L'avenir dans une boule de verre noir

Le verre, comment ça marche ? Pourquoi arrive-t-il de se cogner tête la première dans une fenêtre et pourquoi nous parle-t-on encore de verre devant une lentille bien noire ?
L'avenir dans une boule de verre noir

Interférence

La section azuréenne de la Société Française de Physique (SFP) rebondit sur la décision de l’Unesco de déclarer 2015 année internationale de la lumière, pour parler du verre, un matériau commun et pourtant toujours au coeur des travaux scientifiques. L’association a invité, pour ce faire, le 20 janvier dernier au théâtre de Valrose, Jean-Luc Adam, Directeur de Recherche au CNRS et chercheur à l’Institut des Sciences Chimiques de Rennes.
Le spécialiste avait choisi de présenter à la quarantaine de personnes réunie face à lui les « chalcogénures », autrement qualifiés de « verres noirs ». Il s’agit, comme pour les verres utilisés en architecture, à l’identique des lentilles situées au coeur des télescopes géants, de la même façon que pour les fibres de télécommunication ou que pour les bouteilles, d’associations répétitives d’atomes. Vus en microscopie, les verres présentent en effet des motifs récurrents « empilés » de façon anarchique. Mais, là où le verre « classique » s’articule autour d’atomes d’oxygène, les chalcogénures en sont dénués. Les premiers sont généralement constitués de silice ou de silicate, les seconds se composent plutôt de soufre, de sélénium, de tellure.
« Les verres noirs ne sont pas les seuls verres non oxydés, mais ceux-là présentent d’autres propriétés, très intéressantes par exemple pour la santé, l’environnement ou encore la sécurité », a expliqué Jean-Luc Adam. D’abord, comme cette matière passe à un état caoutchouteux à des températures relativement « basses » (situées autour de 300°C), elle permet des opérations de moulage, d’étirage et de pétrissage. Ensuite, elle présente un indice de réfraction élevé. Autrement dit, son utilisation génère peu d’aberrations chromatiques. « Les chalcogénures bénéficient également d’un large domaine de transmission optique. C’est là une propriété essentielle », révélait le spécialiste.
Pour comprendre, mieux vaut encore une fois en revenir au verre « commun ». Celui là laisse passer les couleurs sensibles à l’oeil nu, c’est-à-dire les rayons dont les longueurs d’onde s’étendent entre 0,4µm et 0,8µm. Au-delà, il « absorbe » ce qui le traverse. Cela lui confère son aspect « transparent ». Or, le verre noir agit pour ainsi dire à l’inverse. Il engloutit les rayons du domaine du visible, ce qui le rend « opaque ». En revanche, il laisse passer l’infra rouge, entre 1 et 30µm environ. Ceci permet par exemple de « révéler » des formes dans le noir. « Une caméra équipée de lentilles de verre noire permet notamment d’obtenir une image de silhouette humaine avec des contrastes de couleur très fidèles à la température corporelle. Nous observons une précision à 0,1°C », soulignait Jean-Luc Adam. Un célèbre constructeur automobile équipe ainsi désormais ses modèles en option, avec d’évidentes indications en terme de sécurité routière.

Autre exemple d’application sensible, le diagnostic précoce de pathologies. « Le rayonnement infrarouge peut être absorbé par des molécules biologiques, entre 2 et 15µm. Les pathogènes, en renvoyant un signal partiel, laissent ainsi une « signature optique » témoignant de leur présence », a développé le directeur de recherches. De minuscules lentilles de chalcogénures sont ainsi développées pour s’adapter à la taille d’une tête de cathéter. Enfin, les verres noirs permettent actuellement de contrôler in situ et en temps réel les sites de stockage géologique de CO2, au moyen de capteurs à fibres optiques infrarouges. Mais tout cela ne donne qu’un maigre aperçu des perspectives rendues possibles par les étonnantes propriétés des verres non oxydés. « Quantité d’autres applications sont en développement, en optique intégrée, dans la détection des polluants de l’océan, dans la création de nouvelles sources infrarouges en communication optique, dans le photovoltaïque… », a conclu Jean-Luc Adam.


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Laurie CHIARA
Direction de la Culture

 

Article issu de la Lettre Culture Science N°19