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Origine de la couleur dans une vitrocéramique

Permanents impliqués : Stéphane Jobic, Philippe Deniard


Une vitrocéramique est composée d’une phase vitreuse contenant une ou plusieurs phases cristallisées. Illustration1 1La diffusion de la lumière par les particules cristallisées peut conduire à un aspect blanc laiteux si une différence d'indice optique significative entre matrice et centres diffusants existe. Une caractérisation multi-échelles poussée a permis d’extraire les paramètres physiques permettant la modélisation de son aspect visuel par la méthode des 4 flux. Ce travail a conduit à un code de calcul prédictif conduisant aux modélisations aussi bien de la teinte que de l’opalescence du matériau, permettant ainsi d’éviter les longs et couteux tâtonnements liés à des synthèses exploratoires. Les résultats sont donnés soit, sous la forme d’un spectre d’absorption simulé, soit sous la forme d’un échantillon visuel à l’écran.

Mots-clés : vitrocéramique, microstructure, modélisation, modèle des 4-flux, diffusion, absorption de la lumière

Expertises : Caractérisation structurale multi échelles de vitrocéramiques, quantification de phase amorphe, modélisation de l’aspect visuel par la méthode des 4 flux.

Liens :

Collaborations : Arc France
Centre de Recherche sur la Conservation des Collections, Muséum National d’Histoire naturel, Paris, France

 

L'effet opalescent des vitrocéramiques est induit par la présence des phases cristallisées et incolores NaF et CaF2.

Le rendu visuel est modélisé à l'aide de la résolution de l'équation de transfert radiatif (RTE). Elle est basée sur les interactions lumineuses des centres de diffusion avec un indice de réfraction complexe Np(λ) (Np(λ)= np(λ)+ i kp(λ)  où p désigne la particule, np la partie réelle et kp la partie imaginaire). Ces centres sont englobés dans un milieu d'épaisseur dZ avec un indice de réfraction réel nm. Plusieurs méthodes ont été développées pour résoudre la RTE et permettre de modéliser l’équilibre des flux dans un milieu d’épaisseur donnée, comme le montre la figure 1a. Notre étude est basée sur la méthode des 4 flux, schématisée sur la figure 1b. A savoir qu’un faisceau incident collimaté traversant une couche peut être divisé en 4 flux : un flux collimaté, Ic ainsi qu’un flux diffus semi isotrope Id , vers l’avant et un flux collimaté  Jc ainsi qu’un flux diffus semi isotrope Jd vers l’arrière.
Fig1
Figure 1
 
Sur la base des coefficients Lab calculés, une simulation du rendu optique des échantillons étudiés sur des supports noir et blanc est réalisée et comparée à la réalité (figure 2). Les modélisations de l’aspect visuel à partir des mesures avec un spectrophotomètre ou basée sur les calculs par le modèle des quatre flux sont vraiment similaires.
Fig2Figure 2
 
S. Rio, C. Andraud, P. Deniard; C. Dacquin, R. Delaval, S. Donze, S. Jobic
Journal of Non-Crystalline Solids 2021, 551, 120446.
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