Croissance de cristaux

Pour illustrer ce TPE et pour comprendre la croissance des cristaux, nous avons réalisé une cristallogenèse et avons photographié à intervalles réguliers la croissance des cristaux pour réaliser un time-lapse. Pour ceci, nous avons utilisé un kit où les sels et instruments sont fournis avec un livret explicatif des expériences.

3 boîtes de pétri
Mono-phosphate d'ammonium « aigue-marine bleu »
Sulfate double d'aluminium et de potassium « géode orange » et « géode naturelle »
De l'eau minérale
Une casserole
Un bocal en verre
Instruments de mesure et pipette
Ficelle de coton
Caméra et plateforme de time-lapse : 4 lampes, planche blanche

Tout d'abord, nous avons choisi 2 types de cristaux parmi ceux proposés dans la boîte : du mono-phosphate d'ammonium et du sulfate double d'aluminium et de potassium. Nous avons choisi deux sulfates double d'aluminium et de potassium de colorants différents : un avec un colorant « géode naturel », et l’autre avec un colorant « géode orange ». Le mono-phosphate d'ammonium, lui, a un colorant « aigue-marine bleue ».

Sulfate double d'aluminium et de potassium :

En respectant les procédures indiquées dans le livret du kit, nous avons prélevé 30g de sel pour chaque colorant et 30ml d’eau que nous avons chauffée au bain marie pendant 10 minutes dans le bocal de verre. Ensuite, nous avons versé le sel dans l'eau chaude, puis avons mélangé la solution pour accélérer la dissolution, et nous avons placé les solutions dans leurs 2 boîtes de pétri respectives. Enfin, nous les avons mis sous les lampes et la caméra, prêt pour le time-lapse.

Mono-phosphate d'ammonium :

Nous avons prélevé 24ml d’eau, chauffée au bain marie aussi, et 30g de mono-phosphate, comme indiqué dans le livret. Nous avons versé le sel dans l'eau, et de la même manière, nous avons aidé à la dissolution en mélangeant la solution, puis nous l'avons versée dans une boîte de pétri. Enfin, nous l'avons ajoutée avec les deux autres.

Nous avons réglé le time-lapse à 1 image/seconde, ce qui nous paraissait beaucoup, mais cela semblait éviter les vibrations causées par la lumière des lampes.

Après 8 heures, nous sommes revenus sur les lieux vérifier l’expérience et avons malheureusement constaté que le time-lapse s’était arrêté, sans raison apparente. Après avoir récupéré le bout de vidéo qui a été filmé, nous l’avons regardé puis avons décidé de ne pas l'intégrer puisqu'il ne présentait aucun intérêt. Nous avons relancé un deuxième time-lapse et avons cherché une solution pour éviter les vibrations causées par la lumière, sans succès. Toutefois, les cristaux croissaient de manière régulière, et l’évaporation était déjà avancée, c’est pourquoi nous avons réglé le second time-lapse sur 1 image minute.

15 heures après notre première visite, le time-lapse fonctionnait sans problème, et les cristaux avaient crû comme prévu. L'évaporation était totale. Nous avons donc arrêté le time-lapse, et pris des photos des cristaux. Toutefois, à la vue du time-lapse, il nous semble que nous aurions dû mettre plus d’une image/minute, comme par exemple 20 images/minute.

Les résultats sont très concluants, et malgré la qualité moyenne des time-lapse, nous avons pu observer l’évolution des cristaux telle qu’on le voulait.

1ère partie de l'expérience

2ème partie de l'expérience

Nous avons récupéré un germe cristallin de sulfate double d'aluminium et de potassium (géode orange) et avons préparé une solution du même sel (en géode naturelle) dont nous avons rempli le bocal de verre à moitié, puis une fois la solution chauffée, nous l'avons transférée dans un verre doseur en plastique.

8 heures après, nous avons pu voir qu’un unique cristal c’était formé autour du germe. Le time-lapse fonctionnait correctement, mais à cause de la noirceur de la solution, on ne voyait pas grand-chose dessus.

16 heures encore plus tard, nous avons arrêté le time-lapse et avons regardé le résultat. Nous avons ainsi observé que le début de cristal s’était effondré et tout le cristal ne s’était pas formé autour du germe. Mais nous avons obtenu des cristaux plus gros que ceux des boîtes de pétri, et plusieurs petits cristaux se sont bien formés autour du germe en le recouvrant.

Voici quelques clichés des cristaux obtenus :

Sulfate double d'aluminium et de potassium "géode orange"

Sulfate double d'aluminium et de potassium "géode naturelle"

Mono-phosphate d'ammonium "aigue-marine bleue"

Les 3 sels utilisés pour l'expérience dans les flacons (à droite) puis une fois la croissance terminée (à gauche)

Matériel

Enfin, quelques jours plus tard, nous avons retiré le fil et avons extrait le cristal du récipient, puis nous avons pris des photos du résultat.

Le cristal sorti de son récipient.

Zoom sur les monocristaux, mis en évidence.

Cette deuxième expérience a permis de fabriquer des cristaux différents de la première. Bien que le but initial était de fabriquer un monocristal à partir d'un germe, nous avons quand même pu obtenir des cristaux plus gros. Nous n'avons pas obtenu un unique cristal autour du germe certainement car la solution n'était pas suffisamment pure.

Nous avons attaché le germe cristallin au bout du fil de coton, et l’avons plongé dans la solution. Nous avons relancé un time-lapse, toujours dans les mêmes conditions que le précédent. Le but de cette expérience était de voir comment le sulfate double d'aluminium et de potassium allait se développer autour du germe.

Nous vous invitons à regarder ce time-lapse en vitesse x2.

Voici le time-lapse de la deuxième expérience, que l'on a arrêté un peu avant la fin de l'évaporation totale.

Nous vous invitons à regarder ce time-lapse en vitesse x0,5 du fait de sa courte durée en cliquant sur le rouage en bas de l'écran de la vidéo.

Vue d'ensemble de la manipulation