Le verre est solide

Partie intégrante de notre quotidien, le verre est loin de nous être si familier qu'il n'y parait. On peut certes le tenir dans la main, s'appuyer dessus, y verser un liquide…Les physiciens ne se fient pas à cette apparence extérieure et l'étudient minutieusement.

	Au dessus, structure microscopique d'un cristal ; en dessous celle du verre. Photo © Clem Cousi / GNU Free Documentation License

Un solide digne de ce nom ?

La texture est parfois bien trompeuse. Pour répondre à la question posée, il faut connaître physiquement les caractéristiques de l'état solide. Qu'est-ce qui le distingue de l'état liquide ? Cette rigidité est conférée par les liaisons entre les atomes qui constituent le matériau. Prenons l'exemple du diamant : il comprend de nombreux atomes de carbone. En le "scrutant" à une échelle microscopique, on constate que les atomes sont liés entre eux par de fortes liaisons dites covalentes. Elles sont complétées par des liaisons ioniques qui rattachent deux pôles opposés (par exemple le sodium, Na+ et le chlore, Cl-). Cet ensemble constitue un maillage fort d'où cet aspect dur et rigide. Autre point, les atomes sont disposés dans l'espace de manière régulière et ordonnée ; comme dans la figure ci-contre (au dessus). Le solide présente une structure hexagonale, en nids d'abeilles.
Et bien chez le verre, il n'en est rien. Regardez la figure juste au dessous. Ces atomes sont répartis spatialement de manière complètement anarchique. Les distances qui les séparent sont irrégulières. Dans ce cas, le verre présente une structure proche d'un liquide.

Pas si liquide que ça

Si les physiciens ne se fient qu'à sa structure microscopique, le verre a tout d'un liquide. Difficile à croire car tout liquide qui se respect coule. Or, le verre en est loin. Certains pourtant estiment que cet écoulement s'opère également chez lui. Comment ? A regarder de plus près les vitraux épais des cathédrales ou encore de simples carreaux, on peut observer un épaississement au bas de la fenêtre. Les premières conclusions sont d'ores et déjà tirées : le verre s'épanche bien.
Cette explication est vite réfutée par les spécialistes du verre. Ils justifient cette observation par la méthode employée pour la confection des carreaux ou vitraux. Pour autant, en regardant à nouveau les propriétés due verre, les scientifiques constatent qu'en dessous de la température de fusion, température à laquelle le matériau passe d'un état solide à un état liquide, le verre présente un état n'ont pas cristallisé mais surfondu. Cette phase est la transition vitreuse. A ce moment, il présente une viscosité importante et une certaine aptitude à "couler". Pour être plus exact, le verre flue. L'écoulement peut en effet s'effectuer mais il faut des centaines et des centaines d'années voire même plus pour observer ce phénomène. A l'échelle humaine, il est impossible de le vérifier.

Bilan : le verre n'est ni liquide, ni solide ; son état est intermédiaire. Les physiciens le qualifient de matériau amorphe. Mais le verre continue toujours d'intriguer et est une des énigmes de physique non résolues à l'heure actuelle.

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