Ils résolvent le problème des Dolomites, une énigme géologique vieille de 200 ans

Cette énigme, connue sous le nom de « problème des Dolomites », est aujourd’hui bouleversée. depuis 200 ans aux chercheurs du monde entier. Aujourd’hui, une équipe des universités du Michigan (États-Unis) et de Hokkaido (Sapporo, Japon) a résolu le mystère. Il est même parvenu à obtenir de la dolomite grâce à une nouvelle théorie développée à partir de simulations atomiques. La découverte, publiée dans le magazine ‘Science’, Cela peut être utile pour développer de nouveaux semi-conducteurs, panneaux solaires, batteries et autres matériaux technologiques sans défauts.

La limite de croissance de la dolomite est formée par des rangées alternées de calcium et de magnésium. Dans l’eau, le calcium et le magnésium s’attachent de manière aléatoire aux cristaux de dolomite en croissance, se logeant souvent au mauvais endroit et créant des défauts qui empêchent la formation de couches supplémentaires de dolomite. À ce rythme, il faudrait 10 millions d’années pour former une seule couche de dolomite ordonnée.

« La dolomite est simplement formée de carbonate de calcium et de magnésium. Mais ils ne peuvent être sous aucune forme, mais une couche de carbonate de calcium doit être suivie d’une couche de magnésium et ainsi de suite”, explique Juan Manuel García Ruíz, professeur-chercheur au Laboratoire d’études cristallographiques (LEC) du CSIC. de Grenade et auteur d’un article d’analyse qui accompagne l’étude dans ‘Science’. «C’est ce qui se passe dans les montagnes qui se sont formées dans les anciennes mers et lacs. Cependant, la dolomite ne se trouve pas dans les mers d’aujourd’hui. “C’est un mystère : pourquoi dans l’Antiquité il y avait des tonnes de kilomètres cubes de roche dolomite et qu’aujourd’hui elle ne se forme nulle part”, souligne-t-il.

Il y a eu de nombreuses propositions pour tenter de résoudre l’énigme, mais cette équipe, selon García Ruíz, a développé une théorie « très bien élaborée », basée sur une étude informatique et démontrée expérimentalement. “Ce qui doit arriver pour que la dolomite précipite, c’est qu’il y ait des fluctuations dans la concentration des lacs et des mers, de sorte qu’elle se dissolve lorsqu’il y a de l’eau et grandisse lorsqu’elle s’évapore et recommence”, souligne-t-il. La clé réside donc dans ces « cycles et cycles » qui accélèrent les processus de gestion de la dolomite.

Mais c’est quelque chose de très difficile à prouver. Pour essayer, les chercheurs ont placé un petit cristal de dolomite, d’un micron seulement, dans une solution de calcium et de magnésium, et ont doucement pulsé le faisceau d’électrons 4 000 fois pendant deux heures, dissolvant ainsi les défauts. Ce qu’ils ont fait, c’est reproduire ces cycles de croissance et de dissolution. Après les impulsions, on a observé que la dolomite grossissait jusqu’à atteindre environ 100 nanomètres, soit environ 250 000 fois plus petite qu’un pouce. Bien qu’il ne s’agisse que de 300 couches de dolomite, plus de cinq n’avaient jamais été cultivées en laboratoire auparavant. “Ils ont été les premiers à y parvenir”, explique le géologue. Les quelques zones où se forme aujourd’hui de la dolomite sont inondées par intermittence puis s’assèchent, ce qui concorde bien avec cette théorie.

Comme l’explique le géologue, le fait que ce minéral ne se forme pas aujourd’hui est “une question de temps et d’ordre”. Sans ces fluctuations, ces montagnes « mettraient des milliards d’années à se développer, il leur serait impossible de se former. “Ce processus ne se produit pas très rapidement, mais il accélère la formation en millions d’années.” Ainsi, par exemple, il a permis l’apparition des Dolomites au Tyrol, une montagne que Le Corbusier, responsable de l’architecture du XXIe siècle, considérait comme « l’œuvre architecturale naturelle la plus impressionnante qui existe » pour ses lignes droites et ordonnées.

Actuellement, la dolomite est utilisée pour de nombreuses choses, comme le soi-disant Blanc d’Espagne, utilisé dans la peinture et la menuiserie, mais pas dans la haute technologie. Cependant, selon les auteurs, les leçons tirées du problème des Dolomites peuvent aider les ingénieurs à fabriquer des matériaux de meilleure qualité pour les semi-conducteurs, les panneaux solaires, les batteries et d’autres technologies.

“Dans le passé, les producteurs de cristaux qui voulaient fabriquer des matériaux sans défauts essayaient de les faire pousser très lentement”, explique-t-il. Soleil de Wenhao, professeur de science et d’ingénierie des matériaux à l’UM. “Notre théorie montre que des matériaux sans défauts peuvent croître rapidement s’ils sont périodiquement dissous pendant la croissance.”

“L’important – souligne le cristallographe espagnol – est que l’un des grands problèmes de la géologie ait été résolu, c’est un défi fantastique.”