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Quartz est l'un des minéraux les plus communs dans la croûte continentale de la Terre. Le quartz pur est fait de silice cristallisée (dioxyde de silicium, SiO2), mais dans la nature, il se produit dans de nombreuses variétés en raison de la présence de petites quantités d'autres substances. Historiquement, différentes variétés de quartz, telles que l'agate, l'améthyste, l'onyx et l'œil de tigre, ont été utilisées comme pierres précieuses. Aujourd'hui, les cristaux de quartz sont couramment utilisés pour fabriquer des «oscillateurs» qui gardent une trace du temps dans les montres-bracelets, fournissent un signal d'horloge stable pour les circuits intégrés numériques et stabilisent les fréquences des émetteurs radio. De plus, la silice fondue synthétique est utilisée à diverses fins, notamment pour fabriquer les enveloppes des lampes halogènes, les gaines des éléments électriques et les miroirs de précision des télescopes. La silice fondue spécialement préparée est utilisée dans le processus de photolithographie de fabrication de dispositifs semi-conducteurs et est le matériau de départ pour les fibres optiques pour l'industrie des télécommunications.

Histoire

En tant que l'un des minéraux crustaux les plus courants au monde, le quartz a été connu de l'humanité tout au long de l'histoire et a été appelé par un éventail ahurissant de noms. Le terme "quartz" vient de l'allemand Quarz, qui est d'origine slave (les mineurs tchèques l'appelaient křem). Certaines sources, cependant, retracent le mot au terme saxon Querkluftertz, ce qui signifie «minerai à veines croisées».

Le naturaliste romain Pline l'Ancien (23-79 de notre ère) croyait que le quartz était de la glace gelée en permanence. À l'appui de cette idée, il a déclaré que le quartz se trouve près des glaciers dans les Alpes et que de gros cristaux de quartz ont été façonnés en sphères pour refroidir les mains. Il était conscient de la capacité du quartz à diviser la lumière en un spectre.

L'étude du quartz par Nicolas Steno (1638-1686) a ouvert la voie à la cristallographie moderne. Il a découvert que, quelle que soit la distorsion d'un cristal de quartz, les longues faces du prisme faisaient toujours un angle parfait de 60 degrés.

Charles B. Sawyer a inventé le processus de fabrication commerciale des cristaux de quartz à Cleveland, Ohio. Ce processus a amorcé la transition du quartz extrait au quartz manufacturé.

Occurrence

Le quartz se trouve dans les veines hydrothermales (veines produites par la circulation d'eau chaude) et les pegmatites (roches ignées à gros grains). Les cristaux bien formés peuvent atteindre plusieurs mètres de long et peser des centaines de kilogrammes. Ces veines peuvent porter des métaux précieux tels que l'or ou l'argent et former les minerais de quartz recherchés par l'exploitation minière. L'érosion des pegmatites peut révéler de vastes poches de cristaux, appelées «cathédrales».

Le quartz est un constituant commun du granit, du grès, du calcaire et de nombreuses autres roches ignées, sédimentaires et métamorphiques.

La tridymite et la cristobalite sont des polymorphes de silice à haute température (SiO2), survenant dans des roches volcaniques riches en silice. La léchatélérite est un verre de silice amorphe, formé par la foudre dans le sable de quartz.

Variétés

À l'état pur, les cristaux de quartz sont incolores. D'autre part, la présence d '"impuretés" (petites quantités d'autres substances) génère de nombreuses variétés de quartz, dont l'agate, l'améthyste, la cornaline, la chrysoprase, le silex, le jaspe, l'onyx, le cristal de roche, le quartz fumé et l'œil de tigre.

Quartz de lait.

Certains types de quartz ont une structure "macrocristalline", dans laquelle les cristaux individuels sont visibles à l'œil nu, tandis que d'autres types de quartz ont une structure "microcristalline" ou "cryptocristalline", dans laquelle les agrégats de cristaux ne sont visibles que sous un fort grossissement. Les variétés cryptocristallines sont translucides ou principalement opaques, tandis que les variétés transparentes ont tendance à être macrocristallines. La calcédoine est un terme générique pour le quartz cryptocristallin.

Historiquement, de nombreux noms de cépages provenaient de la couleur du minéral. Cependant, les schémas de dénomination scientifique actuels mettent davantage l'accent sur la microstructure du minéral.

Toutes les variétés de quartz ne sont pas d'origine naturelle. La prasiolite, un matériau de couleur olive, est produite par traitement thermique, mais de la prasiolite naturelle a été observée en Basse-Silésie en Pologne. La citrine se produit naturellement, mais la majorité est produite par traitement thermique de l'améthyste. De plus, la cornaline est largement traitée thermiquement pour approfondir sa couleur.

Le quartz naturel est souvent «jumelé», c'est-à-dire que deux cristaux se croisent et partagent certains de leurs points de réseau. Pour cette raison, une grande partie du quartz utilisé dans l'industrie est produite par synthèse, par ce qu'on appelle un procédé hydrothermal. Ce processus génère de gros cristaux impeccables et non jumelés.

Caractéristiques notables

Le quartz a une structure cristalline hexagonale constituée de cristaux trigonaux de dioxyde de silicium (SiO2, ou silice). La forme extérieure typique du cristal ("habit de cristal") est un prisme à six faces qui se termine par des pyramides à six faces. Les cristaux naturels, cependant, sont souvent jumelés, déformés ou si massifs que seule une partie de la forme apparaît à partir d'un spécimen extrait. De plus, les cristaux peuvent prendre la forme d'un lit, en particulier pour des variétés telles que l'améthyste, dans laquelle les cristaux se développent à partir d'une matrice et une seule pyramide de terminaison apparaît. Une géode de quartz est constituée d'une roche creuse (généralement de forme grossièrement sphérique) contenant un noyau bordé d'un lit de cristaux.

La densité du quartz est de 2,65 g / cm³. Sa dureté (résistance à la rayure) est évaluée à 7 sur l'échelle de Mohs de 1 à 10 (où 10 est la valeur maximale attribuée au diamant).

Piézo-électricité

Un cristal de quartz a une propriété connue sous le nom piézo-électricité- ce qui signifie que lorsqu'une contrainte mécanique est exercée sur le cristal, ou lorsque le cristal est mis à vibrer, il produit de l'électricité. L'une des premières utilisations de cette propriété du quartz a été la fabrication du micro d'un phonographe.

Aujourd'hui, l'une des utilisations les plus omniprésentes du quartz, en raison de sa propriété piézoélectrique, est de fabriquer des «oscillateurs à cristal» (souvent simplement appelés «quartz»). Un oscillateur à cristal de quartz est un circuit électronique dans lequel la résonance mécanique d'un cristal de quartz vibrant crée un signal électrique avec une fréquence précise. Cette fréquence est couramment utilisée pour garder une trace du temps (comme dans les montres-bracelets à quartz), pour fournir un signal d'horloge stable pour les circuits intégrés numériques et pour stabiliser les fréquences pour les émetteurs radio. Le cristal qui y est utilisé est parfois appelé "cristal temporel".

Le principe piézoélectrique est également utilisé dans la microbalance à cristal de quartz, qui peut effectuer des mesures très précises de minuscules changements de masse.

Quartz fondu

Quartz fondu, ou silice fondue, fait référence aux types de verre contenant principalement de la silice sous forme amorphe (non cristalline). La variation du processus de fabrication produit différentes formes. Une forme transparente est obtenue en faisant fondre des cristaux de quartz purs et naturels à environ 2 000 ° C dans un four électrique ou alimenté au gaz. Des formes translucides et opaques sont produites en faisant fondre du sable de silice de haute pureté dans un four électrique. L'opacité est causée par de minuscules bulles d'air emprisonnées dans le matériau.

La silice fondue synthétique est fabriquée à partir d'un précurseur chimique riche en silice, ce qui donne un verre transparent d'une ultra haute pureté. Ses propriétés optiques et thermiques sont supérieures à celles d'autres types de verre, et il a une meilleure transmission ultraviolette (UV) que la plupart des autres verres.

Compte tenu de sa résistance et de son point de fusion élevé (par rapport au verre ordinaire), la silice fondue est utilisée comme enveloppe de lampes halogènes, qui doivent fonctionner à une température d'enveloppe élevée pour obtenir leur combinaison de luminosité élevée et de longue durée de vie. De même, les tubes translucides sont couramment utilisés pour gainer les éléments électriques dans les radiateurs individuels, les fours industriels et d'autres applications similaires.

La combinaison de la résistance, de la stabilité thermique et de la transparence aux UV fait de la silice fondue synthétique un excellent substrat pour les masques de projection pour la photolithographie, un procédé utilisé dans la fabrication de dispositifs semi-conducteurs. En outre, il est utilisé pour fabriquer des lentilles et d'autres optiques pour le spectre UV.

Le quartz fondu a des propriétés presque idéales pour la fabrication de miroirs de précision tels que ceux utilisés dans les télescopes. De plus, la silice fondue spécialement préparée est le matériau de départ clé pour la fabrication de fibres optiques pour les télécommunications.

La silice fondue translucide est utilisée pour fabriquer des creusets, des plateaux et d'autres récipients destinés à un traitement thermique à haute température. Le matériau est chimiquement inerte pour la plupart des substances, y compris pratiquement tous les acides, quelle que soit la concentration.

Quartz choqué

Quartz choqué est une forme de quartz avec une structure microscopique différente de celle du quartz normal. Sous une pression intense (mais à température modérée), la structure cristalline du quartz se déforme le long des plans à l'intérieur du cristal. Au microscope, ces avions apparaissent comme des lignes appelées lamelles de choc.

Eugene Shoemaker (1928-1997) a trouvé du quartz choqué dans le cratère Barringer (près de Winslow, Arizona) et a conclu qu'il avait été produit par l'impact d'une météorite. (L'activité volcanique ne générerait pas la pression requise.) Il a acquis cette connaissance après avoir trouvé du quartz choqué dans des cratères produits par des essais de bombes atomiques souterraines à Yucca Flats, Nevada.

Le quartz choqué se trouve également dans le monde entier, en couche mince à la frontière entre les roches du Crétacé et du Tertiaire. Cette observation confirme le point de vue selon lequel la transition entre les deux époques géologiques a été causée par un impact important.

Voir également

  • Liste des minéraux

Les références

  • Hurlbut, Cornelius S .; Klein, Cornelis, 1985, Manuel de minéralogie, 20e éd., ISBN 0471805807
  • Quartz Arkansas, Rockhounding Arkansas
  • Gilbert Hart Nomenclature de la silice, American Mineralogist, Volume 12, pages 383-395, 1927
  • Queensland University of Technology Origine du mot quartz.
  • PDF de la description du procédé de quartz cultivé de Charles Sawyer

Liens externes

Tous les liens ont été récupérés le 17 juin 2019.

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