Une nouvelle théorie démystifie le processus de cristallisation

Les fondements de la cristallisation, phénomène omniprésent dans notre environnement, sont remis en question par une théorie novatrice. Cette approche scientifique ouvre de nouvelles perspectives pour de multiples domaines, allant de la recherche médicale à l’étude des changements climatiques.

La compréhension traditionnelle du processus de cristallisation vient d’être bouleversée par une nouvelle théorie. Celle-ci élucide le phénomène en démontrant que l’élément dominant d’une solution, à savoir le solvant et non le soluté, est responsable de la formation des cristaux.

«Les cristaux sont omniprésents – nous les utilisons dans tout, de la technologie à la médecine – mais notre compréhension réelle du processus de cristallisation était insuffisante» a affirmé James Martin, professeur de chimie à l’Université d’État de Caroline du Nord et auteur d’un article publié dans la revue Matter.

Contrairement aux idées reçues, la dissolution et la précipitation ne sont pas des processus inverses. Le professeur Martin explique : «En réalité, il s’agit de mécanismes complètement différents». Cette distinction fondamentale remet en question les conceptions antérieures sur la formation des cristaux.

Pour illustrer ce concept, Martin utilise l’exemple d’une expérience de chimie au lycée : «Lorsque je dissous du sel (le soluté) dans de l’eau (le solvant), l’eau est dominante. Elle dissout le sel en le décomposant essentiellement. Si je veux ensuite faire croître un cristal de sel à partir de cette solution, la phase dominante doit devenir le sel – qui est alors le solvant et celui qui forme le cristal».

Cette nouvelle approche, baptisée théorie de la zone de transition, s’appuie sur des diagrammes de phase thermodynamiques. Ces derniers décrivent les points de transition dépendant de la concentration et de la température dans les solutions.

Selon cette théorie, la cristallisation se déroule en deux étapes distinctes :
1. Formation d’un intermédiaire de pré-croissance semblable à une fusion
2. Organisation de cet intermédiaire en structure cristalline

Martin souligne : «Pour faire croître un cristal à partir d’une solution, il faut séparer rapidement le solvant et le soluté. Ma théorie montre que l’on obtient une croissance cristalline meilleure et plus rapide en déplaçant la solution vers des conditions qui mettent l’accent sur le solvant».

Cette théorie a été appliquée à diverses solutions, concentrations et conditions de température. Les résultats ont démontré sa capacité à décrire avec précision la vitesse et la taille de la formation des cristaux.

James Martin explique : «En comprenant l’interaction entre la température et la concentration, nous pouvons prédire exactement à quelle vitesse et à quelle taille les cristaux vont croître à partir d’une solution». Cette compréhension approfondie ouvre la voie à de nombreuses applications potentielles.

Les diagrammes de phase pourraient s’avérer utiles non seulement pour la formation des cristaux, mais aussi pour prévenir leur formation, comme dans le cas des calculs rénaux. Cette avancée scientifique fondamentale pourrait ainsi contribuer à résoudre divers problèmes concrets dans de nombreux domaines.

Article : “Solutes don’t crystallize! Insights from phase diagrams demystify the ‘magic’ of crystallization” – DOI: 10.1016/j.matt.2024.08.011 – Auteur: James Martin