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Jul 10, 2023

Cette roche étrange brille naturellement dans le noir, et maintenant les scientifiques ont compris comment : ScienceAlert

La rémanence du minéral hackmanite (ou sodalite ténébrescente) est un phénomène naturel fascinant qui est depuis longtemps un mystère pour les scientifiques – même si nous sommes désormais capables de concevoir des matériaux synthétiques.

La rémanence du minéral hackmanite (ou sodalite ténébrescente) est un phénomène naturel fascinant qui est depuis longtemps un mystère pour les scientifiques, même si nous sommes désormais capables de concevoir des matériaux synthétiques qui brillent dans le noir plus efficacement que tout ce qui existe dans la nature.

Les géologues ont décrit le minéral pour la première fois dans les années 1800, intrigués par sa tendance à briller doucement d'une teinte rose vif lorsqu'il est brisé ou placé dans l'obscurité et à le perdre à la lumière. Des recherches ultérieures permettront de préciser la chimie derrière cette caractéristique, mais la nature précise de la réaction s’est révélée insaisissable.

Aujourd’hui, une nouvelle étude décrit exactement comment certains types de hackmanites conservent une partie de leur éclat lorsqu’ils passent d’un environnement clair à un environnement sombre. La clé réside dans l’interaction délicate entre les impuretés naturelles du minéral, déterminées par la manière dont il s’est formé.

Mieux comprendre comment la hackmanite peut émettre une luminescence blanche dans l'obscurité aidera les scientifiques à développer nos propres matériaux synthétiques capables de briller dans le noir sans aucune source d'énergie, comme sur un panneau de sortie de secours, par exemple.

"Nous avons mené de nombreuses recherches avec des hackmanites synthétiques et avons pu développer un matériau avec une rémanence nettement plus longue que celle de la hackmanite naturelle", explique Isabella Norrbo, chimiste des matériaux de l'Université de Turku en Finlande.

"Cependant, les conditions affectant la luminescence ne sont pas claires jusqu'à présent."

Une combinaison de données expérimentales et informatiques a été étudiée pour déterminer que les concentrations et l'équilibre du soufre, du potassium, du titane et du fer étaient les plus importants en ce qui concerne la rémanence émise par la hackmanite.

En particulier, il s’est avéré que le titane était l’élément qui brillait réellement, la lueur elle-même étant alimentée par transfert d’électrons.

Cependant, les concentrations de titane ne suffisent pas à elles seules à créer une luminescence, un mélange approprié d’autres éléments étant également requis.

Les chercheurs affirment que les matériaux synthétiques peuvent être améliorés et rendus plus efficaces et plus fiables grâce à ce type d'études, même si la nature n'est pas en mesure d'égaler la force des lueurs qui peuvent être conçues en laboratoire.

"Les matériaux utilisés actuellement sont tous synthétiques et, par exemple, le matériau à la rémanence verte familière tire son éclat d'un élément appelé europium", explique le chimiste des matériaux Mika Lastusaari, de l'Université de Turku.

"La difficulté avec ce type de matériau est que même si l'on peut y ajouter l'élément souhaité qui émet de la luminescence, ses propriétés de rémanence ne peuvent pas être prédites."

Des échantillons de hackmanite du Groenland, du Canada, de l'Afghanistan et du Pakistan ont été utilisés dans l'étude, avec une équipe internationale de chimistes, minéralogistes, géologues, physiciens, statisticiens et autres scientifiques impliqués dans la recherche exacte de ce qui se passait avec la lueur de hackmanite.

Une partie du mystère résidait dans la raison pour laquelle certains hackmanites affichent une lueur et d'autres non, mais grâce à une comparaison minutieuse des différents échantillons, l'équipe a pu repérer le mélange requis de photoluminescence orange (transformant les photons absorbés en lumière) et de luminescence bleue persistante. (émission de lumière sans chauffage) et le photochromisme violet (une forme de transformation chimique provoquée par un rayonnement électromagnétique).

Il s'agit d'un mélange complexe d'éléments naturels et de réactions chimiques, mais le résultat devrait être de meilleurs matériaux synthétiques capables de correspondre à ce type de lueurs. En termes de science des matériaux, il est important non seulement de connaître la luminosité de la luminescence, mais également sa durée.

"Grâce à ces résultats, nous avons obtenu des informations précieuses sur les conditions affectant la rémanence des hackmanites", explique Lastusaari.

"Même si la nature n'a pas, dans ce cas, été capable de former un matériau doté d'une lueur aussi efficace que les matériaux synthétiques, la nature a contribué de manière significative au développement de matériaux lumineux de plus en plus efficaces."

La recherche a été publiée dans Chemistry of Materials.