Les cristallographes réalisent leurs expériences autour d’échantillons qui peuvent se présenter sous forme de poudre, de cristaux, de matériau amorphe, etc. Ils cherchent à déterminer l’organisation des atomes dans ces échantillons.

Les cristaux peuvent être étudiés avec des instruments spécifiques dans l'espace réel ou dans un autre espace, l'espace réciproque.

Vous avez dit "atome" ?

Les matériaux qui nous entourent qu’ils soient naturels ou artificiels ont des propriétés caractéristiques. Par exemple, certains matériaux sont conducteurs électriques et d’autres isolants, certains sont transparents et d’autres opaques. Pourquoi ? Et quel est le mécanisme de fonctionnement d’un antibiotique ? Etc... Pour pouvoir répondre à ces questions, il faut comprendre comment la matière est organisée et ce à l’échelle atomique. Mais un atome, qu'est-ce que c'est ? Quelle est sa taille ?

Faisons tout d’abord un "plongeon" dans la matière et essayons d’appréhender différents ordres de grandeur. Pour mesurer les petits objets, on utilise le millimètre, le micromètre qui est 1000 fois plus petit que le millimètre et le nanomètre qui est 1000 fois plus petit que le micromètre. L’application suivante permet de voir différents objets et leur taille http://www.htwins.net/scale2/lang.html.Le nanomètre est vraiment très très petit ! Un cheveu a un diamètre de 50 micromètres et un virus a un diamètre de 100 nanomètres.

 

virusSemliki

Gauche : image en microscopie électronique du virus de la forêt de Semliki. La barre noire mesure 70 nm. Droite : structure du virus. Crédit : Catherine Venien-Bryan, IMPMC.

 

Regardez les films sur http://www.universcience.tv/categorie-relief-de-l-invisible-609.html. Regardez en particulier ceux sur l‘aluminium, le laiton, la dent et la céramique. Lorsqu’avec un microscope électronique on grossit de plus en plus ce qu’on observe, on arrive à voir un arrangement régulier d’atomes espacés de 0.2 nm (nanomètre) soit d’une distance 20 millions de fois plus petite qu’un mm ! Chaque petit point est un atome.

L’atome, dont l’existence a été démontrée bien avant qu’on puisse le voir directement , est la brique essentielle qui permet de comprendre les propriétés de la matière. Il est constitué d’un "noyau" chargé positivement et d’un nuage électronique qui l’entoure. L’animation sur le site suivant explique comment est constitué un atome : http://www.toutestquantique.fr/#atome

Qu'est-ce qu'un cristal ?

L e cristal, c'est la répétition périodique d'un motif, formé d'atomes.

  • Un cristal est un solide dont la structure atomique est ordonnée et périodique dans les trois directions de l'espace. Ces propriétés de symétrie conduisent, en conditions idéales, au développement de formes polyédriques limitées par des faces planes.

Une définition qui a évolué au fil du temps.

Objet d’émerveillement à l’antiquité, il est une pierre angulaire bien étrange, limitée par des faces planes, il est comme fabriqué.
- Au 18e siècle, le terme cristal s’impose aux savants pour désigner toutes les pierres angulaires limitées par des faces.
- Au début du 19e siècle, le cristal désigne tous les matériaux solides homogènes limités par des faces.
- Au 20e et 21e siècles, le cristal désigne tous les matériaux ordonnés à l’échelle atomique.

Au 20e siècle, il devient un objet de science et de connaissance de la Matière.

De nos jours il est un objet contemporain aux multiples applications.

Périodicité ou symétrie ?

Pavage de pentose

On a longtemps défini le cristal comme un "solide dont les atomes se répartissent de façon périodique dans l'espace" (on peut les décrire comme un motif répété sur une grille régulière). Cette définition a été corrigée en 1992 après la découverte des quasi-cristaux, structure non périodique mais présentant un spectre de diffraction "comme les cristaux".

La figure ci-contre est un "pavage de Penrose", quasi-cristal non périodique qui présente une symétrie d'ordre 5 (invariance par rotation d'angle 2?/5 radian, soit 72 degrés).

 

 

Il y a les cristaux et les autres...

Le cristal : un solide à facettes