"Le prix Nobel de chimie 2011 a été attribué au nombre d'or !" par le Dr Mae-Wan Ho

Ho Dr Mae-Wan — 2012-01-15T20:23:16Z

ISIS Chimie
Le prix Nobel de chimie 2011 a été attribué au nombre d'or !
Golden Mean Wins Chemistry Nobel Prize
La structure d'un quasi-cristal, basée sur le nombre d'or, a fait que Daniel Shechtman a remporté le Prix Nobel de Chimie 2011 ; le Dr Mae-Wan Ho découvre pourquoi cette structure à quelque chose à voir avec la beauté.

Rapport de l' ISIS en date du 07/11/2011
L'article original en anglais, avec toutes les illustrations et références s'intitule Golden Mean Wins Chemistry Nobel Prize ; il est accessible par les membres de l'ISIS sur le site suivant http://www.i-sis.org.uk/Golden_Mean_Wins_Chemistry_Nobe_Prize.php
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Photo de Daniel Shectman avec un quas-icristal icosaèdre

Dans la matinée du 8 avril 1982, Dan Shechtman faisait une observation au microscope électronique et regardait la structure cristalline d'un alliage d'aluminium et de manganèse (Al 6 Mn) qu'il avait créé. C'était impossible ! Il ne pouvait pas croire qu'une telle structure puisse exister.

Un schéma de diffraction aux rayons X, obtenu plus tard avec un plus grand cristal a montré des cercles concentriques, chacun avec dix points lumineux qui étaient à égale distance de leurs voisins.

Il avait rapidement refroidi du métal fondu et il s'attendait à ce qu'un changement brusque de température puisse créer un désordre complet. Au lieu de cela, il y avait un ordre, d'un genre différent de tout cristal, dont l'existence était inconnue auparavant. Il avait créé un nouveau type de structure ordonnée, appelé quasi-cristal. Mais il a fallu un certain temps pour que la communauté scientifique accepte sa conclusion.

"J'ai dit à tout le monde, qui était prêt à m'écouter, que j'avais un matériel avec une symétrie pentagonale. Les gens se moquaient de moi », se rappelle Shechtman lors de son interview dans son bureau à l'Institut de technologie d'Haïfa, en Israël, entouré par de nombreux prix qu'il avait gagnés avant ce couronnement : c'est-à-dire l'attribution du prix Nobel [3].

En fait, Shectman avait perdu son emploi peu de temps après sa découverte. Linus Pauling, l'avait accusé de "de parler d'un non sens" et exprimé l'insulte suprême [4] : « Il n'y a rien qui puisse exister, ressemblant à des quasi-cristaux : il n'y a que des quasi-scientifiques »

Les quasi-cristaux constituent un nouveau type de solides

Un quasi-cristal est une structure ordonnée qui n'est pas périodique. Il peut sans cesse remplir tout l'espace disponible, mais il manque d'une symétrie de translation, ce qui signifie qu'une partie arbitraire de celui-ci ne peut pas être déplacée de sa position initiale vers un autre endroit, sans détruire la symétrie. Alors que les cristaux, selon le "théorème de restriction cristallographique" classique, ne peuvent posséder que des symétries d'ordre deux, trois, quatre et six, les quasi-cristaux montrent d'autres ordres de symétrie, par exemple d'ordre cinq.

Paul J. Steinhardt, professeur de physique à l'Université de Princeton, à New Jersey aux États-Unis, définit plus précisément comme quasi-critaux, des structures quasi-périodiques avec une symétrie ‘impossible' qui peut être réduite à un nombre fini d'unités de répétition [2]. Ces structures ont été inspirées par les motifs des pavages ou carrelages de Penrose en deux dimensions.

Les carrelages apériodiques ont été découverts par des mathématiciens au début des années 1960. En 1972, Roger Penrose avait créé un modèle de carrelage en deux dimensions avec uniquement deux pièces différentes qui n'étaient pas périodiques et avec une quintuple symétrie (voir Figure 2).
Figure 2 – Motifs de carrelages de Penrose selon John Steinhardt avec des symétries d'ordre 5, 7 et 11 (de gauche à droite) [2]

Les quasi-cristaux sont des carrelages de Penrose de dimensions supérieures (et qui obéissent à des règles différentes de celles que Penrose avait découvertes). Ils constituent une nouvelle classe de solides, non seulement avec une quintuple symétrie, mais aussi sans aucune symétrie dans n'importe quel nombre de dimensions [2].

Cela inclut une structure de quasi-cristal sous forme d'un icosaèdre dynamique de 280 molécules d'eau, découverte par Martin Chaplin à la South Bank University de Londres, au Royaume-Uni [5, 6] (voir Two-States Water Explains All ? SiS 32).

Les quasi-cristaux et le nombre d'or

Une caractéristique fascinante des quasi-cristaux est que les mathématiques de constante "irrationnelle" (irrationnelle, parce qu'elle ne peut pas être exprimée sous forme d'une fraction), connue sous la dénomination de la lettre φ (phi), ou encore sous l'expression de "nombre d'or", est intégrée dans la structure [5, 7], qui, à son tour, sous-tend une séquence de nombres élaborée par Fibonacci [dite suite de Fibonacci] au cours du 13ème siècle, où chaque nombre est la somme des deux précédents nombres.

Deux quantités sont dans le rapport du nombre d'or si le ratio de la somme des quantités sur la plus grande quantité, est égal au rapport de la plus grande quantité sur la plus petite. Le nombre d'or est d'environ 1,61803398874989. D'autres noms sont fréquemment utilisés pour désigner le nombre d'or : la proportion d'or, la section d'or, ou la moyenne d'or.

La suite de Fibonacci est une séquence de nombres, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144 ... où le ratio d'un nombre dans la séquence sur les valeurs précédentes φ (phi) est asymptotique, c'est à dire, de plus en plus exacte lorsque les nombres deviennent de plus en plus grands.

Le nombre d'or a constitué l'idéal grec de la beauté et de l'harmonie et il a eu une énorme influence sur l'architecture, l'art et le design.

Il est significatif que les quasi-cristaux représentent des structures d'énergie minimale [2, 5], et donc une sorte d'équilibre ‘figé' entre harmonie et tension, juste dans ce qu'il faut, et qui peut être là où réside la beauté.

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Définitions et compléments :

Le prix Nobel de chimie 2011 a été attribué au nombre d'or

Traduction, définitions et compléments :

Jacques Hallard, Ing. CNAM, consultant indépendant.
Relecture et corrections : Christiane Hallard-Lauffenburger, professeur des écoles
honoraire.
Adresse : 585 19 Chemin du Malpas 13940 Mollégès France
Courriel : jacques.hallard921@orange.fr
Fichier : ISIS Chimie Golden Mean Wins Chemistry Nobel Prize French version.3

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