Solides désordonnés : verres autour de Tg ou Pg

Les verres sont omniprésents dans notre vie quotidienne, qu’il s’agisse de simples vitres ou de matériaux granulaires. Ce qui les unit, c’est leur nature insaisissable : leur structure désordonnée est celle des liquides mais leurs propriétés mécaniques sont celles des solides. La question de savoir s’il s’agit simplement de liquides hyper-visqueux ou d’un état intrinsèque de la matière reste largement ouverte. Pour faire la lumière sur cette question fondamentale, nous avons fait dialoguer nos expériences avec les théories de l’état vitreux. En partant des prédictions théoriques :

1. nos expériences de mesures non linéaires[1] ont révélé que la transition de Gardner n’est pas présente dans un verre structurel archétypal – le glycérol -. Il s’agit d’une différence qualitative importante par rapport au cas des verres colloïdaux et des verres granulaires, où cette transition de Gardner a été mise en évidence.
2. nous avons construit une nouvelle expérience montrant la faisabilité[2] d’expériences de clouage aléatoire où une très petite fraction de molécules est immobilisée afin de découvrir si – ou non – cela ralentit fortement la dynamique vitreuse globale près de T_g. En effet, une telle expérience permet de discriminer entre des théories opposées de l’état vitreux.

Inversement, nos expériences ont exploré des régimes où les théories n’existent pas encore, en raison du manque d’indications expérimentales :

1. nos expériences de vieillissement[3] sous sollicitation extrême (1000 fois plus brutale que l’état de l’art) révèlent une échelle de temps inattendue -cf fig. 1- ;
2. tout comme nos mesures à haute pression, qui montrent un comportement non monotone de l’exposant d’étirement aux pressions les plus élevées[4].
3. enfin, les liquides ioniques comprimés par formation de verre[5] ont montré une diminution du volume d’activation pour une augmentation de la compressibilité isotherme.

a) Un liquide surfondu initialement équilibré à T₀, est soudainement chauffé, en l’espace de t_rise ~ 1ms, à T₀+DT (avec DT ~ 40K) où la dynamique est 10⁸ fois plus rapide. b) Le vieillissement ultérieur révèle que, dans ce protocole, l’équilibrage à T₀+DT est 100 fois plus long que ce que l’on attendait naïvement.

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[1] S. Albert, et al. ‘Searching for the Gardner Transition in Glassy Glycerol’, Phys. Rev. Lett., 126, 028001, (2021).
[2] P. Datin, ‘Manipulation optique de molcules près de la transition vitreuse’, thèse de doctorat, Univ. Paris Saclay, (2019) ; E. Dzik, et al. ‘Simultaneously measuring the dichroism and the dielectric response of an azobenzene-doped organic glass former’, Rev. Sci. Instr., 94, 123904 (2023).
[3] M. Hénot, F. Ladieu, Non-linear physical aging of supercooled glycerol induced by large upward ideal temperature steps monitored through cooling experiments, J. Chem. Phys, 158 (22), 224504 (2023)
[4] M. Bonetti, et al., Isochronal superpositioning in the equilibrium regime of superpressed propylene carbonate to ∼ 1.8 GPa: A study by diffusivity measurement of the fluorescent probe Coumarin , Eur. Phys. J. E,  42, 97, (2019) ;
[5] M. Bonetti, Relationship between glass-transition pressure of pressurized homologous imidazolium-based ionic liquids and internal pressure from activation volume measurements, J. Molecular Liquids 390, 123117 (2023)

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