Les quasicristaux - Matière à paradoxes

Les quasicristaux n'en finissent pas de contrarier les habitudes les mieux établies. Dès la publication de leur découverte en 1984 par Shechtman, Blech, Gratias et Cahn, ils bousculent un interdit fondamental de la cristallographie par leur structure paradoxale où les atomes sont ordonnés à longue distance avec des symétries d'ordre cinq. C'est maintenant leurs propriétés étonnantes qui suscitent stupeur, intérêt et parfois convoitise.

On sait par exemple que l'aluminium est un métal qui conduit très bien l'électricité et la chaleur. La plupart des quasicristaux contiennent environ 70% d'aluminium, plus un ou deux autres métaux tels que cuivre, fer, chrome, manganèse, palladium, ... On pourrait donc s'attendre à ce qu'ils soient aussi de bons conducteurs. Il n'en est rien. Leur résistance électrique à basse tempéra­ ture peut être jusqu'à quelques millions de fois plus forte que celle de l'aluminium et ils rivalisent aussi avec les meilleurs des isolants thermiques habituels (zircone, par exemple). L'effet de la température ou/et des défauts est égale­ ment l'inverse de ce que l'on observe pour un métal :le quasicristal devient un peu plus conducteur lorsqu'on le chauffe, s'il est impur ou contient des défauts. Les physiciens commencent seulement à comprendre ces comportements et à les relier à la structure atomique des quasicristaux.

Mais, avec ce matériau dérangeant, les curiosités ne s'arrêtent pas là. D'autres propriétés étonnantes s'associent avec bonheur pour conduire à des comportements très utiles. La surface des quasicristaux est par exemple difficilement mouillable (ce qui n'est pas le cas de l'aluminium). Cela signifie qu'une goutte de liquide ne s'y étale pas en une fine couche uniforme.

Ce n'est pas tout. Les coefficients de frottement sur la surface d'un quasi­ cristal peuvent être jusqu'à trois fois plus faibles que sur la surface d'un acier. Frottements réduits et dureté accrue sont des qualités appréciées lorsqu'il s'agit de protéger des pièces mécaniques en contact mobile. Un tel usage des quasi­ cristaux pour certaines parties des moteurs de voiture réduirait fortement la consommation de carburant et de lubrifiant (et la pollution !) tout en augmentant la longévité des moteurs. Résistants à la corrosion, devenant ductiles et même superplastiques à haute température, leur faible conductivité thermique fait aussi des quasicristaux des candidats de choix pour la réalisation de barrières thermiques (moteurs, fusées, ...).

On peut encore citer une autre bizarrerie des quasicristaux, dans le domaine de l'optique cette fois. Si on réalise un << sandwich '' d'une couche mince de quasicristal entre deux isolants bien choisis et d'épaisseur convenable, on obtient une sorte de filtre de lumière sélectif. On peut par exemple s'arranger pour que le <