Un cristal est un solide dont la structure atomique est ordonnée et périodique. Voici la définition actuelle. Généralement, quand on pense aux cristaux, on imagine donc des solides durs, indéformables (dans les conditions de surface) et possédant une forme géométrique caractéristique qui reflète la structure moléculaire bien ordonnée sous-jacente. L’image des cristaux de quartz est une bonne représentation de ce que peut être une forme cristallisée.
Et pourtant, des scientifiques viennent de découvrir que certains cristaux peuvent se comporter de manière très différente : ils peuvent devenir mous et déformables dans certaines conditions. On ne parle pas ici de ce qui se passe à haute pression et haute température, dans les profondeurs du manteau terrestre, mais d’un phénomène qui s’observe à pression et température ambiantes.
L’étrange comportement des sels hydratés lors de la dissolution
C’est en étudiant le comportement de certains sels lors de leur dissolution que les chercheurs ont observé ces étonnantes modifications physiques. Pas n’importe quel sel cependant. Ce sont les sels hydratés qui ont attiré l’attention des scientifiques. Ces sels, comme la mirabilité (Na2N / A410H2O), contiennent une grande quantité d’eau dans leur structure cristalline. En milieu sec, les cristaux de mirabilite se comportent tout à fait normalement : ils ont des faces identifiables et ne sont pas déformables. Les choses changent lorsqu’elles sont placées dans un environnement humide et leur dissolution commence lentement. Car contrairement aux cristaux de sels dits anhydres (sans eau), qui gardent leur forme cristalline et restent durs lors de la dissolution, les cristaux de mirabilite deviennent mous, se déforment et perdent leur géométrie.
---En étudiant ces cristaux, les chercheurs ont réalisé qu’ils se comportaient simultanément de deux manières différentes. Le cœur du cristal conserve en effet ses propriétés de base, tandis que sa surface se comporte comme un liquide. D’une part, la structure cristalline est donc conservée, tandis que les surfaces sont soumises à une certaine mobilité moléculaire.
Molécules d’eau mobiles dans la structure cristalline
Ces résultats, publiés dans NatureCommunications, mettent en évidence l’effet de la présence d’eau dans la structure cristalline de ces minéraux. Le comportement de la mirabilite lors de sa dissolution lente serait en effet dû à la mobilité des molécules d’eau au sein de la structure cristalline. Ainsi, les défauts de surface produits par le phénomène de dissolution seraient rapidement et spontanément comblés, entraînant un certain ramollissement de la surface du cristal.
Les sels hydratés, comme la mirabilite, sont des minéraux très présents dans la nature. On le voit même sur Mars. Ils ont longtemps été considérés comme des minéraux intéressants pour le stockage de l’énergie thermique. En effet, la mirabilite possède une chaleur latente de fusion élevée, c’est-à-dire que lorsque le minéral passe de l’état solide à l’état liquide à température et pression constantes, elle absorbe une grande quantité de chaleur. Or, pour exploiter ce processus thermochimique, il est indispensable de maîtriser le comportement du minéral lors de sa phase de dissolution. Ces résultats devraient donc ouvrir de nouvelles perspectives dans ce domaine.
