La cristallographie, une science universelle

Publié par Dominique Cornuéjols, le 2 octobre 2012   3.4k

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La cristallographie couvre un ensemble de techniques très puissantes pour explorer la composition et la structure de la matière à l'échelle des atomes et des molécules. Elle trouve aujourd'hui des applications dans presque tous les domaines de l'activité scientifique ou technique.

De quoi sont composées les étoiles ou les planètes ? Que sait-on des processus du vivant ? Comment expliquer les propriétés de la matière et imaginer de nouveaux matériaux ? Pourrons-nous un jour lutter de façon efficace contre les virus, les catastrophes naturelles ou la pollution ?

La plupart de ces questions ne peuvent être résolues que par une connaissance approfondie de la structure intime de la matière. En effet, les propriétés macroscopiques des matériaux qui nous entourent – minéraux, plastiques ou encore matière biologique – sont directement liées à la composition atomique mais aussi à l’arrangement des atomes entre eux.

Dans un minéral comme le diamant ou le gypse, les atomes sont agencés de manière parfaitement régulière, ordonnée, dans les trois dimensions de l’espace : on dit qu’on a affaire à un cristal. La science des cristaux - ou cristallographie - s’est surtout développée à partir du 16e siècle, accompagnant ainsi l’essor spectaculaire des sciences naturelles à cette époque.

Aujourd'hui, la cristallographie peut se définir comme un ensemble de techniques très puissantes pour explorer la composition et la structure de la matière à l’échelle des atomes et des molécules : cristallographie par rayons X, par neutrons ou par électrons. La cristallographie est devenue un outil irremplaçable pour l’étude de toutes sortes de matériaux, qu’ils soient idéalement organisés (cristaux parfaits), partiellement organisés (polymères), cristallisés artificiellement (cristaux de protéines) ou peu organisés (liquides, verres). Elle est aussi à la base de l’élaboration de la plupart des nouveaux matériaux, allant des cellules photovoltaïques aux composites de l’automobile ou de l’aéronautique.

Les applications de la cristallographie se retrouvent dans quasiment tous les domaines de l’activité scientifique ou technique : sciences de l’ingénieur, sciences des matériaux, physique, chimie, biologie, médecine, sciences de l’environnement, patrimoine et culture. La microélectronique, la chimie, la catalyse, la métallurgie, l’industrie pharmaceutique, les biotechnologies, les nouveaux matériaux sont autant de secteurs où la cristallographie peut s’avérer un vecteur d’innovation essentiel.

Quelques exemples d’applications de la cristallographie

• Trouver des vaccins plus efficaces pour lutter contre les virus
• Développer de nouveaux traitements pour lutter contre les maladies cardiovasculaires, les cancers ou Alzheimer...
• Synthétiser des matériaux poreux innovants pour la catalyse ou pour la diffusion lente des médicaments
• Mettre au point de nouveaux matériaux magnétiques pour les moteurs électriques,
• Développer de nouveaux processus de stockage de l’énergie (batteries, stockage d’hydrogène,…)
• Améliorer les procédés en microélectronique et nanotechnologie
• Analyser des matériaux biologiques aux propriétés remarquables (fil de toile d’araignée, piquants d’oursin, bois...) pour les reproduire artificiellement
• Ausculter des œuvres d’art et objets archéologiques
• Utiliser des plantes « décontaminantes » pour épurer les sols pollués par les métaux lourds
• Etudier les matériaux à l’intérieur de notre planète pour mieux comprendre les phénomènes volcaniques et les tremblements de terre