Le verre est-il un solide ou un liquide ? Cette question, qui a été vigoureusement débattue par les spécialistes du domaine depuis quelques décennies, vient d'être de nouveau répondu :« Le verre est un non-équilibre, état non cristallin de la matière qui apparaît solide sur une courte échelle de temps mais se détend continuellement vers l'état liquide."

Une définition alternative plus élaborée est celle-ci :"Le verre est un non-équilibre, état condensé non cristallin de la matière présentant une transition vitreuse. La structure des verres est similaire à celle de leurs parents liquides surfondus (SCL), et ils se détendent spontanément vers l'état SCL. Leur destin ultime, dans la limite du temps infini, est de se cristalliser."

"Il existe plusieurs définitions du verre, mais la plupart d'entre eux contiennent de graves erreurs, " dit Edgar Dutra Zanotto, l'un des auteurs de la nouvelle définition. "De nombreuses définitions disent qu'un verre est un solide, et d'autres disent que c'est un matériau isotrope [dont les propriétés sont les mêmes dans toutes les directions], mais beaucoup de verres ne le sont pas."

Conjointement avec John C. Mauro, Professeur de science et d'ingénierie des matériaux à la Penn State University aux États-Unis, Zanotto a publié un article dans lequel il soutient que « la structure [du verre] est très différente de celle des solides. Le verre se détend continuellement et se cristallise ». L'article a été publié dans le Journal des solides non cristallins .

Le chercheur souligne que des dizaines d'articles ont déjà placé le verre en dehors de la catégorie des solides en raison de trois caractéristiques. L'un d'eux est que la structure du verre est très similaire à celle des liquides à partir desquels il est formé. Une autre est que le verre s'écoule (se déforme) spontanément au fil du temps en réponse à une pression minimale, qui peut être inférieure à l'action de la gravité. Les solides cristallins ne se déforment qu'en réponse à une pression externe qui est inversement proportionnelle à la température. Plus la température est basse, plus la pression qu'il faut appliquer sur un solide cristallin pour le déformer est importante, Zanotto a expliqué.

"D'autre part, toute pression positive ou contrainte différente de zéro est suffisante pour qu'un verre s'écoule à n'importe quelle température, " dit-il. " Le temps qu'il faut pour se déformer dépend principalement de la température et de la composition chimique. Si la température à laquelle le verre est soumis est proche de zéro Kelvin [zéro absolu], il faudra un temps infiniment long pour se déformer, mais s'il est chauffé, il commencera immédiatement à couler."

La troisième caractéristique qui distingue le verre d'un solide est qu'à la fin de son existence, il finit par cristalliser, alors qu'un cristal, par exemple, ne coule ni ne cristallise car il est déjà à l'état solide. Sur la base de ces trois caractéristiques, Zanotto et Mauro proposent de définir le verre comme un "liquide congelé" - un matériau ayant la structure d'un liquide qui a été congelé sans cristalliser en étant refroidi en dessous d'une certaine température, connue sous le nom de température de transition vitreuse.

« Il nous a fallu beaucoup de temps pour rapprocher ces notions de solide et de liquide, cristal et non cristal, et congelé, qui dans l'article a le sens d'un état temporaire, et pour arriver à la définition moderne améliorée du verre, " a déclaré Zanotto.

Débat passionné

L'initiative de proposer une nouvelle définition du verre est née lorsque Zanotto a donné la Turner Memorial Lecture, intitulé « Mythes et merveilles du verre, " lors de la conférence du centenaire de la Society of Glass Technology (SGT) à l'Université de Sheffield au Royaume-Uni en septembre 2016. Zanotto est le premier Brésilien à avoir été invité à donner la conférence.

Détenu à l'université depuis 1966, la Turner Memorial Lecture a été prononcée par des sommités telles que Sir Harry Kroto (1939-2016), qui a remporté le prix Nobel de chimie 1996 pour la découverte des fullerènes (allotropes de carbone également connus sous le nom de nanotubes de carbone); Sir Alastair Pilkington (1920-95), qui a inventé le procédé float utilisé dans le monde entier pour fabriquer du verre à vitres ; et Larry L. Hench (1938-2015), l'inventeur du bioverre.

L'une des questions soulevées par Zanotto lors de la conférence était précisément de savoir si le verre est un solide ou un liquide. La question a donné lieu à un débat houleux avec plusieurs scientifiques dans le public, et surtout Arun Varshneya, Professeur émérite de Glass Science &Engineering à Alfred University aux États-Unis, un "gourou du verre" bien connu et l'auteur de l'un des livres sur le verre les plus lus au monde.

Suite à la discussion, Zanotto a commencé à échanger des courriels avec Varshneya et à écrire ce qui allait devenir le Journal des solides non cristallins article, dans le but de réfuter l'idée que le verre est un solide, comme le préconise le scientifique américain d'origine indienne.