25 janvier 2021 – La formation des cristaux est un processus mal compris. Que ce soit pour les minéraux ou les cristaux de neige, ce miracle de la nature a été observé par des chercheurs Japonais. Ils ont réussi à voir la formation complexe des cristaux à l’échelle atomique grâce à la SMART-EM (single-molecule atomic-resolution real-time electron microscopy). Le chimiste Takayuki Nakamuro de l’Université de Tokyo a développé, avec ses collègues, une technique depuis 15 ans, pour nous offrir des images inédites de l’infiniment petit, celles de la formation en temps réel de réseaux cristallisés, cela pourra permettre de mieux maitriser la conception de certains matériaux. La cristallographie est, en effet, essentielle pour la fabrication de matériaux spécifiques.
Les solides cristallins ayant des atomes empilés de manière bien particulière, ils ont tous des formes prédéterminées qui leur confèrent leurs chimiques, physiques et mécaniques. Takayuki Nakamuro souligne : « nous avons immédiatement remarqué l’opportunité d’étudier les aspects structurels et statistiques de la nucléation cristalline avec des détails sans précédent ». Ces prises de vue vont permettre de mieux appréhender le processus de nucléation.
On connait 7 réseaux cristallins : cubique, quadratique, Hexagonal, Rhomboédrique (ou trigonal), Orthorhombique, Monoclinique et Triclinique. Le chlorure de sodium (NaCl), notre sel de table, se cristallise en un système cubique.
Les échantillons ayant été stabilisés avec des nanotubes de carbone coniques puis c’est la méthode SMART-EM qui leurs a permis de réaliser cette vidéo. Ce sont des dizaines de molécules de sel qui se sont organisées en forme cubique autour du germe.
Observation de la formation d’un empilement ordonné de 4 atomes sur 6 © T. Nakamuro et al.
Les scientifiques font l’hypothèse qu’il est possible d’avoir le contrôle sur le processus de nucléation et d’avoir le contrôle sur la forme ainsi que de la taille du cristal.
Avant, l’équipe espère pouvoir observer la formation de cristaux polymorphes avec leur même technique. Eiichi Nakamura, co-auteur de l’étude, souligne : « le sel ne cristallise que dans un sens. Mais d’autres molécules, comme le carbone, peuvent cristalliser de multiples façons, conduisant au graphite ou au diamant. C’est ce qu’on appelle le polymorphisme, et personne n’a vu les premiers stades de la nucléation qui y conduit ». Les chercheurs souhaitent maintenant étudier la formation de molécules plus complexes, ce qui va rendre cette aventure au cœur des cristaux semble pouvoir être passionnante et prometteuse.
Thierry Penin (rédaction btlv.fr)
