1ère collection de Minéraux Alpins Française

1ère collection de Minéraux Alpins Française

Expo "Voyage dans le Cristal"







 
Exposition :
Voyage dans le cristal
du 28 avril au 5 novembre 2017
Musée des Minéraux et de la Faune des Alpes
de Bourg d’Oisans
 
 
Ce « Voyage dans le cristal » vous fera découvrir les interrogations qu’il suscite, les démarches scientifiques qu’il provoqua et son importance dans notre vie quotidienne.
 
Découvrez en trois temps le cristal aux multiples facettes …
· Objet d’émerveillement.
· Objet de science et de connaissance de la Matière et de la Vie.
· Objet contemporain aux multiples applications.
 
 
 

Le cristal objet d’émerveillement, de symboles et d’observation

 
Dès la Préhistoire, l’Homme dans sa quête des richesses du monde souterrain, découvre des pierres aux formes et matières très variées. Certaines, comme le cristal aux multiples facettes, provoquent l’émerveillement. Elles seront parfois appelés « étoiles du monde inférieur ».
 
Photo n° 1
Fluorite bleue (Chine). Coll. Muséum de Grenoble
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ces pierres présentent une multitude de formes et de couleurs. Elles peuvent être des pierres parfaitement angulaires, limitées par des faces planes, plus ou moins lisses, paraissant être comme fabriquées. Bien étrange est cette pierre transparente que l’on l’appelle « Cristal de roche ».
 
Photo n° 2
Quartz sur sidérite (Isère) Coll. Muséum de Grenoble
Ces formes intriguent et sont étudiées dès l'Antiquité. Ce fut le cas avec les philosophes grecs de renom comme Pythagore, Platon, Démocrite ou Aristote qui tentèrent de comprendre le monde et la matière.
 
Leurs couleurs et géométries multiples ont suscité mysticisme et fascination : les cristaux sont objets de symboles, dotés de « vertus », de pouvoirs surnaturels par des hommes avides de maîtriser le monde. Des pouvoirs censés guérir, voire protéger…
 
Ces couleurs, transparence, rareté et aussi l’apparente inaltérabilité de certaines pierres comme le diamant, en ont fait des objets précieux très rapidement utilisés dans les bijoux et joyaux. Ils sont devenus symboles de puissance et de richesse.
 
Photo n° 3
 
 Fac-similé du Régent, original au Louvre. Muséum JL Balat
 
Attiré par ces facettes, l’Homme a essayé de les reproduire, de les tailler pour en faire jaillir la lumière, il en a fait des œuvres d'art.
Photo n°4
Pendentif JOUVENCE, quartz fantôme, jade et tourmalines. Jean Vendome ®
Le cristal objet de questionnement, de déduction : la naissance d’une science
 
Si Aristote a détourné pour longtemps les esprits curieux de l’étude des cristaux, la Renaissance va redécouvrir Platon et Démocrite. Aux 16e et 17e siècles, une discussion s’engage : les cristaux sont-ils issus de la croissance de la matière inerte ou ont-ils été sculptés ?
 
Photo n° 5
 
 Fluorite violette sur célestine (Mexique). Coll. Muséum de Grenoble
 
Ce n’est qu’à partir du 18e siècle, alors que rien ne permet de voir à l’intérieur des cristaux, que les cristallographes imaginent leur structure interne à travers l’observation de leur géométrie externe. C’était alors l’époque des succès de la classification du vivant par la forme. Les savants ont donc essayé de classer les cristaux suivant leur forme, mais sans succès.
 
C’est la découverte de la constance des angles d’un même type de cristal qui conduira ces savants à proposer que le cristal soit un empilement de briques élémentaires. Ce modèle leur permet d’expliquer les faces des cristaux. Ce sont les travaux de Romé de L’Isle, de l’abbé Haüy et de bien d’autres qui donnent naissance à une nouvelle science : la « cristallographie ». Avec l’astronomie, la mécanique et l’optique, c'est l’une des sciences physiques les plus anciennes connues.
 
Photo n° 6
 
Photo 6 René Just Haüy. Ecole des Mines de Paris
 
 
 
 
 
 
 
Au 19e siècle, des savants français et allemands, que l’on appellera désormais cristallographes, inventent le concept de symétrie pour classer les cristaux. Ils utilisent les mathématiques pour formaliser ce classement. C’est au milieu de ce siècle que la notion de répétition régulière (périodicité) et d’ordre atomique s’impose pour comprendre la forme des cristaux et leur symétrie. Ainsi à l'aube du 20e siècle, sans « voir » dans le cristal, les cristallographes ont déjà développé une connaissance expérimentale et théorique des cristaux.
 
C’est alors que la découverte de rayonnements inconnus, au point qu’ils sont appelés « rayons X », suscite de multiples recherches. On cherche à comprendre ces rayons qui traversent la matière solide. Et c’est pour cette recherche que les savants allemands et anglais vont utiliser les cristaux pour comprendre les rayons X.
 
Photo n° 8
Main de Bertha Röntgen. Deutsches Röntgen-Museum
 
 
 
 
 
 
En 1912, Laue irradie un cristal avec des rayons X et confirme que ces derniers sont une lumière ayant une très petite longueur d’onde. Cette expérience appelée « diffraction » fut menée pour montrer la nature de la lumière X, mais elle a aussi établi la régularité de l’ordre dans les cristaux et ouvert la possibilité extraordinaire de déterminer leur organisation atomique. Il est donc possible d'utiliser les rayons X pour comprendre le cristal, pour « voir » sa structure intime. Les Bragg père et fils développent cette nouvelle science de radiocristallographie. La « diffraction » des rayons X passe alors du statut de phénomène physique à celui d’outil d’exploration de l’organisation des atomes au sein des cristaux.
 
Photo n° 9+10
 
Photo 9 Cliché historique de Laue : permet de voir la structure atomique d'un cristal de sphalérite
 
 
 
 
Photo 10 Cliché récent de diffraction obtenu par rayons X pour déterminer la structure atomique d'une molécule ©IUCr
 
 
Les rayons X nous permettent de voyager à l’intérieur du cristal, il s’en suit une multitude de travaux. Beaucoup de ces savants pionniers obtiendront le prix Nobel.
 
 
 
Le cristal objet de recherches et d’applications : les scientifiques "cultivent" des cristaux
 
Les premières applications importantes concernent la chimie, avec la naissance de la cristallochimie au début du 20e siècle grâce à la radiocristallographie. Son objectif : élucider les relations entre les propriétés, la composition chimique et l'arrangement des atomes dans les cristaux. Cette approche cristallographique à l’échelle atomique a constitué une véritable révolution pour les chimistes, qui ont ainsi pu « cultiver » des cristaux, les étudier et visualiser leur structure, leur permettant de synthétiser de nouveaux matériaux.
 
Photo 11
Structure moléculaire utilisée comme brique pour construire de nouveaux matériaux poreux © Institut Lavoisier
 
Ces applications existent également en pharmacie où une même molécule peut cristalliser sous différentes formes tout en présentant les mêmes caractéristiques chimiques qu’en solution. Il est important de contrôler alors la forme et la taille des cristaux qui contiennent la molécule active du médicament car ces paramètres peuvent influer sur la vitesse de dissolution et donc sur l’efficacité du médicament.
 
Nous ne l’imaginerions pas, mais les cristaux sont utiles à la médecine et à la biologie. Afin de mieux comprendre le fonctionnement du vivant et le rôle des différentes protéines, les scientifiques cherchent à connaître leur structure. Pour cela, la diffraction des rayons X (ou radiocristallographie) est une technique extrêmement puissante. Toutefois, elle présente une contrainte importante : pour les étudier, il faut que les protéines soient sous forme de cristaux.
Photo n° 12
Les scientifiques cristallisent les protéines pour les étudier ©IUCr
 
 
 
 
 
 
Pour cette raison, les chercheurs doivent « cultiver » des cristaux de protéines qui ne se forment pas naturellement. Ainsi, ils réussissent à trouver la relation très étroite entre l’arrangement atomique (la structure) d’une macromolécule biologique et sa fonction, comme par exemple celle de l’ADN ou celle d’une protéine clef de la Malaria. Cette recherche fondamentale permet une compréhension fine des processus biologiques, elle se poursuit par une recherche appliquée pour la synthèse de nouveaux médicaments.
 
Le cristal nous entoure, il est par exemple un constituant majeur des coquillages et des perles. La biominéralisation est un phénomène par lequel un organisme vivant fabrique et organise une structure minérale. L’escargot et l’huître ont des coquilles qui bien que différentes, sont faites avec des cristaux de calcaire. Ainsi, ce sont des êtres vivants qui sont les pourvoyeurs du calcaire qui nous entoure.
Photo n° 13
La minéralisation par le vivant : structure d'un spongiaire ( Solenocoelia) ©JP. Cuif
 
 
 
 
 
Les roches sédimentaires sont formées par accumulation au fond des mers, de coquillages et squelettes d’animaux marins cristallisés et ceci depuis plus de 540 millions d’années…
 
Le cristal par sa composition, sa structure et sa densité, est aussi un messager du cœur de la Terre et du système solaire. Pour connaître les couches profondes de notre planète, nous enregistrons les tremblements de terre, mais cela ne suffit pas : pour en connaître la nature, les chercheurs doivent « cultiver » des cristaux dans les mêmes conditions de pressions et températures que celles existant dans les profondeurs de la terre.
 
Ce rôle de messager, de marqueur existe aussi en archéologie et dans les études des matériaux du patrimoine. Les objets retrouvés dans les fouilles, les matériaux composant les peintures sont souvent constitués d’assemblages de cristaux préservés. Ils sont, pour ceux qui savent les lire, de véritables archives. L’héritage patrimonial ainsi disséqué, authentifié, décrypté, daté, devient objet de science et objet de mémoire.
 
Photo n° 14
Vase à décor polychrome. Coll. Musée de Grenoble
 
 
 
 
 
 
 
 
Dans un autre domaine, les métaux et les alliages sont formés d’une multitude de cristaux, ce sont des solides poly-cristallins. Les défauts existant dans et entre les cristaux sont au cœur des performances de la métallurgie, qu'il s'agisse de la souplesse de la feuille d’aluminium de cuisine ou de la solidité d’une pale de réacteur.
 
Les cristaux jouent avec la lumière, ils peuvent l’absorber, la produire, la dédoubler ou même changer sa couleur. Nous connaissons les cristaux fluorescents, mais savez-vous qu’en plaçant un tel cristal entre deux miroirs, la lumière émise par fluorescence peut devenir une Lumière Amplifiée par Stimulation d’Emission de Rayonnements , au nom de cristal LASER ? Ces propriétés de la lumière peuvent être modifiées selon l’orientation du cristal. C’est le cas du quartz et surtout de la calcite qui, posés sur un texte, dédoublent les écritures. Ces propriétés optiques des cristaux se retrouvent dans les applications comme les diodes, écrans couleurs, stockage optique d’information.
 
Photo n° 15+16
Photo 15 Galette monocristalline de silicium, CEA Grenoble STMicroelectronics
 
 
 
 
Photo 16 Détail , chaque carré est un circuit électronique, CEA Grenoble STMicroelectronics
 
Dernière application moderne du cristal : la micro-électronique. En effet, la plupart des composants électroniques présents dans notre vie quotidienne, sont réalisés à base de cristaux semi-conducteurs. Ce cristal doit être quasi-parfait avec juste quelques impuretés ajoutées qui permettent d’ajuster ses propriétés à la demande. Le défi actuel est de réduire leur taille au minimum : il suffit de comparer le poste à transistor de grand-père et les puces de nos ordinateurs ou des clefs USB.
 
Ces composants micro-électroniques n’utilisent pas que les cristaux énormes de silicium, mais aussi des cristaux artificiels très complexes qui jouent avec leur magnétisme pour en faire un signal de messager ou de mémoire. C’est ce magnétisme que les prix Nobels anciens et récents L. Néel et A. Fert ont étudié, compris et maitrisé. Il en résulte des applications dans notre vie de tous les jours…
 
Ces applications concernent également les deux cristaux marquants que sont le quartz et le diamant. Le premier a été un des moteurs pour la connaissance du cristal et les recherches en cristallographie. Le second a été l'objet de nombreuses symboliques mises à mal lorsque les savants ont découvert qu'il "s'évaporait", ouvrant la porte à la connaissance de toute une famille : le carbone, aux nombreuses applications y compris en nanosciences.
 
Photo n° 17
Expérience sur "l'évaporation" du diamant. Louis Dieulafait
 
Mais il faut savoir que le cristal, c’est encore ….des cristaux servant de substituts osseux, des cristaux acteurs de l’environnement, des cristaux liquides, des nano-cristaux dans les fils des toiles d'araignées !
 
Le cristal est un objet du quotidien qui nous entoure.
Les découvertes du XXème siècle ont levé le voile sur leur structure atomique et leurs propriétés physiques, leur attribuant une "nouvelle place au cœur de la civilisation moderne". Ils assurent aujourd’hui le fonctionnement précis de nos montres et téléphones portables et participent à des applications aussi diverses que dans les sources de lumière LASER, les feux rouges ou la métallurgie.
Les cristaux sont désormais des outils de recherche pour explorer l’infiniment grand comme la composition de la Terre ou le minuscule comme la structure des molécules du Vivant.
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Infos Pratiques & Autour de l’Exposition
 
Ateliers et conférences organisés pour les scolaires, nous contacter.
 
 
Lieu d'exposition
Musée des Minéraux et de la Faune des Alpes de Bourg d’Oisans,
Place de l’église,
38520 Le Bourg d’Oisans
 
Horaires d'ouverture
Tous les week-end de 14h à 18h
Les vacances scolaires toutes zones, tous les jours de 14h à 18h sauf le mardi
Du 1er avril jusqu’au 30 septembre, tous les jours de 14h à 18h sauf le mardi
Juillet et Aout, tous les jours de 14h à 19h
Fermeture annuelle du 15 novembre au 15 décembre
 
Pour les groupes, ouvert toute l’année sur rendez-vous.
 
 
Pour en savoir plus, au Musée :
Stéphanie POTIER
Responsable
Tél : 04 76 80 27 54
Mèl : musee@mairie-bourgdoisans.fr
Adresse Internet : musee-bourgdoisans.fr
 
 
 

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