[Flash Info Chimie] #14 : Faire voler des cristaux

Les chimistes ont souvent des idées bizarres. Et en matière de cristallisation, il faut dire que leur imagination n’a pas de bornes. Quand ils ne font pas pousser des cristaux en apesanteur , ils passent leur temps à essayer de trouver de nouvelles techniques pour les former, ils utilisent un synchrotron pour les observer, quand ils ne découvrent pas des quasi-cristaux, etc…

Alors qu’ont-ils inventé cette fois ? La MagLev pour séparer les différents cristaux d’un mélange. MagLev, ça veut dire « Magnetic Levitation », bien sûr ! Pour l’instant, cela désigne surtout ça :

Le JR-MagLev, train à sustentation magnétique. (Image : Wikipédia)

Il s’agit bien ici aussi de lévitation magnétique, mais dans un tube qui contient un mélange de cristaux. En fait, en mettant en suspension ce mélange dans une solution, elle-même placée dans un fort champ magnétique, les chercheurs de l’université de Harvard, ont réussi à séparer des cristaux grâce à leur (très faible) différence de densité.

Il faut bien comprendre l’enjeu : dans beaucoup de domaines, comme l’industrie pharmaceutique ou encore la production de pigments, la cristallisation est primordiale : un médicament peut très bien ne pas avoir la même efficacité selon le type de cristallisation du principe actif, puisque, par exemple, sa vitesse de dissolution va en dépendre… Alors pour produire le bon cristal, en grande quantité, il faut en purifier un petit, qui servira de « germe » pour les autres.

Les techniques existent, comme le disent les auteurs :

« Methods to obtain single polymorphs from mixtures of polymorphic crystals include selective nucleation, inter-conversion, isolation based on differences in physical properties, and luck« 

J’ai (forcément) une anecdote à ce sujet : lors d’un stage dans un laboratoire marseillais, mon encadrant, m’a expliqué qu’il avait constaté que lorsqu’un composé avait déjà été obtenu sous forme cristalline dans le laboratoire, il était aisé d’en obtenir à nouveau des cristaux. Même des mois après, et sans apport d’un germe. Par contre, que c’était autrement plus difficile pour les nouveaux produits… Que cela tienne de la superstition, ou que cela soit réel, dans tous les cas, ça traduit bien les difficultés à rationaliser cette étape,parfois cruciale, qui est celle d’obtenir des cristaux, bien formés, et uniformes…

Les chercheurs ont pris comme modèles quatre composés différents, qui cristallisent sous deux formes chacun, et on entreprit de les séparer (un composé à la fois) par MagLev : et ça marche !! (moyennant une recherche un peu empirique des bonnes concentrations de la solution dans laquelle les cristaux sont dispersés). Les images sont assez éloquentes (à défaut de servir de « preuves ») :

A Gauche : le mélange des 2 types de cristaux de carbamazepine. Au milieu, une photo de la dispersion des cristaux sous MagLev, et à droite, les deux cristaux séparés. (source)

D’après les auteurs, il s’agit d’une méthode qui est loin d’être un gadget : rapide (de quelques secondes à quelques minutes) efficace (la différence de densité entre les cristaux peut être très faible), et automatisée.

Mais moi, c’est vrai, quand j’entends parler des cristaux qui volent, je pense encore avant tout à ça (Laputa, le château dans le ciel, H. Miyazaki) :

Un cristal géant de pierre volante… Dans le film de Miyazaki

« Using Magnetic Levitation to Separate Mixtures of Crystal Polymorphs«  M.B.J. Atkinson et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 10208