13 janvier 1953 – Paul Niggli, minéralogiste suisse (structures cristallines)

Minéralogiste suisse qui a développé un ensemble de notations désignant les différents groupes spatiaux décrivant l’arrangement interne à l’intérieur des cristaux.Biographie Paul Niggli (26 Jun 1888 – 13 Jan 1953)Paul Niggli était un minéralogiste suisse à l’origine de l’idée d’une déduction systématique des motifs de la structure interne des cristaux au moyen de données de rayons X. Il a fourni un aperçu complet des méthodes qui ont depuis été utilisées pour déterminer ces modèles. Il existe 230 modèles internes différents possibles pour différents cristaux. Étant donné que les motifs décrivent un arrangement tridimensionnel, ils sont appelés groupes spatiaux. Niggli a également développé une notation décrivant les groupes spatiaux individuels et a co-écrit un ensemble définitif de tableaux les décrivant. Niggli a été le troisième scientifique à diriger des recherches à l’Institut für Mineralogie und Petrographie de Zurich, en Suisse, en 1920. C’est là qu’en 1856, la recherche cristallographique a commencé à Zurich avec A. Kenngott, qui a décrit les cristaux de minéraux alpins avec les méthodes classiques de la cristallographie morphologique. Ces efforts ont été suivis par U. Grubenmann, qui s’est concentré sur le domaine de la pétrographie.Ailleurs, de nouveaux outils pour la cristallographie moderne ont été découverts : la diffraction des rayons X par Max von Laue (1912) suivie et adoptée par les deux Bragg (fils et père) pour l’analyse de la structure cristalline. Pendant ce temps, Niggli a publié l’ouvrage de référence en cristallographie structurale, Geometrische Kristallographie des Diskontinuums, et a fait de l’Institut un chef de file dans le domaine. En 1929, après une réunion de la Faraday Society à Londres sur la structure cristalline et la constitution chimique, Sir William Bragg convoqua une réunion pour améliorer la communication entre les cristallographes internationaux. Par la suite, des comités ont été mis en place pour étudier un schéma de résumé coordonné, la préparation de tableaux de groupes spatiaux normalisés et la normalisation de la nomenclature cristallographique.L’année suivante, Paul Niggli a organisé une réunion du comité des tables de 12 jours à l’Institut. Cela a conduit à la publication, en 1935, des Tables internationales pour la détermination des structures cristallines auxquelles Niggli a contribué et a été co-auteur. Ainsi, la nomenclature des 230 groupes spatiaux a été normalisée avec l’utilisation d’une notation telle que I 213 remplaçant le symbole moins informatif T 5. Pendant ce temps, les recherches de Niggli ont également progressé dans la chimie des cristaux et l’application de la théorie de la représentation des groupes à la physique des cristaux. Il a partagé ses activités scientifiques et d’enseignement entre la pétrographie, la minéralogie et la cristallographie, et a été exceptionnellement actif dans chacun avec trois domaines principaux égaux. La médaille Roebling a été décernée à Niggli en 1947. Il s’agit de la plus haute distinction de la Mineralogical Society of America pour l’éminence scientifique, représentée principalement par la publication scientifique de recherches originales exceptionnelles en minéralogie. Niggli a pris sa retraite en 1959, laissant la direction à F. Laves, lorsque l’institut a été réorganisé en Institut für Kristallographie und Petrographie. L’Union internationale de cristallographie a un article illustrant la symétrie et son application dans les tables internationales de cristallographie aux rayons X.Paul Niggli (1888-1953)

Un grand minéralogiste suisse faisant le lien entre les sciences de la terre, la chimie et la physique

Paul Niggli est né le 26 juin 1888 et décédé le 13 janvier 1953. Sa formation a commencé à Zofingen et Aarau, avant de reprendre ses études à l’ETH Zurich en 1907, qu’il a achevées avec succès en 1911. Ses professeurs étaient à l’époque pas moins qu’Albert Einstein, Pierre Weiss et plusieurs autres grands scientifiques. Après un bref séjour à l’Institut de chimie physique de Karlsruhe, il obtient un doctorat à l’Université de Zurich. Insolite pour son époque, il a encore ouvert son horizon scientifique avec des études de recherche postdoctorales à l’étranger, au Laboratoire de géophysique du Carnegie Institute de Washington. Après son retour en Suisse, il a soumis son habilitation à l’ETH Zurich en 1913 et a obtenu son venia legendi également à l’Université de Zurich peu de temps après.  En 1920, alors qu’il n’avait que 32 ans, il fut élu comme successeur du professeur Ulrich Grubenmann, pour diriger l’Institut de minéralogie et de cristallographie de Zürich, dans le nouveau bâtiment « Naturwissenschaften Ost » sur la Clausiusstrasse. Il a occupé cette chaire conjointe à l’ETH Zurich et à l’Université de Zurich pendant 32 ans jusqu’à sa mort en 1953, malgré les offres alléchantes des universités les plus importantes d’Allemagne. Il a été membre fondateur du Fonds national suisse de la recherche scientifique et, de 1928 à 1931, il a occupé le siège de recteur de l’ETH Zurich.Niggli était un cristallographe et minéralogiste, mais aussi un large penseur dans toutes les disciplines des sciences de la terre. Partant de la géologie de terrain, il a travaillé en minéralogie, pétrologie, géochimie, systématique de la structure cristalline et morphologie cristalline, en reliant ces domaines à la chimie et à la physique quantitatives. Il a également appliqué ses intérêts dans la recherche sur les matériaux terrestres à des applications pratiques, notamment la géologie des ressources minérales, le comportement de la neige et des avalanches et l’origine de la silicose. Dans tous ces domaines, il a publié des articles spécialisés, en plus d’écrire plusieurs manuels faisant autorité. Il a introduit le concept de calcul de la norme géochimique, les « valeurs niggli » éponymes, qui sont devenues utilisées dans le monde entier pour classer les compositions de roches ignées. Outre ses recherches et ses enseignements universitaires.En 1948, Paus Niggli a reçu la médaille Roebling de la Mineralogical Society of America, le premier Européen à obtenir cette plus haute distinction internationale dans les sciences minéralogiques. En guise de reconnaissance supplémentaire, Dorsum Niggli on the Moon porte son nom.

Paul Niggli et la cristallographie aux rayons X

Le 13 janvier marque le décès de Paul Niggli. Niggli était un minéralogiste suisse qui a été un pionnier de la cristallographie aux rayons X. Niggli a développé le système mathématique des groupes spatiaux qui a défini 230 arrangements d’atomes 3D différents basés sur des modèles de diffraction des rayons X. La cristallographie aux rayons X fonctionne en faisant briller le rayonnement X à travers une structure cristalline. Les ondes de rayons X interagissent avec les espaces entre les atomes individuels et créent des modèles d’interférence distincts. Ce modèle peut donner des informations sur la position des atomes dans un cristal, la largeur des liaisons atomiques entre eux et même la taille des atomes eux-mêmes. Tout ce qui est vraiment nécessaire est un échantillon pur qui peut être cristallisé.  Les premiers calculs de cristallographie ont été effectués manuellement. Les modèles d’arrangement de Niggli ont rendu l’identification des structures dans les molécules beaucoup plus facile et plus rapide.

Histoire de la cristallographie en Suisse 

Introduction – La cristallographie est issue de l’étude de la forme des cristaux minéraux et de l’anisotropie de leurs propriétés physiques. Après la découverte de la diffraction des rayons X par Laue (1912), l’accent de la cristallographie s’est déplacé vers l’analyse de la structure ; les chimistes sont devenus les principaux utilisateurs des méthodes cristallographiques. Les instituts cristallographiques des universités ont d’abord été créés à Zurich, en 1949 à Berne, dans les années 1970 à Genève, Lausanne, Neuchâtel et Bâle. Au début, l’accent était mis en Suisse sur les méthodes et les principes généraux. En raison de la demande croissante des instituts de chimie et de biologie et des sciences des matériaux, l’attention s’est portée sur la détermination de structures toujours plus complexes, sur le désordre dans les cristaux et sur leurs propriétés dynamiques. Des laboratoires de cristallographie ont également été créés dans les instituts de chimie et de biologie structurale. L’analyse de la structure des macromolécules biologiques et leur application dans la conception de médicaments, bien que très réussies et d’une grande importance économique, ne seront évoquées que brièvement dans cet article.

En plus des rayons X, les neutrons sont devenus dans les années 1960 des sondes importantes pour étudier les cristaux. Les synchrotrons sont devenus une source de rayons X beaucoup plus polyvalente et brillante que les tubes à rayons X, en particulier lorsque des synchrotrons dédiés à la production de rayons X ont été construits dans les années 1980. Ces sources sont hors de portée des instituts universitaires, elles ont été mises à disposition à l’Institut Paul Scherrer (PSI) en Suisse et dans des centres nationaux et internationaux à l’étranger. Avec la disponibilité des sources, le développement des lignes de faisceaux correspondantes et de nouvelles applications s’est progressivement déplacé des universités vers les centres de rayonnement neutronique et synchrotronique. En conséquence, les professeurs titulaires de cristallographie qui ont pris leur retraite après 2000 n’ont pas été remplacés ou ont été remplacés à un niveau inférieur. D’autre part, les nominations conjointes au PSI et aux universités suisses,

La cristallographie recoupe de nombreuses sciences : minéralogie, physique et chimie du solide, biologie moléculaire, pharmacie et science des matériaux. La cristallographie est de plus en plus perçue comme fournissant des outils indispensables plutôt que comme une science à part entière au carrefour de ces disciplines.

Les débuts

La cristallographie s’est développée à partir de la minéralogie au ^17ème siècle, lorsque des régularités dans les formes des cristaux et des anisotropies de leurs propriétés physiques ont été découvertes. Le terme « Crystallographia » a en fait été introduit il y a 290 ans par le médecin et scientifique suisse MA Kappeler. Au ^19ème siècle, la classification mathématique des structures périodiques triples a été développée avec la dérivation des 7 systèmes cristallins, des 14 types de réseau, des 32 classes cristallines et des 230 types de groupes spatiaux.En 1855, l’Institut polytechnique (appelé ETH depuis 1911) a été créé à Zürich. La recherche cristallographique systématique a commencé en Suisse avec Gustav Adolf Kenngott, qui fut professeur de minéralogie à l’ETH à partir de 1856 et à l’Université de Zürich (UZ) de 1857 jusqu’à sa retraite en 1893. Les principales activités de son successeur Ulrich Grubenmann (1893-1920) étaient en pétrographie, où il a utilisé la microscopie à polarisation et les méthodes analytiques chimiques. Il a été remplacé par Paul Niggli (1920-1953). Tous trois étaient de fortes personnalités et ont servi l’EPF en tant que recteurs, Niggli est devenu également recteur de l’UZ.

Lorsque Max von Laue était « Privatdozent » à Munich sous Arnold Sommerfeld, il eut au début de 1912 l’idée que les rayons X pourraient montrer des effets d’interférence avec les cristaux. Paul Knipping et Walter Friedrich ont réalisé les expériences, montrant des taches d’interférence compatibles avec la symétrie cubique des cristaux de ZnS. L’explication de Laue de ces taches a prouvé les propriétés ondulatoires des rayons X et, simultanément, la symétrie des groupes spatiaux des cristaux, c’est-à-dire que les cristaux sont 3 fois périodiques. Laue n’était pas intéressé à déterminer la structure des cristaux. Cette entreprise a été lancée en Angleterre en 1913 par William Lawrence Bragg et son fils William Henry Bragg. Laue a reçu le prix Nobel de physique en 1914, le Braggs en 1915. Les cristallographes britanniques sont restés les leaders de la détermination de la structure jusque dans les années 1960.

La fertilisation croisée entre la cristallographie et les disciplines voisines est illustrée par le fait que Peter Debye est devenu en 1911 professeur de physique théorique à l’UZ, remplacé par Max von Laue en octobre 1912.

En 1915, Debye a développé à Göttingen avec son doctorant Paul Scherrer une méthode pour déterminer les distances entre les plans de réseau voisins à partir de la diffraction des rayons X par des poudres cristallines, connue sous le nom de méthode Debye-Scherrer. En 1920, l’EPF nomma Debye et Scherrer comme professeurs de physique et Paul Niggli, déjà mentionné, comme professeur de minéralogie et de pétrographie.

« L’école de cristallographie de Zürich » Niggli a apporté d’importantes contributions à la minéralogie et à la pétrographie, mais son intérêt principal était de montrer comment les considérations de symétrie peuvent être utilisées pour déterminer le groupe spatial et la structure des cristaux. En particulier, son livre « Geometrische Kristallographie des Diskontinuums », publié en 1919, est devenu le précurseur du volume « Space-group symmetry » des « International Tables of Crystallography » d’aujourd’hui et contenait déjà les concepts et les tables les plus importants pour la détermination de la structure . Niggli a collaboré avec des mathématiciens comme Georg Polya à l’ETH et Heinrich Heesch à l’UZ. L’utilisation de la symétrie et des méthodes mathématiques modernes pour la résolution de problèmes généraux en cristallographie est une caractéristique distinctive de la recherche de Niggli et de nombre de ses étudiants qui ont réussi, souvent appelés le  »
En 1932, Conrad Burri a été nommé professeur de minéralogie spéciale et de pétrographie, tandis que Niggli a continué à donner des conférences sur la structure cristalline, la physique cristalline et la chimie cristalline. Ces cours, appelés « minéralogie générale », étaient obligatoires pour les chimistes pendant leurs trois premiers semestres.
En collaboration avec l’EMPA, un équipement à rayons X a été installé. Depuis 1930, il était dirigé par Ernst Brandenberger, qui devint plus tard professeur de science des matériaux et d’essais, ainsi que directeur de l’EMPA.

Après la mort subite de Niggli à 64 ans, Fritz Laves, qui avait terminé sa thèse sous Niggli, lui succède de 1954 à 1976. Il est surtout connu pour ses travaux sur la structure cristalline des métaux et alliages, où il s’est surtout intéressé à principes structuraux généraux d’un point de vue cristallochimique, par exemple les ‘phases de Laves’, phases intermétalliques de composition AB. L' »Institut de cristallographie et de pétrographie » a été renforcé par la nomination de deux professeurs associés à l’UZ et à l’ETH, Alfred Niggli (élève de Paul Niggli) en 1960 pour la recherche sur la structure cristalline et Walter Max Meier en 1966 pour la cristallographie et la synthèse minérale. Niggli, mieux connu pour ses travaux en cristallographie mathématique, a été professeur titulaire de 1966 à sa mort en 1985. Meier a été professeur titulaire de 1973 à 1992 ; soutenu financièrement par Mobil Oil, lui et son groupe ont déterminé la structure de nombreuses zéolithes par diffraction de poudre. Les instituts de chimie ont créé leur propre groupe de cristallographie chimique, dirigé avec grand succès par Jack Dunitz de 1957 à 1990.

Berne

Zürich resta l’unique centre de la cristallographie jusqu’en 1949, lorsque Werner Nowacki [6], qui avait obtenu son doctorat auprès de Paul Niggli avec des travaux sur les partitions homogènes de l’espace en domaines d’influence, devint professeur à Berne. Il a fondé la Section de cristallographie et d’études structurales. Sentant que les intérêts des cristallographes n’étaient pas suffisamment représentés par la « Société Suisse de Minéralogie et de Pétrologie », il initie la « Société Suisse de Cristallographie » en 1968 et en devient le premier président.

Néanmoins, Nowacki a également été très productif en minéralogie en enquêtant sur les minéraux sulfosels trouvés dans le gisement de Lengenbach dans la vallée de Binn. Afin de déterminer la composition chimique de ces cristaux souvent très petits, il fonde le Laboratoire d’analyse par microsonde électronique en 1964. Lorsque Hans-Beat Bürgi succède à Nowacki en 1979, le Laboratoire de cristallographie chimique et minéralogique est créé. Les principaux intérêts de Bürgi sont la chimie structurale statique et dynamique, tandis que la recherche en cristallographie minéralogique a été poursuivie par Thomas Armbruster et la recherche en cristallographie mathématique par Peter Engel. Lorsque Bürgi a pris sa retraite en 2007 (et est devenu l’invité académique permanent de l’institut de chimie organique de l’UZ), le laboratoire a été scindé en un laboratoire de cristallographie minéralogique dirigé par Armbruster et un laboratoire de cristallographie chimique dirigé par Piero Macchi.

Cristallographie en Suisse romande

Hans Schmid a rejoint le Centre de recherche Battelle Genève en 1957, où il a travaillé sur la synthèse et les applications potentielles des ferroélectriques, ferromagnétiques et ferroélastiques pour l’affichage et le stockage de données. En 1964, il synthétise une variété de boracites, dans laquelle il découvre pour la première fois, en collaboration avec Edgar Ascher, l’occurrence simultanée et le couplage mutuel de la ferroélectricité, du ferromagnétisme et de la ferroélasticité dans la même phase. De 1977 à 1996, Schmid a été professeur de chimie appliquée à l’Université de Genève.

A Genève, une chaire de cristallographie est créée en 1970, dirigée par Erwin Parthé jusqu’à sa retraite en 1993. Ses principaux intérêts étaient les alliages et les intermétalliques. Il a développé une présentation standard des données de structure cristalline inorganique, qui aide à reconnaître des structures similaires. Les résultats ont été publiés dans une série de quatre volumes « TYPIX Standardized Data and Crystal Chemical Characterization of Inorganic Structure Types ».
Klaus Yvon a occupé une deuxième chaire de 1982 à 2009. Ses principaux intérêts étaient les nouveaux composés pour le stockage de l’énergie (hydrures métalliques) et la conversion de l’énergie.

Actuellement, Radovan Cerný est responsable de l’enseignement de la cristallographie et Céline Besnard dirige un service de détermination de structure.

Dieter Schwarzenbach a enseigné la cristallographie à l’Université de Lausanne d’abord comme chargé de cours, puis de 1973 à 2001 comme professeur. Il est expert dans la détermination des densités électroniques dans les cristaux. Gervais Chapuis l’a rejoint en 1975 et a été professeur titulaire de 1991 à 2009. Il a étudié les structures incommensurables par diffraction et dynamique moléculaire. Ils ont initié et mené un projet de construction d’une ligne de faisceaux à l’European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) à Grenoble. Cet effort a abouti aux lignes de faisceaux suisses-norvégiennes (SNBL), qui ont commencé à fonctionner en 1995. En 2003, l’Institut de cristallographie a été transféré de l’université à l’EPFL. Deux anciens membres de l’institut, Phil Pattison et Kurt Schenk, sont désormais rattachés au service de diffraction des rayons X de l’Institut des sciences et ingénierie chimiques (ISIC) de l’EPFL.

Helen Stoeckli-Evans a enseigné la cristallographie chimique à l’Université de Neuchâtel de 1972 à 2009, passant de maître de conférences à professeur. De 1997 à 2006, elle a été responsable du service de cristallographie des petites molécules BENEFRI des universités de Berne, Neuchâtel et Fribourg. Le service a été réorganisé en 2006 et est désormais géré conjointement par l’Institut de microtechnique de l’Université de Neuchâtel et le Centre suisse d’électronique et de microélectronique (CSEM) sous la responsabilité d’Antonia Neels, ancienne collaboratrice d’Helen Stoeckli.

A l’Université de Fribourg, le groupe de Katharina Fromm cultive des cristaux et détermine leur structure pour ses recherches en chimie de coordination des nano- et biomatériaux.

Médaille Paul Niggli

Médaille Paul Niggli 2022

Le Conseil d’administration de la Fondation Paul Niggli a décidé, dans sa séance du 2 juin 2022, d’attribuer la Médaille Paul Niggli pour l’année 2022 à Juliana Troch, en reconnaissance de ses recherches innovantes alliant travail de terrain, pétrologie expérimentale et modélisation pour comprendre l’évolution de fluides dans les systèmes magmatiques. La cérémonie de remise des prix a eu lieu lors de la réunion SGM 2022 à Lausanne. La citation du Prof. P. Ulmer et la réponse du Dr. Troch seront bientôt publiés dans la Revue suisse des géosciences.

La médaille Paul Niggli est la plus prestigieuse « récompense pour jeunes scientifiques » de Suisse dans le domaine des sciences de la Terre. Depuis le 100e anniversaire de Paul Niggli en 1988, il est décerné chaque année par la Fondation Paul Niggli, par l’intermédiaire d’un comité sous les auspices de la Société suisse de minéralogie et de pétrologie. La médaille Paul Niggli honore de jeunes géoscientifiques pour leurs réalisations exceptionnelles dans les domaines de la minéralogie, de la géochimie, de la pétrologie, de la géologie des ressources ou de la géophysique de la terre solide et dans les applications techniques de ces domaines. La médaille et un prix en espèces sont décernés chaque année lors de la session plénière du Swiss Geoscience Meeting.

La Fondation Paul Niggli

La Fondation Paul Niggli soutient et honore les jeunes ambassadeurs des géosciences suisses. De généreux legs des familles de Paul Niggli (1888-1953), Hedi Fritz – Niggli (1921-2005), Ernst Niggli (1917-2001) et Francis de Quervain (1902-1984) ont complété l’apport initial des industries suisses, qui ont établi la Fondation en 1943.

De nombreux lauréats de la médaille Paul Niggli sont devenus des leaders internationaux dans le monde universitaire ou industriel, y compris certains des membres actuels du conseil d’administration de la Fondation Paul Niggli. Les membres du Conseil sont nommés par l’industrie, les universités et la Société suisse de minéralogie et de pétrologie (SSMP), et comprennent actuellement : Marianne Niggli (MBN, Bade) Lukas Baumgartner (Université de Lausanne) Klaus Holliger (Uni Lausanne) Thomas Imbach (AWEL, Zurich) Rainer Kündig (NEROS, Berne) Daniela Rubatto (Université de Berne) Urs Schaltegger (Uni Genève)      Maria Schönbächler (ETH Zürich, présidente).   Les anciens présidents comprenaient Walter Oberholzer, Volkmar Trommsdorff, Thomas Armbruster et Christoph Heinrich.

Candidatures 

Depuis 1988, la médaille Paul Niggli est décernée chaque année, sur proposition de la communauté scientifique. Le conseil d’administration de la Fondation accepte les candidatures à tout moment et élit un médaillé lors de son assemblée annuelle au printemps.  Les lettres de nomination doivent être accompagnées d’un curriculum vitae, de la liste des publications du scientifique proposé et éventuellement de lettres de soutien supplémentaires, qui doivent être envoyées à. Selon les statuts actuels, les candidats éligibles sont âgés de moins de 35 ans ou ont obtenu leur doctorat au cours des 6 dernières années. Ils sont soit citoyens suisses, soit ont obtenu au moins deux de leurs diplômes universitaires dans le système universitaire suisse (BSc ou MSc et généralement leur doctorat). La cérémonie de remise des prix a généralement lieu lors de la session plénière du Swiss Geoscience Meeting annuel.

Paul Niggli (1888-1953)

Minéralogiste suisse à l’origine de l’idée d’une déduction systématique des motifs de la structure interne des cristaux au moyen de données de rayons X. Il a fourni un aperçu complet des méthodes qui ont depuis été utilisées pour déterminer ces modèles. Il existe 230 modèles internes différents possibles pour différents cristaux. Étant donné que les motifs décrivent un arrangement tridimensionnel, ils sont appelés groupes spatiaux. Niggli a également développé une notation décrivant les groupes spatiaux individuels et a co-écrit un ensemble définitif de tableaux les décrivant.

https://www.sps.ch/fr/artikel/geschichte-und-philosophie-der-physik/history-of-crystallography-in-switzerland-10

https://sciencenotes.org/today-science-history-january-13-paul-niggli/

https://todayinsci.com/N/Niggli_Paul/Niggli_Paul.htm

https://geolsoc.ch/en/awards/paul_niggli_medal

https://todayinsci.com/1/1_13.htm#death