Discussion et interprétation

Les résultats des figures IV.11 et IV.12 montrent expérimentalement les bornes de la limite élasto-plastique pour chacun des deux échantillons. Pour le premier échantillon (Taux de densification de 4,5%) on constate que ces deux bornes sont entre 10,6 et 13,8 GPa, et entre 15 et 17,3 GPa pour le deuxième (Taux de densification 15,5%). De plus, la re-compression des échantillons prédensifiés par presse « Belt », au-delà de ses limites élasto-plastiques montre un déplacement Raman de la position de la bande principale et des bandes D1 et D2. L’augmentation de la bande D2 sur les spectres Raman de la silice recompressé au-delà de la limite élasto-plastique évolue légèrement (AD2= 0,076 pour l’échantillon recompressé par CED à 17,3 GPa, AD2= 0,043 pour l’échantillon prédensifié par « Belt) (Fig. IV.13) par rapport au spectre d’origine dans les deux échantillons. Ce qui suggère que la distribution de la taille des anneaux a peu variée lors de ce cycle de compression. Mais, l’intensité de la bande D2 est beaucoup moins intense que pour un échantillon densifié à la même pression par cellule à enclume de diamant à température ambiante (AD2= 0,169) (Fig. IV.13). Ainsi pour différents chemins de densification, nous n'obtenons pas le même spectre Raman, la structure du verre est donc différente pour des densités équivalentes.

300 400 500 600 700 800 900 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Int

ensité normalisée

Déplacement Raman (cm

)

Prédensifié par Belt (P=5 GPa, T=720°C) Recompressé par CED à 17,3 GPa densifié par CED à 18,1 GPa

Figure IV.13: Spectres Raman de la silice prédensifiée par presse « Belt » à P= 5 GPa, T= 720°C (en noir), recompressé par cellule à enclume de diamant à 17,3 GPa (en bleu), un spectre densifié par CED à température ambiante (18,1 GPa) (en rouge).

74 Il faut rappeler qu’au départ nous avons superposé un échantillon densifié par « Belt » à haute température avec un échantillon qui a été densifié à température ambiante. Un même taux de densification est obtenu mais la densification s'est déroulée d'une manière différente dans chaque cas. Une structure différente est donc obtenue. La structure de départ n'a pas donc un rôle important. Ainsi, après la re-compression à une valeur plus grande que la limite plastique, l'échantillon devient plus densifié. Ce qui nous indique que la limite élasto-plastique d’un verre de silice prédensifié ne dépend pas de la manière (température, Pression..) dont il a été densifié avec différents méthodes. Cette limite élasto-plastique ne dépend que de sa densité.

IV.4 Conclusion

La spectroscopie Raman ex-situ permet de montrer la densification permanente du verre SiO2

par l'application d'une charge hydrostatique dans une cellule à enclume de diamant à température ambiante à différentes pressions atteintes (au-delà de la limite élastique (9 GPa) jusqu’à 26,2 GPa). Nous avons montré une relation Raman – densité de SiO2. Le domaine de validité de cette courbe de calibration, sur les échantillons qui ont été densifiés à différentes températures et pressions est précis. Elle peut être utilisée avec une première approximation sachant que l’erreur peut atteindre 20%.

La comparaison entre les spectres Raman correspondant aux deux méthodes de densification met clairement en évidence la modification de la distribution de l’angle Si-O-Si et de la population des cycles à trois tétraèdres dans la structure du verre de silice. Nous avons montré que le nombre de cycle à trois tétraèdres est très intense après compression par la cellule à enclume de diamant. Par contre son intensité reste inchangée suite à une densification en presse « Belt ». Ce dernier résultat est expliqué par l’hypothèse que le chauffage facilite la relaxation de la structure par ruptures des cycles à trois tétraèdres au profit de la formation des cycles d’ordre plus élevée. Finalement, nous avons démontré que lors de la compression hydrostatique la limite élasto-plastique d’un verre prédensifié par « Belt » et recompressé en cellule à enclume de diamant ne dépend que de sa densité.

76

Chapitre V : Déformation plastique

des verres de silice et des verres

silico-sodo-calcique sous indentation

Vickers

Bien que le verre soit connu comme un matériau fragile à l'échelle macroscopique, il peut subir des déformations plastiques sous indentation à condition que sa taille ne dépasse pas les dizaines de microns [Taylor 1949]. La quantification et la cartographie de la densité d'un verre à une échelle similaire est un vrai défi. Des avancements récents dans le domaine de la micro et la nano-indentation ont été réalisés. Par exemple la spectroscopie Infra-Rouge [Koike 2007], la microscopie à force atomique [Yoshida 2005, Ziemath 2000] et la micro-spectroscopie Raman [Kailer 1999] ont été utilisées pour caractériser les déformations locales. Ce défi a été rapporté récemment dans les verres silicates. Pour le verre de la silice pure des auteurs ont caractérisés sa déformation plastique [Perriot 2006, Champagnon 2008, Vandembourq 2008]. L’extension de ces résultats aux verres silico-sodo-calciques n’est pas si évidente [Ji 2006, Yoshida 2007]. Malgré toutes ces études sur les verres silicates sous indentation, des modifications structurales et des comportements des verres sous indentation restent encore mal compris. L’objective de ce chapitre est d’observer la déformation plastique des deux verres (verre de silice et verre silico-sodo-calcique) à l’échelle du micron et le phénomène de densification sous indentation Vickers à l’aide de la micro-spectroscopie Raman. Ceci afin d’établir une loi de comportement mécanique des verres et fournir des données pour les simulations numériques par éléments finis. Ce chapitre est divisé en deux parties :

¾ La première partie présente l’étude de la déformation plastique sous indentation Vickers de verre de silice soit indenté soit prédensifié par « Belt » puis indenté à l’échelle du micron. Afin de mieux comprendre les changements structuraux observés et l’évolution de la forme de l’empreinte.

¾ La deuxième partie est consacrée aux indentations Vickers réalisés avec différentes charges sur le verre silico sodo-calcique. La déformation permanente est caractérisée par micro-spectroscopie Raman et une cartographie de cette déformation est réalisée à la surface et sur les côtés de l'indentation. Les résultats sont comparés avec ceux de la

77 modélisation par éléments finis basés sur un modèle déjà développé pour la silice et adapté pour le verre silico-sodo-calcique.