Interaction des éléments multivalents dans les silicates fondus et vitreux

Le contrôle de l’état d’oxydation des silicates fondus et vitreux est un enjeu majeur aussi bien pour les sciences de la Terre que pour l’industrie verrière. Les éléments multivalents, sensibles à l’état redox du verre, sont présents dans les magmas naturels et ajoutés dans les compositions industrielles pour conférer des propriétés particulières au produit fini. A haute température, l’état redox des éléments multivalents est fonction de la température d’équilibre du silicate fondu, mais aussi de la fugacité d’oxygène et de la composition du silicate. La mesure de l’état d’oxydation à température ambiante peut servir de marqueur des conditions d’équilibre des verres et magmas. Toutefois, l’hypothèse faite est que l’état d’oxydation à température ambiante est directement représentatif de l’état à haute température.  Or, plusieurs études montrent de manière indirecte que ce n’est pas toujours le cas.

L’objectif de mon projet de thèse (décembre 2021-novembre 2024) est de mieux comprendre les réactions chimiques ayant lieu lors du refroidissement des silicates. Cette thèse, financée par l’entreprise américaine Corning, met en œuvre des techniques spectroscopiques in situ afin d’observer les changements redox ayant lieu lors du refroidissement d’un échantillon. Ces mesures directes permettent de quantifier les interactions qui ont lieu lors du refroidissement naturel d’un magma ou de la trempe d’un verre industriel. Une fois les mécanismes ayant lieu lors de la trempe mieux compris, il sera possible de déterminer l’état d’oxydation à haute température à partir de mesures réalisées à température ambiante, plus accessibles que des mesures in situ. En connaissant les phénomènes ayant lieu lors de la trempe, il est possible de prédire l’état d’oxydation à température ambiante en connaissant les conditions d’équilibre à haute température. Cela permet de grandement améliorer le contrôle du redox, clé pour les verres technologiques tels que les verres scintillateurs pour la Tomographie par Émission de Positrons, ou pour les fibres optiques actives.