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CRISTAUX

Le cristal caractérise la forme la plus ordonnée de la matière solide. Il correspond à une disposition très régulière des atomes dont une image est donnée par un empilement régulier de cubes identiques. À l'opposé, il existe des structures où aucun ordre ne semble imposer les positions atomiques ; c'est le cas des états vitreux. Si la matière cristallisée est très fréquente dans la nature, il faut noter que les dimensions des cristaux sont très variables. En dehors de certains cristaux d'origine géologique dont la taille peut dépasser le mètre, la matière condensée se présente plus fréquemment sous une forme dite polycristalline correspondant à un ensemble compact et désordonné de petits cristaux dont la taille individuelle peut être très inférieure au millimètre. La notion de cristal est néanmoins tout à fait pertinente dans ces cas, car chaque microcristal peut regrouper des milliards d'atomes rangés régulièrement. La description des cristaux se fait donc dans un cadre géométrique dont les fondements remontent à la fin du xixe siècle : la cristallographie. L'étude expérimentale des structures cristallines se fonde sur leurs propriétés particulières de diffraction des rayons et des particules. On utilise pour cela des sources de rayons X, de neutrons ou d'électrons. L'analyse des propriétés de diffraction d'un cristal permet, dans la plupart des cas, d'identifier la disposition géométrique des atomes et de distinguer leur nature. D'autres propriétés physiques, qui constituent souvent la base d'applications courantes (semi-conducteurs en microélectronique, écrans à cristaux liquides, etc.), peuvent être déduites de la connaissance de ces arrangements atomiques.

La cristallographie

La science des cristaux naît véritablement au xviiie siècle, lorsqu'elle se distingue de la minéralogie dont l'histoire, jalonnée par les noms d'Aristote, d'Avianne et de Georgius Agricola, est beaucoup plus longue. L'idée que toute matière, solide, liquide ou gazeuse, est faite d'unités microscopiques élémentaires remonte pourtant à Platon pour qui ces particules fondamentales n'ont que cinq formes possibles : cubique, octaédrique, tétraédrique, icosaédrique et dodécaédrique. Mais Aristote combat cette idée en observant que certaines de ces unités ne peuvent pas remplir l'espace sans laisser de vide entre elles. Jusqu'au xviie siècle, la connaissance scientifique des cristaux ne progresse guère, à tel point qu'ils ne sont pas toujours distingués des fossiles. On leur prête volontiers des vertus thérapeutiques et une origine organique. Puis Johannes Kepler (1571-1630) interprète la forme hexagonale des flocons de neige comme le résultat d'un empilement régulier de sphères. Robert Hooke (1635-1702) observe les cristaux avec un microscope de sa fabrication et imagine que leurs formes régulières découlent de trois ou quatre empilements élémentaires de sphères. Jean-Baptiste Romé de Lisle (1736-1790) se consacre à l'étude d'une collection de minéraux. Il utilise un goniomètre, fabriqué à sa demande, pour mesurer les angles formés par les facettes des différents cristaux. Son Essai de cristallographie, publié en 1772, énonce la loi de constance des angles, selon laquelle tous les cristaux d'une même espèce minérale présentent les mêmes angles dièdres. On prétend que l'abbé René Just Haüy (1743-1822) eut l'intuition de la nature des cristaux en laissant tomber un cristal de calcite, qui se brisa en morceaux de même forme : « Or, la division du cristal en petits solides a un terme, passé lequel on arriverait à des particules si petites qu'on ne pourrait plus les diviser sans les analyser, c'est-à-dire sans détruire la nature de la substance. Je m'arrête à ce terme et je donne à ces particules [...] le nom[...]

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Autres références

  • DÉTECTEURS DE PARTICULES

    • Écrit par Pierre BAREYRE, Jean-Pierre BATON, Georges CHARPAK, Monique NEVEU, Bernard PIRE
    • 10 978 mots
    • 12 médias
    Les scintillateurs inorganiques sont constitués de cristaux purs dopés par une impureté. Le plus important d'entre eux est l'iodure de sodium dopé avec du thallium dans la proportion de 1 p. 1 000 environ.

  • AIGUE-MARINE

    • Écrit par Yves GAUTIER
    • 1 151 mots

    L'aigue-marine est la variété bleue et limpide du béryl, un cyclosilicate de béryllium. Sa couleur présente de nombreuses nuances en fonction de la provenance de la pierre : bleu pâle, bleu, bleu-vert. Pierre fine recherchée en joaillerie, elle est d'autant plus appréciée que sa couleur...

  • ALLIAGES

    • Écrit par Jean-Claude GACHON
    • 7 362 mots
    • 5 médias
    ...entre deux métaux, le zirconium (Zr) et le hafnium (Hf). Dans ce cas, on passe progressivement, dans l'état solide, de l'un à l'autre par remplacement, sur le réseau cristallin, des atomes du premier par ceux du second. Le produit est une solution solide qui ressemble au zirconium à gauche et au hafnium...

  • ALMANDIN

    • Écrit par Yves GAUTIER
    • 330 mots

    Nésosilicate de fer et d'aluminium, l'almandin est le grenat le plus commun. Il se présente sous forme de cristaux rhombododécaédriques, souvent centimétriques, de couleur rouge à rouge foncé avec des nuances violacées ou brunes.

    Formule : Fe3Al2(SiO4)3 ; système : cubique ; dureté...

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Voir aussi

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