Des chercheurs de la Pennsylvania State University aux États-Unis ont mis au point un nouveau type de verre qui est dix fois plus résistant que son homologue habituel et qui a près de la moitié de l’empreinte carbone.
Surnommé « LionGlass » – d’après la mascotte Nittany Lion de l’institution – il peut aider à lutter contre les émissions de gaz à effet de serre et également à rendre les produits plus légers sans compromettre la résistance.
Selon les chercheurs, la fabrication du verre libère actuellement 68 millions de tonnes de dioxyde de carbone dans le monde chaque année.
Les chercheurs travaillent à la commercialisation, ayant déjà déposé une demande de brevet pour toutes les compositions de la famille LionGlass.
Le verre peut trouver des applications dans tout, des fenêtres et des écrans de téléphone à la verrerie domestique.
La recherche a été entreprise par le scientifique du verre, le professeur John Mauro et ses collègues de Penn State.
L’équipe explique que le verre de « silicate de chaux sodée » que l’on trouve dans les articles allant des fenêtres à la vaisselle en verre est fabriqué en faisant fondre trois ingrédients : le sable de quartz, le carbonate de soude et le calcaire.
Une partie du problème est que le carbonate de soude (carbonate de sodium) et le calcaire (carbonate de calcium) libèrent tous deux du dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre, lorsqu’ils fondent.
Le professeur Mauro a déclaré: « 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. »
Cependant, la part du lion des émissions de la fabrication du verre provient de la production de l’énergie nécessaire pour chauffer les fours à des températures qui font fondre le verre ordinaire – environ 2822-2912F (1550-1600C).
Le LionGlass, en revanche, a un point de fusion inférieur d’environ 540 à 720 F (300 à 400 C), ce qui signifie que sa production nécessite environ 30 % d’énergie en moins que le verre sodocalcique.
Le professeur Mauro a ajouté : « Notre objectif est de rendre la fabrication du verre durable à long terme.
« LionGlass élimine l’utilisation de matières premières contenant du carbone et abaisse considérablement la température de fusion du verre. »
De plus, l’équipe a été surprise de constater que leur nouveau verre offre une résistance aux fissures nettement supérieure à celle de son homologue habituel.
LionGlass peut être au moins dix fois plus résistant aux fissures que le verre sodocalcique standard, qui a tendance à se fracturer lorsqu’une force d’environ 0,22 lb (0,1 kg) lui est appliquée.
En fait, il est peut-être encore plus fort, ont noté les chercheurs – certaines compositions particulières ayant survécu à tout ce qu’elles pourraient métaphoriquement lui lancer avec l’outil de pénétration de diamant à leur disposition.
Le scientifique des matériaux de Penn State, le Dr Nick Clark, a expliqué: «Nous avons continué à augmenter le poids de LionGlass jusqu’à ce que nous atteignions la charge maximale autorisée par l’équipement. Il ne craquerait tout simplement pas.
La résistance aux fissures est une propriété clé du verre produit commercialement, car les fractures sont la cause de la défaillance du matériau.
Au fil du temps, ont expliqué les chercheurs, le verre développe des microfractures le long de sa surface, qui forment des points faibles.
Le professeur Mauro a déclaré : « La résistance aux dommages est une propriété particulièrement importante pour le verre. Pensez à toutes les façons dont nous comptons sur la résistance du verre – dans les industries automobile et électronique, l’agriculture et pour les technologies de communication comme les câbles à fibres optiques.
« Même dans les soins de santé, les vaccins sont stockés dans des emballages en verre solides et résistants aux produits chimiques. »
Les chercheurs espèrent que, comme LionGlass est plus résistant que son homologue habituel, les produits fabriqués à partir de celui-ci pourraient être fabriqués avec un design plus fin.
Le professeur Mauro a expliqué : « Nous devrions être en mesure de réduire l’épaisseur tout en obtenant le même niveau de résistance aux dommages.
« Si nous avons un produit plus léger, c’est encore mieux pour l’environnement, car nous utilisons moins de matières premières et avons besoin de moins d’énergie pour le produire.
« Même en aval […] cela réduit l’énergie nécessaire pour transporter le verre, c’est donc une situation gagnante pour tout le monde.
Une fois leur étude initiale terminée, les chercheurs exposent maintenant diverses compositions de LionGlass à différents environnements chimiques pour voir comment il réagit et évaluer les types d’utilisations que le matériau pourrait trouver dans le monde réel.
Le professeur Mauro a ajouté : « Les humains ont appris à fabriquer du verre il y a plus de 5 000 ans et depuis lors, cela a été essentiel pour amener la civilisation moderne là où elle est aujourd’hui.
« Maintenant, nous sommes à un moment où nous en avons besoin pour 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. »
Il a conclu : « Le verre peut jouer un rôle essentiel dans la résolution de ces problèmes, et nous sommes prêts à y contribuer.
