Quartz Catégorie IX : silicates
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 , ,
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

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

• Bien que la structure cristalline du quartz alpha soit décrite dans la majorité des textes français de minéralogie comme étant «hexagonale, dispositif rhomboédrique», Massimo Nespolo, professeur de minéralogie et cristallographie, affirme que cette classification serait erronée^[4]. Le quartz α en fait cristallise dans le groupe d'espace P 3₁21 (quartz gauche) ou P 3₂21 (quartz droit), à réseau hexagonal, comme indiqué par le symbole «P». Le dispositif cristallin du quartz α est par conséquent 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. Selon cet auteur, il ne faut par conséquent 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 dispositif réticulaire, un cristal rhomboédrique correspondra à un cristal trigonal dans le dispositif cristallin. Cependant, un cristal qui appartient au dispositif cristallin trigonal peut avoir un réseau soit rhomboédrique, soit hexagonal, d'où la possibilité d'appartenance aux deux dispositifs 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 spécifiquement dans les tectosilicates, si on suit la classification de Dana, mais il est aussi classé dans les oxydes (dioxyde de silicium) si on suit la classification de Strunz. Dans le présent article il a été classé volontairement dans la classe des silicates tandis que Wikipedia à choisi pour la minéralogie la classification de Strunz, la silice étant en effet l'archétype des silicates. Ceci montre la difficulté qui existe quelquefois à la mise en place d'une classification en sciences naturelles.
• Paramètres de la maille conventionnelle : a = 4.9133 Å, c = 5.4053 Å, Z = 3; V = 113.00 ų

• Densité calculée = 2.65

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

• Variété cristallines

l'améthyste l'amétrine la citrine le quartz ferrugineux

le quartz fumé ou morion le quartz hématoïde le quartz prase le quartz rose

• Les Variétés cryptocristallines

• 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

Quartz Herkimer - Herkimer County New York (USA) (2x1.3cm)

Quartz "Fantôme" -Minas Gerais - Brésil (7, 8x2, 2cm)

Quartz "Peigne" Massif de L'Oisans France (10, 2x4, 7cm)

Quartz à rutile - Minas Gerais - Brésil (6x6cm)

Galerie gemmologie

Inclusions de Rutile dans le quartz - Minas Gerais - Brésil (3.5x2.5cm)

Quartz - Minas Gerais - Brésil (18x14mm)

Héliotrope

Jaspe

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].

Macles

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

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

• La réalisation de sols industriels (anti-usure)
• L'épuration des eaux
• Le sablage industriel
• Matériau de décoration (parcs, allées, parkings…)
• Aménagement de terrains de golf (Bunkers)
• Horlogerie
• Joaillerie

Composant 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.

Notes et références

Liens externes

• (fr) Une transition de phase «géographique» : l'étrange cas du quartz

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