Impossible d’avoir échappé au doodle de Google paru au début du mois de mai faisant honneur à Dorothy Hodgkin, grande chimiste anglaise, lauréate duprix Nobel de chimie en 1964 pour ses travaux sur la cristallographie. Alors que les rayons X n’étaient pas encore au point, elle découvre la structure complète de l’insuline en 1969. Elle parcourt ensuite le monde entier pour expliquer l’importance de cette molécule dans le traitement du diabète.

Cela permet de rappeler que 2014 est l’année internationale de la cristallographie. 23 Prix Nobel ont été attribués pour des travaux utilisant la cristallographie. Cette technique est considérée comme l’instrument le plus puissant pour étudier la matière. Bien que peu connue, cette science est omniprésente dans la vie quotidienne. On la retrouve notamment dans la production pharmaceutique moderne, les nanotechnologies, la biologie et d’autres domaines, tels que l’élaboration de dentifrice ou d’éléments d’avion.

La cristallographie un peu détaillée…

Un cristal est un solide dont la structure atomique est ordonnée et périodique dans les trois directions de l’espace. On parle alors d’une répétition d’un motif formé d’atomes. En effet, les atomes sont organisés de façon régulière dans une base de préférence carrée appelée “maille” avec des longueurs d’arête et des angles entre les arêtes spécifique à chaque type de maille (orthorhombique, monoclinique…), tandis que les réseaux dépendent de la position des atomes dans la maille.

La diffraction permet d’obtenir un «code barre» des matériaux : on peut déduire des informations essentielles sur l’organisation interne de la structure cristalline, telles que la structure de la maille, le type de réseau, ainsi que la morphologie et l’orientation des grains étudiés. Ce phénomène physique de diffraction à rayon X (DRX) est le résultat de l’interaction des rayons X, émettant à des longueurs d’onde de 10 à 0,01 nm, avec un cristal. La diffraction existe si la loi de Bragg, reliant l’angle du rayon incident θ et la distance atomique d entre chaque famille de plan, est vérifiée :

2.d.sin θ = n.λ

avec n, nombre entier représentant le coefficient de diffraction.

Afin de faciliter leurs études, les cristaux sont regroupés dans des familles de plans réticulaires distingués les uns des autres par les indices de Miller « h, k, l » : chacun de ces indices représente la position du plan sur un des trois axes.

Lors de l’irradiation de chaque plan par un rayon X, chaque atome diffuse une onde qui se propage dans toutes les directions permettant ainsi de mesurer son intensité à l’aide d’un détecteur (film photographique, cellules CCD…). Les diagrammes de diffraction obtenus sont composés d’un ensemble de pics. Par une comparaison de la position et de l’intensité des pics observés avec celles d’une base de données, on peut vérifier le résultat d’une synthèse et déterminer les propriétés physiques, électroniques, magnétiques et matérielles de la structure cristalline dépendant de l’organisation interne de la structure cristallographique.

La cristallographie aujourd’hui….

La cristallographie permet de promouvoir certaines avancées dans de nombreux domaines comme celui de la chimie, de la biologie, de la physique, de la géologie ou encore des mathématiques.

La cristallographie a dernièrement permis la mise en place d’un matériau innovant inspiré de la nacre, dix fois plus solide que la céramique. La nacre, matériau proche de la céramique, se trouve dans la nature : elle recouvre la coquille des ormeaux et autres bivalves. Son grand avantage est sa forte ténacité due à sa structure complexe et hiérarchique, traduit par un chemin tortueux qui rend difficile la propagation de fissures. Pour la réalisation de cette nacre artificielle à base d’alumine, les chercheurs se sont inspirés de la structure de la nacre naturelle afin de la rendre dix fois plus riche en alumine qu’une céramique classique.

D’autres travaux s’appuyant sur la cristallographie ont expliqué la plasticité du manteau terrestre, la raison de la présence de ressources hydrocarbonées à plus de 4000m de profondeur, etc.

Par la compréhension et l’évolution des matières cristallines, la cristallographie est une science indispensable qui a joué et jouera un rôle clé pour répondre aux plus grandes questions de l’humanité concernant la santé, l’énergie, les matériaux, l’environnement… Via des articles, des conférences, des animations et des expositions, vous avez toute l’année pour voyager au coeur de la matière ! Retrouvez les prochains événements près de chez vous en allant sur le lien suivant :

Site officiel de l’année internationale de la cristallographie 

Sources

– Site internet de l’année officielle de la cristallographie : http://www.aicr2014.fr/

– Vidéo du CEA de Grenoble : http://videosphysique.blogspot.fr/2012/01/diffraction-x.html

– CDP : Un matériau innovant inspiré de la nacre dix fois plus tenace qu’une céramique classique (CNRS) : http://www2.cnrs.fr/presse/communique/3473.htm