Les agrégats résultent de l'assemblage de plusieurs éléments de base. La spécificité des agrégats, dans le cas où ces éléments sont des molécules ou des atomes, réside en ce que leurs propriétés physico-chimiques à l'équilibre dépendent de la nature des éléments de base mais aussi de leur nombre N. Lorsque celui-ci dépasse une certaine valeur, de l'ordre de quelques centaines, les propriétés rejoignent celles du solide massif. Le domaine des agrégats cède alors la place à celui de la physique des solides.
Si les éléments de base sont des colloïdes (petites sphères de quelques nanomètres de diamètre en suspension dans un fluide), les agrégats, ou flocs, formés de façon irréversible, peuvent contenir jusqu'à plus de 10 000 éléments de base. Dans certains cas, leur fragile structure filamenteuse peut être décrite au moyen de la notion de fractale. Dans les deux cas, les agrégats font l'objet d'une recherche très active aux multiples applications.
1. Agrégats atomiques et moléculaires
En laboratoire, les agrégats sont produits de diverses manières : condensation d'un gaz par détente, impact d'ions ou d'un faisceau laser sur une surface, évaporation thermique. Ensuite, ils peuvent être déposés sur un support, mais le plus souvent ils sont entraînés par un flux gazeux (ou accélérés, s'ils sont chargés) et dirigés vers une enceinte où on les étudie « en vol ». Parmi les nombreuses méthodes physiques utilisées, la spectrométrie de masse est la plus importante. Elle permet en effet de classer les agrégats selon le nombre N d'atomes ou de molécules qu'ils contiennent. Ainsi, les spectres de masses, pour certaines valeurs de N appelées « nombres magiques », font apparaître que les agrégats sont plus abondants et donc particulièrement stables. Cette information est utilisée pour la détermination de leur structure.
• Structure atomique
Si N est petit (inférieur à 10), la recherche des structures stables utilise les méthodes de calcul de la chimie quantique. On trouve souvent des configurations linéaires ou planes tant que N est inférieur ou égal à 4 et polytétraédriques au-delà.
Pour de plus gr […]
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