“mt100118” — 2011/3/18 — 16:17 — page 443 — #1 ✐ ✐ ✐ ✐ ✐ ✐ ✐ ✐ Matériaux & Techniques 98, 443–452 (2010) c  EDP Sciences DOI: 10.1051/mattech/2010119 www.mattech-journal.org Matériaux & Techniques Texte reçu le 8 octobre 2010 accepté le 12 novembre 2010 La spectrométrie Raman, un outil de choix pour étudier les volatils dissous dans un verre ou un silicate fondu : le cas de l’eau C. Le Losq et D.R. Neuville CNRS-Institut de Physique du Globe de Paris, Laboratoire de Géochimie et Cosmochimie, 1 rue Jussieu, 75005 Paris, France e-mail : lelosq@ipgp.fr Mots-clés : Spectrometrie Raman ; eau ; verre ; quantification ; spéciation Résumé – L’eau dissoute dans un verre ou un silicate fondu affecte fortement ses pro- priétés rhéologiques, thermodynamiques et sa structure. Pour certaines applications des sciences de la Terre ou industrielles, la quantification de cette eau est nécessaire. À l’aide de la nouvelle méthode que nous avons développée, la Spectrométrie Raman permet de le faire sans préparation de l’échantillon, de manière rapide, sans aucun standard, avec une résolution spatiale micrométrique. Cette calibration est, de plus, indépendante de la chimie du verre étudié. Elle offre des perspectives intéressantes pour l’étude de la spéciation et la diffusion de l’eau dans les verres et silicates fondus. Key words: Raman spectrometry; water; glass; quantification; speciation Abstract – Raman spectrometry, a useful tool to study dissolved volatiles into a glass or a silicate melt: the case of water. The water dissolved in a glass or a silicate melt strongly affects its structure, and its rheological and thermodynamical properties. For Earth sciences or industrial applications, quantification of that water is necessary. Using the new method that we have developed, Raman spectroscopy can be done without sample preparation and without any standard, quickly with a micrometer spatial resolution. More- over, this calibration is independent of the chemistry of glass studied. It offers interesting perspectives for the study of speciation and distribution of water in silicate glasses and melts. L a présence de volatils (H 2 O, CO 2- 3 , SO 2- 4 , . . . ) dans un silicate vitreux ou fondu va impliquer des modifications importantes de ses propriétés thermodynamiques, rhéologiques et de sa structure. Ces modifications vont entraîner des changements fondamentaux aussi bien dans les processus de fabrication d’un verre que lors d’une éruption volcanique. Par exemple, la viscosité d’une andésite (lave riche en silice présente dans de nombreux volcans explosifs comme par exemple la Montagne Pelée, la Martinique ou le volcan de Soufrière Hills à Montserrat) augmente de plusieurs ordres de grandeur lorsque sa teneur en eau dissoute passe de 3 à 0 pds% [1, 2]. Si l’effet de l’eau est très important sur les propriétés physico-chimiques des silicates vitreux ou fondus, celui des autres volatils est moindre. Mais cependant, le CO 2- 3 sera utilisé comme agent réducteur et le SO 2- 4 comme agent affinant par l’industrie verrière [3]. Ces deux gaz sont également présents lors des processus éruptifs. Si on quantifie l’effet de l’eau sur la viscosité, on peut dire que 1 % d’eau va avoir environ le même effet que 1 % de Na 2 O sur la viscosité d’un aluminosilicate fondu en provoquant une diminution de 125 K de la température de transition vitreuse (Fig. 1). Cet effet sur la rhéologie des silicates fondus indique une modification de leur structure intervenant à la suite de l’ajout d’eau. Ceci est visible au travers notamment de l’augmenta- tion de la densité et du volume molaire d’un verre lorsque l’on augmente sa teneur en eau. Celle-ci va jouer le rôle d’agent dépolymérisant, comme le sodium. L’eau va casser des liaisons inter-tétraédriques et former des oxygènes non pontants (Fig. 2). Ceci se traduit macroscopiquement par une très forte baisse des viscosités observées des liquides hydratés par rapport à leurs homologues anhydres. Les liaisons hydrogènes créées par l’ajout d’eau au sein d’un verre vont aussi induire une diminution de ses coeffi- cients et modules de compressibilité ainsi que des modules de cisaillement [5].