Quartz

Le quartz est une espèce minérale du groupe des silicates, sous-groupe des tectosilicates composé de dioxyde de silicium de formule SiO 2, avec des traces de Al;Li;B;Fe;Mg;Ca;Ti;Rb;Na;OH.



Catégories :

Variété de quartz - Matériau piézoélectrique - Matériau - Tectosilicate - Polymorphisme

Définitions :

  • Minéral incolore, violet, jaune, brun, rose ou rouge, constitué de silicium et d'oxygène. (source : mcq)
Quartz
Catégorie IX : silicates
Quartz oisan.jpg

Quartz - Mine de La Gardette, Le Bourg-d'Oisans, Isère France (13x13cm)
Général
Formule brute SiO2
Numéro CAS 14808-60-7 (α)
99439-28-8 (β)
Identification
Masse formulaire 60, 07 g/mol
Couleur Incolore, blanc, gris, jaune, violet, rose, brun, noir, verdâtre, bleuâtre, rouge, vert
Classe cristalline et groupe d'espace Trigonale-trapézoëdrique
P 3121 ou P 3221 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 [10\bar{1}1], [01\bar{1}1], [10\bar{1}0]
Habitus prisme hexagonal terminé par deux rhomboèdres (quartz α) ou par une bipyramide hexagonale (quartz β)
Jumelage oui
Fracture conchoïdale
Échelle de Mohs 7
Éclat vitreux, blanc
Propriétés optiques
Indice de réfraction no = 1, 5442
ne = 1, 5533
Biréfringence Δ = 0, 0091 ; uniaxe positif
Pouvoir rotatoire 21.73°/mm [1]
à 20 °C ainsi qu'à 589nm
Dispersion 2vz ∼ 0-10°
Polychroïsme faible
Fluorescence ultraviolet en fonction des impuretés
Trait blanc
Transparence transparent à opaque
Autres propriétés
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 HF [2]
Caractères différentifs
Comportement chimique très stable, sauf dans
l'acide fluorhydrique ou
la soude particulièrement concentrée
Cœfficient de couplage électromécanique k=8, 5 %
Magnétisme aucun
Radioactivité aucune
Principales variétés
agate améthyste
aventurine calcédoine
citrine cornaline
onyx

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 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 premier et deuxième 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).

Étymologie

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

Le terme quartz au Moyen Âge s'appliquait à l'ensemble des cristaux. C'est Georgius Agricola, qui a restreint le terme aux cristaux de roche.

Propriétés physiques

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 normale.

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 à peu près dix fois plus petits que leur distance inter-atomique — avec une augmentation de volume de l'ordre de 8, 29 % Au contraire de la phase α, la phase β n'est que particulièrement 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.

Propriétés optiques

Le quartz peut présenter une fluorescence suivant les impuretés qui le compose. Il peut aussi présenter les phénomènes de triboluminescence de luminescence. [3]

Cristallographie

 Quartz gauche(Fig@ et droit(FigP
Quartz gauche (Fig. 4) et droit (Fig. 5)

C'est en 1907 que le cristallographe allemande Otto Muegge (Mügge) a montré les différences qui existaient entre le quartz alpha et le quartz Beta.

La structure cristalline est hexagonale à haute température (quartz β (Quartz Beta). groupe d'espace P 6421 ou P 6221), trigonale à basse température (quartz α groupe d'espace P 3121 ou P 3221). 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.

Problème de classification

Synonymie

  • Alpha-Quartz, Quartz-Alpha, Quartz α
  • azetulite; azeztulite
  • conite (Mac Culloch) [5]
  • dragonite [6]
  • konilite (variante de conite) [7]
  • lodolite (quartz à inclusion du Minas Gerais)

Variétés

  • l'améthyste
  • l'amétrine
  • la citrine
  • le quartz ferrugineux
  • le quartz fumé ou morion
  • le quartz hématoïde
  • le quartz prase
  • le quartz rose
  • calcédoine (silex, agate, onyx, cornaline, jaspe (mélange de quartz et de calcédoine), héliotrope (jaspe vert à taches rouges) ).

Gisements

Actuellement, le quartz naturel, qui se trouve partout dans le monde (les principaux gisements se trouvent au Brésil) n'est plus guère exploité que pour servir de germe dans le processus de fabrication de quartz synthétique, cette synthèse étant industrialisée depuis la fin de la Deuxième Guerre mondiale.

Dans le nord ouest du Québec le quartz est un des principaux indices de la présence de l'or dans sa masse. Sa couleur se présente en particulier sous un blanc laiteux ou gris pale.

Galerie minéralogie

Galerie gemmologie


Quartz synthétique

La cristallogenèse se fait par procédé hydrothermal, reproduisant les conditions naturelles qui ont fait naître les cristaux de roche. Dans un cylindre rempli d'eau on dispose un fin cristal de quartz naturel sur lequel le cristal artificiel va croître (germe) et de la silice sous une forme aisément soluble. La totalité est soumis à une forte pression (80 MPa) et porté à haute température (400 °C) de telle manière que la partie supérieure soit un peu moins chaude. Il se forme dans la partie basse une solution saturée en silice. Elle est entrainée par convection vers le haut du cylindre, où elle devient sursaturée. La silice se précipite alors sous forme de quartz au contact du germe. C'est un processus particulièrement lent, plusieurs semaines peuvent être nécessaires pour obtenir un cristal de 0, 5 à 1 Kg. La production annuelle mondiale était à peu près 300 tonnes en 1980[8].

 Mono cristal quartz artificiel fabriqué par méthode hydrothermale. (19 x 2?cm )
Mono cristal quartz artificiel fabriqué par méthode hydrothermale. (19.2 x 2.8 cm)

Macles

Le quartz se présente fréquemment maclé. La plupart de macles du quartz est connu : principales sont résumées dans le tableau suivant.

   Macle de la Gardette - Vizille Isère France (5,2x5cm)
Macle de la Gardette - Vizille Isère France (5, 2x5cm)
Nom Élément de macle indice obliquité angle entre les axes c
Dauphiné ou Suisse [001] (π) 1
Brésil (11\bar{2}0) ou \bar{1} 1
Leydolt ou Liebisch
(macle combinée Dauphiné – Brésil)
(0001) 1
Macle à angle droit
(synthétique)
[210] (π/2) 2 5º27' 90º
Japon ou de la Gardette (α)
/ Verespatak (β)
(11\bar{2}2) 2 5º27' 84º34'
Esterel (10\bar{1}1) 3 5º48' 76º26'
Sella (α) / Sardaigne (β) (10\bar{1}2) 3 5º48' 115º50'
Belowda Beacon (30\bar{3}2) 4 4º43' 55º24'
Breithaupt (11\bar{2}1) 5 4º22' 48º54'
Wheal Coates (21\bar{3}1) 6 2º55' 33º08'
Cornouailles (20\bar{2}1) 7 1º25' 42º58'
Pierre-Levée (21\bar{3}3) 7 6º32' 83º30'
Zinnwald --- --- --- macle monopériodique

Utilisation

Dans la nature, le quartz se présente rarement sous la forme de monocristaux de qualité suffisante pour l'industrie, qui utilise ses propriétés piézoélectriques (présence de macles). Les cristaux peuvent aussi comporter des inclusions, liquides, gazeuses — quartz aérohydres — ou solides, par exemple d'amphibole, d'hornblende ou de rutile. Domaines d'applications du quartz :

Composant électronique

Article détaillé : Quartz (électronique) .

Les propriétés piézoélectriques du quartz en font un élément inévitable des horloges modernes (voir fréquence propre)  ; le quartz forme un excellent résonateur, son facteur de qualité à vide dépassant fréquemment les 500 000. Il est utilisé soit dans les oscillateurs à grande stabilité (références de temps secondaires), soit dans les filtres de haute qualité — par exemple, en BLU (Bande latérale unique).

Il existe plusieurs coupes de quartz possédant différentes propriétés : la plus commune est la coupe AT, qui présente une bonne stabilité en température (les coupes AT sont spécifiées le plus souvent pour que le point d'inflexion de la courbe ν = f (T) se trouve à 25 °C)  ; la coupe BT permet des fréquences de résonance assez basses (< 1 MHz) ; la coupe SC possède le meilleur facteur de qualité Q et donne donc les oscillateurs les moins bruyants.

Les quartz sont utilisés soit en mode essentiel (en dessous d'environ 30 MHz), soit en mode harmonique (overtone : jusqu'à à peu près 150 MHz), ce qui leur donne un facteur de qualité plus important, mais pose un problème de démarrage des oscillateurs.

Production de feu

Dans la mesure où il est particulièrement commun et dur, le quartz peut être employé, tout comme le silex, pour démarrer un feu : l'étincelle produite par la percussion d'une lame en acier, permet d'enflammer un matériau combustible tel l'amadou.

Article détaillé : Techniques de production de feu.

Notes et références

  1. [1]
  2. (en) Metals handbook, vol.  10 : Materials characterization, ASM International, 1986, 1310 p. (ISBN 0-87170-007-7) , p.  344 
  3. Acta Crystallographica, B32, 2456 (1976)
  4. Massimo Nespolo, «Une transition de phase «géographique» : l'étrange cas du quartz». Consulté le 10 octobre 2008
  5. The American journal of science and arts, Volume 2 P. 354 1820
  6. Dictionnaire classique d'histoire naturelle Par Jean Victor Audouin P. 613 1824
  7. Elements of mineralogy : adapted to the use of seminaries and private students Par John Lee Comstock P. 308 1827
  8. (en) Arnold Frederick Holleman, Nils Wiberg et Egon Wiberg, Inorganic chemistry, Academic Press, 2001, 1884 p. (ISBN 9780123526519) [présentation en ligne], chap.  2.4 («Oxydes of silicon»), p.  855 

Liens externes

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 09/12/2010.
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