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La science augmente nos connaissances à l'aide d'observations tangibles, répétables et mesurables. La science se rapproche de la vérité car elle est basée sur la recherche systématique de l'erreur.

TP 8 SVT :

Les cristaux dans notre environnement

1) La matière inerte est constituée d’atomes organisés en

structure cristalline ou en structure amorphe

a) Différence entre le quartz et le verre

quartz ( cristal ) verre ( structure amorphe )

b) Étude de 3 roches magmatiques ( issu d’un magma dans un contexte volcanique )

disponibles sur votre paillasse ou en visioconférence avec votre prof confiné

❖ L’obsidienne ( roche sans minéraux uniquement constituée de verre )

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❖ Le granite ( roche uniquement constituée de 3 minéraux différents )

œil nu à la loupe au microscope polarisant

❖ Le basalte ( roche constituée de minéraux de taille différente et de verre )

c) La formation des cristaux en fonction de la température

Plus le minéral est profond dans la croûte terrestre, plus le refroidissement de la matière est lente , plus les cristaux ont le temps de grandir Plus le minéral est proche de la surface, Plus le refroidissement est rapide, Plus les cristaux sont petits Et plus on observe de verre

Cf. Ex. 9 p. 47 du livre

Expérience de cristallisation de l’éthylvanilline à différentes température : A gauche : refroidissement à 60°C A droite : refroidissement à 30°C

Cf document 2 p. 41 du livre

Roches magmatiques à gros cristaux (ex. gabbro)

Roches magmatiques à petits cristaux et avec du verre (ex. basalte)

= petit cristal

= grand cristal

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Quelques rappels de vocabulaire

Exemple Définitions à connaître :

✓ Une roche est un matériau, constituant d’une planète, formé d’un ou plusieurs

minéraux et parfois de verre.

✓ Un minéral est un solide possédant une structure cristalline

✓ Le verre est un matériau possédant une structure amorphe (non cristalline)

✓ Un cristal est un solide constitué d’atomes agencés de manière symétrique

✓ Une maille est un parallélépipède élémentaire qui se répète pour former un cristal ✓ Une molécule est constituée de plusieurs atomes

granite

quartz

verre

Silice SiO2

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2) Critique de la lithothérapie ( = thérapie avec les pierres ) Une affirmation extraordinaire implique des preuves tangibles et solides. Restons toujours critique !

Thérapie est synonyme de guérison. Les mots ont un sens …

Questions pour développer leurs affirmations considérées comme des arguments de vente :

✓ Comment un solide permet-il d’emprisonner de manière définitive la fumée de cigarette ou du pollen ? La lampe ne devrait-elle alors pas noircir ? (je ne parle pas des dépôts de poussière vu qu’elle filtrerait les impuretés)

✓ Comment une lampe qui émet de la lumière, et donc des rayonnements électromagnétiques, permet-elle de neutraliser les rayonnements électromagnétiques ? La lampe ne devrait donc pas s’allumer…

✓ Comment peut-on parler de respect de l’environnement quand on parle d’extraction de sel rose dans les montagnes du Pakistan ? Bilan carbone pour une simple lampe ? (les propriétés magiques ne sont pas convaincantes)

✓ Comment une lampe esthétique permet-elle d’améliorer la concentration ? La conviction n’est pas une preuve

✓ Que signifie augmenter le niveau d’énergie ? Qu’est-ce que l’énergie ? Comment se mesure-t-elle ? Cela voudrait-il dire que la lampe chauffe s’il s’agit d’énergie thermique ? Parle-t-on d’énergie cinétique si la lampe tombe ? Parle-t-on d’énergie électrique ? Il faut être rigoureux dans le vocabulaire que l’on emploie.

✓ Comment un agencement symétrique d’atomes de chlore et de sodium (cristaux de sel) peut soulager à distance une irritation du pharynx et des bronches ( sans pour autant connaître la cause de la toux … crise d’asthme , covid-19 ou bronchite chronique ? ). N’est-ce pas alors plus bénéfique d’être sur une plage où l’air est véritablement riche en vapeur d’eau salée ? Quoiqu’il en soit, aucune étude clinique n’a démontrée quelconque effet thérapeutique sur des maladies respiratoires ou cutanées (auparavant, on soignait la tuberculose avec des compresses d’eau salée sans grand succès). N’est-il pas utile de se tourner vers un professionnel de la santé compétent plutôt que vers une pratique qui n’a jamais fait ses preuves ?

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3) Les cristaux dans les organismes vivants

Un fait incontestable : le vivant s’est approprié la phase cristalline de la matière pour mastiquer, se protéger, s’élever, toutes actions qui requièrent un matériau dur et dense. Il a composé avec les atomes et molécules qui constituent par ailleurs une large part de notre organisme : le calcium, le phosphate, les carbonates, qui présentent tous un seuil de précipitation bas. Les conditions de concentrations requises pour initier la cristallisation ont ainsi pu être réunies facilement au cours de l’évolution.

On parle alors de biominéralisation lorsque la croissance d’un minéral est guidée par un être vivant (ex. une coquille de moule, une coquille d’œuf, les bois d’un cerf, les dents, les os…)

Des dépôts parfois accidentels (tels que les calculs rénaux) de minéraux au sein d’un organisme ont probablement été les précurseurs des biominéraux. Ces derniers vont cependant plus loin que la simple concrétion calcaire par un certain nombre de caractéristiques fascinantes : ils sont structurés, s’organisant en motifs hiérarchiques. Ainsi, pour l’os on trouve tout en bas de l’échelle des nano-cristaux d’apatite reliés à des fibres de collagène, ensemble qui est tressé avec d’autres pour former une première hyper-structure, qui va à son tour s’entortiller autour d’une autre etc.

L’ossification chez les Vertébrés

Chez les êtres vivants, des molécules de nature protéique guident le processus de minéralisation Ainsi, chez la poule, l’ovocléine est la protéine qui permet à la poule de recouvrir chaque jour en 20h son œuf d’une couche millimétrique de carbonate de calcium CaCO3 (calcite). Chez un vertébré (groupe dont fait partie l’humain), un os est constitué 1/4 d’eau, 1/3 de

collagène et le reste de composés minéraux : calcium, phosphore et magnésium. L’os se

forme donc à partir des fibres de collagène sur lesquels se forment des cristaux

d’hydroxyapatite ( nom exact du minéral constituant l’os humain ) à l’aide de cellules

appelées ostéoblastes et du calcium et du phosphore présents dans le sang.

Les hormones sexuelles, testostérone et œstrogènes, stimulent l’activité des ostéoblastes

responsable du processus permanent d’ossification.

A la ménopause, le taux d’’hormones sexuelles féminines baisse et l’os devient plus fragile et

peut se casser plus facilement. Il s’agit de l’ostéoporose.

Cf vidéo à regarder ( c’est pas sorcier )

https://www.youtube.com/watch?v=IzbcwsHy4v8

Cf exposition du musée des Confluences

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TP 9 SVT :

Les observations microscopiques

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La formation des cristaux dans la nature Comment se forment les cristaux dans les roches ? Observation au microscope optique ( à lumière polarisée et analysée ) de 3 roches issues d’un magma

Granite Basalte Obsidienne Il existe trois types de roches magmatiques : - les roches plutoniques, soit des roches entièrement cristallisées avec uniquement des minéraux de grande taille. Lorsqu’une roche est constituée uniquement des minéraux visibles à l’œil nu, on parle de texture grenue. Ex. le granite - les roches volcaniques, soit des roches présentant des minéraux de tailles variées dans une structure vitreuse. On parle alors de texture microlithique. Ex. le basalte. - les roches entièrement vitrifiées, sans minéraux. On parle de structure vitreuse. Ex. l’obsidienne. Comment expliquer ces différences ? Hypothèse ? L’aspect de la roche dépend des conditions de formation de la roche ( elle nait en profondeur ou en surface de la croûte à des conditions de température variables ) Plus on s’enfonce dans le sol, plus il faut chaud. Expérience avec une molécule, appelée vanilline, qui se cristallise facilement.

La vanilline représenterait la molécule qui se cristallise sous forme de minéral.

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Observations :

- A 20°C, soit un refroidissement lent, on observe de gros cristaux. - A 10°C, soit un refroidissement plus rapide, on observe de plus petits cristaux - Lors d’un refroidissement brutal, on n’observe aucun cristaux

Interprétation de l’expérience : Plus le refroidissement est lent, plus les cristaux de vanilline ont le temps de croître, grandir Conclusion : Plus le temps de refroidissement est long, plus la taille des minéraux (sous forme de cristaux) est grande. Or, plus on s’enfonce dans le sol, plus la température est élevée. Par conséquent, plus la roche se forme en profondeur et plus les cristaux sont de grande taille. Inversement, une roche se formant en surface, ne possède pas de gros cristaux. Replacement dans un contexte volcanique : Schéma à comprendre :

Température air ambiant

Température élevée

Chambre magmatique

TEXTURE GRENUE : Tous les minéraux, de grande taille, sont jointifs dans la roche

TEXTURE MICROLITHIQUE : les minéraux sont de petite taille et présents dans une pâte vitreuse

Exemple : le granite

Exemple : le basalte

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Les conditions environnementales influent donc sur la taille des cristaux. Est-ce que la forme des cristaux c’est à dire la forme de la maille est influencée par des conditions environnementales ? Cf cours de physique / chimie Force est de constater que les propriétés d’un cristal sont conditionnées par sa structure microscopique et donc la forme de la maille. Exemple : dureté du diamant très supérieur à celle du charbon. Pourtant, il ne s’agit que de carbone organisé géométriquement. Seule la maille du cristal change. Celle-ci dépend des conditions de formation de la roche ( pression / température )

Conditions de formation :

Température : 1000°C Pression : 40 000 atmosphères Profondeur : - 4000 m

Conditions de formation :

Température : 1500°C Pression : 60 000 atmosphères Profondeur : - 200 km

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Comment se forment les cristaux dans les êtres vivants ? L’avantage de la structure cristalline est la solidité que cela confère au tissu de l’organisme. Ainsi, les coquilles de Mollusques Bivalves, telles que la moule, l’huître, la coquille St Jacques, sont constitués de carbonate de calcium sous forme cristalline. Il existe cependant 2 formes : la calcite (CaCO3) et l’aragonite (CaCO3). La seule différence réside dans la forme de la maille élémentaire et donc la forme du cristal. Cela dépend des conditions de pressions et de température de formation.

Croissance d’une coquille de moule ( Mytilus galloprovincialis ). L’animal sécrète, grâce à une matrice organique de nature protéique, ces deux minéraux à la composition minéralogique identique mais au système cristallin différent ( maille différente ) Ainsi, il est possible pour certains êtres vivants de produire des cristaux. Il est, toutefois, nécessaire d’avoir une matrice protéique sur laquelle se cristallise les minéraux.

extérieur

intérieur

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Il en va de même pour les os / dents humains : Des cellules spécialisées appelées ostéoblastes permettent au calcium et au phosphore, présents dans le sang, de se fixer sur des fibres de collagènes ( le collagène est une protéine). L’os des vertébrés est ainsi composé d’un minéral appelé hydroxyapatite. Ce minéral confère à l’organisme une solidité importante. En revanche, il existe aussi d’autres cellules, les ostéoclastes, qui détruisent l’os afin d’utiliser cette réserve en calcium et en phosphore. L’ostéoporose est du à l’activité trop importante de ces cellules : plus d’os ne se dégrade qu’il ne se forme. Le squelette devient alors fragile.

La biominéralisation est le processus par lequel les organismes

vivants produisent des minéraux afin de durcir leurs tissus