Quartz
| Quartz | |
|---|---|
| Image manquante Cristal-de-quartz.jpg Photo d'un cristal de quartz | |
| Propriétés générales | |
| Catégorie | minéral |
| Formule chimique ( composition) | SiO2 (dioxyde de silicium ou silice) |
| Système cristallin | hexagonal |
| Classe de cristal ou groupe d'espace | P3121 ou P3221 suivant le sens de l'enroulement des hélices de tétraèdres SiO4 |
| Couleur | transparente |
| Trait | blanc |
| Dureté Mohs | 7 |
| Densité | 2,65 constante |
| Éclat | vitreux, blanc |
| Fracture | conchoïdale |
| Clivage | aucun |
| Habitus | prisme à 6 faces terminé par une pyramide de 6 faces |
| Faciès | ? |
| Jumelage | oui |
| Propriétés optiques | |
| Opacité | de transparent à opaque |
| indices de réfraction | ordinaire 1,544 extraord. 1,553 |
| Biréfringence | 0,009 |
| Pléochroïsme | faible |
| Autres caractéristiques | |
| Comportement chimique | matériau très stable, sauf dans l'acide fluorhydrique ou la soude très concentrée |
| Coefficient de couplage électromécanique | k=8,5 % |
| Magnétisme | ? |
| Température de fusion | environ 1 665 °C |
| Solubilité dans l'eau | très faible à la température ordinaire |
| Caractéristiques spéciales | piézoélectrique |
| Variétés principales | |
| agate améthyste aventurine calcédoine citrine cornaline jaspe onyx quartz chatoyant | |
Le quartz est un minéral composé de dioxyde de silicium de formule SiO2 (silice).
Avec le diamant, le graphite et la glace, il est l'un des composés naturels dont la composition chimique varie le moins.
Il se présente soit sous la forme de grands cristaux incolores, colorés ou fumés, soit sous la forme de cristaux microscopiques d'aspect translucide.
La structure cristalline est hexagonale, système rhomboédrique - trapézoèdre trigonal 3 2.
Constituant 12 % (en masse) de la lithosphère, le quartz est le minéral le plus commun ; c'est un composant important du granite, dont il remplit les espaces résiduels, et des roches métamorphiques granitiques (gneiss, quartzite) et sédimentaires (sable, grès).
| Sommaire |
Histoire
Le quartz est connu de la plus haute antiquité :
- les anciens grecs se servaient de boules de cristal de roche pour se refroidir les mains en été : le quartz est en effet un excellent isolant thermique et électrique ; le mot « cristal » dérive d'ailleurs du grec Κρύος, froid ;
- l'améthyste avait la réputation de protéger de l'ivresse (a- privatif puis μέθυσος, ivre, même radical grec que εθυ- dans éthylique).
Propriétés physiques
Très dur (7 sur l'échelle de Mohs), le quartz α cristallise dans le système rhomboédrique trigonal entre 0 et 573 °C et le quartz β dans le système hexagonal entre 573 et 870 °C à la pression atmosphérique (1 bar).
Le quartz α (forme basse température) subit à 573°C une transformation allotropique qui le fait passer à l'état de quartz β (forme haute température). C'est une transformation displacive, elle n'implique que des réarrangements d'atomes mineurs, avec une augmentation de volume de l'ordre de 2 %. Contrairement à la phase alpha, la phase β n'est que très peu piézoélectrique.
Variétés
Quartz hyalin ou translucide (dit cristal de roche), quartz laiteux, quartz fumé et morion (presque noir), quartz rose, quartz jaune (citrine), quartz violet (améthyste), quartz hyacinthe (orange), hématoïde de couleur rouge-brun.
Les variétés bleues vertes sont beaucoup plus rares.
L'améthyste doit sa couleur violette à de faibles proportions de fer. Cette coloration disparaît à la chaleur. La citrine, ou fausse topaze, doit sa coloration à la présence d'oxyde de fer.
Variétés cryptocristallines : calcédoine (silex), agate, onyx, cornaline, jaspe (mélange de quartz et de calcédoine), héliotrope (jaspe vert à taches rouges).
L'opale, dont l'onyx est une variété noire et blanche, est une autre variété recherchée de la silice.
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 Seconde Guerre mondiale.
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).
Composant électronique
Les propriétés piézoélectriques du quartz en font un élément incontournable des horloges modernes (voir fréquence propre) ; le quartz constitue un excellent résonnateur, son facteur de qualité à vide dépassant souvent 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, application en BLU).
Il existe plusieurs coupes de quartz possédant différentes propriétés : la plus répendue est la coupe AT, qui présente une bonne stabilité en température (les coupes AT sont spécifiés généralement pour que le point d'inflexion de la courbe ν = f(T) se trouve à 25 °C) ; la coupe BT permet des fréquences de résonnance 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 fondamental (en dessous d'environ 30 MHz), soit en mode harmonique (anglais overtone), ce qui leur donne un facteur de qualité plus important, mais pose un problème de démarrage des oscillateurs.