Larme de verre

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
Larme de verre
Prince Ruperts drops.jpg
Type
Objet de fantaisie (en), goutteVoir et modifier les données sur Wikidata
Caractéristiques
Matériau
Composé de
Fin (d), fin (d)Voir et modifier les données sur Wikidata
Utilisation
Usage
Démonstration (en)Voir et modifier les données sur Wikidata
Les merveilles de l'industrie, 1873 "Larme batavique" (4606397264).jpg

Les larmes de verre, larme du verrier ou larmes bataviques, sont de petits objets de verre connus pour la particularité de se pulvériser quand leur pointe est rompue, alors qu'ils sont par ailleurs très résistants aux chocs. On les qualifie aussi de bataviques car c'est en Hollande qu'on a commencé à les fabriquer.

Ces larmes sont réalisées en laissant tomber du verre en fusion (autour de 1500°C) dans de l'eau froide. Elles prennent une forme assez semblable à celle d'une larme avec une partie oblongue s'amenuisant en un petit filet plus ou moins long. À la rupture de cette extrémité, les tensions provoquées par le refroidissement rapide sont libérées et toute la larme se transforme avec un grand bruit en une myriade d'infimes éclats.

Les tensions sont effectivement importantes au sein d'une larme batavique[1],[2]. La larme, avant d'atteindre l'eau, est chaude, à viscosité faible. Au contact de l'eau, la surface se refroidit immédiatement, se contracte (par effet de dilatation thermique) et voit sa viscosité augmenter brutalement. En se contractant, elle comprime le cœur de la goutte. Mais le cœur, encore chaud et fluide, relaxe cette contrainte rapidement, et suit la contraction de la surface par cet effet. Au moment où le cœur lui-même se refroidit, il voudrait se contracter davantage par effet de dilatation thermique, mais la surface l'en empêche: elle est de viscosité trop élevée pour relaxer la contrainte que cela induit. Le cœur induit donc des contraintes de compression à la surface qui en échange induit des contraintes de traction dans le cœur. Ce phénomène est le même que celui utilisé pour la trempe thermique des verres, mais est plus violent pour la larme (le verre trempé étant refroidi à l'air et non à l'eau froide).

Pour qu'un verre casse, il faut qu'une fissure s'y propage. Cela n'est possible que si la fissure subit une contrainte de traction seuil définie par la ténacité du verre. La larme aura surtout des fissures à sa surface (issu de sa manipulation, des poussières, etc...), mais sa surface est en compression. Cela signifie qu'avant d'atteindre une contrainte de traction suffisante pour propager une fissure, il faut déjà appliquer une contrainte de traction annulant la compression de surface due à la trempe. De ce fait, la larme a une résistance mécanique exceptionnelle comparée à un verre ordinaire.

En revanche, si une fissure atteint le cœur, ce qui arrive si on coupe la queue de la larme, elle va entrer dans une zone où la contrainte de traction dépasse largement celle nécessaire à sa rupture: elle a plus d'énergie qu'il lui en faut pour se propager. Pour dissiper ce trop plein d'énergie, la fissure augmente sa surface par "branchement de fissure"[3], ce qui produit de petits fragments de verre. Les fragments étant petits (donc de masse faible) et la propagation de fissure rapide (plusieurs milliers de m/s) [4], la goutte explose alors de façon impressionnante[5].

Article connexe[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  • Source : L'Encyclopédie Diderot, première édition, tome 9, p. 296, entrée Larme.
  1. (en) Lisa Zyga, « Scientists solve 400-year-old mystery of Prince Rupert's drops », Phys.org,‎ (lire en ligne)
  2. (en) « Rupert's glass drops: Residual-stress measurements and calculations and hypotheses for explaining disintegrating fracture », Journal of Materials Processing Technology, vol. 31, no 3,‎ , p. 413–440 (ISSN 0924-0136, DOI 10.1016/0924-0136(92)90292-Z, lire en ligne, consulté le )
  3. M. Munawar Chaudhri, « Crack bifurcation in disintegrating Prince Rupert's drops », Philosophical Magazine Letters, vol. 78, no 2,‎ , p. 153–158 (ISSN 0950-0839, DOI 10.1080/095008398178147, lire en ligne, consulté le )
  4. (en) M. Munawar Chaudhri, « The role of residual stress in a Prince Rupert's drop of soda-lime glass undergoing a self-sustained and stable destruction/fracture wave », Physica Status Solidi A, Volume206, Issue7,‎ , Pages 1410-1413 (lire en ligne)
  5. (en) S. Chandrasekar & M. M. Chaudhri, « The explosive disintegration of Prince Rupert's drops », Philosophical Magazine B , Volume 70, Issue 6,‎ , p. 1195-1218 (lire en ligne)