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Posté par Michel le Lundi 18/05/2009 à 00:00
Plus solide que le diamant: le carbure de bore cubique
Aussi dur et plus résistant à la chaleur et à l'oxydation que le diamant... Voici le carbure de bore cubique, un nouveau matériau mis au point par les chercheurs du CNRS.

La dureté du diamant est légendaire. Pourtant, un nouveau matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) pourrait venir sérieusement lui faire de l'ombre (Une ombre est une zone sombre créée par l'interposition d'un objet opaque (ou seulement partiellement opaque) entre une source de lumière et la...) dans les années qui viennent. Mis au point (Graphie) par des chercheurs du Laboratoire des propriétés mécaniques et thermodynamiques des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) (LPMTM) du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), à Villetaneuse, ce composé, qui répond au nom de carbure (Un carbure est un composé chimique du carbone avec un deuxième élément chimique autre que l’oxygène. Ils présentent donc une...) de bore cubique, est presque aussi dur que le diamant (Le diamant est un minéral composé de carbone (tout comme le graphite et la lonsdaléite), dont il représente l'allotrope de haute pression, qui cristallise dans le système cristallin cubique. C'est le plus dur (dureté...) et a sur celui-ci l'avantage d'être plus résistant à la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) et à l'oxydation (1). Un atout majeur qui pourrait lui permettre de s'imposer rapidement dans l'industrie. "Prenez l'usinage de l'acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la théorie du soudage...), explique Vladimir Solozhenko, à la tête de l'équipe du LPMTM. Découper et percer nécessitent un matériau capable d'endurer des fortes températures et qui ne réagisse pas chimiquement avec le métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans le cas des métaux...). Notre invention serait parfaite dans cette tâche."

Quelle est la recette de ce composé miracle ? Pour le fabriquer, les chercheurs ont eu l'idée d'ajouter à la structure du diamant des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement...) de bore. En effet, cet élément est connu des chimistes pour être très stable thermiquement et chimiquement. D'autres équipes avaient d'ailleurs déjà tenté ce rapprochement entre le diamant et le bore, mais sans succès. La solution ? "Utiliser un précurseur (2) du diamant, le graphite (celui-là même qui compose la mine des crayons à papier), le mélanger au niveau atomique avec le bore et exposer le tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) à très haute température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante,...) et à très haute pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.)", explique Vladimir Solozhenko.


C'est dans cette cellule à enclumes
(ici en carbure de tungstène, mais elles peuvent aussi être en diamant)
qu'est synthétisé le carbure de bore cubique, d'une dureté (Il existe différentes définitions de la dureté : pour un solide (minéral ou métal) et pour l'eau.) comparable au diamant.

Pour obtenir de telles conditions, un simple four (Un four est une enceinte maçonnée ou un appareil, muni d'un système de chauffage puissant, qui transforme, par la chaleur les produits et les objets. En cuisine, il permet de cuire des aliments. Dans un processus de...) ne suffit pas. L'équipe place la poudre (La poudre est un état fractionné de la matière. Il s'agit d'un solide présent sous forme de petits morceaux, en général de taille inférieure au dixième de millimètre (100 µm).) de graphite et de bore dans un équipement, appelé cellule à enclumes, qui comprime l'échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents domaines :) pendant qu'un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme...) fait monter sa température. Grâce aux images en rayons X obtenues au synchrotron (Le terme synchrotron désigne un type de grand instrument destiné à l'accélération à haute énergie de particules élémentaires.) de Grenoble, les chercheurs ont même pu contrôler en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) réel comment réagissait la structure de l'échantillon. Et à 2 000 °C, pour une pression 250 000 fois supérieure à celle de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :), ils ont enfin obtenu ce qu'ils attendaient.

Particulièrement prometteur, le nouveau composé a fait immédiatement l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par les relations...) d'un brevet de la part des chimistes. Il faut dire que leur protégé multiplie les vertus: ainsi, il s'avère être également un excellent conducteur électrique. D'après ses inventeurs, il pourrait trouver des applications dans la microélectronique, qui soumet les composants à des températures toujours plus élevées pour générer plus de puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :). Seule ombre au tableau (Tableau peut avoir plusieurs sens suivant le contexte employé :): son prix. "Pour le fabriquer, il faut en effet utiliser un dispositif encore relativement coûteux", explique le chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont diversifiés et impliquent...). Mais les promesses de ce nouveau venu sont telles que les industriels finiront forcément par l'adopter.


Notes:

(1) Travaux publiés dans Physical Review Letters du 9 janvier 2009.
(2) Matériau à partir duquel on en obtient d'autres après transformation.


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Source: CNRS
Illustration: © Victor L. Solozhenko