Un nouveau type de verre 10 fois plus vert et plus résistant aux dommages

Globalement, la fabrication du verre entraîne le moins 86 millions de tonnes de dioxyde de carbone par an. Cependant, un nouveau type de verre appelé LionGlass, développé par des chercheurs de Penn State, offre le potentiel de réduire cette production de carbone de 50 %. Non seulement ce verre innovant nécessite beaucoup moins d’énergie pour sa production, mais il a également une plus grande résistance aux dommages que le verre de silicate sodocalcique traditionnel. Les scientifiques à l’origine de cette percée ont récemment déposé une demande de brevet, marquant la première étape vers la commercialisation de LionGlass.

« Notre objectif est de rendre la fabrication du verre durable à long terme », a déclaré John Mauro, professeur Dorothy Butt Enright de science et d’ingénierie des matériaux à Penn State et chercheur principal du projet. « LionGlass réduit l’utilisation de matières premières contenant du carbone et abaisse considérablement la température de fusion du verre. »

Le verre de silicate sodocalcique, le verre couramment utilisé dans les articles de tous les jours, des fenêtres à la vaisselle en verre, est fabriqué en faisant fondre trois matériaux de base : le sable de quartz, le carbonate de soude et le calcaire. La cendre de soude est du carbonate de sodium et le calcaire est du carbonate de calcium, et tous deux libèrent du dioxyde de carbone (CO2), un gaz à effet de serre qui emprisonne la chaleur, lorsqu’ils fondent.

« Pendant le processus de fusion du verre, les carbonates se décomposent en oxydes et produisent du dioxyde de carbone, qui est rejeté dans l’atmosphère », a déclaré Mauro.

Mais la majeure partie des émissions de dioxyde de carbone provient de l’énergie nécessaire pour chauffer les fours aux températures élevées nécessaires pour faire fondre le verre. Avec LionGlass, les températures de fusion chutent d’environ 300 à 400 degrés ° CMauro a expliqué que cela conduit à une réduction de la consommation d’énergie d’environ 30 % par rapport à un verre sodocalcique traditionnel.

Non seulement LionGlass est plus respectueux de l’environnement, mais il est également plus résistant que le verre traditionnel. Les chercheurs se sont dits surpris de constater que le nouveau verre, nommé d’après la mascotte Nittany Lion de Pennsylvanie, avait une résistance aux fissures plus élevée que le verre conventionnel.

Certains luminaires à panneau de verre ont une résistance aux fissures si forte que le verre ne se fissurera pas, même sous une charge de force d’un kilogramme de tuyau en diamant Vickers. LionGlass est au moins dix fois plus résistant aux fissures que le verre sodocalcique standard, qui forme des fissures sous une charge d’environ 0,1 kilogramme de force. Les chercheurs ont expliqué que les limites de LionGlass n’avaient pas encore été trouvées, car il avait atteint la charge maximale que l’équipement d’indentation permettrait.

« Nous avons continué à augmenter le poids de LionGlass jusqu’à ce que nous atteignions la charge maximale que l’équipement permettrait », a déclaré Nick Clark, stagiaire postdoctoral au laboratoire de Mauro. « Il ne cassera tout simplement pas. »

Mauro a expliqué que la résistance aux fissures est l’une des qualités les plus importantes à tester dans le verre, car c’est ainsi que le matériau finit par échouer. Au fil du temps, le verre développe de petites fissures le long de la surface, qui deviennent des points faibles. Lorsqu’un morceau de verre se brise, cela est dû aux faiblesses causées par les microfissures qui sont présentes. Il a ajouté que le verre qui résiste à la formation de microfissures en premier lieu est d’une valeur particulière.

« La résistance aux dommages est une propriété particulièrement importante du verre », a déclaré Mauro. « Pensez à toutes les façons dont nous comptons sur la résistance du verre, dans les industries automobile et électronique, dans l’architecture et dans les technologies de communication comme les câbles à fibres optiques. Même dans les soins de santé, les vaccins sont stockés dans des récipients en verre solides et résistants aux produits chimiques. »

Mauro espère que la résistance améliorée de LionGlass signifie que les produits créés à partir de celui-ci peuvent être encore plus légers. Parce que LionGlass est dix fois plus résistant aux dommages que le verre actuel, il peut être considérablement plus fin.

« Nous devons pouvoir réduire l’épaisseur et avoir le même niveau de résistance aux dommages », a déclaré Mauro. « Si on a un produit plus léger, c’est mieux pour l’environnement, car on utilise moins de matières premières et on a besoin de moins d’énergie pour le produire. Même en aval, pour le transport, ça réduit l’énergie nécessaire pour déplacer le verre, donc c’est gagnant- situation gagnante.

Mauro note que l’équipe de recherche évalue toujours le potentiel de LionGlass. Ils ont déposé une demande de brevet pour toute la famille du verre, ce qui signifie qu’il existe de nombreuses compositions au sein de la famille LionGlass, chacune avec ses propres caractéristiques distinctes et ses applications potentielles. Ils exposent maintenant différentes formulations de LionGlass à une gamme d’environnements chimiques pour étudier leur interaction. Les résultats aideront l’équipe à mieux comprendre comment LionGlass est utilisé dans le monde.

« Les humains ont appris à fabriquer du verre il y a plus de 5 000 ans, et depuis lors, il est devenu impératif d’amener la civilisation moderne à ce qu’elle est aujourd’hui », a déclaré Mauro. « Maintenant, nous sommes à un moment où nous devons contribuer à façonner l’avenir, alors que nous sommes confrontés à des défis mondiaux tels que les problèmes environnementaux, les énergies renouvelables, l’efficacité énergétique, les soins de santé et le développement urbain. Le verre peut jouer un rôle essentiel dans la résolution de ces problèmes, et nous sommes prêts à contribuer.