Cations play a complex structural role in oxide glasses, as they occur in different kinds of environments, which allow them to exert a contrasted influence on physical and chemical properties of these glasses. The combination of structural information given by a wide range of spectroscopic methods and by radiation scattering, combined with numerical modelling, has given insight on the structural organisation around these cations. Among these characteristic properties are unusually low-coordination numbers, such as 5-fold coordination, and the presence of extended ordered domains, in which cation polyhedra are edge- or corner-sharing. This review presents evidence for a structural control of several physical and chemical properties in oxide multicomponent glasses. The use of zinc as a stabilising glass component arises from its network-forming position, which implies the presence of low-charge cations in its surrounding and as a consequence decreases the concentration of modifier components. The compositional dependence of glass coloration by transition elements has been investigated thoroughly through the example of nickel in silicate and borate glasses. The wide range of coloration observed may be explained by the existence of three kinds of environments, with nickel occurring in 4-, 5-, and 6- coordination. The relationships of these sites with the medium-range organisation of the glasses have been understood by a combined use of EXAFS spectroscopy and neutron scattering with isotopic substitution. The two other examples that are presented to illustrate structure-property relationships concern the physical solubility of gazes in glasses and the alteration processes of glasses used as analogues of nuclear waste matrices. In this last example, the use of structural probes as zirconium illustrates the influence of the alteration solution on the process of glass corrosion and further development of a gel at the glass-solution interface. A comparison with the evolution of the surrounding of iron shows that the two major processes, hydrolysis/condensation and dissolution/precipitation, depend on the element considered.
Les cations jouent un role structural complexe dans les verres d'oxydes, dans lesquels ils peuvent se trouver dans differents types d'environnement, ce qui leur permet d'influer de facon tres contrastee sur les proprietes physiques et chimiques de ces verres. Le couplage entre des informations structurales apportees par differentes methodes spectroscopiques ou par diffraction des rayonnements, avec l'apport des methodes de simulation numerique, a permis de mettre en evidence un certain nombre de caracteristiques structurales de ces cations dans les verres. On peut ainsi citer des coordinences inhabituellement faibles, notamment la coordinence 5, qui est peu repandue dans les composes cristallises, ainsi que la presence de domaines etendus, dans lesquels les polyedres cationiques peuvent etre associes par arete ou par sommet. Cet article presente une revue du controle structural de plusieurs proprietes physiques et chimiques dans les verres oxydes multicomposants. Le role du zinc comme element stabilisant des verres silicates alcalins est ainsi explique par la position de formateur de reseau occupee par cet element, en raison de la presence necessaire dans son environnement de cations faiblement charges, diminuant ainsi la concentration en elements modificateurs dans le verre. Le controle structural de la couleur est egalement une illustration des relations structure-proprietes dans les verres. Dans le cas du nickel, trois environnements tres differents permettent d'expliquer la gamme de couleurs tres variees qui peuvent etre observees, le nickel pouvant se trouver en coordinence 4, 5 ou 6. La determination des relations de l'organisation a moyenne distance autour de ces sites, par spectrometrie EXAFS et diffraction des neutrons couplee a une substitution isotopique, permet de comprendre la dependance des colorations observees dans les verres multicomposants en fonction de la composition du verre. La dissolution physique des gaz, illustree par l'exemple de la dissolution du krypton dans la silice, ainsi que les processus d'alteration des verres de composition proche des matrices de stockage de dechets nucleaires de haute activite sont d'autres illustrations des relations entre l'organisation structurale des verres et leurs proprietes physiques et chimiques. Dans ce dernier cas, l'utilisation de sondes structurales comme le zirconium permet de mettre en evidence l'influence de la nature de la solution lixiviante sur le type de processus mis en jeu lors de l'alteration du verre, conduisant a la formation du gel a l'interface verre-solution. La comparaison avec l'evolution de l environnement d'un autre element comme le fer montre que les deux types de processus mis en jeu, hydrolyse/condensation et dissolution/precipitation, dependent egalement de la nature de l element chimique considere.