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Les rayons X sont surtout connus du grand public pour l'imagerie médicale : radiographies et tomographie (scanner). Cependant, outre le fait qu'ils traversent facilement la matière, les rayons X ont d'autres propriétés intéressantes, ils interagissent de manière particulière avec la matière. Ceci permet de faire de l'analyse chimique.
Une première utilisation des rayons X pour l'analyse chimique est déjà présentée sur ce site : il s'agit de l'analyse élémentaire par fluorescence X ; cette technique permet de savoir quels sont les atomes qui composent l'échantillon à analyser et en quelles proportions. Mais elle ne dit pas comment sont organisés ces atomes, sous quelle forme chimique ils sont.
La diffraction des rayons X permet, elle, de connaître l'organisation de la matière. Par exemple, on peut distinguer les différentes alumines (oxydes d'aluminium) bien qu'elles aient tous exactement la même composition élémentaire. Cependant, cette technique ne peut s'utiliser que sur la matière cristalline, c.-à-d. principalement les roches, les métaux, les céramiques, et certains produits organiques.
Une forme cristallographique donnée d'un composé chimique est appelée une «phase». En fait, le terme de phase est plus large et regroupe une quantité de matière homogène, ayant les mêmes caractéristiques physiques et chimiques. La méthode d'analyse s'appelle donc «recherche (ou identification, ou reconnaissance) de phases».
Par ailleurs, la diffraction des rayons X sur la matière cristalline permet d'avoir accès à des informations physiques sur les cristaux, notamment leur taille et leur orientation.
Dans un premier temps, nous verrons la méthode de reconnaissance de phase (analyse chimique), avec les problèmes qui peuvent survenir. Puis, nous verrons les autres informations que l'on peut retirer des mesures.