La production de verre à l’échelle mondiale génère chaque année au moins 86 millions de tonnes de dioxyde de carbone. Le LionGlass, une nouvelle forme de verre dénommée ainsi, promet de réduire de moitié cette empreinte carbone.
Cette innovation, mise au point par des chercheurs de Penn State, nécessite nettement moins d’énergie à produire et est bien plus résistante aux dommages que le verre sodocalcique standard.
L’équipe de recherche a d’ailleurs déposé une demande de brevet, une première étape vers la mise sur le marché du produit.
Une révolution pour l’industrie verrière
« Notre objectif est de rendre la fabrication du verre durable sur le long terme« , a déclaré John Mauro, Professeur de Science et d’Ingénierie des Matériaux à Penn State et chercheur principal sur le projet. « Le LionGlass élimine l’utilisation de matières premières contenant du carbone et abaisse significativement la température de fusion du verre« .
Le verre sodocalcique, verre commun utilisé dans des objets quotidiens, des fenêtres à la vaisselle en verre, est fabriqué en fondant trois matériaux primaires : le sable de quartz, le carbonate de sodium (cendre de soude) et le carbonate de calcium (calcaire). Ces deux derniers libèrent du dioxyde de carbone (CO2), un gaz à effet de serre, lorsqu’ils sont fondus.
Durant le processus de fusion du verre, les carbonates se décomposent en oxydes et produisent du dioxyde de carbone, qui est ensuite libéré dans l’atmosphère », explique Mauro.
LionGlass : avancée pour l’environnement et l’industrie
Toutefois, l’essentiel des émissions de CO2 provient de l’énergie nécessaire pour chauffer les fours aux hautes températures nécessaires à la fusion du verre. Avec le LionGlass, ces températures de fusion sont réduites d’environ 300 à 400 degrés Celsius, ce qui entraîne une réduction d’environ 30% de la consommation d’énergie par rapport au verre sodocalcique conventionnel.
Non seulement le LionGlass est plus respectueux de l’environnement, mais il est aussi beaucoup plus résistant que le verre conventionnel. Les chercheurs ont été surpris de découvrir que le nouveau verre, baptisé d’après la mascotte Nittany Lion de Penn State, possède une résistance à la fissuration nettement supérieure au verre conventionnel.
Un verre incassable ?
Quelques-unes des compositions de verre de l’équipe avaient une telle résistance à la fissuration que le verre ne se fissurait pas, même sous une charge d’un kilogramme-force provenant d’un poinçon diamanté Vickers.
Le LionGlass est au moins 10 fois plus résistant aux fissures que le verre sodocalcique standard, qui forme des fissures sous une charge d’environ 0,1 kilogramme-force. Les chercheurs expliquent que les limites du LionGlass n’ont pas encore été trouvées, car ils ont atteint la charge maximale autorisée par l’équipement d’indentation.
« Nous avons continué à augmenter le poids sur le LionGlass jusqu’à atteindre la charge maximale que l’équipement permet« , a déclaré Nick Clark, un postdoctorant dans le laboratoire de Mauro. « Il ne fissurait tout simplement pas« .
LionGlass : une perspective d’avenir
Mauro note que l’équipe de recherche est toujours en train d’évaluer le potentiel du LionGlass. Ils ont déposé une demande de brevet pour l’ensemble de la famille de verres, ce qui signifie qu’il existe de nombreuses compositions au sein de la famille LionGlass, chacune ayant ses propres propriétés distinctes et applications potentielles.
Ils sont actuellement en train d’exposer diverses compositions de LionGlass à une série d’environnements chimiques pour étudier leurs réactions. Les résultats aideront l’équipe à développer une meilleure compréhension de la façon dont le LionGlass peut être utilisé à travers le monde.
En synthèse
L’invention du LionGlass représente une avancée significative dans l’industrie verrière. D’une part, sa production nécessite moins d’énergie, ce qui se traduit par une réduction notable des émissions de CO2. D’autre part, sa résistance à la fissuration est supérieure à celle des verres traditionnels, ce qui ouvre la voie à de nouvelles applications industrielles.
Tableau récapitulatif des avantages du LionGlass
| Avantages | Description |
|---|---|
| Réduction des émissions de CO2 | Le LionGlass élimine l’utilisation de matériaux riches en carbone dans sa fabrication, réduisant ainsi les émissions de dioxyde de carbone par rapport au verre sodocalcique standard. |
| Consommation d’énergie réduite | La température de fusion du LionGlass est inférieure de 300 à 400 degrés Celsius à celle du verre sodocalcique, ce qui entraîne une diminution d’environ 30% de la consommation d’énergie. |
| Résistance accrue aux fissures | Le LionGlass est au moins 10 fois plus résistant aux fissures que le verre sodocalcique standard, ce qui le rend plus durable et sûr à l’usage. |
| Potentiel pour des produits plus légers | La résistance accrue du LionGlass permet de concevoir des produits plus minces tout en conservant la même résistance. Cette réduction d’épaisseur se traduit par des produits plus légers, nécessitant moins de matériaux bruts pour leur fabrication et moins d’énergie pour leur transport. |
| Polyvalence | L’équipe de recherche a déposé une demande de brevet pour toute la famille du LionGlass, ce qui signifie que de nombreuses compositions sont possibles, chacune ayant ses propres propriétés et applications potentielles. |
Échantillon de LionGlass, un nouveau type de verre conçu par des chercheurs de l’État de Pennsylvanie, dont la production nécessite beaucoup moins d’énergie et qui est beaucoup plus résistant aux dommages que le verre de silicate sodo-calcique standard. Crédit : Adrienne Berard / Penn State.
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