« Cristallographie géométrique/Introduction » : différence entre les versions

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La cristallographie est le plus souvent utilisée pour la détermination de structures cristallines par diffraction de rayons X, de neutrons ou d'électrons : il est possible de retrouver la position des atomes dans la maille à partir des intensités des ondes diffractées par un cristal. Cette application de la cristallographie ne se limite pas à la seule détermination de structures atomiques. La diffraction de neutrons donne aussi des informations sur la distribution des moments magnétiques dans un matériau. La diffraction par un cristal est une technique importante dans plusieurs disciplines scientifiques, puisque la connaissance de la structure d'un cristal permet d'expliquer ses propriétés physico-chimiques :

* en physique, les modèles établis pour prédire le comportement de matériaux sous certaines conditions de température ou de pression se basent sur la connaissance de leurs structures ;

* en physico-chimie des surfaces, il est souvent observé que la structure atomique en surface (quelques couches atomiques) diffère de celle du matériau en volume : on parle de reconstruction. L'étude de la structure des surfaces par diffraction d'électrons est importante pour comprendre leurs propriétés de catalyse ou d'adsorption de molécules ;

* en biologie, la diffraction sur des macromolécules cristallisées livre des informations sur la structure de nombreuses molécules (ADN, protéines…), comme la localisation et la forme des sites actifs dans les enzymes.

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Image:Lysozyme crystal1.JPG|Cristal de [[:w:Lysozyme|lysozyme]]

Image:DNase1.jpg|[[:w:Désoxyribonucléase|Désoxyribonucléase]]

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Vers la fin du {{s-|XX|e}} se sont développées des techniques de diffraction permettant de suivre l'évolution d'un système en temps. Par exemple, lors d'une illumination d'un cristal par un laser, certains atomes peuvent être amenés dans un état excité ou même former de nouvelles liaisons chimiques, la vitesse du retour à l'état fondamental étant très variable. Il est actuellement possible d'étudier ''in situ'' par diffraction des phénomènes dynamiques induits d'une durée de quelques femtosecondes<ref>{{en}} Jacqueline M. Cole, « Photocrystallography », dans ''Acta Crystallographica Section A'', vol. 64, n{{exp|o}} 1, 2008, p. 259-271, [http://dx.doi.org/10.1107/S0108767307065324 lien DOI]</ref>{{,}}<ref>{{en}} ''Zeitschrift für Kristallographie'', vol. 223, n{{exp|o}} 4-5 : « Photocrystallography », 2008, [http://www.oldenbourg-link.com/toc/zkri/223/4-5 voir le sommaire en ligne]</ref>. Les applications possibles sont l'étude des transferts d'atomes dans les sites actifs de protéines ou celle des transitions de spin dans les composés moléculaires.

 

Dans un matériau « polycristallin », plusieurs cristallites ou « monocristaux » d'orientations différentes sont arrangés côte à côte. Des exemples de matériaux polycristallins sont les poudres, les couches minces ou les aciers. La texture d'un polycristal, c'est-à-dire l'orientation relative des monocristaux qui le constituent, peut être déterminée par diffraction. Elle donne des informations sur la formation du polycristal ou sur les déformations plastiques qu'il a subies : l'application d'une pression sur un matériau polycristallin change l'orientation relative de ses cristallites. Dans le cas des poudres, la texture ou « orientation préférentielle » résulte de la forme anisotrope des cristallites, en plaquettes ou en aiguilles par exemple. En géologie, la texture d'une roche renseigne sur ses déformations successives et permet de reconstruire l'histoire des déplacements des plaques tectoniques. D'autre part, la texture des minéraux à l'intérieur du manteau terrestre joue un rôle dans la transmission des ondes sismiques. La découverte en laboratoire de la phase post-pérovskite de MgSiO{{ind|3}} en 2004<ref>{{en}} Motohiko Murakami, Kei Hirose, Katsuyuki Kawamura, Nagayoshi Sata et Yasuo Ohishi, « Post-Perovskite Phase Transition in MgSiO{{ind|3}} », dans ''Science'', vol. 304, n{{exp|o}} 5672, 2004, p. 855-858, [http://dx.doi.org/10.1126/science.1095932 lien DOI]</ref> par diffraction sur poudre, sous des conditions de pression et de température similaires à celles régnant à l'interface entre le manteau inférieur et le noyau terrestre, et les travaux successifs sur la texture de cette phase ont apporté des éléments importants pour comprendre la propagation anisotrope des ondes sismiques à la discontinuité de Gutenberg.

 

La diffraction est aussi utilisée pour étudier la distribution des contraintes dans un matériau. Ceci est par exemple utile lors de l'optimisation de procédés de fabrication de pièces mécaniques : si plusieurs méthodes sont possibles, celle à privilégier est celle qui limite les contraintes dans le matériau afin de limiter les risques de cassure et de prolonger la durée de vie de la pièce. En géologie, la formation de failles ou de plis trouve son origine dans les contraintes présentes dans les roches.

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== Références ==

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