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 Une gemme est dite trapiche lorsque des figures de plus forte concentration en éléments chimiques apparaissent dans la pierre. S'il s'agit d'une émeraude (système cristallin hexagonal) on observe un hexagone, s'il s'agit d'un corindon ou d'une tourmaline (trigonaux) on observe des triangles. Exemple de l'émeraude: L' enrichissement temporaire du milieu en chrome provoque un monocristal comme constitué d’un noyau central entouré de 6 rayons qui se sont développés parallèlement aux faces {10.0} du prisme. Les échantillons les plus marquants proviennent de la mine Gachalá près de Chivor, située au centre de la Colombie. Phase 1 : La cristallisation du prisme central se produit puis s'enrichit en albite qui cristallise sous la forme de fins cristaux mélangés au béryl; il se forme un eutectique qui se poursuit tant qu'il existe une arrivée de fluides. Une interruption crée une croûte sur les faces du prisme initial. Phase 2 : Elle reprend lors d'un nouvel apport de fluide et se fait parallèlement aux faces du prisme initial. L'eutectique choisit les arêtes du prisme, seuls sites de croissance disponibles. Il faut que les eaux-mères soient saturées d'albite pour la poursuite de la croissance. |
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[modifier] Cristaux liquides
Cristal et liquide à la fois ?
Friedrich Reinitzer , botaniste, en 1888, découvrit les premiers cristaux liquides sur un dérivé du cholestérol.
Dans un cristal normal , les atomes sont assemblés régulièrement et leur position est fixe.
Les cristaux liquides sont faits de molécules de formes allongées ou plates (disques ou rubans). L’orientation y est assez bien définie, mais la position des molécules est plus ou moins désordonnée et pas forcément fixe. Mais les cristaux liquides ne coulent pas, même s’ils sont pâteux ou gélatineux.
Trois cas principaux sont possibles :
1 nématique : ils sont très désordonnés, les molécules sont parallèles entre elles, mais en quinconce
2 smectique : les molécules forment des couches parallèles et empilées.
3 cholestérique : l’orientation des molécules tourne d'un plan à l'autre, en hélice.
Il y a d’autres applications que les affichages et les écrans : cosmétique, pharmacologie, polymères, vitrages variables...
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Comme le dit son disciple Pierre Termier dans son éloge d'Ernest Mallard lu à la séance générale de la Société Géologique de France le 18 avril 1895: " Ce qu'ont fait Fresnel, pour l'optique physique; Maxwell, pour le magnétisme et l'électricité; Edouard Suess, pour la géologie, Mallard l'a fait, en moins de vingt années, pour la cristallographie et la minéralogie..."
François Ernest Mallard, (1833-1894) , cristallographe et minéralogiste français a continué, avec Auguste Bravais, le travail sur la cristallographie commencé par René Just Haüy et Jean-Baptiste Romé de L'Isle.
École Polytechnique (1851) puis Ecole des Mines, il commence une carrière d'ingénieur en 1856. Professeur à l'École des Mineurs de Saint-Étienne (1859), puis à l'École supérieure des Mines de Paris (1872), il devint membre du conseil général des Mines et enfin membre de l'Académie des sciences en 1890.
Après des travaux sur les anomalies optiques, il développe sa théorie des groupements cristallins et des corps pseudo-symétriques. En 1875 il publie son célèbre Traité de Cristallographie. A côté, il réalise des cartes géologiques, il effectue des travaux sur la combustion de mélanges gazeux explosifs avec Le Chatelier il étudie la sécurité dans les mines et invente son fameux goniomètre.
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Auguste Bravais (1811 - 1863),fut un physicien français, réputé notamment pour ses travaux en cristallographie spécialement:
les réseaux de Bravais et
les lois de Bravais.
École polytechnique (1829). Puis officier de marine, aventurier, il embarqua sur le Finistère et coopéra à des travaux d'hydrographie le long des côtes algériennes. Il participa à l'expédition de la Recherche au Spitzberg et en Laponie, au secours de la Lilloise.
Il professa à Lyon et succéda à Victor Le Chevalier à la chaire de physique de l'école Polytechnique.
Si on prend une morphologie cubique,il est facile de voir les axes de symétrie de rotation : un axe d'ordre 3 sur les sommets, un axe d'ordre 2 sur les arêtes, d'ordre 4 sur les faces. En 1848,Auguste Bravais rend une étude purement mathématique sur la classification des cristaux. Il décrit l'ensemble des structures possédant des symétries d'orientation compatibles avec la triple périodicité des cristaux dans les trois directions de l'espace. Il trouve ainsi 32 classes de symétrie réparties en 14 types de réseaux (réseaux de Bravais) que l'on peut regrouper en 7 systèmes définissant la forme de la maille élémentaire. De 3, on est passé à 7 mailles ! Cette analyse nous dit simplement que l'on ne peut disposer les points d'un réseau de façon arbitraire...mais les choses ne s'arrêteront pas là!
Il publia un mémoire de cristallographie en 1847. Cofondateur de la Société météorologique, il succéda à Roussin à l'Académie des sciences en 1854.
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Sir William Henry Bragg (1862-1942), physicien et chimiste britannique a fait ses études au King William's College dans l'Île de Man et au Trinity College à Cambridge.
Il a enseigné
à l'université d'Adélaïde en Australie (1886-1908),
à l'université de Leeds (1909-15)
à l'université de Londres (1915-23)
à la Royal Institution
Il fut directeur du laboratoire de recherche Davy-Faraday et, en 1915, il a partagé avec son fils William Lawrence Bragg le Prix Nobel de physique pour leur étude, à l'aide du spectromètre à rayons X, de la diffraction des rayons X et son application à la détermination de la structure cristalline.
La loi de Bragg est la loi régissant la diffraction des radiations sur un cristal. Elle fut découverte par W.H. et W.L. Bragg vers 1915.
Il est devenu Fellow de la Royal Society en 1906 et a été président de cette société de 1935 à 1940. Il est lauréat de la Médaille Rumford en 1916 et de la Médaille Franklin en 1930.
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Fils de Charles Friedel, chimiste de renom, Georges Friedel (1865 – 1933) grandit dans un milieu scientifique. A sa sortie de l'École Polytechnique, ce fut l'École des Mines et les cours de Mallard.
En 1893, il devint professeur à l'École Nationale des Mines de Saint-Etienne, dont il devint le directeur et qu'il ne consentit à quitter que pour enseigner à l'université de Strasbourg.
L'activité scientifique de Friedel fut essentiellement minéralogique et cristallographique. Après Mallard, son maître, il adopta la théorie de Auguste Bravais et démontra la réalité physique de la loi qui porte son nom. Il a beaucoup travaillé sur les diamants,les conditions de leur formation, sur la croissance des minéraux, un domaine important et mal défrichés de la cristallographie et sur les macles. Puis vinrent des études sur les cristaux liquides
Ses travaux : Groupements cristallins (1904), Études sur la loi de Bravais (1907) et Les États mésomorphes de la Matière (1922). Puis, en 1926, Leçons de Cristallographie, professées à la Faculté des Sciences de Strasbourg un traité magistral.
Voici une de ses phrases qui devrait faire réfléchir certains scientifiques contemporains! « D'une façon générale la méthode des reflets, qui consiste à interposer, entre l'oeil et les faits simples et clairs, une lunette qui, sans leur ajouter grand'chose, les transforme en faits complexes, obscurs et d'interprétation difficile, paraît plus dangereuse qu'utile, et il y a lieu de n'accueillir qu'avec réserve les résultats qu'on a prétendu en tirer. »
- Voir aussi
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La biréfringence est la particularité qu'ont certains minéraux de dévier et même diviser en 2 le rayon de lumière qui les traversent. Les professionnels expriment numériquement la biréfringence. Ils calculent les 2 indices de réfraction du minéral, font une soustraction et la différence entre les 2 donne la valeur de la biréfringence.
On attribue généralement au Danois Erasmus Bartholinus la découverte de la biréfringence du spath d'Islande, ce dernier possède une biréfringence très marquée, visible à l’œil nu : en regardant à travers, les choses apparaissent en double. Ses expériences sont décrites dans un ouvrage intitulé: « Experimenta crystalli Islandici » écrit en 1670.
En 1690 le physicien hollandais Christiaan Huygens suppose que pour l'une des images observées à travers le cristal, les rayons suivent un trajet ordinaire. Mais, pour la seconde image, le trajet des rayons n'obéit pas aux lois normales de la réfraction et il propose d'utiliser des ellipsoïdes comme surfaces d'ondes. Il découvre également que la double réfraction disparaît, lorsque les rayons réfractés dans le plan de section principale sont parallèles à la direction de l'axe optique du cristal.
Sa méthode est encore en usage actuellement. Il existe de nombreuses applications de la biréfringence.
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Les polariseurs par séparation de faisceau séparent le faisceau incident en deux faisceaux de polarisations différentes, la plupart du temps, rectilignes et perpendiculaires entre elles.
Certains polariseurs exploitent la biréfringence de matériaux comme le quartz, la calcite et le spath d'Islande. Ces cristaux ont la particularité de diviser un faisceau non polarisé en deux faisceaux polarisés différemment. Un des premiers polariseurs de ce type était le prisme de Nicol constitué d'un cristal de calcite coupé en deux puis recollé avec du baume du Canada. Ce prisme produit une polarisation de très haute qualité et a été largement utilisé en microscopie. Il a été remplacé par d'autres comme le prisme de Glan-Thompson,le prisme de Glan-Foucault, etc.
En recouvrant une lame de verre avec une couche fine spéciale, les interférences à l'intérieur de la couche permettent d'obtenir un polariseur par séparation de faiceau.
Les microscopes polarisants permettent de visualiser des objets de faible contraste. Cette technique permet de différencier, dans un minéral, différents cristaux de biréfringences différentes, qui apparaîtront avec une couleur et une luminosité différente.
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La microsonde de Castaing (en anglais electron probe microanalysis, EPMA) est une méthode d'analyse élémentaire inventée en 1951 par Raimond Castaing.
Elle consiste à bombarder un échantillon avec des électrons, et à analyser le spectre des rayons X émis par l'échantillon sous cette sollicitation. En effet, certains électrons cèdent une partie de leur énergie cinétique à l'atome, provoquant l'éjection d'un électron de l'atome ; l'atome est dit « excité ». Si l'électron éjecté est proche du cœur, un électron périphérique va descendre, et ce faisant, il va émettre un photon. Du fait de l'énergie de transition, ce photon va appartenir au domaine X.
En 1951, Castaing présente sa thèse Application des sondes électroniques à une méthode d'analyse ponctuelle, chimique et cristallographique. Cette thèse recouvre des aspects instrumentaux, des aspects fondamentaux, et quelques applications à la métallurgie et à la cristallographie.
Ce qui a donné de la force à sa méthode est la démonstration faite dans la thèse que l'on peut mesurer la concentration d'un élément chimique en étalonnant simplement l'appareil avec un échantillon massif du même élément, contrairement aux autres méthodes qui nécessitaient des courbes de calibration.
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La diffractométrie de rayons X est une méthode d'analyse structurale. Elle ne marche que sur la matière cristallisée (minéraux, métaux, céramiques, produits organiques cristallisés). Par contre, elle permet de reconnaître des produits ayant la même composition chimique, mais une forme de cristallisation différente.
Les rayons X provoquent un déplacement du nuage électronique par rapport au noyau; ces oscillations induites provoquent une réémission d'ondes électromagnétiques de même fréquence ; ce phénomène est appelé diffusion Rayleigh. La longueur d'onde des rayons X étant de l'ordre de grandeur des distances interatomiques, les interférences des rayons diffusés vont être alternativement constructives ou destructives. Ces variations forment le phénomène de diffraction X.
L'idée d'utiliser la diffraction des rayons X pour identifier une phase fût développée au début du XXe siècle par Albert Hull, Peter Debye et Paul Scherrer, mais la méthode porte le nom de Debye et Scherrer.
Une poudre formée d'une phase cristalline donnée va toujours donner lieu à des pics de diffraction dans les mêmes directions, avec des hauteurs relatives à peu près constantes. Ce diagramme de diffraction forme ainsi une véritable signature de la phase cristalline. Il est donc possible de déterminer la nature de chaque phase cristalline au sein d'un mélange (poudre ou échantillon massif polyphasique).
- Voir aussi
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William Hallowes Miller (1801-1880), fut minéralogiste et cristallographe. En 1832, il prit le poste de William Whewell comme professeur de minéralogie, jusqu'en 1870.Il a été nommé membre de la Société royale de Londres en 1838. On lui doit une édition refondue de l'Introduction élémentaire à la minéralogie de W. Phillips (1852). Son ouvrage principal, Crystallography, fut publié en 1838.
Les indices de Miller sont une manière de désigner les plans dans un cristal. Un cristal est un empilement ordonné d'atomes, d'ions ou de molécules, appelés motifs.
On peut définir une maille élémentaire, et à partir de cette maille trois axes. Les indices de Miller sont des coordonnées de vecteurs dans cette base. Le cristal n'est pas isotrope, il n'y a pas de raison que ses propriétés le soient.
Les lignes et plans de grande densité vont présenter des propriétés particulières : optiques : la vitesse de propagation de la lumière peut différer, provoquant la biréfringence ; plan de clivage : la surface libre est plus stable si elle correspond à un plan de grande densité; adsorption et réactivité : le nombre de sites d'adsorption,donc la réactivité chimique, dépend de la densité d'atomes ; dislocations: les glissements se font préférentielement selon des plans denses ; etc.
- Voir aussi
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Friedrich Mohs est un chimiste allemand (1773-1839). Il est connu pour ses travaux sur les minéraux qu'il a classés en fonction de leurs caractéristiques physiques (forme, dureté, densité) indépendamment de leur composition chimique. On lui doit notamment l'échelle de dureté qui porte son nom.
L'échelle des duretés de Mohs est une échelle ordinale, on doit donc procéder par comparaison. Cette échelle n'est ni linéaire ni logarithmique.
Les dix minéraux de l'échelle de Mohs 1 Talc, 2 Gypse, 3 Calcite, 4 Fluorine, 5 Apatite, 6 Orthose, 7 Quartz, 8 Topaze, 9 Corindon et 10 Diamant. L'ongle, par exemple a une dureté de 2,2 et raye donc le gypse mais pas la calcite.
Certaines pierres ont une dureté variable par exemple, la cyanite, a une dureté de 8 dans un sens et de 4 dans l'autre. De nouveaux matériaux, plus durs que le diamant, sont en cours de développement, par exemple les nitrures de carbone tridimensionnels dépassent le diamant sur l'échelle de dureté, et pourraient bien le remplacer dans de nombreuses activités industrielles.
Il existe aussi une échelle comportant 15 classes, destinée à remédier au manque de régularité de l'échelle de Mohs. Il existe plusieurs échelles de dureté expérimentales dont les degrés sont déterminés expérimentalement par indentation, par exemple l'échelle de Knoop, l'échelle de Brinell, l'échelle de Rockwell, etc. qui sont appliquées en fonction des matériaux étudiés. Il existe enfin des classifications absolues en fonction de paramètres physiques précis.
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Lorsque les structures cristallines de deux composés présentent une similitude, le passage d’une structure à l’autre peut se faire sans bouleversement notable. Les déplacements des atomes sont faibles et ne requièrent pas une énergie considérable. Il existe alors des relations simples entre les axes des deux structures. On parle de transformation topotactique.
De nombreuses réactions présentent cette propriété:
- les réactions d’intercalation dans les accumulateurs
- mais aussi des réactions entre minéraux naturels.
Leur caractéristique importante est que ces réactions permettent l’obtention de phases de métastabilité, évoluant lentement car la cinétique chimique est très lente à basses températures.
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En chimie du solide, l'isomorphisme est la faculté de composés différents de cristalliser avec des mailles de même symétrie et de paramètres proches, ce qui permet des cristaux mixtes: forstérite-fayalite par exemple. En 1819, Eilhard Mitscherlich (1794 - 1863) découvre la loi de l'isomorphisme. Dans le cas des minéraux, une substitution isomorphique est le remplacement du cation central par un autre. Cela modifie la taille et la charge électrique globale. En compensation, des cations compensateurs s'y fixent.
L’isomorphisme est classé en quatre espèces :
- les deux composés ont une formule chimique très proche: la célèbre série forstérite-fayalite
- les ions ont un rayon ionique proche mais une valence qui diffère d'une unité: albite NaAlSi3O8 – anorthite CaAl2Si2O8
- la variation de la charge suite au remplacement d'un ion par un autre est compensée par un deuxième remplacement:rare
- remplacement couplé ion-lacune.
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Le polychroïsme (ou pléochroïsme) est la propriété d'un cristal ou d'un minéral translucide anisotrope, éclairé en lumière polarisée, de se colorer diversement selon l'angle sous lequel on l'observe par transparence.
Le polychroïsme est un phénomène aussi général que la biréfringence, mais comme celle-ci il ne peut se manifester que dans les matériaux anisotropes, possédant deux ou trois indices de réfraction différents. Ces indices de réfraction dépendent de la symétrie cristalline du matériau.
En étudiant les propriétés de l'ellipsoïde des indices en rapport avec les symétries des différents systèmes cristallins, on se rend compte que les cristaux tricliniques, monocliniques et orthorhombiques sont généralement trichroïques, les cristaux trigonaux, quadratiques, hexagonaux sont dichroïques, mais les cristaux cubiques, optiquement isotropes, ne présentent pas de polychroïsme.
Exemples: la Cordiérite : bleu brunâtre/jaunâtre/brun verdâtre/gris-bleu/bleu à violet ou l' Émeraude: vert/bleu vert
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Le polymorphisme est la faculté que possède une substance de cristalliser dans des structures différentes selon les conditions ambiantes.
Lorsque la substance est formée d'un seul élément, on lui préfère le terme d'allotropie. Exemple: le soufre
Chaque structure existe dans une région précise de température et de pression : son champ de stabilité . Elle se transforme par transition de phase:
- soit par rupture et formation de liaisons chimiques (transition reconstructive). Exemple: la transformation du diamant en graphite.
- soit par simple déformation (transition displacive). Exemple: l’aragonite,la calcite et la vatérite.
Un cas particulier de polymorphisme est celui du polytypisme, où les différentes structures sont formées par empilement d'un module de structure et composition (presque) identiques. Les polytypes différent par le mode d'empilement (translation et/ou rotation) du module le long d'une direction.Les polytypes sont distingués par des symboles spécifiques, ceux de Rasmdell. Exemples: Biotite-3T et Moissanite SiC-6H
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Le polysomatisme concerne des familles de structures formées par la juxtaposition d'au moins deux modules de structure et composition différentes.
Soient P et Q ces modules, on peut envisager une série polysomatique entre les membres purs P∞ et Q∞. Exemples: PQ, PQQ, PPQQ, PPPQQ etc.
L'exemple des biopyriboles MnPm
- M est un module de phyllosilicate de type TOT,
- P un module de pyroxène.
MP correspond aux amphiboles, MMP à la jimthompsonite et MMPMP à la chesterite Le nom biopyribole vient de biotite, pyroxène et amphibole.
Le mérotypisme est un phénomène plus général car un module est constant et le deuxième variable. Exemple: le talc avec la brucite ou la gibbsite ou encore du magnésium hydraté ce qui donne les vermiculites.
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Une gemme est dite trapiche lorsque des figures de plus forte concentration en éléments chimiques apparaissent dans la pierre. S'il s'agit d'une émeraude (système cristallin hexagonal) on observe un hexagone, s'il s'agit d'un corindon ou d'une tourmaline (trigonaux) on observe des triangles.
Exemple de l'émeraude: L' enrichissement temporaire du milieu en chrome provoque un monocristal comme constitué d’un noyau central entouré de 6 rayons qui se sont développés parallèlement aux faces {10.0} du prisme. Les échantillons les plus marquants proviennent de la mine Gachalá près de Chivor, située au centre de la Colombie. Phase 1 : La cristallisation du prisme central se produit puis s'enrichit en albite qui cristallise sous la forme de fins cristaux mélangés au béryl; il se forme un eutectique qui se poursuit tant qu'il existe une arrivée de fluides. Une interruption crée une croûte sur les faces du prisme initial. Phase 2 : Elle reprend lors d'un nouvel apport de fluide et se fait parallèlement aux faces du prisme initial. L'eutectique choisit les arêtes du prisme, seuls sites de croissance disponibles. Il faut que les eaux-mères soient saturées d'albite pour la poursuite de la croissance.
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La pseudomorphose est le phénomène par lequel un minéral se présente avec l'apparence d'un autre minéral : par exemple, la pyrite s'altérant en limonite tout en conservant l'apparence de la pyrite. On parle de pseudomorphose, si la forme du premier minéral est conservée.
Dans la plupart des cas de pseudomorphose il s'agit d'un phénomène lié à la diagenèse. Les processus peuvent être différents et l'intervention d'êtres vivants ( bactéries par exemple) peut être très importante à côté des processus de dissolution et de recristallisation. Les eaux d'infiltration des sédiments émergés dissolvent les composés solubles (calcite, pyrite ou silice)et les entraînent de la surface jusqu'à une certaine profondeur où ils reprécipitent.
L'épigénisation est l'apparition d'un nouveau minéral ou la recristallisation d'un minéral existant, postérieurement au dépôt.
On parle de métasomatose quand ces remplacements se font sous conditions de températures et des pressions plus ou moins élevées, toujours sans modification de la forme du cristal, mais au profit de minéraux plus stables, par exemple: pyritisation, dolomitisation, silicification ou opalisation.
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L'anatexie est la fusion partielle des roches dans la croûte terrestre. Les roches métamorphiques peuvent être enfouies à des conditions de température et de pression suffisantes pour initier la fusion d'une partie des minéraux constituants: on obtient alors une migmatite ou anatexite
Si la fusion est plus importante, voire totale, les produits de la fusion partielle peuvent se rassembler pour former un magma et, si celui-ci est de nature granitique on obtiendra un granite d'anatexie après refroidissement.
La fusion dépend de nombreux facteurs:
- chimisme des roches en présence
- pression totale
- présence, et quantité de vapeur d'eau (baisse du PF)
L'ordre de fusion des roches est, en principe, l'inverse de l'ordre de la cristallisation fractionnée et des suites réactionnelles. La destinée du liquide formé peut être diverse avec ou non modofocation de la chimie.
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Une éclogite est une roche métamorphique qui s'est formée dans le faciès éclogitique, c'est à-dire ayant subi les conditions pression, température de ce champ.
Historiquement, Escola a défini les faciès métamorphiques sur des roches issues de protolithes basiques. Initialement, le nom d'éclogite était réservé a une roche de nature basique, mais, par abus de langage, on emploie le terme d'éclogite pour le faciès éclogitique et donc une éclogite peut être acide ou basique.
Une éclogite basique est composée d'omphacite et de grenat. L'omphacite est une solution solide entre les 2 pôles de la jadeïte et du diopside. Une éclogite acide est composée de grenat, mica blanc assez fréquent. Il peut avoir aussi du talc.
Une roche métamorphique passe dans différentes conditions P,T au cours de sa formation. Pendant l'enfouissement ou chemin prograde, les conditions P,T augmentent. Puis elle atteint son maximum métamorphique. Enfin, lors de l'exhumation, elle suit un chemin rétrograde où les conditions P,T diminuent.
Les éclogites sont caractéristiques d'un gradient métamorphique haute pression, basse température. Leur présence indique une zone de subduction ou d'une paléo-subduction.
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L'épitaxie est une technique de croissance orientée, l'un par rapport à l'autre, de deux cristaux possédant un certain nombre d'éléments de symétrie communs. On distingue l'homo-épitaxie, qui consiste à faire croître un cristal sur un cristal de nature chimique identique, et l'hétéro-épitaxie, dans laquelle les deux cristaux sont de natures chimiques différentes.
L'épitaxie est utilisée pour faire croître des couches minces (quelques nanomètres d'épaisseur). On utilise pour cela une surface parfaitement polie d'un monocristal, le substrat, sur lequel seront déposés d'autres atomes. Le substrat est choisi de façon à avoir des paramètres de maille proches de ceux du cristal que l'on veut obtenir.
L'épitaxie en phase liquide utilise le principe de la méthode de Czochralski. Le substrat est mis en contact avec une phase liquide sursaturée en l'élément voulu, qui cristallise sur le substrat. Cette technique a l'avantage d'être rapide, mais elle est moins précise que les épitaxies en phase vapeur.
L'épitaxie par jet moléculaires'effectue sous ultra vide. Les éléments à déposer sont évaporés et vont se déposer par transport thermique sur la surface du substrat, plus froide.
Applications: Jonctions semi-conductrices, Wafers pour la micro-électronique, Silicon On Insulator ...
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Une radiolarite est une roche sédimentaire à grains fins peu visible à l'œil nu, présentant une alternance de bancs foncés/ bancs clairs. Elle est composée essentiellement de coques siliceuses de radiolaire, protozoaire planctonique Actinopode vivant dans les mers chaudes. La couleur rouge est due à la présence de fer ferrique Fe3 + .
Pour former de la radiolarite, les coques de radiolaire doivent être préservées. Si l'on observe une courbe représentant la dissolution de la silice en fonction de la profondeur, on s'aperçoit que le taux de dissolution est très élevé à la surface alors qu'il est quasi nul en profondeur. Or les radiolaires vivent dans la couche d'eau superficielle, et leurs coques devraient être dissoutes. Puisque certaines coques ne sont pas dissoutes, il existe un mécanisme supposé les protégeant: lorsqu'un prédateur mange un radiolaire, il rejette la coque dans ses pelotes fécales. La coque emprisonnée dans la matière organique des pelotes n'est plus en contact avec l'eau de mer et ne peut être dissoute. Ensuite, la coque rejoint les couches d'eau plus profondes où il n'y a plus de dissolution, les traverse et tombe sur le fond de l'océan où elle va sédimenter dans un milieu de dépôt cal
Pour sédimenter de la radiolarite, il faut être en dessous de la C.C.D., sinon la grande quantité de tests carbonatés masque la présence des coques siliceuses.
En résumé, la radiolarite caractérise les milieux de dépôts calmes et profonds qui peuvent être associés aux grands fonds marins des océans chauds.
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L'ardoise est une roche métamorphique, en fait un schiste. Il s'agit d'une argile dont la structure minérale s'est modifiée sous l'action de la pression, autrement dit dans des régions plissées.
La couleur ardoise est un gris plus ou moins bleuté. Cette roche est la première étape de l'évolution de l'argile en mica.
Comme matériau de couverture, son épaisseur varie de 3 mm à 9 mm. Entre 20 mm et 40 mm, il s'agit de lauze, autre schiste plus massif et moins plissé. Le gisement actuel, le plus important de France, se situe à Trélazé, en Maine-et-Loire. Le département des Ardennes possédait d'importantes exploitations (Fumay, Haybes, Rimogne, ...) qui ont cessé leur activité à la fin du XXème siècle
La durée de vie des ardoises - de 70 à 300 ans - dépend de la qualité du gisement, du type d'extraction, de l'épaisseur, de la pose. Les ardoises de mauvaise qualité sont sujettes à la rouille (pyrite dans les veines du gisement).
L'exploitation de l'ardoise est conditionnée par le pendage et l'épaisseur des couches.
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La bauxite est une roche d'altération continentale alumineuse ou altérite qui contient des hydrates d'alumine, de la kaolinite, de la silice et des oxydes de fer (coloration rouge). Ses minéraux spécifiques sont les hydrates d'alumine: bayerite et gibbsite, d'une part et diaspore et boehmite d'autre part.
Cette altérite est considérée comme minerai d'aluminium si sa teneur en silice totale ne dépasse pas 8 % (en aucun cas 15%, les hydrates d'alumine deviennent instables). On distingue deux types de bauxite : la bauxite de karst et la bauxite latéritique. A cause de la présence des minéraux de fer, la bauxite avait longtemps été considéré au XIXe siècle comme un minerai de fer trop riche en aluminium pour être utilisé...
La bauxite a été découverte par Pierre Berthier en 1821, près du village des Baux-de-Provence, et son nom lui fut donné par Henry Sainte-Claire Deville en 1861.
Concentrée à la base et au sommet des couches de bauxite, on trouve de la kaolinite associée à la bœhmite et la gibbsite, qui en dérivent par hydrolyse en milieu continental ou y reviennent par silicification progressant depuis la couverture sédimentaire du minerai.
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Les calcaires sont des roches sédimentaires, très abondantes, facilement solubles dans l'eau, composées de carbonate de calcium mais aussi de magnésium. Ils se forment par accumulation, au fond des mers, à partir des coquillages et squelettes des animaux marins. La craie est une roche calcaire formée par une accumulation de tests de coccolitophoridés.
La calcite est le polymorphe d'origine secondairement géologique du carbonate de calcium. Le polymorphe d'origine primairement biogénique est l'aragonite. La concentration du calcaire dans l'eau potable ou dureté s'exprime en degré français.
Les terrains calcaires sont généralement karstifiés, c'est-à-dire modelés par la dissolution et l'érosion dues aux eaux de ruissellement et d'infiltration. Cette forme d'évolution se manifeste par des grottes, gouffres, canyons, lapiaz et autres formes dites karstiques.
Le calcaire métamorphisé donne du marbre. Le calcaire mélangé avec de l'argile donne de la marne. La présence de rognons de silex témoigne de la précipitation de la silice de l'eau de mer lors de la formation du calcaire..
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Le cinabre est un sulfure de mercure, HgS, qui contient environ 86,2 % de mercure, décrit par Théophraste en −315. C'est le minerai de mercure le plus important, utilisé pour la fabrication du mercure - par grillage du cinabre - et comme pigment.
Le mercure s'obtient par pyrométallurgie : à pression atmosphérique, le cinabre sublime à 583 °C et se décompose en mercure liquide et vapeur de soufre.
On distingue deux formes cristallines :le cinabre trigonal, rouge, et le métacinabre cubique, noir.
On peut faire le sulfure de mercure de synthèse, son appellation est le vermillon.
Vers 500 avant le Christ, l’or et le cinabre sont chauffés ensembles pour créer un amalgame.
L'assombrissement ou le noircissement du cinabre constitue un important problème de conservation des peintures murales depuis l'Antiquité, dans les lieux exposés à l'air, comme les péristyles. Actuellement, le noircissement les fresques de la villa des Mystères à Pompéi en est l'illustration. Cette dégradation spécifique au cinabre rouge peut aussi permettre son identification.
Il a également été utilisé en médecine, pour le traitement de la syphilis. On le prescrivait,sous forme de pommade,contre les maladies cutanées ou pour le traitement externe du cancer. Le cinabre est connu depuis toujours, en Asie, comme drogue.
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Un cristal est un solide polyédrique à structure régulière et périodique, formée d'un empilement ordonné (réseau) d'un grand nombre d'atomes, de molécules ou d'ions. La plus petite partie du réseau est appelée une maille : elle caractérise l'agencement particulier des atomes.
On peut classer les cristaux d'après plusieurs critères, comme leur symétrie et dire la forme de leur maille maille.
Des cristaux communs: sel, sucre, silicates, oxydes, pierres précieuses (gemmes) et la neige.
Un minéral est une substance normalement inorganique, rarement organique, formée naturellement ou synthétisée artificiellement, définie par sa composition chimique et l'agencement de ses atomes selon une périodicité et une symétrie précises. Les minéraux sont généralement solides et s'associent pour former les roches.
Un minéral peut subir des substitutions isomorphes: fer et magnésium dans l'olivine, par exemple. La composition d'un minéral est alors comprise entre des extrêmes, tout composé intermédiaire fait partie de la série. Les variations admises dans la composition font que le minéralogiste considère les minéraux comme des espèces minérales ne pouvant se confondre avec les éléments ou composés du chimiste.
Beaucoup de composés organiques, les protéines par exemple, forment des cristaux mais ne sont pas des minéraux!
Lire l'article Cristal et Lire l'article Minéral
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Le granite est une roche magmatique plutonique acide, grenue, formée par le refroidissement lent, en profondeur d'un magma issu de la croûte continentale. Les minéraux cristallisent alors lentement dans un certain ordre : d'abord les micas, puis les feldspaths, enfin le quartz. Il est formé grains (cristaux) visibles à l'œil nu, quartz, micas, feldspaths et plagioclases. Ils conduisent à une différentiation chimique de la croûte et sont à l’origine de nombreuses minéralisations; les roches volcaniques correspondantes sont les rhyolites. Le granite et ses roches associées forme l'essentiel de la croûte continentale. Le granite est une roche dense (densité: 2,7).
Il ne faut pas confondre le granite avec le granit! Ce dernier terme (marbriers) ne définit pas une roche spécifique mais un type de roche non poreuse, imperméable et cohérente: le petit granit des Ardennes est, par exemple, un calcaire!
Le granite d'anatexie a un aspect différent car il est issu d'un métamorphisme régional, c'est le stade ultime du métamorphisme.
L'altération du granite conduit, en climat tempéré, à la formation de boules de granites puis d'un chaos granitique au pied duquel on observe une arène granitique. En montagne, l'érosion des massifs granitiques donne lieu à des aiguilles, des flèches etc.
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Jean-Baptiste Louis Romé de L'Isle (1736 - 1790) est un minéralogiste français considéré comme l'un des créateurs de la cristallographie moderne. Officier à la guerre des Indes, fait prisonnier par les Britanniques, rapatrié en 1764 après cinq ans de captivité.
Il s'intéresse à la chimie avec Sage, puis à la minéralogie et il établit les catalogues de plusieurs collections privées. Suivant les idées de Carl von Linné, dans son Essai de Cristallographie de 1772, puis dans sa Cristallographie de 1783, il utilise des notions pertinentes de description, "formes primitives" et "troncatures".
À partir de la fin du XVIIIe siècle, l'approche que l'on a du monde des cristaux est d'ordre purement géométrique, inspirée en cela par la rigidité du monde minéral. Domaine réservé tout d'abord aux naturalistes, la cristallographie va prendre son envol en France essentiellement au cours des XIXe et XXe siècles et sera marquée principalement par trois figures : Jean-Baptiste Romé de l'Isle, René Just Haüy et Auguste Bravais.
Romé de l'Isle, en reprenant les travaux de Stenon, remarque en 1772 que, bien que les faces des cristaux soient en général de tailles différentes du fait même de leur croissance, deux faces adjacentes forment toujours entre elles des angles égaux. Cette loi tout à fait générale ouvre la voie à une description unique de l'ensemble des cristaux en termes purement géométriques. Cependant il n'arrivera pas à déterminer l'ensemble des formes à partir de ce principe unique.
Les mesures qu'il fait réaliser par Carangeot, auteur d'un goniomètre qui permet de mesurer précisément les angles dièdres des faces cristallines, l'amènent à énoncer sa "loi de constance des angles".
La cristallographie disposait dès lors d'un paramètre quantitatif, l'inclinaison respective des faces, à partir duquel les classifications et les théories de la structure allaient pouvoir se développer.
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D’idées libérales et généreuses, Déodat Gratet de Dolomieu accueille avec ferveur le mouvement révolutionnaire en 1789 . Puis, déçu, on l'eût été à moins!, il se réfugie dans le travail et découvre les roches du Trentin et du Tyrol qui ne font pas effervescence aux acides... Après une rencontre avec Théodore de Saussure, deux nouveaux noms entrent, l'un en sciences, la dolomie, l'autre en géographie, les Dolomites.
Il est ensuite nommé
- inspecteur du Corps des Mines en 1795
- professeur de géologie à l’École des Mines
- membre de l’Institut.
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L'abbé René Just Haüy, (1743 -1822), est le fondateur de la minéralogie moderne. Titulaire d'une chaire à la Faculté des arts de la Sorbonne, il enseigne la minéralogie au Muséum national d'histoire naturelle de 1802 à 1822.
Haüy montra que la forme des cristaux résultait de l'empilement de petits volumes de matière qu'il nommait molécules intégrantes, et dont son élève, Gabriel Delafosse déduira la notion de maille en 1840.
En faisant tomber un cristal de calcite, il découvre qu'en se brisant, les fragments de tailles différentes présentent toujours les mêmescaractères que le cristal d'origine. Hauy en déduit que le cristal peut être décrit par un empilement, de sorte que les faces du cristal soient formées de minuscules gradins.
En enlevant des parallélépipèdes en nombre décroissant à partir des sommets ou d'une arête, il explique un grand nombre de formes naturelles (à partir d'un cube, on peut obtenir une morphologie octaédrique). Il explique du même coup le clivage.
Delafosse, son élève, remplacera le terme de molécule intégrante par celui de "maille", terme qui restera à la postérité. Et Weiss va recenser les faces d'un cristal par rapport aux éléments de symétrie, ce principe très puissant dans le monde de la physique va guider toute la cristallographie
