Le mystère de la pierre à pizza résolu
Dans la chaleur du four, le minéral cordiérite se comporte de manière étrange. Il se dilate dans deux directions et se contracte dans la troisième. On comprend maintenant pourquoi.
Que ce soit de l'eau ou de la pierre, lorsque les matériaux deviennent chauds, ils se dilatent. La raison est simple : les atomes et les molécules bougent davantage et ont besoin de plus d'espace. Mais certaines substances défient cette règle - par exemple la cordiérite, un minéral dont sont faites de nombreuses pierres à pizza résistantes à la chaleur. La cordiérite ne change que très peu de taille, quelle que soit la chaleur à laquelle elle est soumise. Elle rétrécit même dans une direction dans le four, tandis qu'elle se dilate dans les deux autres directions. Martin Dove de l'Université Queen Mary de Londres et Li Li de la Civil Aviation Flight University of China à Guanghan ont décrypté les raisons de ce comportement étrange. Comme ils le rapportent dans la revue "Matter", deux effets s'opposent et se compensent presque.
Dans l'ingénierie, un tel comportement est très recherché pour les applications à haute température. Lorsque les composants se dilatent et se contractent fortement et de manière répétée, des tensions apparaissent, ce qui peut les détruire. Les matériaux comme la cordiérite, qui ne changent pratiquement pas sur de larges plages de température, sont donc beaucoup plus résistants. Mais les matériaux qui résistent à la dilatation thermique, voire qui se contractent sous l'effet de la chaleur, sont relativement rares. Leur structure atomique doit présenter des propriétés très particulières pour neutraliser les vibrations thermiques des atomes, qui sont par nature de plus en plus volumineuses. On ne savait pas jusqu'à présent comment cela se produisait dans la cordiérite.
Source : Photo de presse M. Dove et L. Li
Dove et Li concluent que deux effets jouent un rôle dans ce processus. D'une part, des mouvements plus forts peuvent aussi contracter le réseau cristallin - lorsque les atomes attirent les atomes voisins les uns vers les autres par leurs fortes vibrations thermiques et que la distance entre eux diminue. D'autre part, des "articulations" dans le réseau cristallin peuvent transmettre les forces de déformation à l'ensemble de la structure, de sorte que les structures annulaires, par exemple, deviennent ovales. Elles se dilatent donc dans une direction et se contractent dans l'autre, un peu comme le grillage d'une clôture de chasseur lorsqu'on l'étire dans le sens de la longueur.
À basse température, des vibrations de fréquence relativement basse font que les atomes du cristal attirent leurs voisins les uns vers les autres. Cela entraîne un léger rétrécissement de la cordiérite dans les trois directions de l'espace. Si les températures continuent d'augmenter, les vibrations à haute fréquence des atomes se transmettent au réseau cristallin par le biais des articulations. Le rétrécissement est alors inversé et neutralisé dans deux directions de l'espace. Dans l'ensemble, la cordiérite ne se dilate que très peu dans le four et se contracte même un peu dans une direction. Bien que ces résultats n'aident qu'indirectement à faire une meilleure pizza, ils devraient maintenant aider à trouver des matériaux aux propriétés similaires.
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Article original sur Spektrum.de
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