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Lacroissancedesminéraux

Par leurs couleurs, leurs formes et leur beauté intrinsèque, les minéraux suscitent intérêt etfascination. Comment se forment-ils ? Pourquoi les flocons de neige ont-ils un aspect particulier ?Quellessont lesméthodesdecristallisationartificielle?Voustrouverez lesréponsesàcesquestionsdanscedossier.

Page1/7-LacroissancedesminérauxTopaze,diamant,quartz…Lesminérauxsontpartoutdans lesobjetsduquotidien,de labijouterieàl’électronique.Maisavantd’êtreutiliséspar l’Homme, ilsont subides conditionsde températureetdepressionparticulières.Lesminérauxontainsichacununeorigineparticulière,quelesscientifiquesreconstituentparl’étudedeleurscaractéristiques:couleur,clivage,etc.

Lesminérauxgrandissentetsedéveloppentsilesconditionssontbonnesetletempssuffisant.Onenadespreuvesincontestables, que l'on peut trouver dans les minéraux eux-mêmes. Ces preuves sont même si explicites qu'ellespermettentderetracerl'histoiredelaformationd'uncristal,danscertainscas,etmême,parfois,l'histoiredelarochedanslaquellecesminérauxsontincorporés.

Agardite,croissanceenaiguilles.©Webmineral

Nous aborderons ici les concepts de base de la croissance des minéraux. Nous reviendrons sur certaines de leurscaractéristiques,commelesdéfauts,lesimperfectionsexternesouencorelesdifférentessortesd’inclusionexistantes.

08/03/2007-ParClaireKönig,EnseignanteSciencesNaturelles



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Deslignesdecroissancedansunephosphosidérite.©DR

Enfin,nousverronsquelquesexemplesderochesquiontétésoumisesàdesconditionstellesqu’ellesn’ontpaspucristalliser.Bonnelecture.

Page2/7-Lacroissanceducristal

1-ConditionsdecroissanceCettecroissancesefaitparaccrétion,ensuivantlamailleélémentaireducristalàpartirdugermedecroissance qui peut être une impureté ou un minuscule cristalde la même espèce qui ne mesure quequelquesAngströms(1Å=10-10m),composéd'aumoins200atomesetquipossèdeenluiuneformesimilaireàcelledufuturcristal,ouencoreàpartird'unemincetranchedecristalsuspendueàuncrochetdanslecasdessynthèses.

Mailleélémentairedecristal



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Lacroissanced'uncristalsefaitselondesloisprécisesàpartirdelasolutionmèredontlesolvantestdel'eau,etdansdesconditionsdepressionetdetempératurespécifiques.Sionutilise,danslecasdessynthèsesartificiellesun autre solvant que l'eau, on parlera de croissance de flux pour le cristal fabriqué. Le flux est doncn'importe quel autre liquide que l'eau utilisé pour la fabrication d'un cristal, par opposition à laformationhydrothermaleclassiqueduminéral.

Schémadecroissanced'uncristal-Haüy

A-Rappeldequelquesloisdelacristallographie:

LoidelaconstancedesanglesdeSténonetRomédeLisle:

« Dans une même espèce cristalline, l'angle dièdre de faces correspondantes est constant. » De cette façon, unmonocristal croissant formera toujours un polyèdre convexe limité par des faces planes, c'est à dire que dans desconditionsoptimales,ilneseformerajamaisaucuneformearrondiedansuncristal,demêmequelesfacesducristalsontparallèles2à2aveccellesducristaloriginel.

Loidestratificationmultipled'Haüy:

« Un cristal d'une même espèce est constitué, quel que soit son faciès, par la juxtaposition de parallélépipèdesélémentaires,tousidentiquesentreeuxetcaractéristiquesdel'espèce.»



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Bamfordite,croissancedescristauxlesunssuretdanslesautres©Webmineral

LoideCurie:

« Un corps tend à prendre la forme qui présente une énergie superficielle minimum compatible avec les forcesd'orientation.Ceminimumd'énergiepotentielledesurface introduitcommesolutionpourunvolumedonnécellequifournitlasurfaceminimumcompatibleaveclesliaisons.»Ceprincipedeminimisationdel'énergiepourtendrevers une position d'équilibre est universel. Il est également applicable à la situation des atomes, ions etmoléculesauseinmêmeducristal,enparticulierpourl'énergieréticulairedecohésionducristal.

Alire:Cristallographie:chimiedelacalcite

Quandontrouveuncristalbrut,mettonsundiamant!onpeutvoiràsasurfacedescouchessuperposéesetdeplusenpluspetitesensuperficiequitraduisentlacroissanceducristal.



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Striesdecroissanced'uncristal

Ceci peut aussi indiquer que lecristal a partiellement refondu puisque le processus de fonte va se faireexactementàl'inversedeceluidelacroissanceetensuivantlesmêmescontraintesgéométriques.Ilarrivequel'onpuissevoircescouchesàl'intérieurd'uncristal.

B-Laneige…uncasparticulier.Lanaissanced'unflocondeneigedépendde:lavapeurd'eau,latempératureet…lapoussière.Lavapeurd'eaudoitêtresuffisammentdensepourqu'elles'ycondenseà lapremièreoccasion,sousformedeglace,si températureestinférieureà0°C.Lasaturationdépenddelatempérature:elleestatteintepourcinqg/m3à0degréet1g/m3à–18°C.Quandl'atmosphèreesttrèspropre,lesgermessontrares.Ladensitédevapeurd'eaupeutdépasser4foislavaleurdesaturationsansquelamoindreglaceneseforme.

Àuncertainniveaudesursaturation,toutefois,leschocsentremoléculesd'eaufinissentparcréerdesagrégats assez volumineux. Dans les nuages de neige, la croissance de la glace s'amorce à la surface depoussières.Cespoussièressont,parexemple,demicaoud'argileoudesel,excellentsgermesdecroissance,carleursurface est faite d'atomesd'oxygènearrangés suivant une structure prochede celle de la glace.Des particules de1/100edemmsecouvrentdeglacedèsquelasaturationestatteinte.Enrevanche,lespoussièressubmicrométriquesquel'ontrouveau-dessusde4000mètresd'altitudesneserventdegermesquesil'atmosphèreestsursaturée.Silerapportsurface/volumeestassezgrand, lacroissanceestpossible.Les impuretéspermettentd'atteindrecettetaillecritique.



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Cristaldeneige

Pourlaglace,ilseformeautourdesgermesdescristauxprismatiqueshexagonaux.Lescristauxpluscompliquéssont issusdel'évolutiondecescristauxsimples,d'oùunesymétriehexagonale.Lesanglesducristaldedépartdonnentnaissanceàdesbranches.Laformationdecristauxdendritiquesestalorsfavorisée.Lecristalinitialdeglaceestdeformevaguementsphériquemêmesisasurfaceesttrèsirrégulièreàl'échellemoléculaire.Lacroissanceréduittrèsrapidementcetterugosité,lesmoléculesd'eausefixantpréférentiellementlàoùellespeuventétablirleplusde liaisons avec leurs semblables, donc dans les creux.Petit à petit, la croissance engendre des planscristallins.Lecristalestunprismehexagonal,dontlesfacessupérieureetinférieuresontdeshexagones(anglesde120et60degrés)et lesfacesdesrectangles.Dans l'étapesuivante lanaturede lasurfacede laglace joueunrôledominant.

Les molécules de surface forment une couche, quasi liquide qui n'existe pas quand il fait très froid.Puisque lasurface du cristal est quasi liquide, les molécules qui s'y déposent, peuvent s'y déplacer ensuitejusqu'à l'endroit le plus favorable (un creux!) avant de se fixer. Selon la température, ce processus dediffusionestplusoumoinslent,cequiaffectelaformepriseparleflocon.Ainsi,selonlesconditionsatmosphériques,lesflocons,jusque-làtousjumeaux,adoptentunemultitudedeformes.

Troismodesdecroissancedominent.Lesdeuxpremierssontcommandésparlatempérature:selonlavaleurdecelle-ci,cesontsoitlesfaceshexagonales,soitlesfacetteslatérales,qui«poussent»leplusvite.Entre–10°Cet–5°C,lesbaseshexagonalessedéveloppentplus:à–6°Cparexemple,cettevitessedecroissanceestledoubledecellesdesfacettes latéraleset lefloconaalors l'aspectd'unecolonne.Auxtempératuressupérieuresà–5°Couinférieuresà–10°Cenrevanche,lesfacettescroissentplusrapidementquelesfaceshexagonales:ellespoussentparexemplede0,5millièmedemillimètreparsecondeà–13°C,soitquatrefoisplusquenelefontlesbases.Unflocondeneigequiresteàcettetempératurependanttoutesacroissanceprendlaformed'uneplaquettehexagonale.



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Le troisièmemodede croissance est commandépar la concentration en eaude l'atmosphère où seforme le flocon. Plus la sursaturation est importante et plus le cristal croît vite. Lorsque la vitesse de croissancedevienttropgrandeouquandlecristalestdevenugrand,lesmoléculesd'eauquisedéposentn'ontguèreletempsdemigreràlasurfacecristallineavantdesefixer.Ilenestdemêmeàtrèsbassetempératurelorsquelacouchequasiliquide est absente.Les molécules d'eau se fixent près de l'endroit où elles ont rencontré la surfacecristalline : les arêtes et plus les arêtes croissent, plus elles font saillie, et plus leur croissances'accélère.C'estparcemécanismequeseformentlesfloconsenformed'étoilesàsixbranches.

Le même mécanisme fonctionne aussi de façon plus compliquée. Ainsi, il arrive que les branches à leur tour sedentellent, se subdivisant en branches plus petites, qui elles-mêmes se divisent… L'origine de cette magnifiqueramificationetdesarégularitéaétéexpliquéeen1964parlesAméricainsMullinsetSekerka,quis'intéressaientauxnombreuses structures ramifiéesobservéesenmétallurgie.Mullins et Sekerkaontmontréqu'une surfaceplanequicroît tropvite secouvredebossesséparéesparunedistanced'autantpluspetiteque lavitessedecroissanceestgrande.Danslecasduflocon,lasubdivisiondesbranchesd'unfloconn'intervientquesilavitessedecroissanceestassezgrandepourquelalongueurséparantdeuxnouvellesaiguilles(lesbosses)soitinférieureàlalongueurdesaiguillesdéjàconstituées.

Alire:L'eauest-elleencorebleue?

2-CroissanceartificielleUne petite expérience… La cristallisation du sulfate de cuivre. Un récipient transparent contenant unesolutiondesulfatedecuivreassezconcentrée(bouilliebordelaisedesjardiniers!).Onlaissel'eaus'évaporer,pendantplusieurssemainessinécessairesansbougerlerécipientetilrestera,danslefonddurécipient,debeauxcristauxdesulfatedecuivre!Lasolution(celledesulfate)étaitsaturée,etlorsquelesolvant(l'eau)acommencéàs'évaporer,lesulfates'estdéposédanslefonddubecher.Plusladuréedecristallisationestlongue,plusgrossontlescristaux.



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Croissanced'uncristaldesulfatedecuivre

3-PrincipauxprocédésartificielsindustrielsProcédéVerneuil:

onfait fondrede lapoudred'aluminesuruneamorcesituéedans lazonedecristallisation.Paradjonctiondediversoxydesdemétaux,onobtientdifférentescouleurs(Mn,Co,Cr,Cu,Fe,Ti).Ilexistedescorindonsdesynthèseétoilés.Cespierressonttellementbelles,qu'ellessontsuspectespourl'analyste.

Procédépartirage(Czochralski)

:uneamorcedecorindonnaturelesttrempéedans"unesoupe"chaufféeà±2440C°dansunfoureniridium.Typesdepierres:rubis,rubisétoilésainsiquedescorindonsorange.

Méthodepartirage

Procédéparfontezonale(Seïko)



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: Procédé sans creuset. Une poudre d'aluminium est fondue zonalement et lentement afin d'obtenir un cristallongitudinalunique.Rubisetcorindonsoranges.

Procédéanhydre(procédéfusionliquide-méthodeflux)

: laplupartdescorindonssynthétiquessontproduitparcetypedeprocédé.Dansuncreusetàparoisdeplatine,onmélangede lapoudred'oxyded'aluminiumpureavecdesoxydesmétalliques (=colorants)entre900C°et1400C°pendantuntempsassezlong.Lerefroidissementsefaisantlentement(±2C°parheure)descristauxseformentenconglomérat. Un système complexe de variation de température est appliqué en vue de permettre l'obtention decristauxplusimportants.

4-Larechercheetl'industrieLesmatériauxmonocristallinsmassifssontutilisésdansdenombreuxdispositifs industrielsenélectronique,enoptiqueet enoptoélectronique. Lamaîtrisedesoutils et des conditionsde croissance cristalline s'avèreprimordialepour l'obtention decristaux de grande pureté et de haute qualité cristalline répondant aux critèresrecherchés.

Secteurs d'activité : Chimie, Pharmacie, Commerce, Electronique, Robotique…, par exemple : scintillateur,piezoélectrique, laser, semi-conducteur, scintillateurs pour la détection de rayonnements, monochromateurs, visionnocturne,etc.

A-LefilmdediamantsCVD…Unetechnologied'avant-garde.

LeLaboratoiredeScienceetGéniedesSurfacesestuneUnitéMixtedeRechercheassociéeauC.N.R.S.(U.M.R.7570).Ilestsituédansuneécoled'ingénieurs(EcoledesMinesdeNancy)etdansunenvironnementd'Ecolesd'ingénieursdel'InstitutNationalPolytechniquedeLorraine.http://www.mines.inpl-nancy.fr/wwwlsgs/diamant/Remerciementsàcelaboratoirepourautorisationd'utilisersesimagesetsacollaborationdanscedossier.

Les propriétés exceptionnelles du diamant incitent à des applications potentielles en tant que céramique. Leurdéveloppement dans le domaine de la mécanique, limité par le coût du diamant naturel, a pu se faire grâce àl'élaborationdudiamantdansdesconditionsdestabilitéthermodynamique(hautestempératuresethautespressions).Les limites de ce procédé, la faible taille des cristaux, l'impossibilité d'obtenir des films, n'ont pas permis ledéveloppementd'applicationsthermiques,optiquesetélectroniques.

La possibilité de synthétiser du diamant dans des conditionsmétastables à partir de 1960, a relancé l'intérêt pourl'élaborationdudiamant,etenparticulier la formationdefilms.Cestechniquesutilisent ledépôtchimiqueenphasevapeur(techniquesCVD).

Pour exploiter les propriétés du diamant telles que transparence optique, conductivité thermique, caractère semi-conducteurextrinsèque, l'obtentiondefilmspratiquementmonocristallinssursubstratsnon-diamant(silicium)estunobjectif majeur. Les dépôts sont élaborés sur du silicium monocristallin, puis caractérisés par microscopiesélectroniques,parspectrométrieRamanoupardiffractionX.



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Diamant

Lechoixd'élaborerdudiamantpardépôt chimiqueenphasevapeurassistéparplasmamicro-ondeestliéàlaformationd'unplasmafroidhautementénergétique.Leprocédéconsisteàplongerunéchantillondontlanatureetl'étatdesurfacesontcontrôlés,dansunedéchargeluminescenteconstituantunmilieu(horséquilibrethermodynamique) favorableà la formationde laphasediamant.Cettedéchargeestobtenueparexcitationmicro-onde d'un gaz plasmagène contenant le carbone nécessaire à la synthèse (gaz vecteur CH4), dilué dans del'hydrogène. Lorsque la surface du substrat est convenablement préparée et est soumise à la décharge à unetempératurecompriseentre600°Cet900°Cetsousunepressiondel'ordrede10à50hPa,laphasediamantgermesouslaformedepetitscristauxfacettés.Ceux-cicroissentpuisserejoignent(étapedecoalescence)pourformerunfilmcontinupolycristallin.Cefilmpeutensuites'épaissirsilasynthèsesepoursuit.



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Réacteur

Pour favoriser la germination et la croissance de cristaux de diamant aux dépens du graphite (phase stable), ladéchargemicro-ondedoitêtreparticulièrementréactiveetcontenirdesespècesactivestellesquedesradicauxlibres,desionsetdesélectronsénergétiques(latempératureéquivalentedecesélectronsatteint104K).Ilestimportantdecréer une décharge parfaitement homogène interagissant avec la totalité de la surface à revêtir.L'étude desconditionsdetempérature,depressionetdecompositiongazeusepermetlasynthèsedecristauxdebonnequalitéseprêtantàlaformationdefilmscontinus.Lamorphologiedecescristallites(variantducubeàl'octaèdreselonlesconditions)conditionneensuitelaqualitémicrostructuraledesfilmsavecenparticulierlaformationdetexturecristalline.



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Plasmafroid

Lacréationdedéfautsstructurauxestparticulièrement rédhibitoireà la réalisationdefilmsdiamantpotentiellementutilisablesdansdesapplicationsoptiquesouélectroniques.Lamaîtrisedelatexturedesfilms polycristallins permet deminimiser la formation de ces défauts en privilégiant la croissance du diamant seloncertainesdecesfacescristallinesmoinsenclinesàformercesdéfauts.

Filmdediamants

Uneétapesupplémentairedanslaqualitédesfilmsdiamantestl'élaborationdefilmshétéroépitaxiésoùlescristauxgermentenrelationd'orientationaveclesubstratdesilicium.Cesrelationsd'orientationentrelescristallitesetle substrat ne sont observées que lorsqu'un prétraitement particulier du silicium est réalisé in situ.Celui-ciconsisteàpolarisernégativementlesubstratparrapportàuneanodeplongéedansladéchargemicro-onde.Cette polarisation conduit à la formation d'une seconde décharge (appelée décharge diode) qui se superpose à la



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déchargemicro-onde.Lacomplexitéduprocessusdegerminationdudiamantsouspolarisation(prétraitementappeléBENpour Bias EnhancedNucleation) est liée à la présence simultanée de deux plasmas (micro-onde et diode) quiagissent sur la surface du silicium de façon concertée, est mal connue. Les études actuelles portent sur lacompréhension des mécanismes de germination et les interactions entre cristaux et substrat dans les premiersinstants de la synthèse sous l'effet du plasma diode de polarisation.La microscopie électronique à balayagehauterésolution (HR-MEB)permetunecaractérisationprécisedespremiersstadesde formationdescristaux de diamant en termes de taux de recouvrement, de densité de cristaux, de taillemoyennedesparticulesetdetauxd'épitaxie(pourcentagedecristauxenépitaxieaveclesilicium).Lacroissancedetelsrevêtementsconduitàlaformationdefilmshautementorientés(voirfigureci-dessus)oùladensitédedéfautsdiminuefortementetoùl'ons'approchedelasynthèsed'unfilmmonocristallindontlespropriétéstendentverscellesd'undiamantnaturel.

Page3/7-Lestracesdel'histoired'unminéral

Suruncristalonpeutvoirdesstriesdecroissance,c'estleplusfréquent.Envoiciquelquesexemples:

Calcite©JeunVenShih



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Chrysotile,lignesdecroissance

Réalgar,lignesdecroissance

Maisonpeutaussisavoirsiuncristalagrandiavantouaprèsunautre.C'estévident,parexemplequ'uncristalquisetrouvesurunautre,demêmeunqu'uncristalquipousseautourd'unautre,vientaprèsdansletemps.Ci-dessousunpyrochloreestenglobédansuncristalquis'estforméaprèslui…



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Pyrochloreenglobédansuncristal

Aiguillederutiletraversantuncristald'oxydedetitane(ME)



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Tourmalinedansunquartz

Autresmarquesdel'histoireducristal

Onpeutsavoirqu'uncristals'estforméaprèsunautres'il induitunedéformationdesoncontenantàcausedescontraintesexercéesparsacroissance.C'estlecasdanslemétamorphisme:onyvoitsouventuncristalentouréd'autresquionété«poussés»pourfairelaplace…cecipeutsevoiravecdescristauxd'andalousiteprésentdansdesschistesparexemple.Evidemmentlesdéformationsnesontpossiblesquesilesconditionsdetempératureetdepressionpermettentàlaroched'être,unpeu,plastique.

Métapéliteàgrenat(CoursdeM.Nicollet,Clermont-Ferrand)

Sicen'estpaslecasonverraalorsdesfracturesapparaîtredansleminéralinclusetpeut-êtreaussiautour de lui, fractures rendues nécessaires pour résoudre les contraintes qui n'ont pas pu serésorberparunedéformationplastique.Ces fracturesdans lecristalvontse faireselon lesplansde lamailleélémentaire en suivant une géométrie précise déterminée par la chimie du cristal lui-même. Il faut, en effet, desliaisonsmoinssolideschimiquementàcertainsendroitspourquelafracturesefasse.



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C'estlecasdelacoésiteetduquartz,voir,àcesujetledossier:"Aucoeurdelasilice...dusilexauwafer":http://www.futura-sciences.com/comprendre/d/dossier567-1.php

Lespropriétésdeclivagedescristaux.

Lastructureinterneparticulièreàchaquecristalpermetd'effectuerplusoumoinsfacilementleclivagec'estàdiredecasserplusoumoins facilement lecristalenquestion,seloncertainsplansdemoindre résistanceappelésplansdeclivage.

Depetitesfissuresapparentesàl'intérieurdelapierreindiquentsouventquellessontlespossibilitésdeclivage.Cesfissures qui déprécient les pierres précieuses sont souvent le résultat d'un choc. La qualité du clivagevarieselonlesminéraux.

Ondistingue:

Ardoised'Angers

•Lesclivagesexcellents(gypseouardoise).•Lesclivagesparfaits(calcite).•Lesbonsclivages(fluorine).•Lesclivagesmédiocres(grenat).



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Fluorine

Lelapidairedoitconnaîtreparfaitementcespossibilitésdeclivagequandildégrossitsespierres.

Latopaze,parexemple,nepossèdequ'unseulplandeclivage,alorsquelediamantenpossèdeplusieursetqueleclivage du quartz est impossible et le lapidaire doit impérativement bien connaître ses pierres. Pour certains grosdiamants par exemple, il peut passer plusieurs jours à l'étudier avant de se décider à le tailler : l'erreur n'est paspossibledanslataille.

Page4/7-Lesdéfautsetimperfectionsexternes

1-DéfautsetimperfectionsexternesA-Siuncristalse«colle»surunautredanslebainchauddeformationilpeutprovoquerune«ombre»decroissancedanslecristalsupportenfaisantobstacleaucourantdesolutionmère.Cecientraînedoncundéfautd'approvisionnementdelazonecachéeetonpourralevoir,exactementcommeuncailloufaitobstacleauventsurlesableetprovoqueundéficitdesableàsonabri.

B-Mais(toujourssiuncristalse«colle»surunautre)siles2cristauxontunproduitencommunparexempleduferdanslecasd'ungrenatsurdel'hématite,legrenatpeutcroîtreunpeuauxdépensdel'hématiteunemarqueplusoumoinscirculaireapparaîtsurlecristald'hématiteoùvaseformerunepetitecuvettede«manque»autourdugrenatquiadétourné,àsonprofit,unepartieduferducristalsupport.



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Cristaldecalcitequis'estdéveloppéaudépens,enpartieducalcairequil'entoure.

C-Letroisièmecasestlechangementdedirectionquivamodifierlacroissanceducristaletvaprovoquerlaformationd'unespirale.Onobtientalorsdesrosesdeferavecl'hématiteparexemple.Cettecristallisationendislocationvis,c'estsonnom,estlemoyendeformationducristalquirequièrelemoinsd'énergiepossible(loidelanature!).Onpeutainsiavoirdesrosesdevanadinite,depyrotite,debéryl,d'aigue-marine…

Rosedefer

Ilarrivesouventquedesdéfautsapparaissentdanslacroissanceduminéral,mêmedansdebonnesconditions,maissouventaussilacroissancesefaitpréférentiellementàcesendroitslàpour«gommer»ledéfautquin'apparaîtraplusdanslecristalfinisicelui-cidisposedebonnesconditionsdecristallisationsuffisammentlongtempspourterminersacroissance.Cecipeutêtredramatiquepourunlapidaireàquicedéfautpeutainsiéchapper!

Dans la formation des cristaux artificiels comme les émeraudes de synthèse par exemple, on peutavoirundéfautassezparticulier :detoutpetitsmorceauxdescreusetsdans lesquelsonfabriquecescristauxvont être incorporés lors de la croissancede l'émeraude et constituer un petit point brillant dans le cristal ou à sasurface.Ils'agitdeplatinequiestunedesseulessubstancessupportantlesconditionstrèsparticulièresdelasynthèseminérale(hautestempératuresenparticulieretsouventliquidesagressifs).



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2-LesfiguresinternesA-Onpeutavoiraussiuncristalquienenglobeunautreayantcrûtoutautour…ilafiniparl'enrober,lepremierconstituantalorsuneinclusionsil'enrobageestcomplet,nousyreviendronsdansleparagraphesuivant.

Adamitefantôme

B-Onpeutencoreavoirdescristauxfantômesàl'intérieurd'uncristal.Ils'agitdelamêmematière,d'unecristallisationdanslamêmeposition,sanschangementd'orientationmaisilyeutuneinterruptiondecroissanceetquelquesparticulesmarquentlepasdecetteinterruptionet,forcément,celasevoit,partransparence.Onpeutavoirplusieursfantômesdansunseulcristalsilacroissances'estarrêtéeplusieursfoisaucoursdelacroissance.



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Quartzfantôme

C-Sansavoirdefantômeonpeutavoirunemarquequiattestedupasséducristalparunchangementdecouleur,parexempleuncristaldefluorinepeutêtreblanc,roseetviolacéparcouchesetdansunordrequelconquedépendantdelacomposition,enselsminérauxdissous,delasolutionmère.

Fluorine

3-LescouleursdesminérauxCesontdesimpuretésparfois,maisparfoisaussiellessontrecherchées!



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Unrubispeutcontenirmoinsde1%dechromeetilvaparaîtreroseourougemaiss'iln'encontientpasdutoutilseratransparent!C'esttrèsdifférentpourles turquoisesdanslesquelleslesimpuretésfontpartieintégrantedesingrédientsducristal.

Bérylbleu-Aquamarine-©Webmineral

Pour les béryls chaque impureté donne une couleur différente prenons quelques exemples : Si le bérylcontientdufer+2ilserableu,sic'estdufer+3ilserajaune,sic'estunmélangedesdeuxilseravert.

Béryljaune-Heliodor-©Webmineral



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Simaintenantlebérylcontientdumanganèse+2ilseraroseetsic'estdumanganèse+3ilserarouge-Simaintenantlebérylcontientduchrome+3ilseravertémeraude!

Bérylrouge-©Webmineral

Onvoitquenonseulementl'élémentprésentcommeimpuretéauneimportancemaisaussisondegréd'oxydation:çasecomplique…

Undiamantquicontientdel'azoteserajaune,unautrequicontientduboreserableu.



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Bérylvert-©Webmineral

Brefc'estdifficile:onpeutavoirunsaphirjaunecommeunetopazeetunetopazebleuecommeuneaigue-marine.

D'autrepartlesmêmesimpuretéscolorentdifféremmentdifférentsminéraux,parexemple:Duchrome+3présentdansdurubisdonneunecouleurrouge,présentdansdubéryl,unecouleurvertenousvenonsdelevoir.

Rubisdesynthèse

Les centresde couleurs sont des imperfections dans le cristal qui provoquent des couleurs parabsorption de



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lumière.Ilssontpeuventêtredûàdesirradiationsnaturellesounonouauremplacementd'unatomeparunautre,exemple:

Lacouleurverted'undiamantpeutêtredueàuncarbonemanquantetle«trou»absorbelalumièrerouge.LediamantvertdeDresdeestcélèbre.

DanslequartzfumécertainsSi+4sontremplacéspardesAl+3,maispastoujours,lequartzmorionestirradié…

Unzirconest incoloremaiss'il contientde l'uranium ilestbleuets'ilestendommagépar la radioactivitédeceturaniumildevientbrun-roux.

Page5/7-Lesdifférentessortesd'inclusions

1-LesinclusionsprotogéniquesEllesexistentavantlaformationducristal.Uncristalquisertdegermeparexemple,s'iln'estpasdelamêmenature que le cristal qui se forme deviendra une inclusion. Un cristal incorporé dans un autre aussi, ce qui peutentraînerdesfractureslorsdurefroidissementdelasolutionparcequelescoefficientdecontractionnesontpaslesmêmespourlesdeuxcristaux.

Fluorineavecinclusiondetourmaline

Uncristalradioactifauraaussiune influencesur lecristalhôteetprovoquerauneauréoledecouleurdueàl'effetdelaradioactivitésurl'hôte.

Onpeutainsiavoirdel'apatitedansunesaphirine,delacalcitedansduquartz.



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Inclusiond'ordansduquartz

Pyritedansduquartz

2-Lesinclusionssyngénétiques.A-Silasolutionmèreestmixteplusieurscristauxpeuventseformersimultanémentetonpeutobtenirdesaiguillesd'amiantedansduquartz,disposéeselonlesplansduquartzenunesortede«treillage»àl'intérieurmêmeducristalhôte.Ouencoredurutile,s'ilcristalliseenmêmetempsquelequartz:ceciestassez«facile»lesdeuxminérauxayantlamêmeformuleTiO2etSiO2,ilsontdesrangéescommunesetpeuventdoncsemêlerfacilement…



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Rutiledansduquartz

B-Lesexempleslesplusspectaculairesdecescristallisationssimultanéessontlessaphirsétoile,ourubisétoile.Danscecasils'agitaussiderutilecristalliséenaiguillestrèsfinesàl'intérieurdusaphiretquivontréfléchirlalumière,provoquantainsil'apparitiond'uneétoiletrèsbrillantesurlapierre.

Saphirétoilé



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Schémadusaphirétoilé

C-Lescavités.Ilpeutarriverquelecristalemprisonne,lorsdesacroissance,unepetitegouttedelasolutionmère.Ilseformeraunpeudevidepuisquelorsdurefroidissementilyarétractationetunegoutterésiduelledeliquidequivaresterprisonnière.

3-LesinclusionsépigénétiquesElles se forment après la croissance du cristal et sont souvent liées au précédentes.Dans le casquenousavonsvuci-dessus,sileliquiderésiduelprisdanslacavitépermetlacristallisationd'unautrecristal,àl'intérieurdelacavité,ilestévidentquecedeuxièmecristalestépigénétiqueparcequepostérieuraupremier.

Liquideetgazdansduquartz

On a ainsi toute une série de quartz biterminé de Berbes en Espagne qui se développent dans des milieuxsédimentaireschaudsetassezagitésdanslesquelssetrouventdeshydrocarbures.Ilresteunegouttedepétroleliquidedanslacavitéaprèscristallisationdelasilicerésiduelledelasolutionmère,etparfoisilyaunautrepetitcristalaveclagoutteouunebulledegaz,probablementduméthane.



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QuartzdeBerbèsavecinclusionfluidedepétroleobservéenlumièrefluorescentebleueàultra-violetscourts

Onpourrait ainsi avoir plusieurs inclusionsproto-syn-et épigénétiquesdans lemême cristal qui vontnousraconterl'histoiremouvementéedecedernier.

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Danscertainscaslacroissanceducristalestimpossible.A-L'obsidienneestunverre,lerefroidissementdelalaveétanttroprapidepourpermettreunecristallisation.



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Schémad'unimpactdemétéorite

B-Lestectitesensontunautreexemple.Lesmoldavitesont14,7Maetsesontforméeslorsdel'impactd'unemétéoritede1kmdediamètretombéeàlavitessede20à60km/s.Lephénomèneestdoncimmédiatetnepermetparlacristallisation.Ils'agitdanscecasdelechateliérite.

Simulation

L'ondedecompressionprécèdelechocetprovoquedéjàd'unepart,lafusiondumatérielquisetrouvedanslefuturcratère et d'autre part son éjection violente avant même que ce matériel ne soit contaminé par le matériel de la



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météoriteelle-même.Cematérielvaserefroidirextrêmementbrutalement,étantéjectéjusqu'àdesaltitudesde500km,doncilsevitrifie,ensuiteilseréchauffe,voiremêmerefondpartiellementenretombantsurlesoletpuisilsubitlesaléasdel'érosioncommen'importequelmorceaudeverre…Certainesontétécasséesparfissurationsuivantleslignes tortueuses du refroidissement à cause des forces en présence dans les sédiments qui se compactaient àmesuredeleurdiagénèse.

Moldavite

Lesloiscristallinesexistentailleursquesurterre…

Pallasiteaveccristauxd'olivine

Untrèsbelexemplenousestfourniparlespallasites,météorites,forméesdeferronickel,desulfuresetdecristauxd'olivineplusoumoinsjaunesd'aprèsleurconcentrationenfer.



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Bibliographie

--Coursdegéologiegénéraledel'UniversitédeLausanne,CH.--DercourtJetPaquetJ.Géologie,objetsetméthodesDunod,2002--Earthresources,MinesandEnergyResources,GovernmentofSouthAustralia,2001--Foucault,A.Dictionnairedegéologie,Dunod,2001--Hamilton,WoolleyetBishop,Minéraux,rochesetfossilesdumondeentier,Bordas,multiguidenature.--KönigC.nombreusesnotesdecours,documentationpersonnelle.-- Lacroix, M.-A. « La silice fondue considérée comme minéral (lechateliérite) », Bulletin de la Société française deminéralogieXXXVIII,182-186,1915.--McNamaraandBevan,Tektites,WesternAustralianMuseum--Quartz,silice.AssociationrégionaledepaléontologieetdesamisduMuseumdeLyon,1979--SchumannW.Guidedespierresetminéraux,DelachauxetNiestlé,lesguidesdunaturaliste.

Couleursduquartz

Etsurinternet,quelquessites:

http://geology.csupomona.edu/drjessey/class/minnotes.htmhttp://mfca.ups-tlse.fr/radiocris/index.htmhttp://webmineral.brgm.fr:8003/mineraux/Main.htmlhttp://www.chez.com/pgosse/gem/Mineral.htmhttp://www.mines.inpl-nancy.fr/wwwlsgs/diamant/http://www.navigationplus.com/mineraux/index.phphttp://www.usherbrooke.ca/courrier_sciences/2005/10/Ayotte.html



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