Des étoiles blanches jaillissent d’un liquide transparent, se ramifient en quelques secondes et finissent par couvrir toute la surface. À première vue, on croirait assister à la formation accélérée de cristaux de glace. C’est précisément l’illusion créée dans Bellatrix, le film expérimental en 8K du vidéaste français Thomas Blanchard sur une musique de Sébastien Guérive.
Mais ces structures ne sont pas de la glace. Thomas Blanchard a utilisé une solution sursaturée d’acétate de sodium, capable de rester liquide après refroidissement puis de cristalliser brutalement à la moindre perturbation. Le phénomène est parfois surnommé « glace chaude » : le résultat ressemble à un amas gelé, alors que sa formation libère au contraire de la chaleur.
À retenir
- Les cristaux visibles dans Bellatrix ne sont pas des cristaux d’eau, mais de l’acétate de sodium.
- La solution est préparée à chaud puis refroidie jusqu’à devenir sursaturée et métastable.
- Une petite perturbation ou un germe cristallin peut déclencher une cristallisation extrêmement rapide.
- La cristallisation de l’acétate de sodium est exothermique : elle libère de la chaleur.
- Thomas Blanchard a filmé le phénomène en macro avec une caméra RED Helium 8K.
- Le réalisateur a depuis poursuivi ses expériences avec d’autres cristaux, notamment du phosphate de potassium.
Différentes formes de cristallisation de l’acétate de sodium dans des boîtes de Pétri, dont plusieurs structures rayonnant depuis un point de nucléation. Crédit photo Taki Jo (CC BY-SA 4.0).
Ces cristaux ne sont pas de la glace
L’aspect blanc, translucide et hérissé des formations explique facilement la confusion.
Thomas Blanchard lui-même présente Bellatrix comme un film consacré à la cristallisation d’« ice stars », des « étoiles de glace ». Mais lorsqu’il a détaillé son procédé, il a précisé avoir travaillé avec de l’acétate de sodium.
L’acétate de sodium est le sel de sodium de l’acide acétique. Sa formule chimique est CH₃COONa.
Il est notamment utilisé dans certaines chaufferettes réutilisables : celles que l’on déclenche en faisant claquer un petit disque métallique dans une poche transparente remplie de liquide.
Quelques secondes plus tard, le contenu devient blanc et solide tout en chauffant. C’est essentiellement le même phénomène que celui filmé dans Bellatrix.
Comment se forment ces cristaux qui ressemblent à de la glace ?
Tout repose sur une solution dite sursaturée.
Dans son expérience pour Bellatrix, Thomas Blanchard a indiqué avoir utilisé environ 120 grammes d’acétate de sodium pour 100 grammes d’eau. Le mélange est chauffé jusqu’à ce que le solide soit entièrement dissous.
Lorsque la solution refroidit, elle peut contenir davantage de substance dissoute qu’elle ne devrait normalement pouvoir en maintenir à cette température.
Elle se retrouve alors dans un état métastable.
En clair : tout semble calme, mais l’équilibre tient avec à peu près la sérénité d’une pile d’assiettes posée sur un ballon.
Une simple perturbation peut suffire.
L’introduction d’un minuscule cristal d’acétate de sodium, le contact avec une surface favorable ou parfois un choc déclenche la nucléation. Une première structure cristalline apparaît, puis sert de point de départ aux suivantes.
La croissance peut ensuite se propager extrêmement vite dans toute la solution.
C’est ce front de cristallisation qui crée dans la vidéo ces étoiles, aiguilles et ramifications semblant surgir spontanément du liquide.
Pourquoi parle-t-on de « glace chaude » ?
L’expression anglaise hot ice, ou « glace chaude », est souvent utilisée pour décrire cette expérience.
Elle est évidemment contradictoire seulement en apparence.
Un véritable cristal de glace est constitué de molécules d’eau organisées dans un réseau cristallin. Ceux de Bellatrix sont constitués d’acétate de sodium hydraté.
La différence la plus amusante arrive au moment où ils apparaissent : la cristallisation de l’acétate de sodium libère de la chaleur.
Dans les démonstrations universitaires utilisant de l’acétate de sodium trihydraté, la masse solide qui vient de se former devient ainsi sensiblement chaude au toucher.
C’est exactement le principe exploité dans les chaufferettes réutilisables.
À l’inverse, les véritables cristaux de neige se forment à partir de vapeur d’eau dans des conditions de température et d’humidité bien particulières. Leur physique est donc très différente. On peut notamment le constater avec le record du plus gros flocon de neige et celui du plus grand cristal individuel documenté.
À quoi ressemble réellement un cristal d’acétate de sodium ?
Hors du spectacle de cristallisation ultrarapide, un cristal isolé d’acétate de sodium trihydraté possède une apparence beaucoup plus classique.
Il est transparent ou blanchâtre et peut prendre une forme allongée.
Un cristal d’acétate de sodium trihydraté mesurant environ 1,7 cm de long. Crédit photo Henry Mühlfpordt (CC BY-SA 3.0).
À l’échelle microscopique, leur apparence peut encore changer complètement.
Sous lumière polarisée, l’interaction entre la structure cristalline et la lumière révèle des couleurs et des contrastes absents à l’œil nu.
Cristaux d’acétate de sodium observés au microscope sous lumière polarisée. Crédit photo Epop (domaine public).
Bellatrix, une expérience scientifique transformée en œuvre visuelle
Thomas Blanchard ne filme pas cette réaction comme une démonstration de laboratoire classique.
Pour Bellatrix, il place la cristallisation sur un fond noir et travaille en très gros plan.
Le réalisateur a utilisé une RED Helium capable de filmer en 8K, associée à un objectif macro Canon MP-E 65 mm f/2.8 1-5x et deux éclairages LED.
Ce matériel permet de remplir l’image avec quelques centimètres seulement de matière et de transformer la propagation des cristaux en paysages abstraits.
Les structures se développent tantôt comme des étoiles, tantôt comme des fougères blanches ou de minuscules explosions silencieuses.
La musique de Sébastien Guérive renforce cette impression. Le morceau Bellatrix combine une base électronique avec du piano et des cordes, à mi-chemin entre musique électronique et ambiance néoclassique.
Cette façon d’utiliser la macrophotographie scientifique comme matière artistique est assez caractéristique du travail de Thomas Blanchard. Il avait déjà exploré un autre univers miniature avec The Green Reapers, son time-lapse consacré aux plantes carnivores et à leurs proies.
Une cristallisation qui peut prendre quelques secondes… ou des centaines de milliers d’années
Tous les cristaux ne grandissent évidemment pas à cette vitesse.
Dans une solution d’acétate de sodium sursaturée, les conditions nécessaires sont déjà réunies. Une nucléation suffit à déclencher rapidement le passage vers l’état cristallin.
Dans la nature, la croissance peut être infiniment plus lente.
La spectaculaire grotte des cristaux géants de Naica au Mexique en offre un exemple presque opposé : ses cristaux de gypse atteignent plus de 11 mètres et se sont développés dans des conditions géologiques extrêmement stables sur des durées considérables.
Même mot, « cristal », mais pas vraiment la même patience.
Thomas Blanchard a continué à faire pousser des cristaux
Bellatrix n’a pas marqué la fin de ses expériences.
Thomas Blanchard a ensuite travaillé avec du phosphate de potassium pour son projet CRYSTALS.
Cette fois, il ne s’agit plus d’une réaction fulgurante enregistrée en vidéo, mais de croissance cristalline beaucoup plus lente documentée en time-lapse.
Pour ce projet, le réalisateur indique avoir travaillé pendant sept mois et réalisé près de 150 000 photographies, à raison d’une image par minute.
Les cristaux ont été cultivés dans des boîtes de Pétri mais aussi sur différents papiers et matériaux absorbants, produisant des structures évoquant tantôt des dendrites, tantôt de minuscules paysages végétaux.
Derrière les images très abstraites de Thomas Blanchard se cache donc un principe assez constant : laisser la matière fabriquer elle-même les formes, puis utiliser la macro et le temps pour révéler ce que l’œil ne verrait normalement jamais.
Alors, glace ou pas glace ?
Pas de glace.
Les formations de Bellatrix sont de véritables cristaux, mais elles résultent de la cristallisation d’une solution sursaturée d’acétate de sodium.
Leur ressemblance avec des cristaux de glace explique le surnom et l’effet visuel, mais leur chimie et leur comportement sont différents.
Et c’est finalement ce qui rend l’expérience plus intéressante : l’image donne immédiatement une impression familière, puis la physique raconte exactement le contraire.
Sources pour aller plus loin
- Thomas Blanchard – Bellatrix, Sébastien Guérive 8K
- Thomas Blanchard – Bellatrix sur Vimeo
- University of Washington – Supersaturation of Sodium Acetate
- Rutgers University – Crystallization from a Supersaturated Solution
- PetaPixel – technique de tournage et préparation de Bellatrix
- Thomas Blanchard – CRYSTALS, cristallisations de phosphate de potassium