Matériaux amorphes : définition et propriétés

Solide ne présentant aucune structure atomique ordonnée à moyenne et longue distance, les atomes y sont aléatoirement distribués comme dans un liquide. A l’inverse, les matériaux cristallins sont organisés selon un arrangement atomique répété périodiquement dans l’espace. Les molécules d’un matériau amorphe occupent cependant une position fixe, car elles sont bloquées dans une configuration.  A l’inverse, les molécules d’un liquide vibrent autour d’un point.

Les verres de silice élaborés par refroidissement naturel de mélanges d’oxydes fondus sont les composés amorphes les plus anciens et les plus connus. Ces solides sont caractérisés par un état vitreux où les molécules conservent, malgré leur distribution désordonnée, des distances fixes entre elles. Ils possèdent des propriétés isotropes avec des phénomènes de fusion pâteuse, en fait des propriétés à la fois de l’état liquide et de l’état solide. Comme aucune dislocation ne peut se propager, le verre présente une grande fragilité au choc.

La famille des matériaux amorphes ne cesse de s’agrandir englobant des métaux purs, des alliages de métaux, des semi-conducteurs, des polymères thermoplastiques ou thermodurcissables. Ces matériaux peuvent adopter une structure amorphe, et même pour certains différentes formes amorphes, c’est le polyamorphisme. Notons que de nombreux solides comportent un état intermédiaire entre le cristal et l’amorphe.

D’autres composés comme les gels, les verres très purs (pour les fibres optiques), les verres fluorés (utilisés dans les lasers), les verres métalliques viennent grossir le rang des matériaux amorphes. Les polymères sont souvent décrits comme étant cristallins ou amorphes, la caractérisation par leur degré de cristallinité est en fait plus précise.

L’obtention d’amorphes métalliques synthétiques est relativement récente [M4025]. L’objectif expérimental est de refroidir suffisamment rapidement le liquide fondu, afin d’éviter la cristallisation ; la vitesse de trempe est donc très rapide. L’originalité des propriétés de ces nouveaux matériaux (forte résistance mécanique, faible ténacité, déformation élastique importante, conductivité thermique faible, résistivité électrique élevée) a initié un grand nombre de recherches fondamentales et appliquées. Les amorphes magnétiques et ferromagnétiques ont notamment trouvé un grand nombre de débouchés en électronique et en électrotechnique.

L’état solide amorphe peut également présenter un intérêt en pharmaceutique. Il permet d’augmenter la solubilité de certains composés peu solubles ou de stabiliser des molécules fragiles.