Question de science

Sondage du vendredi 23 décembre 2011

Le verre est transparent à cause de:

Résultat des votes: Ses atomes pas bien rangés: 29%, Ses propriétés quantiques: 43%, Un composant ajouté au sable: 28%

Image relative à la question

Réponse: En raison de ses propriétés quantiques. Mais une partie de la réponse peut-être également trouvée indirectement dans l’organisation interne des atomes. Dans les corps opaques, les particules de lumière, les photons, interagissent avec les électrons des atomes et se font alors absorber. Dans le cas des matériaux transparents à la lumière du jour, les atomes laissent passer presque tous les photons. Comment est-ce possible? Pour ce qui est du verre, l’explication souvent avancée est liée au fait qu’il est un matériau amorphe, c'est à dire que ses atomes ne sont pas très bien rangés. Ce désordre créerait donc des cavités et des chemins par lesquels la lumière passerait facilement. «Mais l'ordre atomique ne fait rien à l'affaire puisque des matériaux très bien ordonnés comme le diamant sont aussi transparents», explique Libero Zuppiroli, professeur au Laboratoire d'optoélectronique des matériaux moléculaires de l’EPFL. Une autre approche se base sur les capacités isolantes du verre. A base de silice, c’est un très bon isolant électrique. La lumière ne réussirait alors pas à mettre les électrons en mouvement dans le verre et pourrait donc le traverser sans interaction. Mais cette réponse n'est pas valable non plus, puisqu'il existe des matériaux transparents conducteurs utilisés couramment en optoélectronique. La bande interdite «Seule la mécanique quantique peut donner une réponse à peu près satisfaisante, mais qui échappe totalement à notre intuition », explique le chercheur. D’après la théorie des bandes en physique, il existe, dans la matière, des niveaux d’énergie, dont certains sont interdits aux électrons. Appelés band gap en anglais, ces niveaux interdits varient selon les matériaux. Pour le verre, les paliers entre deux niveaux sont particulièrement importants. Ainsi, un photon de lumière visible venant percuter l’électron du verre ne lui fournit pas suffisamment d’énergie pour passer de l’un à l’autre. C’est pourquoi le photon n’est pas absorbé, ne perd pas son énergie et la lumière traverse donc le matériau sans être atténuée. Ces propriétés quantiques expliquent non seulement la transparence du verre, mais aussi son pouvoir de réfraction. Pour en savoir plus, Libero Zuppiroli aborde la question en détails dans son ouvrage, «Le Traité des couleurs».