Il y a à peine plus d’un siècle, en 1888, un botaniste
autrichien, Reinitzer, fit une
découverte révolutionnaire et surprenante: en étudiant des cristaux de benzoate
de cholestérol, il s’aperçut qu’ils ne se comportaient pas comme des cristaux
habituels.
En effet, ils fondent à 145,5 °C, en se transformant en un fluide
laiteux, qui devient ensuite un liquide parfaitement claire à 178,5°C. Ces
observations engendrèrent alors multes études amenant les cristallographes, en
1900, à conclure sur un nouvel état de la matière: le cristal liquide.
¤ Au niveau de leur configuration, les molécules d’un
cristal liquide se présentent le plus souvent comme des bâtonnets de quelques
nanomètres de longueur et quelques dixièmes de nanomètre de section. Plus
rarement, certaines sont des disques ou des pyramides.
¤ Au niveau de leur structure chimique, la plupart des
cristaux liquides sont constitués de molécules organiques, c’est à dire à base
de carbone, qui comportent au moins deux parties différentes par:
- Leur structure: une partie rigide et une
partie flexible
- Leurs propriétés: une partie hydrophile et
une partie hydrophobe
- La mixité des groupements associés: un
groupe hydrocarboné et un autre fluo carboné.
Le cristal liquide est donc un nouvel état de la
matière, n’entrant alors pas dans la classification habituelle distinguant trois
états: solide cristallin, liquide, et gaz, et les faisant entrer dans la grande
famille de la matière molle.
Mais en 1905, Lehmann parvient à convaincre que l’état
cristal liquide est un état de la matière à part entière. En effet il met en
évidence des discontinuités dans les transitions de phase.
A l’inverse d’un cristal, dans lesquels les atomes et les
molécules sont un arrangement ordonné
et périodique, et d’un liquide où ces ordres sont complètement perdus, un cristal
liquide standard a ses molécules-bâtonnets disposées n’importe où, mais
tout en
se déplaçant les unes par rapport aux autres du fait de l’agitation thermique,
elles restent en moyenne parallèles entre elles. On parle
alors de mésophases.
Cet ordre partiel dans l’organisation des molécules permet
ainsi aux cristaux liquides de revêtir des apparences très diverses: solide,
caoutchouteuse, gélatineuse ou pâteuse.
Alors Friedel, en 1920, établit une classification reposant
sur des critères d’ordre et de symétrie
dans les arrangements moléculaires. Il baptisa trois grandes classes de
cristaux liquides:
- La phase nématique, qui est la moins
ordonnée où les molécules ont simplement tendance à s’aligner parallèlement
les unes aux autres, et présentant des défauts ressemblant à des fils (nematos
en grec)
- La phase cholestérique qui doit son nom à
sa découverte dans des dérivés du cholestérol. Elle est faite d’un arrangement
en hélice des molécules chirales. On la décrit comme un
empilement continu de plans dans chacun desquels règne un ordre nématique.
Friedel
présentait la phase cholestérique comme une manière d’être spéciale de la phase
nématique.
- La phase smectique, enfin, a été nommée
ainsi à cause de propriétés mécaniques proches de celle d’un film
savonneux (smectos en grec).
Les molécules y sont alignées parallèlement les unes aux autres mais en étant
regroupées en couches parallèles régulièrement espacées.
Le cristal liquide est donc un nouvel état de la matière, très étonnant et complexe
dans ses propriétés chimiques et de constitution, qui va permettre de
nouvelles créations et réalisations dans diverses domaines, après maîtrise de sa
structure et de son fonctionnement grâce aux études faites.