Le quartz 7 novembre 2018 – Posted in: Fiches techniques gemmes

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LE QUARTZ

Le quartz est une espèce minérale du groupe des silicates, sous-groupe des tectosilicates, composé de dioxyde de silicium de formule SiO2 (silice), avec des traces de différents éléments tels que Al, Li, B, Fe, Mg, Ca, Ti, Rb, Na, OH.

Il se présente soit sous la forme de grands cristaux incolores, colorés ou fumés, soit sous la forme de cristaux microscopiques d’aspect translucide.

Constituant 12 % (en masse) de la lithosphère, le quartz est le minéral le plus commun (l’oxygène et le silicium sont respectivement les premiers et deuxièmes constituants, par ordre d’importance, de la lithosphère) ; c’est un composant important du granite, dont il remplit les espaces résiduels et des roches métamorphiques granitiques (gneiss, quartzite) et sédimentaires (sable, grès).

L’étymologie du mot quartz n’est pas évidente. La première hypothèse vient du mot « quaterz » ou « quaderz » qui jusqu’au XVIe siècle désigne les mauvais minerais. Une autre hypothèse est la contraction du mot allemand « gewärz » (excroissance, germe).

Le terme quartz au Moyen Âge s’appliquait à tous les cristaux. C’est Georgius Agricola qui a restreint le terme aux cristaux de roche.

C’est en 1907 que le cristallographe allemand Otto Muegge (Mügge) a montré les différences qui existaient entre le quartz α, qui est le polymorphe décrit ici, et le quartz β.

La structure cristalline est hexagonale à haute température (quartz β, groupe d’espace P6421 ou P6221), trigonale à basse température (quartz α, groupe d’espace P3121 ou P3221). L’enroulement des hélices de tétraèdres SiO4 peut se faire dans les deux sens, gauche ou droit, ce qui explique les deux groupes d’espace pour chacun des polymorphes, β et α.

Les paramètres de la maille conventionnelle du quartz α sont : a {\displaystyle a} a = 4,9133 Å, c {\displaystyle c} c = 5,4053 Å (Z = 3; V = 113,00 Å3), sa densité calculée est 2,65 g/cm3.

Bien que la structure cristalline du quartz alpha soit décrite dans la plupart des textes français de minéralogie comme étant « hexagonale, système rhomboédrique », Massimo Nespolo, professeur de minéralogie et cristallographie, affirme que cette classification serait erronée. Le quartz α en fait cristallisé dans le groupe d’espace P3121 (quartz gauche) ou P3221 (quartz droit), à réseau hexagonal, comme indiqué par le symbole « P ». Le système cristallin du quartz α est donc trigonal, car le quartz α contient un axe d’ordre trois comme élément de symétrie d’ordre le plus élevé. Le terme « rhomboédrique » s’applique au réseau, mais le réseau du quartz est toujours hexagonal. D’après cet auteur, il ne faut donc pas confondre la nomenclature du « système cristallin », d’où le terme rhomboédrique est absent, avec celle du « système réticulaire », d’où le terme trigonal est absent. Dans le système réticulaire, un cristal rhomboédrique correspondra à un cristal trigonal dans le système cristallin. Cependant, un cristal qui appartient au système cristallin trigonal, peut avoir un réseau soit rhomboédrique, soit hexagonal, d’où la possibilité d’appartenance aux deux systèmes réticulaires. L’article sur la structure cristalline présente une explication plus complète du problème.

Le quartz présente aussi la particularité d’être classé parmi les silicates et particulièrement dans les tectosilicates, si l’on suit la classification de Dana, mais il est également classé dans les oxydes (dioxyde de silicium) si l’on suit la classification de Strunz. Dans le présent article, il a été classé volontairement dans la classe des silicates alors que Wikipédia a choisi pour la minéralogie la classification de Strunz, la silice étant en effet l’archétype des silicates. Ceci montre la difficulté qui existe parfois à la mise en place d’une classification en sciences naturelles.

Très dur (7 sur l’échelle de Mohs), le quartz α cristallise au-dessous de 573 °C et le quartz β entre 573 °C et 870 °C à la pression atmosphérique au niveau de la mer.

À 573 °C, le quartz α (polymorphe de basse température) se transforme en quartz β (polymorphe de haute température). C’est une transformation displacive — les déplacements relatifs des atomes y sont environ dix fois plus petits que leur distance inter-atomique — avec une augmentation de volume de l’ordre de 0,829 %. Contrairement à la phase α, la phase β n’est que très peu piézoélectrique.

À températures supérieures le quartz se transforme en tridymite et puis en cristobalite. D’autres polymorphes se forment à pressions élevées : coésite et stishovite.


Général

  • Numéro CAS   14808-60-7 (α)
  • 99439-28-8 (β)
  • Classe de Strunz       4.DA.05
  • Classe de Dana     75.1.3.1
  • Formule chimique           SiO2
  • Identification
  • Masse formulaire2          60,0843 ± 0,0009 uma
  • O 53,26 %, Si 46,74 %,
  • Couleur                variée : incolore, blanc (le plus souvent), gris, jaune, violet, rose, brun, noir, verdâtre, bleuâtre, rouge, vert
  • Classe cristalline et groupe d’espace       trigonale-trapézoédrique, P3121 ou P3221 suivant le sens de l’enroulement des hélices de tétraèdres SiO4
  • Système cristallin             trigonal
  • Réseau de Bravais           hexagonal
  • Macle   cf. article
  • Clivage rarement observable sur [1011], [0111], [1010]
  • Cassure                conchoïdale
  • Habitus                prisme hexagonal terminé par deux rhomboèdres (quartz α) ou par une bipyramide hexagonale (quartz β)
  • Jumelage            oui
  • Échelle de Mohs               7 (moins pour les variétés impures)
  • Trait      blanc
  • Éclat      gras, vitreux, blanc

Propriétés optiques

  • Indice de réfraction        no = 1,5442
  • ne = 1,5533
  • Pléochroïsme    faible
  • Biréfringence    Δ = 0,0091 ; uniaxe positif
  • Pouvoir rotatoire             21,73°/mm3
  • à 20 °C et à 589 nm
  • Dispersion          2 vz ~ 0-10°
  • Fluorescence ultraviolet               en fonction des impuretés
  • Transparence    transparent à opaque

Propriétés chimiques

  • Densité                2,65 constante
  • Température de fusion 1650 (±75) °C
  • Fusibilité             ne fond pas mais crépite
  • point d’ébullition : 2 230 °C
  • Solubilité             soluble dans HF4
  • Comportement chimique            très stable, sauf dans
  • l’acide fluorhydrique ou
  • la soude très concentrée

Propriétés physiques

  • Coefficient de couplage électromécanique          k=10 %
  • Magnétisme      aucun
  • Radioactivité     aucune