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quasi-cristal

Corps possédant, tout comme les cristaux liquides, une structure intermédiaire entre l'ordre caractéristique des cristaux et le désordre propre aux verres et aux liquides.

Jusqu'au début des années 1980, les physiciens pensaient que les solides se répartissaient exclusivement en deux classes bien distinctes : les corps amorphes, ou désordonnés (comme le verre), et les cristaux (comme le quartz). Tout au plus connaissait-on des structures particulières, les cristaux liquides, où règne un certain mélange d'ordre et de désordre, qui leur confère des propriétés intermédiaires entre celles des solides cristallisés et celles des liquides.

Structure

Cette conception « binaire » fut ruinée en 1984 par la découverte d'un alliage d'aluminium et de manganèse aux propriétés étonnantes. Le solide présentait, à l'échelle de quelques atomes, toutes les caractéristiques du cristal, ses atomes étant disposés suivant un motif, une figure géométrique bien précise appelée « maille élémentaire ». Deux caractéristiques l'en distinguaient néanmoins. Les chercheurs découvrirent tout d'abord, à leur grande surprise, que cette maille était pentagonale (à cinq faces). Or cette structure est justement « interdite » chez les vrais cristaux, car impossible. Ensuite, les mailles se répétaient non plus périodiquement dans le matériau, mais de façon apériodique, ou quasi périodique : elles n'étaient pas rangées régulièrement dans le cristal.

En 1972, le mathématicien britannique R. Penrose avait déjà découvert qu'il était en théorie possible de fabriquer des structures planes quasi périodiques et de symétrie pentagonale : les quasi-cristaux en sont l'expression en trois dimensions.

On pense aujourd'hui avoir éclairci ce défi aux lois de la cristallographie : les mailles d'un quasi-cristal ne seraient plus seulement à grande période, mais infinies. C'est pour cela que l'on appelle les quasi-cristaux des « matériaux incommensurables ».

Applications

L'industrie est devenue friande de ces nouveaux matériaux, le plus souvent majoritairement composés d'aluminium, qui se révèlent beaucoup plus résistants que les métaux ordinaires (environ cinq fois plus que les meilleurs aciers). Contrairement aux métaux à base d'aluminium, les quasi-cristaux sont de piètres conducteurs électriques, et peuvent même être isolants. On les utilise notamment comme revêtement intérieur de poêles à frire et de casseroles, car ils ont un très faible coefficient d'adhérence. On étudie aussi leur applicabilité en aéronautique (moteurs de fusées), car ils résistent très bien à l'abrasion et à la chaleur.