Le prix Nobel 2011 de chimie a été décerné à Dan Schechtman, pour sa découverte des quasi-cristaux, des matériaux qui n’ont pas la structure du réseau régulier des solides cristallins. Schechtman a produit des quasi-cristaux dans un laboratoire en 1982, mais jusqu’en 2008, personne n’avait trouvé un quasi-cristal naturel. Aujourd’hui, les chercheurs en Italie et aux États-Unis ont examiné une roche (image d’entête) qui contenait ces quasi-cristaux naturels et ont déterminé qu’elle pourrait réellement faire partie d’une météorite.
Image d’entête : des quasi-cristaux dans ce morceau de roche découverts dans les montagnes Koriaks de la Russie sont des structures cristallines qui proviennent probablement de l’espace et ont été livrés sur Terre par l’intermédiaire d’une météorite.
Les solides cristallins normaux ont des atomes ou des molécules disposées en cubes, des hexagones, ou d’autres motifs répétés régulièrement. Les quasi-cristaux présentent des symétries différentes qui ne se répètent jamais précisément : pentagones, icosaèdres, et ainsi de suite. Schechtman et des chercheurs après lui, ont produit ces réseaux quasi périodiques en fusionnant des matériaux sous haute pression, pour ensuite les refroidir rapidement dans un processus connu sous le nom de trempe.
Un quasi-cristal fabriquer en laboratoire :
En 2008, Luca Bindi du musée d’histoire naturelle de Firenzeen Italie s’est rapproché de Paul Steinhardt à l’université Princeton pour enquêter sur un curieux rocher recueilli dans l’est de la Russie lors de la fin des années 1970. Les chercheurs (dont Bindi, Steinhardt, Nan Yao et Peter Lu) ont constaté qu’elle contenait naturellement des grains de quasi-cristal , le premier jamais identifié.
L’échantillon de roche se compose de grains de métal et de silicium ordinaire, entrecoupé de grains de quasi-cristal, il n’est donc pas entièrement un quasi-cristal. Certaines structures de la roche ne sont formées à partir de grands chocs (contrairement aux roches sédimentaires ou volcaniques), et une structure particulière de silicate, connu sous le nom stishovite, est plus fortement associée aux météorites. Pour confirmer ce soupçon, les chercheurs ont étudié les ratios de différents isotopes d’oxygène et les ont comparés aux ratios de minéraux analogues trouvés sur la Terre. En raison des différences dans la formation et l’environnement, les météorites ont une signature isotopique caractéristique par rapport à leurs cousines terrestres semblables chimiquement. L’équipe scientifique a trouvé l’échantillon contenant les quasi-cristaux semblant avoir une source extraterrestre.
Le quasi-cristal dans la roche est un type connu, Al63Cu24Fe13, d’abord synthétisé dans un laboratoire en 1987. Toutefois, si le caillou russe est semblable à une météorite chondrite de par sa composition, qui le place à près de 4,5 milliards d’années, ce qui signifie évidemment que les quasi-cristaux étaient présents (au moins en petites quantités) au début de l’histoire de notre système solaire. Son grand âge évoque aussi la stabilité sur le long terme des quasi-cristaux, au moins sous certaines conditions.
Cependant, comment cette météorite s’est formée, reste encore un mystère. L’aluminium présent dans la roche métallique nécessite généralement un ensemble très différent de processus pour se former et il n’a été trouvé dans aucune autre météorite. En d’autres termes, tandis que les rapports isotopiques indiquent une origine extraterrestre pour la roche, sa composition la présente comme un nouveau type de météorite, avec des origines incertaines. Les auteurs suggèrent qu’un impact à grande vitesse aurait détaché cet échantillon de roche d’un objet plus grand et une combinaison des conditions avant l’impact et la collision elle-même, pourrait avoir engendrée l’étrange combinaison de métaux observés. Une chose est certaine, c’est que cette pierre a beaucoup à nous dire au-delà des quasi-cristaux d’abord observé dans la nature.
L’étude publiée sur PNAS : Evidence for the extraterrestrial origin of a natural quasicrystal