Effet modificateur mixte, Viscosité, Entropie, Spectroscopie Raman, Résonance magnétique nucléaire, Aluminosilicate, Silicate fondu, Verre

Le fluor est un élément volatil important pour les verres industriels et les systèmes volcaniques. Son incorporation dans des silicates vitreux et fondus impacte fortement leurs propriétés structurales, rhéologiques et thermodynamiques. Ceci peut influencer la dynamique effusive ou explosive des éruptions volcaniques ainsi que les temps et les températures de travail nécessaires pour fabriquer un verre dans l'industrie. En fonction de la teneur en cations alcalins ou alcalino-terreux, ces impacts sont différents. L'origine de ces divergences est encore mal connue et pose de nombreuses questions. Comment l'ajout ou le dégazage du fluor influencent les propriétés des verres industriels et des liquides silicatés tels que les magmas ? Pourquoi ces effets semblent dépendants de la nature du cation métallique ? Afin de répondre à ces questions, une étude systématique combinant des mesures des propriétés physico-chimiques des liquides et des verres, des analyses par spectroscopies de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) et Raman ainsi que des modélisations thermodynamiques a été réalisée pour différents aluminosilicates d'alcalins (Na, K) et d'alcalino-terreux (Mg) dopés en fluor. Les résultats obtenus montrent que les cations alcalins et alcalino-terreux ont des environnements structuraux bien différents. La substitution d'un élément alcalin par un élément alcalino-terreux dans des aluminosilicates fondus et vitreux entraîne ainsi des variations non linéaires de leurs propriétés rhéologiques et structurales pouvant être modélisées par un modèle de solutions « sub-regular ». L'incorporation du fluor dans ces aluminosilicates impacte de façon significative leurs propriétés physico-chimiques telles que leur volume molaire, leur viscosité ou leur Tg. Le fluor dépolymérise fortement le réseau atomique des aluminosilicates fondus et vitreux, dont la structure va totalement se réorganiser à la suite de son incorporation. Cette réorganisation met en jeu différentes réactions potentielles entre Si-F, Al-F et M-F où M=(Na, K, Mg). La proportion de ces réactions est directement liée aux activées des différentes molécules impliquées et donc aux concentrations des cations. Ceci pourrait expliquer le fait que le fluor se comporte différemment dans les silicates fondus et vitreux alcalins et calco-alcalins.