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cristallographie

Science de la matière cristallisée, des lois qui président à sa formation, de sa structure, de ses propriétés géométriques, physiques et chimiques.

La cristallographie est à la base de la minéralogie, de la physique et de la chimie du solide et de la science des matériaux.

Propriétés et structure des milieux cristallins

Le milieu cristallin est homogène, mais il est anisotrope : certaines de ses propriétés dépendent de la direction suivant laquelle on les observe (cohésion mécanique – d'où existence de plans de clivage –, dilatation thermique, conductibilité, vitesse de propagation de la lumière, attaque par un réactif chimique – d'où existence de figures de corrosion).

Cette anisotropie est discontinue, c'est-à-dire qu'il existe dans un cristal des directions de plans et de droites possédant en exclusive certaines propriétés. L'observation de ces propriétés a permis d'en déduire des hypothèses relatives à la structure microscopique des milieux cristallisés.

La première observation est celle de la loi de constance des angles (J.-B. Romé de l'Isle, 1783) : les angles dièdres que font entre eux les faces de croissance ou les plans de clivage d'une même substance sont constants, quelle que soit l'origine du cristal. La deuxième est celle du clivage des cristaux de calcite par R. J. Haüy, qui a amené celui-ci à émettre l'hypothèse qu'en divisant un cristal par clivages successifs on aboutissait à un parallélépipède élémentaire insécable et que, par suite, les cristaux sont formés par l'empilement régulier de parallélépipèdes tous identiques : c'est l'hypothèse réticulaire (1784).

Haüy a montré que les orientations des faces naturelles et des plans de clivage peuvent s'interpréter en fonction de ces empilements à l'aide de lois arithmétiques très simples, ce qui démontre la loi de constance des angles. A. Bravais (1849) a complété les hypothèses d'Haüy en précisant la notion de réseau cristallin et en dénombrant tous les types de réseaux possibles. L'hypothèse réticulaire des cristaux a été démontrée définitivement par l'expérience de diffraction des rayons X faite en 1912 par M. von Laue et ses collaborateurs.

Les cristaux présentent, en outre, des éléments de symétrie. Par exemple, un axe de symétrie d'ordre n est une direction telle que, après une rotation d'un n-ième de tour autour de cette direction, le cristal devienne parallèle à ce qu'il était avant ce déplacement.

Les systèmes cristallins

La considération des éléments de symétrie permet de distinguer 7 systèmes cristallins, dont chacun porte le nom d'une forme type. Ce sont les systèmes cubique (cube), quadratique (prisme droit à base carrée), orthorhombique (prisme droit à base losangique), monoclinique (prisme oblique à base losangique), triclinique (parallélépipède quelconque). rhomboédrique (rhomboèdre), hexagonal (prisme droit à base hexagonale). Les diverses formes d'un même cristal peuvent s'obtenir par troncatures, soit sur les sommets, soit sur les arêtes, à partir de la forme type. Ces propriétés s'interprètent par la connaissance de la structure réticulaire des cristaux.