Cristallisation du plomb

[Polo241963]

Mon approche est expérimentale. Je ne maîtrise ni le jargon ni la description académique de la physique.

En faisant refroidir du plomb liquide, j'en ai mis une partie en apesanteur pendant qu'il se solidifiait (simplement en utilisant des ondes de choc, ce qui produit des instants d'apesanteur dans une partie de l'échantillon, comme en vol parabolique), et j'ai pu observer ces magnifiques cristaux de plomb, des octaèdres. Des milliers, et des dizaines de milliers si on prend une loupe. J'ai fait ça par hasard. Je n'ai compris que bien plus tard ce qui s'y passait. Je suppose que c'est l'absence momentanée de pesanteur qui permet au plomb de s'organiser en cristaux pendant son refroidissement (comme la poussière s'organise en structure règulière quand elle est en apesanteur. Voir une expèrience réalisée vers 2008 dans la station spatiale. En cherchant, on doit pouvoir la retrouver).

Jusqu'ici, je n'ai trouvé personne d'intéressé par ces questions, ou alors c'est juste parce qu'ils me méprisent, probable.
Même une bonne spécialiste des matériaux ne m'a répondu qu'une fois, par politesse, je suppose. Elle n'a pas réussi à comprendre ni à croire ce que je lui racontais. Faites l'expérience vous même. Ce serait la moindre des choses pour montrer un peu d'esprit scientifique.

Comprendre ce qu'on voit dépend souvent de l'échelle où on se place pour l'observer.
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[Gilgamesh]

En faisant refroidir du plomb liquide, j'en ai mis une partie en apesanteur pendant qu'il se solidifiait (simplement en utilisant des ondes de choc, ce qui produit des instants d'apesanteur dans une partie de l'échantillon, comme en vol parabolique)

La solidification d'un métal donnera toujours des cristaux, la taille dépendra simplement de la durée de refroidissement (et non du champ de pesanteur).

Une onde de choc ça impliquerait une propagation de l'onde de pression plus rapide que la vitesse sur son dans le liquide. Il faudrait utiliser des explosifs pour ça. Je pense donc que le terme est impropre.

Si c'est des ondes sonores, alors on a un mouvement sinusoïdal et on ne peut assimiler ça à de l'impésanteur que pour une durée infiniment courte.

[Polo241963]

Merci Gilgamesh,

Je n'en reviens pas que les métaux que je croyais amorphes soient en fait eux aussi cristallisés... mais alors avec une taille de cristaux assez petite pour être invisibles à l'oeil nu (j'ai vu un peu sur les alliages métalliques amorphes. Je vais essayer d'y comprendre quelque chose). Qu'est ce qui dans mon expérimentation modifierait la durée de refroidissement du plomb au point de faire apparaître cette énorme quantité de cristaux géants, les plus gros au milieu du creuset, jusqu'au millimètre, et de plus en plus petits en allant vers les bords ?

Le détail de mon expérience :

Le creuset est une boite ronde en tôle d'acier de quelques dixièmes de millimètre d'épaisseur, de 7 cm de diamètre environ et de 2,5 cm de haut environ, presque pleine de plomb de récupération de provenances variées et chauffée sur une gazinière ménagère.

Ce que j'ai appelé par erreur "ondes de choc", c'est le tapotis rhythmique d'une lame de couteau de table contre la paroi extérieure de la boite pendant que le plomb est encore à l'état liquide et jusqu'à ce qu'il soit solidifié, une fois le gaz coupé. Ce sont donc juste des ondes, et pas "de choc". Le rythme du tapotis provoquant ces ondes est déterminant sur la taille et la quantité des méga-cristaux obtenus.

C'est le même rythme qui permet quand un tapote avec un couteau la paroi d'un verre plein d'eau, de voir les ondes se déplacer du bord vers le centre, se rencontrer au centre et projeter de plus en plus haut une goutte d'eau, d'autant plus haut que le rythme est adapté à l'ensemble des caractéristiques du dispositif expérimental. C'est cette analogie qui m'a fait penser que la micro gravité ou l'apesanteur peut être une condition favorisant la formation de ces cristaux géants.

Selon vous, qu'est ce qui provoque donc l'apparition de ces cristaux géants ?

[obi76]

Bonjour,

Selon vous, qu'est ce qui provoque donc l'apparition de ces cristaux géants ?

comme on vous l'a dit : tout ce qui refroidit lentement a tendance à se cristalliser. Après pour faire des cristaux plus "géants" que ça, il existe d'autres méthodes, par exemple sur les panneaux solaires :

[A voir en vidéo sur Futura]

[LPFR]

Bonjour.
Bien moins jolie que la photo de Obi76, vous pouvez trouver aussi des cristaux dans le zinc déposé sur les tôles galvanisées :
http://fr.123rf.com/photo_9189711_vu...alvanisee.html
Et qui ne refroidissent même pas lentement.
Au revoir.

[Polo241963]

Merci à vous deux pour vos charmantes interventions pleines de poésie et de couleurs, mais qui ne répondent à aucune de mes questions, pourtant précises. Si quelqu'un d'autre a une idée ou une connaissance sur la cristallisation du plomb, la ou les formes des cristaux de plomb, la cristallisation des métaux soumis à des vibrations pendant leur solidification, la structure des métaux solidifiés en apesanteur (tout ça pour expliquer encore plus clairement, si possible, la nature de mes questions), je suis preneur.

J'accueillerai bien sûr toutes les jolies images hors sujet et les poèmes de tous les genres avec émotion, cependant.

[mach3]

la cristallisation se fait en deux étapes, la nucléation, qui est l'apparition de germes cristallins et la croissance, qui, comme sont nom l'indique est la croissance de ces germes.
Les cinétiques de nucléation et de croissance sont dépendante de la température. Elles augmentent toutes deux avec la baisse de la température sous le point de fusion, mais diminue ensuite quand la température est trop basse, à cause de la viscosité du liquide.
Si on baisse la température très vite (mais pas trop vite sinon la viscosité devient trop grande trop vite et on obtient un verre, ceci dit pour un métal ça demande des vitesses de refroidissement extrêmement rapide, on n'obtient pas d'amorphe métallique avec des moyens de refroidissement "normaux"), il y aura énormément de nucléation, donc beaucoup de cristaux qui auront à peine de quoi pousser vu qu'une fraction importante du liquide sera déjà sous forme de germes. Les cristaux seront donc tout petits.
Si on baisse la température tout doucement, il y aura très très peu de nucléation, les quelques cristaux qui vont apparaitre alors auront une quantité énorme de liquide à consommer pour croitre. On aura de gros cristaux.

La plupart du temps les cristaux de métaux ne sont pas visibles, qu'ils soient petits ou gros, car ils seront enchevêtrés finement, collés les uns autres solidement (on parle de grains, que l'on peut généralement mettre en évidence par des traitements chimiques). On voit le même phénomènes avec les glacons dans le frigo : ils sont formés de nombreux cristaux et pourtant on les distinguent rarement.

Le fait que vous isoliez des particules cristallines séparées les unes des autres est peut-être dû au fait que vous faites vibrer le liquide au point de former des gouttelettes liquides qui cristallisent au-dessus du fondu et pas dedans.

Avez-vous pris des photos? ça doit être joli.

Sinon, vos cristaux n'ont rien de géant. Savez que les aubes de turbine de certains avions de chasse sont des monocristaux?

m@ch3

[Polo241963]

Une bonne réponse et de bonnes questions, mach3, merci. Ce que je me demande maintenant, c'est comment des gouttelettes de métal fondu projetées en l'air peuvent elles refroidir plus lentement que la masse du même métal liquide en dessous... Peut être simplement parce que l'air ambiant les isole du reste de la masse métallique (comme les fleurs de kiwi (Actinidia), qu'on enveloppe de glace par temps de gel en les pulvérisant avec de l'eau pour que la glace les protège du froid, et ça marche très bien !) ? Ce n'est pas intuitivement évident, mais c'est peut être vrai quand même...

A l'époque où j'ai fait l'expérience; il y a 36 ans, je n'avais pas d'appareil photo pour la macro. Je vais donc réitérer cette petite manipulation (très facile à reproduire), et poster ici des photos au plus tôt. Vous verrez comme c'est beau, on dirait un paysage de Science Fiction : la planète des cristaux infinis...