A la recherche de l’organisation locale dans le désordre d’un verre

Qu’y a-t-il dans mon verre ? Si le week-end, c’est plutôt un liquide houblonné, la semaine, au laboratoire, c’est un peu plus compliqué que cela : des atomes formant une matrice en désordre…. Pas si désordonnée que ça.

Dans la matière, l’organisation des atomes est une information importante, nous permettant de comprendre les propriétés physiques d’un matériau, telle que la couleur, la transparence, la texture, la dureté, etc. Si l’on peut voir que pour le cristal, les atomes sont rangés de la même façon à longue distance ; pour le verre, le rangement est plus aléatoire. On peut néanmoins constater qu’il y la présence de ce qu’on appelle un ordre à « courte distance » c’est à dire la répétition d’un même motif (atome noir lié à 3 atomes blancs).

Avec les techniques de caractérisation actuelles, il est possible de savoir comment sont organisés les atomes en moyenne sur quelques millimètres, soit sur une zone 10 millions de fois plus grande qu’un atome (~0,1 nanomètre). On peut vite comprendre que pour le verre, avoir une idée en moyenne de comment sont placés les atomes, ne nous permet pas de savoir comment ils le sont réellement de façon locale, soit dans un point très précis de la matière. 

Dans notre projet, nous cherchons donc à accéder à cette information locale manquante, en caractérisant notre verre à l’échelle du nanomètre grâce à de la Microscopie Electronique en Transmission. Là ou un microscope optique classique va utiliser la lumière comme source afin de pouvoir analyser un échantillon, le Microscope Electronique en Transmission va lui utiliser comme source des électrons, qui sont des particules 1000 milliards de fois plus petites qu’un atome. Ces électrons vont être envoyés sous forme de faisceau de quelques nanomètres de diamètre à travers le verre et vont interagir avec les différents atomes rencontrés. Tout comme peut l’être la lumière, les électrons vont être diffractés à la rencontre d’un obstacle, autrement dit leur trajectoire va être modifiée.

Ce nouveau faisceau diffracté en sortie de l’échantillon va être récupéré sous forme d’image, que l’on appelle cliché de diffraction. Ce cliché est une signature de l’organisation des atomes dans la zone du l’échantillon qui a été traversée par le faisceau, et va donc nous permettre de savoir, grâce à des outils mathématiques, « comment sont désorganisés » les atomes en un point très localisé de notre verre. L’accès à cette information est crucial afin d’affiner de plus en plus notre connaissance de la structure des verres et de leurs propriétés physiques.