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phénomènes de photocatalyse et l’hydrophilie.
LA CHIMIE S’INVITE DANS L’ART
Parmi les pigments blancs utilisés par
les artistes, ceux au plomb, au zinc et
au titane sont parmi les plus importants.
Le produit au plomb a été utilisé
de l’antiquité à la moitié du 19 e siècle.
Puis, à partir de 1834, il fut petit à
petit remplacé par un pigment toxique,
le blanc de zinc ; Enfin, l’oxyde
de titane s’est imposé à partir de
1920. (On sait à présent, NDLR, la toxicité
du TiO 2). Dans le domaine de
l’expertise, ces pigments sont déterminants
pour la datation et l’attribution
des œuvres d’art. Il existe en effet des
repères chronologiques. On peut identifier
avec certitude les caractéristiques
d’une œuvre et ainsi l’authentifier. Le
blanc de titane, utilisé comme opacifiant,
se trouve sous plusieurs formes
cristallographiques, la forme anatase
et la forme rutile. En Europe c’est
essentiellement l’anatase qui a été
employée au départ. Puis, on est passé
à la forme rutile, puis à une forme
rutile enrobée d’alumine ou de silice
afin de diminuer les phénomènes que
les peintres nomment « farinage ».
Le produit est extrêmement stable
chimiquement et possède l’indice de
réfraction le plus élevé de tous les pigments
blancs. Il eut être utilisé avec
des liants aqueux, des émulsions
acryliques dans lesquels les autres pigments
blancs ne sont pas stables. Le
TiO 2 absorbe fortement les UV et se
comporte comme un photocatalyseur
entraînant le farinage, le jaunissement
ou le craquèlement du liant.
16 CHIMIE PARIS – N O 337 – Juin 2012
Du labo au réel
Au labo, l’acide stéarique a été choisi
comme molécule test, parce qu’il est un
composant majeur de la trace du doigt
et que ses bandes de vibration d’élongation
symétrique et antisymétrique des
liaisons CH2 et CH3 peuvent être suivies
facilement par spectroscopie infrarouge,
leur position, entre 3 000 et 2 800 cm-1 se trouvant en effet en dehors de la zone
d’absorption du verre. C’est ce test de
laboratoire qui a permis de mettre au
point la couche SGG Bioclean.
Dans la réalité, les phénomènes de diffusion
de surface, l’accessibilité de
l’ensemble de la surface photoactive à la
matière organique et l’encrassement
permanent de la surface conduisent à
une oxydation partielle des composés
organiques. Les salissures sont en outre
de nature non seulement organique
mais aussi inorganique. L’hydrophilie
photogénérée de l’oxyde de titane permet
à l’eau de s’adsorber parfaitement à
la surface de l’oxyde, formant ainsi un
film d’eau (voir schéma) qui étale et
entraîne les résidus organiques et inorganiques.
Cette propriété est générée
par les ultraviolets et son mécanisme
n’est pour l’instant pas expliqué. Mais
elle est aussi importante pour la fonctionnalité
autonettoyante que la propriété
de photocatalyse.
Les applications du verre autonettoyant
se situent dans l’environnement urbain,
exposé à des atmosphères polluantes.
Des tests ont été développés, qui mettent
en évidence les conditions réelles de
la fonctionnalité autonettoyante. Une
solution mixte organique/inorganique,
proche de ce qu’on trouve en extérieur,
est pulvérisée à la surface du verre. Le
flou généré par cette pollution est la
grandeur que l’on peut suivre à dif-
férents temps d’illumination. Ce test a
été mis au point dans le cadre du projet
européen « Self cleaning glass ».
Développer la couche active
Outre le travail sur la fonctionnalité
autonettoyante du verre SGG Bioclean,
la mise au point d’une couche sur le
verre nécessite de travailler sur la qualité
optique de l’ensemble afin que le dépôt
des couches ne perturbe pas les propriétés
de transmission, d’absorption et
de réflexion de la lumière. Le matériau
doit en effet demeurer transparent, c’est
la moindre des choses. Le procédé utilisé
est la déposition chimique en phase
vapeur (chemical vapor deposition, cvd).
À partir d’un précurseur de titane, la pulvérisation
a lieu directement in situ, lors
de la production du ruban de verre. Ces
dépôts se produisent à haute température
(500, 600 °C) et sont intimement
mêlés à la surface du verre encore mou.
Des ajustements d’épaisseur de la
couche d’oxyde ont été nécessaires car
l’oxyde est doté d’un haut indice de
réfraction. Plus son épaisseur est élevée,
plus la couche est photoactive. Oui, mais
en contrepartie elle est aussi plus colorée.
On réalise ainsi un compromis
d’une épaisseur d’une dizaine de
nanomètres. L’oxyde est par ailleurs
déposé sur une sous-couche à base de
silice, ce qui fait barrière aux alcalins du
verre. En effet, lors des montées de température,
lors du trempage du verre par
exemple, les alcalins pourraient migrer
en grande quantité dans la couche
d’oxyde de titane. Cette migration conduit
à la création de composés de type
Nax TiO 2x, qui sont des centres recombinant
du trou et de l’électron photoproduits.
Le verre avec sa couche est ensuite
transformé. La couche peut être trempée
(vitrage de sécurité), ou mise en face
externe d’un double vitrage… ■
Votre soirée du 19 novembre :
Dîner UNAFIC