Alors qu’on imagine qu’un cristal est toujours dur et indéformable, une nouvelle étude montre que certains minéraux, notamment les sels hydratés, peuvent devenir mous en surface tout en maintenant leur structure cristalline en profondeur. Ce comportement a lieu lorsque le cristal entame sa dissolution.
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Un cristal est un solide dont la structure atomique est ordonnée et périodique. Voici la définition courante. Généralement, quand on pense aux cristaux, on imagine donc des solides durs, non déformables (dans les conditions de surface) et possédant une forme géométrique caractéristique qui reflète la structure moléculaire bien ordonnée sous-jacente. L'image des cristaux de quartzquartz est une bonne représentation de ce que peut être une forme cristallisée.
Et pourtant, des scientifiques viennent de découvrir que certains cristaux peuvent se comporter d'une manière bien différente : ils pourraient devenir mous et déformables dans certaines conditions. Nous ne parlons pas ici de ce qui se passe à de haute pression et haute température, dans les tréfonds du manteau terrestremanteau terrestre, mais bien d'un phénomène qui est observé à pression et température ambiante.
L’étrange comportement des sels hydratés lors de la dissolution
C'est en étudiant le comportement de certains sels durant leur dissolution que les chercheurs ont observé ces modifications physiques étonnantes. Pas n'importe quel sel cependant. Ce sont les sels hydratés qui ont attiré l'attention des scientifiques. Ces sels, comme la mirabilite (Na2SO4·10H2O), contiennent une grande quantité d'eau au sein de leur structure cristalline. Dans un environnement sec, les cristaux de mirabilite se comportent tout à fait normalement : ils présentent des faces identifiables et ne sont pas déformables. Les choses changent quand on les place en environnement humide et que leur dissolution commence lentement. Car contrairement aux cristaux de sels dits anhydres (sans eau), qui gardent leur forme cristallineforme cristalline et restent durs pendant la dissolution, les cristaux de mirabilite deviennent mous, se déforment et perdent leur géométrie.
En étudiant ces cristaux, les chercheurs se sont rendu compte qu'ils se comportaient simultanément de deux façons différentes. Le cœur du cristal garde en effet ses propriétés de base, tandis que sa surface se comporte comme un liquide. D'un côté la structure cristalline est donc maintenue, tandis que les surfaces sont soumises à une certaine mobilité moléculaire.
Des molécules d’eau mobiles au sein de la structure cristalline
Ces résultats, publiés dans Nature Communications, mettent en lumière l'effet de la présence d'eau dans la structure cristalline de ces minérauxminéraux. Le comportement de la mirabilite lors de sa lente dissolution serait en effet dû à la mobilité des molécules d'eau au sein de la structure cristalline. Ainsi, les défauts de surface produits par le phénomène de dissolution seraient rapidement et spontanément comblés, entraînant un certain ramollissement de la surface du cristal.
Les sels hydratés, comme la mirabilite, sont des minéraux très présents dans la nature. On en observe même sur Mars. Ils sont depuis longtemps considérés comme des minéraux intéressants pour le stockage de l'énergie thermiqueénergie thermique. En effet, la mirabilite possède une chaleur latente de fusion élevée, c'est-à-dire que lorsque le minéralminéral passe de l'état solideétat solide à l'état liquideétat liquide à température et pression constantes, il absorbe une grande quantité de chaleur. Or, afin d'exploiter ce processus thermochimique, il est essentiel de maîtriser le comportement du minéral lors de sa phase de dissolution. Ces résultats devraient donc ouvrir de nouvelles perspectives dans ce domaine.
