Si le cristal n’est pas un cristal, c’est quoi ?

Cet article a été posté par Alphee dans le cadre du concours de décembre.

crédit photo: (Tres) Descamarado

Pour commencer, non, le cristal n’est pas un cristal.

Un cristal est un solide homogène dont la structure atomique est périodique, c’est a dire que la position des atomes forme des figures géométriques qui se répètent partout dans le matériau. Il en résulte des propriétés spécifiques de diffraction de la lumière (Pour les pinailleurs, la définition des cristaux s’est élargie en 1982, wiki vous en dira plus).

Le Cristal, joyau de nos maitres verriers, est tout autre chose. Le cristal est un verre, or un verre est un matériau amorphe présentant un phénomène de transition vitreuse.
Amorphe veut dire « qui n’a pas de forme ». Comme on parle ici de la structure atomique, c’est un synonyme de non-cristallin.

La transition vitreuse est un phénomène propre au verre (et aux plastiques) qui fait que quand on chauffe et/ou augmente sa densité, le verre va devenir pâteux et visqueux. Il ne deviendra liquide que si l’on chauffe vraiment très fort. Il ne sera cristallin que si la densité est extrêmement forte et la structure cristalline sera très instable si la densité diminue par la suite. Quand il est visqueux, il redevient solide à partir d’une température dite de transition visqueuse. Le hic, c’est que cette température ne peut être définie précisément. C’est une barrière floue qui dépend de la vitesse de refroidissement. Le verre n’a pas de forme d’équilibre. Il n’est jamais satisfait de sa structure atomique. Si la température est suffisante il devient visqueux, les atomes sont excités et se réarrangent à leur gré. Si la température baisse rapidement, les atomes se calment et se figent « en l’état » et ceci même à des températures encore hautes. Si on baisse la température tout doucement on obtient un comportement visqueux à des températures très inférieures au cas précédent. Et la science ignore encore pourquoi.

Bien bien mais… si le cristal n’est pas un cristal, c’est quoi ?

Comme je l’ai affirmé sans plus de justification, c’est un verre.
Le verre « commun » est généralement composé de silice SiO2 et de fondants. La silice aillant une température de transition vitreuse de 1700°C, les hommes ont dès l’antiquité appris à ajouter d’autres éléments pour l’abaisser. Le mélange soude chaux utilisé dés l’Égypte ancienne permet une transition vitreuse de 550°C qu’ils obtenaient facilement avec un four à brique réfractaire.

Mais le cristal, c’est quoi ?

Comme vous l’avez deviné, en changeant le fondant, on n’a pas le même type de verre. Pour faire un pyrex qui résiste à la température du four ou ne change pas le volume d’un tube a essai on va par exemple utiliser un borosilicate.
Pour le cristal, on utilise une silice riche Oxyde de plomb. Quand je dis riche, c’est plus de 24 % et le cristal de qualité en a plus de 30 %. C’est d’ailleurs les valeurs d’une norme européenne pour avoir l’appellation « cristal » ou « cristal supérieur ».

Et ça fait quoi tout ce plomb ?

Déjà cela baisse la température de transition vitreuse. Cela augmente aussi la période de malléabilité. Cela augmente la dureté une fois refroidi (la capacité à rayer et à ne pas être rayé). Cela favorise la taille. Cela augmente l’éclat !

Et que se passe-t-il si on augmente la proportion de plomb ?

Un petit génie l’a fait. Il a ajouté au passage un peu de bismuth et de thallium amenant à plus de 50 % la teneur en métal. Les propriétés de réfraction furent exceptionnelles. En ajoutant d’autres sels métalliques, il pouvait en changer la couleur. Il a amassé une fortune considérable en en faisant des bijoux qui ont été portés même à la cour du roi. Ces pierres portent son nom, Georges Frédéric Strass.