Il y a quelque chose d’étrange dans les vitraux des bâtiments médiévaux : ils ont tendance à être plus épais en bas qu’en haut. Beaucoup pensent que cela est dû au fait que le verre est en réalité un liquide qui s’est écoulé dans l’assiette au fil des siècles. En revanche, d’autres soutiennent que le verre ne s’écoule pas parce qu’il s’agit d’un solide – ou peut-être d’un solide amorphe ou d’un liquide surfondu.
Alors, qu’est-ce que le verre, solide ou liquide, ou quelque chose entre les deux ?
« Ce n’est ni un vrai liquide ni un vrai solide, il a les propriétés des deux, mais il se distingue de l’autre. » État de la matière« , » Jean MauroLe scientifique des matériaux de Penn State a déclaré à Live Science. « La définition technique est que le verre est un état de matière non équilibré et non cristallin qui apparaît solide sur une courte période de temps mais se décompose continuellement pour devenir liquide. »
Cela peut sembler compliqué, mais l’examen séparé de chaque élément de cette explication révèle comment le verre passe de l’état solide à l’état liquide.
Tout d’abord, il est important de rappeler que le verre n’est pas seulement le matériau transparent que nous utilisons pour les fenêtres. Il s’agit plutôt d’un ensemble de matériaux, dont certains ne sont même pas évidents.
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« Il existe tous les types de verres naturels et synthétiques », a déclaré Mauro. « La plupart du verre utilisé au quotidien est ce qu’on appelle le verre de silicate sodocalcique, composé de sable, de calcaire et de carbonate de sodium fusionnés à environ 1 500 degrés Celsius. [2,732 degrees Fahrenheit]. Mais il en existe d’autres, comme le Pyrex résistant à la chaleur ou le Gorilla Glass solide et pliable, qui contiennent d’autres produits chimiques pour leur conférer des propriétés spécialisées.
Bien que les types de verre diffèrent chimiquement, les structures des différents matériaux ont de nombreux points communs. C’est cette structure – un arrangement Atomes Et les molécules à l’intérieur du matériau, ce qui provoque une confusion sur la structure du verre et s’il s’agit d’un solide ou d’un liquide.
« Ce qui rend la matière solide, c’est que les atomes sont fixés à leur place dans la matière. » John ParkerLe scientifique des matériaux du Centre de recherche sur le verre de l’Université de Sheffield au Royaume-Uni a déclaré à Live Science. « En revanche, dans un liquide, les atomes sont partout et peuvent être facilement réorganisés. »
Habituellement, lorsque nous pensons à un solide, nous entendons en réalité une substance cristalline – quelque chose comme le sel, qui a une structure régulière et ordonnée. En dessous du point de fusion, cette structure cristalline solide est la forme la plus stable, et au-dessus du point de fusion, la forme liquide devient la plus stable. Toutes les substances veulent prendre leur forme la plus stable, appelée être en équilibre. Cependant, le verre a la particularité de ne pas exister dans cet état stable.
Parker a expliqué que le verre est fabriqué en faisant fondre différents ingrédients pour obtenir un liquide très visqueux, comme du sirop, qui ne s’écoule pas facilement. « Ensuite, il refroidit rapidement, mais comme il est si visqueux, les atomes ne peuvent pas se déplacer facilement pour se réorganiser en une structure solide plus régulière, ils restent donc piégés dans des arrangements désorganisés », a-t-il expliqué. « Une substance est mécaniquement solide mais possède une structure turbulente et fluide. »
Pour atteindre l’équilibre, le verre devra se « détendre » pour revenir à l’état liquide. Mais à température ambiante, les molécules se déplacent très lentement, ce qui rend cette opération peu pratique. « C’est ce qu’on appelle un équilibre métastable », a déclaré Mauro. « Il semble solide car lorsque nous interagissons avec lui, cela se produit sur une échelle de temps beaucoup plus courte que le comportement de relaxation d’un liquide. »
À toutes fins utiles, cela signifie que malgré la possibilité de changements incroyablement lents dans la matière – mesurés sur une échelle de temps de plusieurs milliards d’années – le verre se comporte davantage comme un solide que comme un liquide.
« En termes pratiques, j’aime définir le verre comme un solide, mesuré sur une échelle de temps raisonnable », a déclaré Parker.
Même les époques des plus anciennes cathédrales d’Europe sont insuffisantes pour voir des vitres se comporter comme un liquide. En fait, il existe une explication beaucoup plus simple au verre de fenêtre tordu, a déclaré Parker : « Certaines vitres sont plus épaisses en bas qu’en haut parce qu’il y a 1 000 ans, elles ne pouvaient pas produire du verre d’épaisseur uniforme, et elles ont dû suivre cette voie. » Dans le cadre ou d’une autre manière.
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