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.

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

Un cristal est un solide homogène dont la structure atomique est périodique, c’estb 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 leurs grès. Si la température baisse rapidement, les atomes se calmes et se figent « en l’état » et ceci même à des températures encore haute. Si on bai sse 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 homme ont dés 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 essaie 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 porté même à la cour du roi. Ces pierres portent sont nom, Georges Frédéric Strass.

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Bastien

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13 commentaires

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  • Sympa aussi. Et par hasard, sais-tu pourquoi la teneur en plomb des verres en cristal permet ceux-ci d’entrer en résonance quand on passe un doigt sur le bord du verre avec un mouvement circulaire ? J’ai toujours adoré faire ça lors des repas de famille depuis que je suis gamin :-p

  • Hélas, la teneur en plomb n’y est pour rien. Le chant vient comme tu t’en doute de la vibration du verre. La capacité du verre à chanter est due à sa capacité à vibrer et celle-ci est essentiellement due à la finesse des parois et à la forme du verre. la forme joue et il faut parfois mettre de l’eau dans le verre pour enlever l’impact du pied sur les vibrations.
    Le cristal de qualité peut être fortement étiré de façon à faire des parois plus minces donc, à sa façon, le plomb joue un rôle mais pas plus que ça.
    Le fait de mouiller son doigt et de tourner autour du verre entretient la vibration. L’humidité maintient un contact optimal. Les bols chantants des moines tibétains fonctionnent exactement sur le même principe.

  • A géométrie égale, la seule différence entre un verre en verre ou en cristal, question chant, sera donnée grâce à la différence de « module d’Young » entre les matériaux (une mesure de l’élasticité).
    Un cristal aura un module d’Young plus élevé qu’un verre, et donc une fréquence propre de résonance plus élevée (le son perçu sera plus aigu).
    (la fréquence propre de vibration est proportionnelle à la racine carrée du module d’Young).

  • Olivier a raison. A géométrie égale, l’élasticité des verres n’est pas la même. Sinon Saint-Gobain s’embête beaucoup pour pas grand chose. Ce qui influe beaucoup sur les modules de Young et de Poisson, c’est l’organisation en feuillet des molécules du verre. Il se trouve que plus la densité de feuillet est grande plus l’élasticité l’est aussi.
    Après recherche, les verre métallique ont une densité d’empilement plus importante. Donc oui, le plomb favorise la résonance du cristal.
    A noter aussi que c’est cette densité de feuillet qui permet d’obtenir de fines parois.

  •  » Si la température est suffisante il devient visqueux, les atomes sont excités et se réarrangent à leurs grès. »

    Tout comme certaines céramiques, alors ? 😀

    (Grès/gré)

  • On joue encore sur les mots Procillus 🙂
    Plus sérieusement, le cas des céramiques est pluriel.
    Comme on s’en doute la céramique argileuse (et le grès au passage) n’ont rien à voir avec ça.
    Pour ce qui est des céramiques industrielles, certaines sont faite dans une mécanique de transition vitreuse. C’est donc exactement le cas.
    Pour d’autres, On a une structure cristalline au sens atomique du terme et donc ce n’est pas le cas. L’objectif de la méthode de fabrication est souvent du reste de ne pas les laisser se positionner à leur gré.

  • Salut!
    Tu dis « qu’un cristal est un solide homogène dont la structure atomique est périodique, c’est-à-dire que la position des atomes forme des figures géométriques qui se répètent partout dans le matériau » … Bref, que c’est un matériau cristallin : car il y a une organisation ordonnée des atomes.
    Or, tu dis ensuite « Le cristal est un verre, or un verre est un matériau amorphe […] c’est un synonyme de non-cristallin. » Donc il présente un désordre structural important au niveau de ses atomes.
    Contradiction! Donc il est cristallin ou amorphe?

  • Ah oui, mon opinion!
    Le verre cristal est avant tout un verre. Or le verre est amorphe donc pour moi le verre cristal n’est pas un solide cristallin, il est aussi amorphe.

  • @Koons: je pensait que mon article était clair sur ce point.
    « Le Cristal, joyau de nos maitres verriers, est tout autre chose » que le le cristal au sens atomique (réseaux cristallin périodique)
    Le cristal comme en fait Baccarat est un verre riche en plomb. il est donc amorphe puisque c’est un verre.
    D’où le titre de l’article le cristal n’est pas un cristal (au sens physique)

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