Les verres fluorés

En 1975, Marcel et Michel Poulain, chercheurs au laboratoire de chimie minérale de Rennes 1, découvraient par hasard les verres fluorés(1). Par hasard, car l'état vitreux pour de tels matériaux n'est pas un état naturel. Depuis, les verres fluorés se sont développés, en Bretagne et partout dans le monde. Leurs utilisations dans l'industrie, surtout en télécommunications, sont de plus en plus répandues.

Marcel (à gauche) et Michel (à droite) Poulain,
les deux frères qui ont inventé les verres fluorés.

Une structure à part

Le premier élément remarquable de ces verres est leur composition : ils ne contiennent en effet aucun des vitrificateurs habituels, comme les oxydes de silicium, de bore, de germanium ou de phosphore. Ils sont le résultat de l'association de fluorures de métaux lourds dans des domaines de composition assez limités. Le système ternaire le plus utilisé actuellement est basé sur l'association des trois fluorures de zirconium, de baryum et de sodium. Les verres fluorés ont cela de commun avec les supraconducteurs qu'ils ont été trouvés par hasard, et que leur composition est sans cesse améliorée par tâtonnements. En obtenant ces verres inattendus, Michel et Marcel Poulain ont d'abord pensé que la formation de verre était liée à la présence du zirconium, qui aurait été, en quelque sorte, l'analogue du silicium dans les systèmes oxygénés. Il est apparu, en fait, que la structure vitreuse pouvait être obtenue assez facilement dans de nombreux systèmes fluorés, avec ou sans zirconium.

Les fibres optiques en verre fluoré

L'utilisation de verres fluorés pour la réalisation de fibres optiques relève d'une démarche complémentaire, et non concurrente, de l'effort de développement consacré aux fibres de silice. La perspective la plus accessible est celle des fibres optiques infrarouge, pour une longueur d'onde aux alentours de 2,6 µm. Actuellement, les fibres en verre fluoré sont développées pour la fabrication des amplificateurs optiques, ces systèmes permettant de régénérer le signal en cours de transmission sur longue distance.

Autres applications

Pour mesurer, sans contact, les températures voisines de l'ambiante, et pour tout ce qui concerne la spectroscopie infrarouge, la fibre en verre fluoré est un matériau idéal. Outre le domaine des mesures, ceci concerne également les applications médicales. Associées à des lasers infrarouge, les fibres en verre fluoré ouvrent des perspectives prometteuses pour la chirurgie endoscopique. Les longueurs d'onde concernées, de 2,9 µm à 5,5 µm, présentent l'avantage d'une forte absorption par les tissus, ce qui garantit la précision des interventions.

La société "le verre fluoré"

A la suite des utilisations immédiates du verre fluoré en fibres pour les transmissions optiques, une société, "le verre fluoré", a été créée en 1980 à Vern-sur-Seiche. Cette société emploie 6 salariés, et exporte le verre fluoré jusqu'aux USA et au Japon. Ces pays fabriquent aussi leur propre verre fluoré, mais selon Marcel Poulain, leurs performances restent inférieures au niveau atteint par l'entreprise bretonne : "Ils ont des moyens supérieurs aux nôtres, nous avons simplement plus d'expérience. Pour des technologies comme celle-ci, où interviennent de nombreux paramètres, ajustés de manière empirique, les années de pratique comptent beaucoup."

NOTE :

(1) M. Poulain, M. Poulain, J. Lucas et P. Brun : Mat. Res. Bull. 10, 243-246 (1975).

Les propriétés

Les verres fluorés standards présentent des caractéristiques thermiques assez basses : de 500 à 600°C pour la fusion (contre environ 2000°C pour le verre de silice). Leurs propriétés optiques sont remarquables : une faible dispersion, et un large domaine de transparence optique, s'étendant de façon continue de l'ultra-violet à l'infrarouge, entre 200 et 7500 nanomètres de longueur d'onde.