Un miroir de télescope peut-il se déformer de façon permanente?

[Olivier Meeckers 3 868]

J'imagine que la seule composition cristalline (ou atomique) du verre ou de certains verres doit pouvoir trancher : fluide ou solide. Me trompe-je? C'est juste une suggestion.

Sinon, à partir de quand est-ce qu'une matière est considérée comme étant fluide ou solide? Où est la frontière entre les deux états? Et qu'est-ce qui définit cette frontière pour déterminer si une matière est fluide ou solide?

[Ce message a été modifié par Olili (Édité le 03-03-2005).]

[centauri 465]

Il n'y a pas de frontiere ponctuelle entre le solide et le liquide. Les etats solides cohabitent avec des etats liquides, jusqu'a ce que l'un prenne le dessus sur l'autre.

Je ne trouve rien qui puisse prouver qu'une compostion de verre puisse atteindre un niveau de viscosité nulle. Par contre on met facilement en evidence que les tensions internes du verre modifient sa forme. Le meilleurs exemple c'est que si on s'amuse a foucaulter juste apres le travail du verre ca peut donner des resultats totalement faux. Il faut attendre plusieurs heures que le verre se repose ainsi que le polisseur. Ca rejoint ce que dit David s'il contraint son 600 pendant 1 semaine, il va constater un deformation due aux tensions internes. Mais qu'est ce que ca a voir avec le fluage du verre?

[AstroMateur 0]

Le verre "Pyrex" de Corning ou le "Duran" de Schott est du verre borosilicate ( silice, bore, alumine, poudres de perlinpin... )à très faible coeficient de dilatation :
3.3*10-6/°K et comme tous les verres c'est un matériaux amorphe ( sans structure ordonnée ), c'est pas un "cristal" comme le quartz et comme on pense souvent à tort, il se présente comme un liquide figé et peut "fluer" c'est à dire couler mais dans des échelles de temps de plusieurs milliers voir millons d'années...

En clair, à froid, il bouge pas et ne peut pas se déformer de manière permanente.

Il se déforme dans sa zone élastique sous l'action de forces mais revient à sa forme initiale quand celles-ci cessent.

Si on dépasse la zone élastique il se fissure et casse, contrairement à l'acier ou aux autres métaux.

Par contre il a une "mémoire", c'est à dire qu'il peut enmagasiner des contraintes mécaniques ou thermiques qui peuvent le faire casser, pour les éliminer il doit subir un cycle thermique précis ( passage au four ).
Si ce n'est pas fait correctement, comme il s'auto-trempe, il peut éclater spontanément à l'usinage...

Il craint aussi les "chocs thermiques" ( dt°C>120°C ), pas question de le chauffer et de le refroidir sous le robinet.

Mais aucun risque qu'un miroir se "torde", tout ça c'est des céoèneries...

A+

[AstroMateur 0]

Un petit apparté,

Contrairement à ce qui à été dit ici, le Pyrex ou Duran ( c'est la même chose: "borosilicate 3.3" ) ne sont pas un verre "ordinaire" mais bien un verre technique, rien à voir avec le verre à bouteilles, il est surtout utilisé en chimie ( tuyauteries jusqu'à 1m de diamètre et ballons jusqu'à 500l ) pour son excellente résistance chimique ( il resiste presque à tout ) mécanique et et thermique, c'est aussi pour ça qu'il est utilisé en optique ( faible coèf. de dilat., usinable avec de bons états de surface, caractéristiques reproductibles )...

Pour info sur une pièce de 200mm de diamètre, par ex. miroir, l'écart dimensionel sur le diamètre entre l'hiver et l'été ( dt°C=30°C ) n'est que de 0,02mm, s'il fait 20mm d'épaisseur l'écart sur l'épaisseur n'est que de 0,002mm, il n'en va pas de même avec les pièces du télescope qui elles se dilatent, elles, 4 fois plus si elles sont en acier ou 8 fois plus pour l'aluminium...

Après pour faire mieux, mécaniquement parlant, faut passer à la vitrocéramique "Zérodur" Schott ou autre, mais qui se justifie sur les pièces de grandes dimensions ou la déformation dûe à la dilatation thermique induit des erreurs géométriques sensibles...

A+

[Claude PEGUET 76]

Astromateur:
"c'est pas un "cristal" comme le quartz et comme on pense souvent à tort, il se présente comme un liquide figé et peut "fluer" c'est à dire couler mais dans des échelles de temps de plusieurs milliers voir millons d'années..."
.....
"Mais aucun risque qu'un miroir se "torde", tout ça c'est des céoèneries..."

Il n'est pas question d'un miroir "tordu", ne pas caricaturer, on parle de modification de la précision de surface (ordre de grandeur 0,0001 mm si je ne m'abuse).

Par ailleurs si j'ai bien compris les interventions précédentes, plutôt que de parler de limite entre état liquide et état solide, il faudrait plutôt parler de limite entre état cristallisé ou amorphe?

Cordialement,
Claude

[David Vernet 131]

aven59: rigole et gondole toi autant que tu veux, ca n'est pas un soucis mais à partir du moment ou tu ne répond pas aux questions que je te pose, suite à tes affirmations sur les aquariums, ca montre le peu de crédit qu'il faut accorder à tes propos...

Concernant les tensions qu’un barillet peux exercer sur un miroir ou une lentille, elles peuvent être très importante et aller jusqu'à la casse de l’optique dans certains cas, notamment quand un barillet, bridant déjà une optique, se resserre encore sur le miroir suite à un coup de froid.

[Ce message a été modifié par David Vernet (Édité le 03-03-2005).]

[AstroMateur 0]

Claude,

Le verre est assez élastique, si on appuie dessus avec par exemple son support il se déforme, mais pas de manière permanente...

Maintenant que sa surface soit chimiquement attaquée c'est pas impossible, dans des valeurs de 0,1 micron ça ne semble pas être aberrant, ne pas oublier que quelle que soit la finesse de l'outil de taille, l'usinage consiste toujours à faire des rayures qui favorisent l'attaque chimique et l'érosion mécanique.

Sans compter ( mais ça c'est une hypothèse ) qu'il peut y avoir diffusion de la métallisation ( alu? ) dans le verre sur de faibles épaisseurs avec le temps, le verre contenant de l'alumine, et générer de faibles erreurs...
C'est des choses qui arrivent en métalurgie, corrosion par diffusion.
Par exemple dans le verre au plomb, le plomb est dissout dans le verre tout en restant transparent.

Pour ce qui est est de l'état amorphe ou cristallin, le verre n'a pas à ma connaissance d'état cristallin, c'est à dire que les atomes de silice, de bore, d'alumine etc... ne se lient pas dans une structure de forme géométrique ( cube, hexagone etc...), ça à l'état liquide ( fondu ) et aussi à l'état solide, contrairement au quartz, à l'acier, au carbone ou à d'autres matériaux qui en refroidissant s'ordonnent dans des structures cristallines, et dont la forme peut dépendre de la température ou de la vitesse de refroidissement ( trempe de l'acier ).

Le fluage du verre ne me parait pas très vraisemblable, par contre, compte tenu de la précision annoncée ( < 0,1 micron ), il n'est pas impossible qu'un verre mal stabilsé par une mauvaison recuisson conserve des tensions internes importantes qui puissent se relacher après l'usinage.

Voilou ce que je peut dire là dessus...

A+

[epsilonzéro 16]

Astromateur, les tensions dont tu parles sont en fait des zones plus cristallines que les autres. Les molécules se sont organisées en cristaux qui donnent une certaine rigidité à la zone concernée. Lors de changements thermiques, les zones cristalline ou du moins de forme différente des zones complètement amorphes vont se dilater aussi différemment, et créer des tensions qui vont se répercuter sur le front d'onde.
Le recuit du verre est un cycle thermique très précis qui consiste à amener le verre à une température telle que les zones cristallines vont se relâcher et repasser à l'état amorphe. Les tensions seront alors éliminées. Par contre, le refroidissement est primordial et doit être très lent, pour garder la masse sous sa forme amorphe. Si la baisse de température est trop rapide, des zones plus cristallines peuvent apparaitre et la structure du verre non homogène va redonner des tensions.
à la limite, un refroidissement très rapide donne du verre dit trempé, qui quand il casse, se brise en petits morceaux. C'est en très gros la différence entre le verre à vitres qui casse en grandes lames coupantes (verre amorphe) et le verre sécurit qui est trempé, et dont la propriété est d'exploser en petits morceaux beaucoup moins dangereux.
De même un miroir mal recuit peut se briser sous contrainte (barillet ajusté serré autour du miroir et variation thermique) alors qu'un autre recuit avec soin subira la contrainte en se déformant (le résultat est évidemment mauvais sur l'onde, mais ça permet de voir qu'il y a des contraintes avant un accident), mais il ne se brisera pas et si la contrainte est momentanée, il reprendra sa forme d'origine grace à son élasticité.

[maury 0]

Le peu que j'en sais est que le verre est un matériel elastique. Qu'il ne se tord pas comme le métal. Donc la déformation est proportionelle à la force appliquée, jusqu'au point de rupture. En regardant sur http://physics.uwstout.edu/StatStr/statics/Stress/strs32.htm on voit un diagramme qui explique la loi de Hooke, la seconde image montre clairement le régime élastique, le régime plastique, et le point de rupture. Le verre passe directement du régime élastique au point de rupture. Je n'ai jamais eu à jouer avec des verres contraints depuis des années, je sais régler un barillet , et je n'ai jamais cassé de miroir non plus...
Je ne parlerais pas ici du miroir de 1m du laser sat,en tant que modérateur tu aurais le beau rôle de fermer le post, même en ayant abordé le sujet toi même.
Pour le 193, il avait donc une super figure lorsqu'il ne sortait rien, et a une optique pourrie depuis qu'il trouve des exoplanètes... Vive les mauvais miroirs alors... !!!! On est dans le régime des affirmations gratuites commençant sur le thème les autres sont des idiots. Faut pas délirer, les gens de l'OHP ne sont pas des branques et il doit avoir l'optique suffisante pour le seeing rencontré à l'OHP. Lambda sur 10 sur un télescope professionnel, genre un 2m, ça ne sert que les jours où le seeing permet d'avoir la résolution de l'optique, soit 120/2000 = 0.06secondes d'arc, c'est à dire pas tous les jours, pas toutes les nuits... (enfin là aussi de ce que mon expérience me permet d'affirmer, mais certains doivent savoir bien mieux). Si le 193 (le bloc de verre, le barillet c'est autre chose, et on peut faire une maintenance, c'est ce qu'on avait fait sur le miroir de 183cm du Schmidt de Palomar, changer tous les roulements à billes, puis leur donner de l'exercice tous les mois) si le 193 donc était mauvais, alors le 120 et le 80, qui datent du 19ème siècle seraient catastrophiques. Hors ce n'est pas le cas. Sur ces gros miroirs c'est toujours un problème de barillet (tiens, par exemple, lorsqu'on a reréglé le barillet de 152 du Schmidt, on a obtenu de bien meilleures images, comme quoi on peut arriver à faire des optiques de 193 à lambda sur 10 et oublier de régler des contrepoids de leviers astatiques d'un autre miroir...), ou un problème de positionnement des optiques comme sur le 360 de l'ESO, peut être du verre qui cristallise, mais JAMAIS du verre qui coule. Il faut arrêter le délire.
Alain

[jm lecleire 433]

bonsoir,

je me permets d'intervenir au sujet du fluage du verre car j'observe souvent ce phénomène sur les miroirs que je polis.
Ca ne concerne pas la déformation au cours du temps, phénomène que je n'ai jamais observé, mais la modification de la surface au cours du polissage.

J'ai quelques photos de miroirs faites au contraste de phase qui montrent la conséquence du phénomène sur des miroirs de 300 mm : atténuation ou disparition de rayures ou de piqures à la surface du miroir, écoulements du verre visibles suite à un travail long à la machine, etc.
Je viens de terminer une page sur ce sujet sur mon site internet :
http://www.astrotelescope.com/docs/fluage.html

Je pense complèter prochainement cette page avec d'autres photos, le temps de polir encore de nouveaux miroirs et de faire de nouvelles expériences.

Cordialement

JM Lecleire

[David Vernet 131]

Tu noie le poisson Alain...
Tu as AFFIRME que le 193 de l'OHP n'avait pas bougé, et je ne vois absolument rien dans ton argumentaire qui permet de l'affirmer…
Tu sais aussi bien que moi que c'est la résolution du spectro ELODIE qui a permit de découvrir les exoplanètes et que le 193 sert d’entonnoir à photon dans ce cas la. En aucun cas comparer les instruments focaux des années 50 et de maintenant ainsi que les résultats du télescope, qui sont bien sur plus performants, sont une preuve de quoi que ce soit sur la qualité actuelle du miroir. Renseigne toi justement auprès des technicien de l'OHP et tu verras que ca fait des années qu'ils ne touchent plus aux leviers, de peur entre autre de paumer le réglage...
Seul un nouveau test optique sur le 193 peut permettre de voir comment le miroir a évolué, et toujours a ma connaissance, il n’y en a pas eu, donc arrête de supposer, et si tu as des éléments sérieux qui permettent de dire que ce miroir est toujours identique a ce qu’il était, montre les !

Concernant ta page sur l’élasticité du verre, oui pas de problème, c’est le comportement normal du verre, et c’est une page générale, qui ne traite pas en détail les réactions de chaque type de verre qui ne réagissent pas tous exactement de la même façon suivant leur composition.
Je suis un praticien, ca fait des années que je bouffe du Pyrex, et cette histoire d’hysterèse, je l’observe régulièrement, c’est comme ca, ne t’en déplaise… et encore une fois, c’est une expérience parfaitement reproductible, donc facile de voir si je dis des conneries…

« et je n'ai jamais cassé de miroir non plus... » Eh oui, qui ne fait rien ne casse rien moi j’ai jamais cramé de matrices CCD, chacun son domaine J’ai déjà cassé du verre en atelier, ca arrive, (pas souvent heureusement…) par contre si tu fais allusion au miroir tulipe de 1m du laser sat, ca m’intéresse que tu développe, comment je l’aurais cassé, etc… pour voir jusqu’où tu est prêt à raconter n’importe quoi

[poupon 0]

non rien...

[Ce message a été modifié par poupon (Édité le 04-03-2005).]

[Mezzo 8 811]

perso moi j'ai connu des fromages ... Non David pas sur la tête !

[David Vernet 131]

D'ailleurs il court encore le claquos corse

[epsilonzéro 16]

le poupon aurait-il aussi flué doux ?

[ebondoux 60]

Personne n'a vu mon marteau à bomber le verre????
je le cherche depuis la semaine derniere !!!

il me manque vraiment, si vous le voyez, faites moi signe !!!

erick

[Laurent 60]

Juste quelques petites précisions "rhéologiques"...

Les câbles en acier doivent être retendus par ce qu'ils sont sensibles au phénomène de "Relaxation" = "perte de tension différée pour une déformation constante".

C'est un phénomène INVERSE du fluage dont il est question ici. "Fluage" = "déformation différée sous contrainte constante."

Les ponts en béton précontraint sont bien sensibles au "fluage" et se déforment dans le temps... c'est lié à la déformation différée du béton sous les variations de chargement lors de la construction ; leurs câbles sont sensibles à la "relaxation" ; les deux phénomènes se produisent mais n'ont rien à voir physiquement (quoiqu'ils interagissent).

Le verre est sensible au fluage car c'est un matériau qui se ré-arrange facilement mais la déformée par fluage est très faible ... sauf qu'à la précision qui nous intéresse, rien n'est totalement négligeable.

Tout cela se calcule encore assez facilement pour des historiques de chargement simples (et ce n'est pas de la grande science). Il suffit de connaître le module de fluage du matériau (mais je ne le connais pas pour le verre !). Après cela se complique si l'on tient compte de l'historique des chargements...

Mais, histoire de compliquer, lorsque le matériau vieillit, sa capacité de fluage diminue. C'est dire que l'âge du matériau intervient dans les déformations différées. Plus exactement l'age du matériau lorsque l'on applique la charge censée le faire fluer ! Lorsqu'il sort du four, la capacité de fluage du verre devrait être maximale puis devrait diminuer dans le temps... Cela se comprend bien puisque c'est le réarrangement des molécules qui conduit au fluage. Une fois que tout le monde est calé dans son coin, ça ne bouge plus ! En fait imaginez pour comprendre qu'il y a continuite entre le moment ou le verre "coule" lorsqu'il est en cours de fabrication et l'infini... il coule toujours mais heureusement beaucoup moins.

Par ailleurs, si le miroir est bien porté, le fluage est extrêmement faible et devrait être non mesurable. Vous pourriez faire une étude du fluage sous PLOP, simplement en modifiant le module d'élasticité du verre (c'est possible sous PLOP) et en étudiant les variations de déformations pour chaque cas : avec module "instantané" et avec module de "fluage". Maintenant, je n'ai pas d'idée d'ordre de grandeur de tout ça et notamment du module de fluage du verre... pour un âge donné... mais je vais chercher.

Sinon, à ce propos, je suis très sceptique sur les miroirs ou optiques en composites car ces matériaux fluent beaucoup beaucoup plus... et en construction, on s'en méfie beaucoup...

[Ce message a été modifié par Laurent (Édité le 04-03-2005).]

[epsilonzéro 16]

Excellent Laurent

Sur le vieillissement, on peut dire par exemple qu'un verre qui est complètement amorphe se réarange physiquement au cours du temps, en cristallisant lentement (sur des dizaines d'années). Ce faisant, il se fragilise car les tensions s'accumule, et l'autre jour Bruno Beckert nous racontait que sur d'anciennes lentilles, qui sont gardées dans des écrins, la cristallisation lente a fini par avoir raison de la solidité du verre, et que ces lentilles sont en fait brisées en mille morceaux. Le verre a explosé de lui-même à cause des tensions internes accumulée au cours des ages.
Ce phénomène peut être modifié par la composition chimique du verre en introduisant à la fusion des additifs minéraux qui retardent la cristallisation en modifiant les intéractions chimiques entre les molécules de silice qui composent le verre.
epsi

[AstroMateur 0]

Juste pour mettre mon grain de sel...

J'ai eu l'occasion à maintes reprises d'étudier des pièces en verre serrés par brides et boulonnerie, comme des éléments de tuyauteries en verre, des regard tubulaires ou des glaces de regards d'appareils sous pression et j'ai jamais constaté de déformation de ces pièces malgré les années voir dizaines d'années de serrage sous des contraintes de plusieurs tonnes...

Mais, y'a un mais, ces pièces gardent "la mémoire" du serrage ou des contraintes, terme un peu "pipau" qui veut dire en fait que des microfractures sont apparues dans le matériaux qui dévient la lumière polarisée et qui sont révélées au polariscope, mais géométriquement parlant les pièces n'ont pas bougé.

Par contre ce qui à été dit plus haut sur un possible fluage à l'état microscopique, là je donne ma langue au chat...
Mais je pense qu'il s'agit plutôt de corrosion, saviez vous que le verre est attaqué par l'eau?

A+

[epsilonzéro 16]

salut, je te crois sur la contrainte. Une contrainte appliquée localement peut donner à la longue une modification locale de l'arrangement des cristaux et conduire à une fracture locale, entourée par une zone plus "cristalline" autour,

[David Vernet 131]

Non le fluage lors du polissage est une réalité, et c'est heureux, sinon on aurait les plus grandes difficultés à polir du verre!
Les études ne manquent pas sur le fluage pendant le polissage, notamment sur la fameuse couche de Beilby, voir le lien que j'avais passé quelques posts avant.

[Ulysse 0]

Laurent :
« Cela se comprend bien puisque c'est le réarrangement des molécules qui conduit au fluage. Une fois que tout le monde est calé dans son coin, ça ne bouge plus ! En fait imaginez pour comprendre qu'il y a continuite entre le moment ou le verre "coule" lorsqu'il est en cours de fabrication et l'infini... il coule toujours mais heureusement beaucoup moins. »
Enfin un passage intelligible pour moi sur le fluage

Par contre, pour les câbles, je ne comprends plus. Si ce n’est pas du fluage, cela veut dire que si on élimine toute contrainte, ils reprennent leur longueur initiale ? Quel est le phénomène en jeu ?
Plus généralement, qu’est ce qui flue et qu’est ce qui ne flue pas ?

[Ce message a été modifié par Ulysse (Édité le 05-03-2005).]

[epsilonzéro 16]

lo, si les cables en libérant la contrainte reprennent leur longueur initiale c'est de l'élasticité pas du fluage. maintenant il y a toujours un peu d'hystérésis qui fait qu'ils ne la reprennent pas complètement, et là c'est un phénomène de fluage. sous la traction, le métal a tendance à s'organiser très légèrement et à modifier sa forme, il s'étire, et un epartie est irréversible, mais évidemment, les alliages et les composants sont étudiés pour que dans le cas de ces cables, l'étirement soit infime
C'est le même phénomène de fluage pour les métaux mous que l'on étire en fils.

[David Vernet 131]

A ne pas confondre hystérèse et fluage.
Pour l'hystérèse, ca n'est qu'un "retard" dans l’élasticité, mais la matière finit par reprendre sa forme originale, par contre pour le fluage, il y a déformation permanente et irréversible.

[maury 0]

Non, en fait les gens de l'OHP ne touchent pas depuis de nombreuses années au miroir du 193, parce qu'ils ont fort à faire avec le 80 et le 120, ramasser le verre qui tombe du miroir tous les matins...
Ca me rappelle le 150 du Mont Wilson où il y avait un flotteur à mercure, et à force le mercure passait à travers l'acier, et chaque semaine, il fallait remettre en gros un verre de mercure dans la cuve. A Palomar aussi, un des carters de la motorisation de delta du Schmidt avait fini par laisser suinter l'huile. Mais bon, au niveau optique, rien à signaler, une fois le barillet remis en forme...
A ce que j'en sais, le 193 comme les autres télescopes, plus vieux sont encore limités par le seeing, et sur un grand miroir, tu as vite fait d'avoir de mauvaises images si le miroir est contraint, si un des leviers astatiques est bloqué, vraiment visible immédiatement. D'ailleurs on le voit très bien dans un cassegrain, on peut regarder l'image extrafocale et bouger le levier en temps réel, et le miroir se déforme et reprend sa forme instantanément sans mémoire.
Je persiste et signe. Si le verre, par exemple du 193 avait bougé, ca fait des années que le 80 ou le 120 donneraient des images catastrophiques, ou que le miroir du 5m de Palomar qui est autrement plus lourd auraient été remis au musée. La cristallisation du verre est un problème réel, qui menace tous les vieux objectifs de lunette (celle de Lick a aussi donnée). Ensuite mélanger ce genre de délire avec l'autre encore plus fumant des verres de cathédrales, désolé, mais on ne parle pas du même effet, si cette histoire à dormir debout était vraie, les miroirs de télescope se prendraient une frange à l'année, couleraient autour du barillet et autres. Il suffit d'aller lire les sites précités, je crois que c'est assez convaincant. On parle d'un phénomène qui se mesure en centaines de milliers d'années.
Je ne crois pas beaucoup non plus au miroir contraint qui remet une semaine à se remettre en place, mais bon, comme je n'ai jamais fait la manipe, je ne suis pas aussi affirmatif. Les gens qui stockent leur miroir dans une caisse appuyé n'importe comment dans la dite caisse pendant un an avant d'observer ne pourraient pas observer avant une bonne semaine... Quand tu achètes un miroir, que tu le stockes un certain temps, et que tu le mesures à l'interféromètre et découvre qu'il est astigmatique, il y a de bonnes chances que le gusse qui te l'a taillé et mesuré au foucault a fait un travail de merde, du moins si le principe du rasoir d'Ockham et pas du couteau de foucault est bien respecté. Surtout si tu apprends que le même artisan n'en n'est pas à son coup d'essai. Donc pour répondre à Claude, et j'en resterai là, non, les miroirs ne se déforment pas de façon permanente.
Alain
PS: Je ne répondrais pas à tes provocs sur le miroir de 1m.