le verre de l'antiquité à nos jours - visiatome.fr du verre de renforcement glass tissues...
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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
Visiatome Fête de la Science 2011 : Le verre de l’antiquité à nos jours 2
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
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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
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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
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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".
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LLLL’’’’Etat VitreuxEtat VitreuxEtat VitreuxEtat Vitreux
Une définition phénoménologique du verre serait alo rs :
"le verre est un liquide surfondu figé".
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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
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Les souffleurs de verreLes souffleurs de verreLes souffleurs de verreLes souffleurs de verre
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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
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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
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� 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
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Bet Eli ’ezer (Israël) VIIe siècle après J.-C.
Les seuls fours primaires fouillés
Les ateliers primairesLes ateliers primairesLes ateliers primairesLes ateliers primaires
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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
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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
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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
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Ateliers actuels dans certaines parties du monde
Le Caire
Damas
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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 :
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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
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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
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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...
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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
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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
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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 !
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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
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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.
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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.
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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
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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)
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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.
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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
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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
� 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
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Une nouvelle application du verre était née : les verres de confinement.
Visiatome Fête de la Science 2011 : Le verre de l’antiquité à nos jours 41
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 !
Visiatome Fête de la Science 2011 : Le verre de l’antiquité à nos jours 42
Na
O
SiAl
B
Zr
Un véritable confinement à l'échelle atomique et non un enrobage!
Visiatome Fête de la Science 2011 : Le verre de l’antiquité à nos jours 43
Un véritable confinement à l'échelle atomique et non un enrobage!
Visiatome Fête de la Science 2011 : Le verre de l’antiquité à nos jours 44
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
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dépoussiéreur
four de fusion
conteneur
calcinateur
solution à vitrifier
adjuvant
fritte de verre
recyclage
Procédé Français Continu de Vitrification
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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
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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)
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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
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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
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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
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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 !
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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
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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
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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
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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.