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La matière cristalline et ses propriétés

• 1 - Matière cristalline
• 2 - Forme des cristaux
• 3 - Dureté et déformation
• 4 - Température et chaleur
• 5 - Conclusions

Cette organisation explique aussi pourquoi tous les matériaux cristallins sont durs : comme les atomes ont une place bien précise, on peut difficilement les bouger ou alors on casse carrément tout. Donc, les cristaux se déforment en général difficilement, d'où la dureté des pierres, des céramiques, du diamant... à l'exception de quelques métaux mous comme l'or, le plomb, l'étain et le cuivre.

En fait, il faut distinguer deux types de déformation. Pour illustrer ceci, vous pouvez prendre un fil de fer ou une fine lame d'acier, comme par exemple une lame de couteau bas de gamme ou de scie à métaux -- attention de ne pas vous couper !

• Si on tord légèrement la lame, elle reprend sa forme quand on arrête ; on parle de déformation élastique. Pendant cette déformation, les atomes restent à leur place dans le cristal, mais sont écrasés ou étirés.

  
  Fig. 3 Écrasement et étirement des atomes lors de la déformation élastique

  l'image des atomes est volontairement grossie : si l'on considère une lame d'acier de 0,1 mm d'épaisseur, de 1 cm de large et de 50 cm de long, il suffit d'environs 30 mg pour lui donner une flèche de 1 cm, mais la déformation (compression ou extension) maximale des atomes n'est que d'environs 0,1 %, ce qui ne se verrait pas sur le dessin (la déformation de chaque atome est très faible, mais cumulé sur des milliards d'atomes, cela donne une déformation totale visible à l'oeil nu) ;
• Si on tord beaucoup la lame, elle restera tordue définitivement, on parle de déformation plastique. Là, les atomes sont carrément déplacés, ils ont glissé les uns sur les autres, la déformation est donc définitive.

  
  Fig. 4 Déformation plastique, les atomes ont été déplacés

En regard de ces deux modes de déformation, il faut définir deux types de qualificatifs pour caractériser un matériau :

• souplesse et rigidité : il s'agit là de déformation élastique (réversible), un ressort en acier est rigide alors qu'un élastique en caoutchouc est souple ;
• dureté et ductilité : il s'agit là de déformation plastique (définitive), un matériau est dit dur lorsqu'il est difficile de le rayer, il est dit ductile lorsqu'il se raye facilement ; en fait, ductile signifie maléable, "que l'on peut modeler facilement", mais cela revient au même.

Pour les études scientifiques de la déformation, on utilise plus volontier la déformation en traction, sur des bareaux massifs (éprouvettes cylindriques d'environs 1 cm de diamètre et 10 cm de long) avec des machines très puissantes (elle peuvent tirer plusieurs tonnes).

Fig. 5 Essai de traction : a - déformation élastique (déformation des atomes) ; b - déformation plastique (glissement des atomes)

Là encore, l'image est caricaturale ; un fil d'acier de 1 m de long et d'une section d'1 mm² auquel on suspend une masse de 10 kg s'allonge de... 0,1 micron, soit un 10 000^ème de millimètre (0,000 01 %).

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