Tout ce que vous n’avez jamais voulu savoir sur l’Ère des Cristaux

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Contribution de Lololeboiteux sorti tout droit de son Antre.

Si l’année 2017 fut à nouveau riche en titres de qualité au niveau de l’animation japonaise, peu nombreux seront les titres à avoir autant fait parler que l’adaptation de l’Ère des Cristaux de la mangaka Haruko Ichikawa, titre d’ailleurs ardemment défendu en tant que manga par les camarades de Nostroblog, un peu en vain dans un premier temps avant que le travail du studio Orange ne vienne leur apporter une aide salutaire grâce à son accessibilité et ses qualités visuelles et sonores.

Si le titre est rempli d’influences diverses et documentées avec un certain soin comme par exemple son influence du bouddhisme qu’expliquait fort bien Bobo dans son article, il n’en est pas moins aussi bien documenté et fouillé dans sa partie scientifique recoupant minéralogie et cristallographie. C’est donc de cet aspect dont je vais parler ici. Même si je n’étais pas spécialement convaincu qu’il puisse intéresser les gens, certains d’entre vous m’ont révélé leur curiosité lors d’une discussion à ce sujet. Excusez-moi d’avance pour certains gros raccourcis qui pourraient en choquer certains dans la mesure où je compte rester très général pour une meilleure accessibilité.

Propriétés Générales

Les Cristaux

Un premier point qu’il va me falloir discuter avant tout tient au titre lui-même qui subit une évolution un peu étrange dans sa traduction à mes yeux de néophyte en la matière. Nous avons donc trois titres : le japonais original, l’anglais et le français.

  • Houseki no Kuni qui donne de façon approximative, « Kuni » (国) qui se traduit par pays et « Houseki » (宝石) par gemme. On a donc littéralement : Le Pays des Gemmes ou La Contrée des Gemmes.
  • Land of Lustrous qui donnerait donc plutôt un truc du genre : Le pays des brillants, La Terre des chatoyants
  • L’Ère des Cristaux…

Si le titre anglais est donc au final très proche du titre original, le titre français est lui assez troublant (bien qu’il soit assez classe je ne le nie pas). En effet ici on parle d’Ère et non de pays ou de contrée : on est sur une dimension temporelle au lieu d’une dimension spatiale ce qui est potentiellement très différent.
En japonais on parle de gemme, soit une matière souvent minérale, parfois organique formant des cristaux (souvent unique) possédant des propriétés notamment de couleur qui les destinent principalement à l’ornement et la joaillerie sous leur forme naturelle. Les gemmes se regroupent en trois grandes catégories : les pierres précieuses (rubis, saphir, diamant, …), les pierres fines (améthyste, lapis-lazuli, opale, …) et les pierre organiques (ambre, nacre, corail, …).
En français on se retrouve avec cristaux, or le mot cristal est déjà en soit un homonyme avec d’un côté le cristal d’un point de vue structurel dont il est question ici, mais aussi de la matière appelée couramment cristal qui désigne un verre riche en plomb utilisé pour la vaisselle de prestige et qui n’est d’un point de vue physique pas un cristal mais bel et bien un verre donc un amorphe.

Si on revient sur le sens structurel de cristal, il désigne donc de façon très large le fait que certains matériaux solides agencent les atomes les composant selon un empilement régulier et périodique ce qui est donc le cas des gemmes précitées, mais aussi par exemple de la grande majorité des métaux du quotidien ainsi que le sel, le sucre, la neige et certains plastiques… Le mot est donc beaucoup plus général que le mot gemme initial.

Voici quelques exemples visuels de structures cristallines à l’échelle atomique. A l’opposé les structures amorphes comme les verres ou la plupart des plastiques voient leurs atomes mélangés de façon désordonnée ce qui peut changer drastiquement les propriétés des matériaux malgré une composition chimique identique. Ces structures sont mesurables par diverses techniques comme la diffraction des rayons X ou des électrons mais aussi directement observables par microscopie électronique à transmission ou par microscopie ionique à effet de champ.

Microscopie électronique à transmission sur une surface plane de Silicium / Microscopie ionique sur une surface sphérique d’or (chaque point est un atome du cristal)

Il existe un grand nombre de structures cristallographiques différentes possibles bien que certaines soient plus fréquentes que d’autres à l’état naturel. Pour une espèce monoatomique, il existe déjà 14 agencements théoriques possibles pour un cristal, et ça augmente encore beaucoup lorsqu’on commence à prendre en compte plusieurs espèces et les variations possibles. Pour ne rien arranger certains matériaux peuvent prendre des structures diverses en fonction des conditions de pression et de température, Rutile par exemple n’est qu’une des trois formes possibles de l’oxyde de Titane et ne parlons pas des multiples formes du carbone.

Maintenant que j’ai donné mon point de vue sur la traduction de ce titre lui-même et fait part de mes interrogations quant au choix des mots de la version française (il y avait surement une bonne raison de faire le choix actuel je n’en doute pas). Revenons donc à nos gemmes préférées.

Variations de couleur

Si le nombre de gemmes existantes dans la vie réelle est très important, il faut néanmoins nuancer ce nombre par le fait qu’une même structure cristalline peut porter plusieurs noms à cause d’une couleur différente induite par des impuretés : un tout petit pourcentage des atomes d’origine sont remplacés par une autre espèce chimique. Par exemple, le Saphir pur (qu’on utilise sous forme synthétique) est totalement incolore, alors qu’en présence de Chrome il est rouge (Rubis), violet avec du Vanadium, jaune avec du Fer et bleu avec une combinaison de Fer et de Titane. Si la structure de base n’absorbe en effet pas la lumière ce qui laisse la lumière blanche, les impuretés peuvent elles absorber différentes longueurs d’onde (couleurs). Le mélange de celles restantes n’est donc plus blanc.

Familles Chimiques

Si on prend uniquement les personnages vus ou évoqués pendant l’adaptation anime il est possible de les trier par composition chimique identiques :

  • Les Diamants (ou adamants) composés de Carbone pur : Diamant, Bort, Diamant Jaune, Diamant Vert
  • Les Corindons (Al2O3) : Padparadscha, Rubis, Saphir
  • Les Rutiles (TiO2) : Rutile
  • Les Silicates
    • Les Béryls (Be3Al2(SiO3)6) : Morganite, Goshénite, Béryl Rouge, Alexandrite, Héliodore
    • Les Quartz (SiO2) : Améthyste, Quartz Fantôme
    • Sphène (CaTiSiO5)
    • Péridot ((Mg, Fe)2SiO4)
    • Hémimorphite (Zn4Si2O7(OH)2(H2O)))
    • Tourmaline Pastèque (Formule interminable)
    • Obsidienne (70–75 % SiO2, plus MgO, Fe3O4) : anomalie du cast puisque l’appellation obsidienne désigne un verre et non pas un cristal.
    • Zircon (ZrSiO4)
    • Neptunite (KNa2Li(Fe2+, Mn2+)2Ti2Si8O24)
    • Euclase (BeAlSiO4(OH))
    • Jade (NaAlSi2O6)
    • Bénitoïte (BaTiSi3O9)
  • Antarcticite (CaCl26H2O)
  • Phosphophylitte (Zn2Fe(PO4)24H2O)
  • Cinabre (HgS)

Il n’est guerre surprenant de retrouver un grand nombre de cristaux à base de Silicium et d’Oxygène dans la mesure où il s’agit de deux des atomes les plus nombreux à composer la croute terrestre et ce de loin. Cette classification va nous être utile pour discuter du point suivant et souvent évoqué dans le titre : la dureté des cristaux. Ce critère est d’ailleurs utilisé dans l’œuvre pour créer une sorte de hiérarchie entre les différents personnages du point de vue de leur puissance de combat même si certains comme Cinabre font exception en termes de ratio dureté/puissance.

Dureté

Dans Houseki no Kuni la dureté des différents personnages est ainsi exprimée en fonction d’une échelle sans réelle valeur physique et reposant sur l’observation empirique. Cette échelle de Mohs comporte en effet dix niveaux déterminés par dix matériaux et le matériau testé se classe par sa capacité à rayer les différents matériaux. Le diamant par exemple est capable de rayer les dix matériaux de référence (donc y compris lui-même au rang 10), il a donc une valeur de 10 sur cette échelle. De même le Quartz ne pouvant rayer ni le diamant, ni le saphir, ni le topaze, il est donc noté 7. Phos avec sa faible valeur de 3.5 est à peine plus dur que du Cuivre, métal connu pour son manque de dureté.

Cette échelle reste très basique et elle n’est que peu utilisé hors de la minéralogie. Dans le milieu industriel ou scientifique on utilise plutôt des mesures par indentation : on vient mesurer la marque crée à la surface d’un matériau par un pénétrateur d’une forme et d’un matériau connu (diamant ou carbure très dur en général) et ce pour une force appliqué connue. Dans les faits ont mesure ainsi que le Diamant est environ 3.5 fois plus dur que le saphir, 9 fois plus que l’améthyste et dans les 200 fois par rapport à Cinabre.

Pour ce qui est de l’origine même de la dureté des cristaux, elle réside principalement dans la force des liaisons entre les différentes espèces chimiques. Chez nos personnages, on rencontre deux grandes familles des cristaux : les cristaux covalents et ioniques.

Les liens entre les espèces des cristaux covalents sont de la même nature que ceux à l’intérieur des molécules (une mise en commun d’un ou plusieurs électrons entre voisins) donc très fort. Dans cette catégorie les atomes avec les liens les plus forts sont le Carbone et l’Azote ce qui explique la première place du diamant ainsi que la présence de nombreux carbures et nitrures dans l’industrie pour toutes les applications nécessitant une grande dureté. L’oxygène est aussi un très bon candidat ce qui explique la bonne tenue dans le classement des oxydes d’aluminium, de titane et de silicium.

Les cristaux ioniques eux voient leur cohésion reposer sur la force électrostatique entre les différentes espèces le composant après que l’une ait volé un ou plusieurs électrons à l’autre. Cette force est moins important et explique notamment le mauvais classement de Cinabre.

Un troisième type de liaison va venir agir sur certaines de nos gemmes, notamment Antarcticite et Phosphophylitte dans la mesure où ils comportent de l’eau dans leur formule. Il s’agit de la liaison hydrogène qui se rapproche de la liaison ionique mais en plus faible. Cette liaison qui est la base de la glace d’eau, se produit entre les H de la molécule qui sont chargés positivement et les espèces électronégatives chargées négativement. Si la liaison est assez faible c’est parce que la charge mise en œuvre est faible, une fraction seulement de celle de l’électron. C’est ce qui explique les faibles capacités de notre héros.

De manière plus absolue pour parler de résistance d’un matériau ou peut comparer plusieurs grandeurs physiques comme les différents modules de déformation, cisaillement ou encore de compressibilité.

Ténacité et Clivage

Une fois un peu plus avancé dans l’univers de l’Ère des Cristaux et ses combats, on se rend rapidement compte que la dureté est loin d’être le seul facteur majeur de puissance au combat pour nos gemmes. C’est en effet la ténacité qui va différencier certains personnages entre eux. La ténacité est la capacité des matériaux à résister aux chocs et donc à ne pas laisser propager d’éventuelles fissures. De base les gemmes étant pour la plupart monocristallines, elles sont, par la même occasion, fragiles face aux chocs.

Prenons donc l’exemple de ces deux personnages majeurs de notre titre et qui disposent tous deux de la même structure atomique et de la même composition chimique. La différence entre les deux se fait au niveau de la microstructure. Là ou Diamant a une structure uniforme, Bort a lui de très nombreux cristaux de petites tailles (ainsi que des défauts et même des zones non cristallisées) et dont la structure cristalline est certes la même mais pas forcement orientée dans la même direction. C’est d’ailleurs au niveau optique que Bort est de couleur noire car le changement d’orientation et la présence de carbone non cristallisée finit par piéger la lumière à l’inverse de Diamant.

Dans le cas de Diamant il suffit de lui infliger des chocs répétés pour propager une fissure à travers l’intégralité de son bras et ainsi provoquer son clivage en deux parties bien planes. On voit d’ailleurs ceci se produire avec d’autres personnages au cours de la série comme Phos. Dans le cas de Bort par contre, la fissure créée va suivre le plan de propagation du grain impacté mais va se voir stoppée par le grain ou le défaut suivant pour qui cette direction ne va pas être un point faible. Bort va ainsi pouvoir encaisser un nombre de microfissures très important avant de voir son intégrité physique menacée.

Ainsi, si la nature des liens entre composants du cristal joue en partie sur sa résistance, le type de structure va fortement contribuer sur sa résistance au choc ce qui explique que Diamant n’est que de classe 2 en ténacité au contraire de Bort mais aussi Jade et Padparadscha tous deux de catégorie 1.

Il existe des exemples de matériaux se clivant facilement dans la vie de tous les jours comme le graphite ou l’ardoise, cette dernière se brise en effet très facilement en la frappant sur sa tranche alors qu’elle est très résistance en cas de choc sur ses faces.

Inclusions

Dans l’Ère des Cristaux il est fait plusieurs fois mention des inclusions de nos différents personnages qui semblent être l’origine de leur vie, on les mentionne à la fois comme source de leur mémoire mais aussi comme leur source d’énergie via le soleil. Si la nature de ses inclusions n’est pas dévoilée dans l’anime, le terme inclusion en lui-même désigne de façon large tout ce qui se retrouve piégé dans un cristal qu’il s’agisse de gaz, de liquide ou de solide, il peut même s’agir d’un autre type de cristal.

Cas Particuliers

Phosphophylitte

Vitesse

Si la fragilité de Phos s’explique comme vu au-dessus par la faiblesse des liaisons entre atomes et molécules de sa structure, l’augmentation brutale de sa vitesse au remplacement de ses jambes par de l’Agate peut s’expliquer aussi assez facilement. Déjà dans la mesure où cette pierre est de la famille des silicates, elle est bien plus dure que la Phosphophylitte et bien plus résistante aux chocs ce qui lui permet donc de se propulser plus fortement sans risquer de ses briser les jambes. Mais le vrai paramètre qui semble jouer sur sa vitesse est à chercher du côté de la densité des deux matériaux qui est de 3.1 pour la Phosphophylitte contre seulement 2.6 pour l’agate ce qui allège de façon notable ses jambes : plus léger il peut alors aller plus vite en déployant la même puissance. Cette remarque peut être appuyé par l’effet inverse observé après le changement de bras de Phos : le platine et l’or ont des densités colossales de respectivement 19.3 et 21.45 (en comparaison, le plomb n’est qu’à 11.35 et je rappelle que la référence est de 1 pour de l’eau).

Cinabre

Toxicité

Étant composé à 50% de Mercure, l’intense toxicité de Cinabre n’est pas difficile à comprendre. De plus sa capacité à utiliser ce dernier comme une arme est logique quand on sait que le Mercure peut couler directement de ce cristal dans certaines conditions naturelles. Historiquement d’ailleurs on obtient principalement le Mercure en chauffant du Cinabre.

Améthyste

Macles

On parle de macles lorsque deux ou plusieurs cristaux uniques fusionnent selon une orientation précise sur une partie de leur volume. Comme l’agencement cristallin des différents cristaux doit correspondre parfaitement sur une ou plusieurs dimensions pour fusionner, il n’existe que quelques combinaisons possibles en termes d’angle entre les cristaux. L’améthyste (et de façon générale le Quartz) se trouvent fréquemment sous forme de macle à l’intérieur de géodes où plusieurs cristaux poussent dans des directions différentes bien que partageant la même base.

Alexandrite

Changement de couleur

Certains cristaux (et matériaux au sens larges) sont isotropes, c’est-à-dire que leurs propriétés sont les même quelque soit la direction selon laquelle on les considère. Lorsque ce n’est pas le cas on parle d’anisotropie. Cette anisotropie peut avoir des conséquences pour les propriétés mécaniques, thermiques, électriques mais aussi optiques. L’une des conséquences possibles est le pléochroïsme qui est la variation des longueurs d’ondes (couleurs) absorbées par le cristal en fonction de son orientation par rapport à la lumière incidente.  Il est ainsi possible de voir différentes couleurs en fonction des positions relatives du cristal, de la lumière et de l’observateur. Le cristal d’Alexandrite est fortement anisotrope dans ses trois directions et peut passer du magenta au vert bleu en passant par le jaune orange en fonction des conditions optiques.

Antarcticite

Stabilité

Antarcticite est décrit comme vivant à l’état liquide pendant toute la belle saison pour ne finalement réapparaitre que durant l’hiver lorsque les autres cristaux sont en hibernation. Le matériau du même nom a été découvert très tardivement (1965) sur le continent du même nom. Composé d’une grande quantité d’eau il se solidifie telle de la glace à basse température, mais à l’ambiante il fond et redevient simplement de l’eau salée au chlorure de calcium. Quand on y pense, il n’est au final guère différent de la glace qu’il combat chaque hiver ce qui est paradoxal.

De façon plus générale, les cristaux fondent lorsque l’énergie d’agitation thermique devient suffisante pour outrepasser l’énergie de liaison entre les atomes du cristal. Les liaisons hydrogène de l’Antarcticite sont faibles, donc une faible énergie thermique est nécessaire pour les rompre. À l’opposé, le Diamant et ses liaisons covalentes carbone-carbone ne va fondre qu’à plus de 3500°C, le quartz à 1650°C, le saphir 2050°C et le faible Cinabre seulement 580°C.

Fini

Voilà qui conclue ce petit tour d’horizon des propriétés de ces personnages attachants même si certaines restent encore pour moi un mystère (du moins à partir de ce qui est présent dans l’anime) comme par exemple l’utilisation de l’alliage métallique par Phos ou les trous béant de Padparadscha. De même il y a surement d’autres propriétés intéressantes liés aux personnages apparaissant plus tardivement dans l’œuvre d’origine mais j’ai décidé de me limiter à l’anime uniquement (pour le moment).

A bientôt pour encore plus d’articles chiants et félicitation d’être parvenus jusqu’ici si vous l’avez fait sans tricher.

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