe3+ jaune pâleCu2+ bleue pâleMn3+ violetteCr6+ jaune

VitrailCathédrale

de Clermont-Ferrand (1180)


Qu’est-ce que le verre photochrome ?

Un verre photochrome est un verre qui change de couleur (il devient plus foncé) au soleil et qui revient à sa couleur initiale lorsqu’il estplacé à l ’ombre.

Cette propriété appliquée aux lunettes de vueleur donne la qualité de lunette de soleil.

On ajoute environ 0,4% d ’halogénure d ’argent(AgCl) au verre de borosilicate. Les photons UVdu soleil font précipiter les particules d ’argent.Cela rend le verre plus opaque. A l ’ombre lesmolécules d’halogénure se reforment et le verreredevient transparent.

Evolution du pourcentage de transmissionlumineuse pour la partie verte du spectre(550 nm) en fonction du temps.


1020

3040

5060

7080

90 1020

3040

5060

7080

90

10 20 30 40 50 60 70 80 90Na2O

SiO2

B2O3

750°

755°

550°

verre

non verre

immiscibilité verre-verre

Zones de miscibilitZones de miscibilitZones de miscibilitZones de miscibilitéééé et det det det d’’’’immiscibilitimmiscibilitimmiscibilitimmiscibilitééééLes verres opalesLes verres opalesLes verres opalesLes verres opales


vitrocristallins à base de zirconolite

� En jouant sur la cristallisation contrôlée de certains verres on peut obtenir des « Vitrocéramiques » aux propriétés remarquables

Zr

Ti

Si

20 µm

Nd

Les Les Les Les vitrocristallinsvitrocristallinsvitrocristallinsvitrocristallins


Du verre pour les fibres optiques?

La propagation de la lumière dans un guide estun phénomène bien connu : il suffit que l’indicede réfraction du milieu de propagation soit plusélevé que le milieu voisin et la lumière resteconfinée dans le guide. C’est ce qui se passeavec les fontaines lumineuses.

Dans le cas des fibres optiques il y a deux types deverre : celui du cœur et celui de la gaine. Il y a leplus souvent une gaine extérieure de protection.


Fabrication des fibres optiques?

La fabrication des fibres optiques utilisede nombreuses méthodes suivant le typeet la qualité recherchée.La méthode illustrée ici est la fusion encreusets concentriques.

Pour les fibres de très haute qualitéon réalise des préformes en utilisantdifférentes techniques de dépôt enphase vapeur.


Des couches minces, pour quoi faire ?

Le dépôt d’une couche mince permet d’ajouter une (ou plusieurs) propriété à un matériau (verre, plastique, métal…).

Ci-dessous est présenté le cas d ’une couche antireflet.

A droite et en haut on observe l’exemple d’un dépôtanti-rayure sur un plastique.

En bas à droite on illustre la notion de multicouches.

Ci-dessous on peut examiner deux surfaces différentes :la première est hydrophile, la seconde hydrophobe.


Surfaces de verres fonctionnalisSurfaces de verres fonctionnalisSurfaces de verres fonctionnalisSurfaces de verres fonctionnaliséééées : es : es : es : isolationisolationisolationisolation

Grâce à un dépôt en couche mince invisible à l’œil nu on peut former un vitrage faiblement émissif qui retient 95% de l'énergie infrarouge à l'intérieure de la pièce.


Surfaces de verres fonctionnalisSurfaces de verres fonctionnalisSurfaces de verres fonctionnalisSurfaces de verres fonctionnaliséééées : es : es : es : les verres autonettoyantsles verres autonettoyantsles verres autonettoyantsles verres autonettoyants

Le principe est basé sur la double action de la lumi ère du jour et de l'eau :

L'exposition à la lumière naturelle provoque la décomposition des salissures organiques et rend la surface hydrophile. La pluie élimine ensuite les salissures décomposées et les dépôts poussiéreux résiduels.

Dépôt d’une couche mince et transparente d'un matériau minéral hydrophile et photocatalytique.


La vitrification des La vitrification des La vitrification des La vitrification des ddddééééchetschetschetschets nuclnuclnuclnuclééééairesairesairesaires ::::uneuneuneune histoire de 50 histoire de 50 histoire de 50 histoire de 50 ansansansans

� Dans les annDans les annDans les annDans les annéééées 50 les grands pays occidentaux es 50 les grands pays occidentaux es 50 les grands pays occidentaux es 50 les grands pays occidentaux ont mis en place des programmes de recherche sur ont mis en place des programmes de recherche sur ont mis en place des programmes de recherche sur ont mis en place des programmes de recherche sur le devenir de leurs dle devenir de leurs dle devenir de leurs dle devenir de leurs dééééchets nuclchets nuclchets nuclchets nuclééééairesairesairesaires

� Les solutions de Produits de Fission (PF) Les solutions de Produits de Fission (PF) Les solutions de Produits de Fission (PF) Les solutions de Produits de Fission (PF) reprreprreprrepréééésentaient le principal dsentaient le principal dsentaient le principal dsentaient le principal dééééchet radioactifchet radioactifchet radioactifchet radioactif

� Il Il Il Il éééétait inconcevable de conserver ces solutions des tait inconcevable de conserver ces solutions des tait inconcevable de conserver ces solutions des tait inconcevable de conserver ces solutions des dizaines de milliers ddizaines de milliers ddizaines de milliers ddizaines de milliers d’’’’annannannannééééeseseses

� La premiLa premiLa premiLa premièèèère idre idre idre idéééée, en Angleterre et en France, a e, en Angleterre et en France, a e, en Angleterre et en France, a e, en Angleterre et en France, a ééééttttééééde les transformer en matde les transformer en matde les transformer en matde les transformer en matéééériaux cristallisriaux cristallisriaux cristallisriaux cristallisééééssss………… but mais cette idbut mais cette idbut mais cette idbut mais cette idéééée est vite apparue irre est vite apparue irre est vite apparue irre est vite apparue irrééééaliste.aliste.aliste.aliste.

� LLLL’’’’ididididéééée de faire un verre a e de faire un verre a e de faire un verre a e de faire un verre a ééééttttéééé retenue en France retenue en France retenue en France retenue en France ààààla fin des annla fin des annla fin des annla fin des annéééées 50.es 50.es 50.es 50.

Une nouvelle application du verre était née : les verres de confinement.


ComplexitComplexitComplexitComplexitéééé dddd’’’’une solution de produits de fission une solution de produits de fission une solution de produits de fission une solution de produits de fission issue du retraitement dissue du retraitement dissue du retraitement dissue du retraitement d’’’’un combustible REPun combustible REPun combustible REPun combustible REP

SrSrSrSrZrZrZrZrMoMoMoMoRuRuRuRuPmPmPmPmAgAgAgAgTbTbTbTb

SbSbSbSbCsCsCsCsLaLaLaLaPrPrPrPrNdNdNdNdGdGdGdGdSnSnSnSn

RbRbRbRbYYYY

NbNbNbNbTcTcTcTcPdPdPdPdEuEuEuEuInInInInDyDyDyDy

SeSeSeSeTeTeTeTeBaBaBaBaCeCeCeCeRhRhRhRhSmSmSmSmCdCdCdCd

ProduitsProduitsProduitsProduits de Fission = 42.33 g/lde Fission = 42.33 g/lde Fission = 42.33 g/lde Fission = 42.33 g/l

PPPPNiNiNiNiCrCrCrCrNaNaNaNaFeFeFeFe

ProduitsProduitsProduitsProduits cececece corrosion et corrosion et corrosion et corrosion et dddd’’’’additionadditionadditionaddition ====27.33 g/l27.33 g/l27.33 g/l27.33 g/l

CmCmCmCmPuPuPuPuAmAmAmAmNpNpNpNpUUUU

Actinides = 3.37 g/lActinides = 3.37 g/lActinides = 3.37 g/lActinides = 3.37 g/l

SbSbSbSbSnSnSnSnPdPdPdPd

TcTcTcTcRhRhRhRhUUUUMoMoMoMoRuRuRuRu

AlliagesAlliagesAlliagesAlliages mmmméééétalliquestalliquestalliquestalliques = 4.69 g/l= 4.69 g/l= 4.69 g/l= 4.69 g/l


La vitrification des dLa vitrification des dLa vitrification des dLa vitrification des dééééchets nuclchets nuclchets nuclchets nuclééééaires :aires :aires :aires :une histoire de 50 ansune histoire de 50 ansune histoire de 50 ansune histoire de 50 ans

� Dans les annDans les annDans les annDans les annéééées 50 les grands pays occidentaux es 50 les grands pays occidentaux es 50 les grands pays occidentaux es 50 les grands pays occidentaux ont mis en place des programmes de recherche sur ont mis en place des programmes de recherche sur ont mis en place des programmes de recherche sur ont mis en place des programmes de recherche sur le devenir de leurs dle devenir de leurs dle devenir de leurs dle devenir de leurs dééééchets nuclchets nuclchets nuclchets nuclééééairesairesairesaires

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Une nouvelle application du verre était née : les verres de confinement.


1335

m

m

1100

m

m

430 m

…à un solide inerte!

De passer d’un liquide fortement dispersable

DDDDéééévelopper la vitrification velopper la vitrification velopper la vitrification velopper la vitrification àààà une une une une ééééchelle industriel chelle industriel chelle industriel chelle industriel cccc’’’’est permettre :est permettre :est permettre :est permettre :

…dans un conteneur en acier soudé !


Na

O

SiAl

B

Zr

Un véritable confinement à l'échelle atomique et non un enrobage!


Un véritable confinement à l'échelle atomique et non un enrobage!


La vitrification La vitrification La vitrification La vitrification àààà Marcoule :Marcoule :Marcoule :Marcoule :une histoire de plus de 40 ans !une histoire de plus de 40 ans !une histoire de plus de 40 ans !une histoire de plus de 40 ans !

� Gulliver (1964 à 1967) � 170 kg de verre tr170 kg de verre tr170 kg de verre tr170 kg de verre trèèèès actifs sont s actifs sont s actifs sont s actifs sont

produitsproduitsproduitsproduits� Piver (1969 à 1980)

� 13 tonnes de verre tr13 tonnes de verre tr13 tonnes de verre tr13 tonnes de verre trèèèès actifss actifss actifss actifs

� AVM : démarrage du premier atelier industriel de Vitrification en 1978

� Développement et études pour l’atelier de Vitrification de La Hague(AVH) (démarrage de R7 en 1989, puis de T7 en 1992)

� Implantation d'un four de fusion en creuset froid à La Hague en 2010


dépoussiéreur

four de fusion

conteneur

calcinateur

solution à vitrifier

adjuvant

fritte de verre

recyclage

Procédé Français Continu de Vitrification


Adaptation Adaptation Adaptation Adaptation àààà la composition du dla composition du dla composition du dla composition du dééééchetchetchetchetSolubilité (Cr, Ru, Rh, Pd, Ce, Pu, SO4, Cl)

Séparation de phase (Mo, SO4, Cl, P)Dévitrification (Mo, P, F, Mg, …)Taux dTaux dTaux dTaux d’’’’incorporation maximalincorporation maximalincorporation maximalincorporation maximal

Procédé / Technologie

La dLa dLa dLa dLa dLa dLa dLa dééééééééfinition dfinition dfinition dfinition dfinition dfinition dfinition dfinition d’’’’’’’’un nouveau verre est un compromisun nouveau verre est un compromisun nouveau verre est un compromisun nouveau verre est un compromisun nouveau verre est un compromisun nouveau verre est un compromisun nouveau verre est un compromisun nouveau verre est un compromis

Formulation

FacilitFacilitFacilitFacilitéééé dddd’é’é’é’élaborationlaborationlaborationlaborationTempérature de fusionViscosité, réactivité, Temps de séjour,

Conductivité électrique conductivité thermique

Additifs

Performance PropriPropriPropriPropriééééttttéééés pour le s pour le s pour le s pour le

stockage et stockage et stockage et stockage et llll’’’’entreposageentreposageentreposageentreposage

Stabilité thermiqueDurabilité chimique

Résistance auto-irradiation

Propriétés mécaniques


Le Comportement Le Comportement Le Comportement Le Comportement àààà Long terme des verresLong terme des verresLong terme des verresLong terme des verres

État Vitreux

Stabilitéthermique

Stabilité sous auto-irradiation

Stabilité

chimique

Altérationpar l'eau

Modifications structurales de l'état vitreux

DévitrificationDégâts

d'irradiation

Depuis 30 ans s’est développé à Marcoule d’une véritable science du Comportement à Long terme (CLT)


Effet de lEffet de lEffet de lEffet de l’’’’autoautoautoauto----irradiationirradiationirradiationirradiation

Le vieillissement accéléré est obtenu par l’étude de matériaux dopés avec des isotopes à vie courte

Verre au Plutonium 238, fabriqué en 1975


ModModModModéééélisation atomistique des effets dlisation atomistique des effets dlisation atomistique des effets dlisation atomistique des effets d’’’’irradiationirradiationirradiationirradiation

Modélisation par Dynamique Moléculaire d'une cascade de déplacements dans de la zirconolite avec Ec(U4+) = 12 keV à T = 320 K. (épaisseur = 11 Å) Les positions des ions Ca, Zr, Ti, O, U sont colorées en bleu, violet, jaune, rouge et vert respectivement.

t = 0,218 pst = 0,218 ps t = 18,04 ps


Le Le Le Le verreverreverreverre un un un un matmatmatmatéééériauriauriauriau autoautoautoauto----rrrrééééparantparantparantparant !!!!

Si: gilded; O: red; B: green; Na: blue; Zr: chestnut; Al: grey ; U: sky blue


SolutionGelVerre

100 nm

ÉÉÉÉtude de la vitesse dtude de la vitesse dtude de la vitesse dtude de la vitesse d’’’’altaltaltaltéééération dration dration dration d’’’’un verre par lun verre par lun verre par lun verre par l’’’’eaueaueaueau

temps

Alté

ratio

n

B, Na, Li(traceurs)

Si

Vo

Vitesseinitiale

Régimeintermédiaire Conditions de saturation

V* ≈ 10-4 Vo

Moins du millième de millimètre par an !


Analogues naturels du colis de verreAnalogues naturels du colis de verreAnalogues naturels du colis de verreAnalogues naturels du colis de verre

Les modèles d’évolution permettent de retrouver les épaisseurs de verre altérés sur des analogues naturels (basalte) et archéologiques

verre basaltique après trois cent mille ans en conditions représentatives d’un stockage

verre archéologique après deux mille ans d’altération en eau de mer


Déchet Haute Activité à Vie Longue (HAVL)

• Produits de fission issus du retraitement

• ~ 1% du volume total des déchets radioactifs

• >97% de la radioactivité

• ~ 3600 m3 en 2020

• Vitrifiés

Stockage géologiqueprévu à l'horizon 2025,

dans le cadre de la loi de juin 2006


Le verre : un matLe verre : un matLe verre : un matLe verre : un matéééériau qui nriau qui nriau qui nriau qui n’’’’a pas fini de faire parler de lui !a pas fini de faire parler de lui !a pas fini de faire parler de lui !a pas fini de faire parler de lui !

Verres anti-feu

Verre auto-nettoyant

Verres pour lasers

Verres isolants, Semi-réfléchissants

Led in glass

Verres de confinements

Priva-lite

Verres fonctionnalisés

ThermovitFINFINFINFIN

verre électrochrome


RemerciementsRemerciementsRemerciementsRemerciements

Le CEA remercie

� AnneliseAnneliseAnneliseAnnelise FAIVREFAIVREFAIVREFAIVRE et Robert SEMPERERobert SEMPERERobert SEMPERERobert SEMPERE de l’Université Montpellier II

et� Mme DaniDaniDaniDanièèèèle Foyle Foyle Foyle Foy du CNRS à Aix-en-Provence,

pour leur aimable autorisation à utiliser leurs images.

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