I - Le Quartz
1) Observation d'une lamelle de granite en lumière polarisée
L'objet de notre étude réside en des interrogations autour du minéral quartz.
Où celui-ci peut-il se trouver ?
Nous avons observé plusieurs roches à l'oeil nu, dans le but de trouver le minéral de notre étude : le quartz. Mais sans succès ...
Nous sommes finalement tombé sur un échantillon de granite, une roche acide et plutonique.
En observant cette dernière attentivement, on a noté une structure grenue composée de 3 macrominéraux : Rose, gris, blanc brillant et opaque (caractèristique du quartz).
Nous avons ensuite analysé, en laboratoire, une lamelle de granite à la lumière polarisée, et nous avons précisé cette information : le quartz est bel et bien présent dans le granite. En effet, il ressort tantôt or, tantôt blanc opaque à la lumière polarisée.
On distingue trés bien le quartz ici en blanc jaunâtre :
Mais comment marche la lumière polarisée ?
Le microscope polarisant, également appelé microscope polariseur analyseur est un appareil ayant les mêmes modalités qu'un microscope ordinaire exepté les deux filtres (le "polarisant" et l' "analyseur") dont il est muni.
On se sert essentiellement de cet appareil en géochimie afin d'observer et d'identifier les différents minéraux présents dans telle ou telle roche.
Ce dispositif nous interresse donc au plus près !
Pour observer une roche, celle-ci doit être coupée en une fine lamelle (opération trés délicate qui occasionne de nombreux ratés), polie, puis collée sur une lamelle de verre en vue de l'observation microscopique.
La lumière blanche ordinaire (naturelle ou artificielle) vibre dans toutes les directions (on peut simplifier par des ondes horizontales et des ondes verticales).
Le filtre polarisant consiste à ne laisser passer qu'un seul type d'onde. Dans la plupart des minéraux, suivant la direction de polarisation, la lumière n'aura pas la même vitesse. Lorsqu'un rayon lumineux pénètre dans un cristal, il se dédouble en deux rayons de polarisation différents (c'est la biréfringence).
Le filtre analyseur entre alors en action. Placé après l'échantillon, il séléctionne à nouveau les rayons lumineux selon leur polarisation (donc selon la nature des cristaux) les-quels apparaîtront plus ou moins lumineux voire de couleur différente. Ce sont les cristaux anisotropes dont le quartz fait partie (certains cristaux, eux, restent opaques en lumière polarisée).
Grâce à cette technique, on peut connaitre la composition minéralogique quantitative dans le granite ainsi que la proportion de chaque minéral en tenant compte du grossissement du microscope.
Le granite observé sans lumière polarisée (image de gauche) prend un tout autre aspect quand il est observé avec la lumière polarisée (image de droite)
2) La formation du granite, donc du quartz
Le quartz se forme donc en parallèle avec le granite (bien que ce ne soit pas le seul lieu de formation du quartz).
Le granite est une roche magmatique qui s'est formée en profondeur, aux limites de la lithosphère et de l'asthénosphère.
Composé de 3 minéraux : le mica, le feldspath et le quartz, le granite est issu d'une bulle de magma de + de 600°C.
Ce magma remonte par les fissures dans l'écorce terrestre pour former une chambre magmatique où il refroidira lentement, ainsi ses minéraux constitutifs vont cristalliser.
La formation du granite (et par conséquent du quartz) nécessite donc des conditions de haute température et de forte pression afin que la fusion partielle ait lieu.
Cependant les quartz les plus beaux et réguliers, les mieux cristallisés et les plus géométriques ne viennent pas en générale de ces trois types de roches ( plutonique, métamorphique et sédimentaires.). Ils proviennent la plupart du temps de phénomènes hydrothermaux : la silice dissoute dans des eaux très chaudes et sous pression s’est déposée le long de fissures ou cavités.
Notre quartz étant un cristal parfaitement cristallisé, il y a de fortes probabilité pour qu’il est était crée par ce dernier moyen.
Il n'est observable que grâce à l'action de l'érosion sur les roches le recouvrant.
3) Qu'est-ce que le quartz ?
Le mot "quartz" vient du grec "krustallos" qui signifie "glace". En effet, dans l'antiquité, le quartz était considéré comme le cristal des dieux.
Ce minéral existe donc depuis bien longtemps. Bien plus longtemps que l'homme !
Utilisé au moyen-âge pour faire les boules de cristal, le quartz sert de nos jours pour la céramique, la fabrication de lampes, de lentilles, de verrerie et d'instruments de précision
On le trouve dans la nature sous différentes variétés plus ou moins dures de silice cristallisée qui, selon leur rareté, sont des pierres semi-précieuses trés recherchées chez les bijoutiers.
D'un point de vue plus scientifique, on sait que le quartz cristallise dans le système hexagonal et sa classe de symétrie est caractérisée par un axe ternaire et 3 axes binaires. Son poids spécifique est de 2.65 et sa dureté est de 7. Il appartient à la classe 8 des minéraux
Il se présente dans la nature soit en cristaux (certains cristaux peuvent atteindre 3m de haut !), soit en masse informe.
Les cristaux peuvent adopter les formes dîtes "bipyramidée", "prismée", "comprimée", "oblique", "en biseau" ou "maclée" selon les différents facteurs environnementaux.
Parmi les différentes variétés de cristal de quartz, on note le cristal de roche que nous allons étudier, le quartz hyalin, le quartz fumé, la citrine, l'améthyste (voir l'image ci-dessous), l'oeil de chat, l'aventurine et bien d'autres variétés créées par des impuretés lors de la formation.
Une variété de quartz : l'Améthyste
On peut donc trouver des cristaux étant composé des mêmes atomes et ne se ressemblant pas pour autant. L'organisation des atomes au sein d'un cristal détermine son aspect.
Quel est l'agencement des atomes dans le cristal de roche ?