Rhéologie & Photofluidité

Le verre s'écoule !

dispositif expérimental sous atmosphère controle
  1. L'équipe
  2. Contexte
  3. Objectif
  4. Activité
  5. Collaborations
  6. Thèses
  7. Equipement spécifique à l'axe de recherche
  8. Articles

L'équipe

Enseignants-chercheurs
Yann Gueguen
Fabrice Célarié
Jean-Christophe Sangleboeuf

Compétences techniques
Mickaël Le Fur             Etude et conception
Vincent Burgaud           Instrumentation / Interfaçage

Contexte

Les verres sont des matériaux fragiles généralement mis en forme à hautes températures par déformation visqueuse. De même, lorsque les verres sont exposées à des températures proches de leur transition vitreuse -Tg- (verres au joint de grain dans les céramiques, verres à basses Tg…), ils adoptent un comportement viscoélastiques. Par ailleurs, les verres de chalcogénures, utilisés pour leur transparence dans l’infrarouge (vision nocturne, spectroscopie déportée, capteurs optiques…) ont la particularité d’être photosensibles. Leurs propriétés physiques changent sous irradiation et en particulier leur viscosité (photofluidité) et leurs propriétés viscoélastiques dans leurs ensembles.

Viscosité des verres

Objectif

L’objectif de cet axe de recherche est de mieux comprendre la rhéologie des verres sous conditions extrêmes (hautes températures/irradiation) et en particulier le lien structure/propriétés viscoélastiques.
A cette fin, cet axe de recherche s’intéresse:

  • A la rhéologie « classique » (en température), en particulier par des méthodes dynamiques (DMA, RFDA…) en développant de nouvelles méthodes expérimentales. Nous nous intéressons entre autres à la rhéologie des verres hors équilibre thermodynamique, c’est à dire à l’évolution de leurs propriétés viscoélastiques au cours de leur vieillissement. Nous mesurons et analysons l’évolution de la viscoélasticité, et des modules d’élasticité en températures.
RFDA
  • A la rhéologie sous irradiation afin de maîtriser les effets photoinduits pour mettre en forme des verres à petites échelles (film, fibre…). Cette activité couple des méthodes optiques (pompe-sonde) et mécaniques (spectroscopie mécanique du MHz à moins que le Hz, essais statiques, indentation instrumentée…) à petites échelles, afin d’analyser les effets photoinduits depuis l’excitation électronique jusqu’aux changements structuraux générant de nouvelles propriétés mécaniques macroscopiques.

Activité

Les propriétés viscoélastiques des verres (d’oxydes, de chalcogénures, de phosphates …) sont analysées en température ou sous-irradiation, pour les chalcogénures, par des méthodes dynamiques (RFDA: résonance de plaque et amortissement, Spectroscopie Mécaniques -« DMA »- sur fibres ou films minces) ou statiques (fluage, relaxation/recouvrance). 
L’axe de recherche consiste à développer de nouveaux dispositifs expérimentaux et de nouvelles méthodologies pour extraire un maximum d’informations des essais mécaniques, sur l’élasticité, la viscosité et l’élasticité différée, et de corréler ces propriétés à la structure ou aux changements de structures des verres. Les changements qui nous intéressent sont soit ceux dus aux vieillissements, soit ceux résultants de l’irradiation.
 

Collaborations

  • • Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials (IMRAM), Tohoku University Sendaï, Japon (Prof Hiroyuki Shibata, Souhei Sukenaga) sur la viscosité des verres de silicate (2013).
  • • Equipe Verres et Céramiques des Sciences Chimiques de Rennes UMR UR1-CNRS 6226, sur les effets photoinduits dans les verres de chalcogénures (Virginie Nazabal) et sur la rhéologie des verres de phosphates (Jean Rocherullé).
  • • SATIE UMR CNRS 8029 (Florence Razan), sur les effets photoinduits dans les verres de chalcogénures.
  • • Infrared Glass Sensor Lab de l’université d’Arizona (Pierre Lucas), sur les effets photoinduits dans les verres de chalcogénures.
  • • Département Matériaux et Lumière de l’IPR (Eric Collet, Marco Cammarata) sur les effets photoinduits dans les verres de chalcogénures.
  • • Institut de Recherche sur les Céramiques (IRCER) de l’université de Limoges (Maggy Colas) sur la rhéologie des verres d’oxyde de tellure (2016). 
  • • Chaire d’Excellence en Recherche du Canada sur l’Innovation en Photonique (CERCP) de l’université Laval à Québec sur les verres de germanate de tellure (2016).
  • • …

Thèses

Thèse soutenue récemment: « Comportement mécaniques de films minces de chalcogénures sous irradiation de photons », par Marion Specht, soutenue le 1 décembre 2017.

Thèse en projet (octobre 2018): Rhéologie des verres hors équilibres thermodynamiques par méthode dynamique (direction: Jean Rocherullé, Fabrice Célarié, Yann Gueguen).

 

Equipement spécifique à l'axe de recherche

RFDA (20-1050°C), microindentation instrumentée à haute température (20-1090°C), DMA pour film et pour fibre (« home-made »)…

Synopsis indentation à chaud
RFDA

Articles

Structure and viscosity of phase-separated BaO-SiO2 glasses
Yann Gueguen, Patrick Houizot, Fabrice Célarié, Mingwei Chen, Akihiko Hirata, Yongwen Tan, Mathieu Allix, Sébastien Chenu, Clément Roux-Langlois, Tanguy Rouxel
Journal of the American Ceramic Society, Wiley, 2017, 100 (5), pp.1982--1993.

Mechanical model of giant photoexpansion in a chalcogenide glass and the role of photofluidity
Manuel Buisson, Yann Gueguen, Romain Laniel, Christopher Cantoni, Patrick Houizot, Bruno Bureau, Jean-Christophe Sangleboeuf, Pierre Lucas
Physica B: Condensed Matter, Elsevier, 2017, 516, pp.85-91.

Thermal stress analysis and supercontinuum generation in germanate-tellurite composite fibers
Mathieu Boivin, Mohammed El-Amraoui, Yannick Ledemi, Fabrice Célarié, Réal Vallée, Younes Messaddeq
Optical Materials Express, OSA pub, 2016, 6 (5), pp.1653--1662.

Evolution of the elastic modulus of Zr–Cu–Al BMGs during annealing treatment and crystallization: Role of Zr/Cu ratio
M. Idriss, F. Celarie, Y. Yokoyama, F. Tessier, T. Rouxel
Journal of Non-Crystalline Solids, Elsevier, 2015, 421, pp.35-40.

A relationship between non-exponential stress relaxation and delayed elasticity in the viscoelastic process in amorphous solids: Illustration on a chalcogenide glass
Yann Gueguen, Vincent Keryvin, Tanguy Rouxel, Mickaël Le Fur, Hervé Orain, Bruno Bureau, Catherine Boussard-Plédel, Jean-Christophe Sangleboeuf
Mechanics of Materials, Elsevier, 2015, 85, pp.47-56.

Photoinduced Fluidity and Viscoelasticity in Chalcogenide Glasses
Yann Gueguen, Tanguy Rouxel, Jean-Christophe Sangleboeuf, Vincent Keryvin
International Journal of Applied Glass Science, 2012, 2 (4), pp.1-4.

Fragile-strong behavior in the AsxSe1-x glass forming system in relation to structural dimensionality
Guang Yang, Ozgur Gulbiten, Yann Gueguen, Bruno Bureau, Jean-Christophe Sangleboeuf, Claire Roiland, Ellyn A. King, Pierre Lucas
Physical Review B : Condensed matter and materials physics, American Physical Society, 2012, 85 (14), pp.id. 144107.

High temperature elasticity and viscosity of GexSe1-x glasses in the transition range
Y. Gueguen, Tanguy Rouxel, Cédric Bernard, Vincent Keryvin, Jena-Christophe Sangleboeuf, Pascal Gadaud
Physical Review B : Condensed matter and materials physics, American Physical Society, 2011, 84, pp.064201.

Viscosity of high-nitrogen content Ca-Si-O-N glasses
Yann Gueguen, Sharafat Ali, Grins Jekabs, Tanguy Rouxel
Journal of the European Ceramic Society, Elsevier, 2010, 30, pp.3455-3458.