Un quasicristal, un matériau si exceptionnel qu’il est considéré comme « impossible », a été identifié dans une minuscule météorite récupérée en 2002 en Calabre. Voici ce que sont les quasicristaux et pourquoi ils font de ce petit caillou spatial tombé en Italie l’un des plus rares au monde.
La micrométéorite dans laquelle le quasicristal a été détecté. Crédit : Communications Earth & Environment
Au cœur d’une minuscule météorite récupérée en 2002 au sommet du monte Gariglione en Calabre, les scientifiques ont fait une découverte extraordinaire. Grâce à des analyses de laboratoire approfondies, ils ont identifié un quasicristal, un matériau solide aux caractéristiques « impossibles ». Avant d’expliquer ce qui rend ces quasicristaux si spéciaux, il est important de souligner l’exceptionnalité de cette découverte entièrement italienne. Il suffit de savoir que la présence du quasicristal rend la micrométéorite friable, mesurant seulement 500 micromètres (classifiée sous le nom de FB-A1), l’une des météorites les plus rares au monde. En effet, les quasicristaux n’avaient été identifiés que dans une autre météorite (la météorite Khatyrka) et il s’agit du troisième cas détecté dans un corps d’origine extraterrestre. Il n’est donc pas étonnant que les résultats des enquêtes sur cette petite sphère, trouvée à environ soixante kilomètres de Catanzaro, aient rapidement rebondi dans les institutions scientifiques du monde entier.
Une équipe de recherche entièrement italienne dirigée par des scientifiques du Département des sciences de la Terre et du Géo-environnement de l’Université de Bari Aldo Moro et du Département des sciences de la Terre de l’Université de Florence, en étroite collaboration avec des collègues de l’Agence spatiale italienne – Centre spatial de Matera et du Centre de services MEMA de l’Université de Florence, a découvert le quasicristal dans la micrométéorite FB-A1 grâce à des analyses non destructives – donc sur un exemplaire intact – telles que la microtomographie X informatisée (μ-CT) et la Microscopie électronique à balayage (SEM) avec un spectromètre spécifique. Les tests ont révélé que la sphère brillante contenait un quasicristal icosaédrique avec une composition insolite : Al51.7 Cu 30.8 Fe10.3 Si7.2.
En termes simples, il s’agit d’un alliage métallique anormal contenant de l’aluminium, du cuivre, du fer et du silicium. Un quasicristal similaire avait également été trouvé dans la météorite Khatyrka, récupérée dans la rivière du même nom lors d’une expédition en Tchoukotka, dans l’extrême orient russe. Il est important de souligner que cette découverte extraordinaire n’aurait pas été possible sans l’intuition d’un « citoyen-scientifique », un amateur de micrométéorites qui a ramassé la sphère sur la montagne calabraise. Surpris par ses caractéristiques de brillance, il a décidé de l’envoyer à l’Université de Bari, d’où a commencé la recherche qui a abouti aux résultats incroyables rapportés ici.
Qu’est-ce que les quasicristaux ?
Alors, qu’est-ce que ces quasicristaux ? Fondamentalement, ce sont des matériaux solides dans lesquels les atomes sont disposés avec des symétries ordonnées mais non périodiques / répétitives. Cette caractéristique les rend « impossibles » – ou plutôt « interdits » – pour la cristallographie classique. En d’autres termes, les quasicristaux ont une structure exotique qui défie les règles structurelles d’un cristal typique. « Les quasicristaux sont des matériaux dans lesquels les atomes sont disposés comme dans un mosaïque, selon des motifs réguliers mais qui ne se répètent jamais de la même manière, contrairement à ce qui se passe dans les cristaux ordinaires », a expliqué le professeur Bindi dans un communiqué de presse de l’université de Bari. Il n’est pas étonnant que le chercheur israélien Dan Shechtman ait été le premier à découvrir les quasicristaux lors d’expériences menées au début des années 80 au Technion – Institut de technologie d’Israël. Il a eu du mal à faire accepter sa découverte, mais heureusement, la communauté scientifique a tellement apprécié son travail qu’elle lui a décerné le prix Nobel de chimie en 2011.
La distribution atomique d’un quasicristal. Crédit : J.W. Evans
L’état quasi-cristallin est généralement obtenu artificiellement en laboratoire en mélangeant les éléments souhaités par les chercheurs. C’est en essayant d’obtenir un alliage métallique particulier que le professeur Shechtman a remarqué les quasicristaux pour la première fois. Ces matériaux possèdent des propriétés particulières – comme la dureté et la faible conductivité thermique – qui les rendent excellents pour développer des revêtements et certaines technologies qui doivent durer dans le temps.
C’est le professeur Bindi qui a découvert le premier quasicristal naturel, à l’intérieur de la météorite Khatyrka en 2009. Aujourd’hui, grâce à la micrométéorite trouvée en Calabre, nous n’avons que trois preuves de cette substance extraordinaire dans la nature, en particulier dans le matériau extraterrestre. « Cette découverte est très importante non seulement pour la minéralogie et la planétologie, mais aussi pour la physique et la chimie de l’état solide. Elle démontre une fois de plus que les quasicristaux peuvent se former spontanément dans la nature et, surtout, rester stables pendant des périodes géologiques », a déclaré le professeur Giuseppe Mastronuzzi, directeur du Département des sciences de la Terre et du Géo-environnement de l’université de Bari.
Cette découverte est également un motif de fierté pour la recherche scientifique spatiale dans le sud de l’Italie : « Le développement des sciences planétaires dans le sud de l’Italie est un point sur lequel nous avons toujours cru, et cette découverte montre comment la contribution des études géologico-minéralogiques est essentielle pour progresser dans la connaissance de notre système solaire », souligne la professeure Giovanna Agrosì. Comme l’explique la docteure Paola Manzari de l’Unité de coordination recherche et formation avancée (UCR) du Centre spatial de Matera de l’ASI, « la découverte de cet alliage anormal dans une matrice condritique, associé à la présence de quasicristaux, ouvre de nouvelles perspectives sur les origines du matériau à partir duquel le fragment s’est détaché et fournit de nouveaux éléments pour comprendre les mécanismes de formation du système solaire ». Les détails de la recherche intitulée « A naturally occurring Al-Cu-Fe-Si quasicrystal in a micrometeorite from southern Italy » ont été publiés dans la revue scientifique Communications Earth & Environment du groupe Nature.