Cristal aux multiples facettes, • Objetd’émerveillement• ObjetdescienceetdeconnaissancedelaMatièreetdelaVie• Objetcontemporainauxmultiplesapplications

LeCristaletlaCristallographiesontdesoutilsprécieuxpourlaScience

Le cristal et la cristallographie, des outils précieux de la science

Bijou «Jouvence» © Jean Vendome

Le Quartz ou le « cristal de roche »

Lequartzobservé,étudié: lanaissanced’unescience

En s’appuyant sur l’observation de la forme des cristaux de quartz, et de bien d’autres cristaux, dès les 17-18ème siècles les savants essaient d’imaginer leur nature. Ces études suscitent le développement de chaires scientifiques de minéralogie. Le mot « Cristallographie » (ou description des cristaux) est introduit pour la première fois en 1723 par Capeller.

LastructureduQuartz

Après la découverte de la nature des rayons X par Laue et de leurs applications pour déterminer la structure des cristaux par les Bragg père et fils en 1912, la structure du quartz est étudiée très vite. Toutefois, du fait de sa complexité, sa structure n’est déterminée qu’en 1925 par W. L. Bragg et R. E. Gibbs.

Lespropriétés piézoélectriquesduquartz

La piézoélectricité, qui transforme une force en électricité et vice-versa, est découverte dans le quartz en 1880 par Jacques et Pierre Curie. Au début, cette découverte suscite seulement l’intérêt des physiciens, depuis de nombreuses applications ont été développées d’abord dans le quartz puis dans d’autres matériaux piézoélectriques.

Quartz Cristal de roche, La Gardette, Isère, France. © Coll. Muséum

d’Histoire Naturelle de Grenoble

Quartz améthyste, Silver-Star, Montana, USA. © Coll. Muséum d’Histoire Naturelle de Grenoble

Unordreenescalieràvis

Tous les atomes sont reliés entre eux par des liaisons courtes entre le silicium

et l’oxygène (formant des tétraèdres SiO4), faisant apparaître un arrangement en hélice

des atomes. Cet ordre en escalier à vis est à l’origine de ses propriétés chirales et de sa faculté à polariser la lumière. Ces hélices ont deux sens de rotation pos-

sibles, droite ou gauche. Cette structure du quartz se retrouve dans toutes les formes naturelles mi-

crocristallines de la silice, et il y en a beau-coup…Avec la température, l’orientation

des tétraèdres SiO4 peut changer

© CEMES, LiPhy et Inst.Néel CNRS

Quartz watches, GPS, sonar ...

Piezoelectricity is used in sonars, it is also used to measure

time in quartz watches and to define the operating frequencies of all

electronic devices (telephones, computers, GPS, ...).

By observing the shape of the quartz crystals,

Steno, in the 17th century, imagined the crystal growth. In

1690, Huygens discovered an optical property of quartz already observed

by Bartholin on calcite in 1669: double refraction, a double

image.

Desvariétésdequartz

Le quartz est un constituant majeur des roches de l’écorce

terrestre. C’est de la silice (SiO2) cristallisée. Le quartz présente souvent

des facettes en prismes à six faces terminées par des pyramides à six faces. Pur, il est

incolore et transparent, c’est le « cristalderoche ». Il devient coloré

en présence d’impuretés : violet pour l’améthyste, jaune

pour la citrine.

Quartz observed and studied: the birth of a science

From the 17 and the 18th centuries, scientists, observing the shape of the quartz crystals and many other crystals forms, try to imagine their true nature. These studies help the establishment of chairs of mineralogy. The word “ Crystallography ” (or description of crystals) is introduced for the first time un 1723 by Capeller.

Structures of Quartz

After the Laue’ discovery of X-rays diffraction by crystals and their use by Bragg father and son in 1912 to determine the crystal structure, the structure of quartz is an object of interest. However, because of its complexity, its structure was only determined in 1925 by W.L. Bragg and R.E. Gibbs.

The piezoelectric properties of quartz

Piezoelectricity, which converts force into electricity and vice versa, is discovered in the quartz in 1880 by Jacques and Pierre Curie. At first, this discovery raises only the interest of physicists. Since, many applications were first developed using the quartz then other piezoelectric materials.

Quartz or « rock crystal »

Multifaceted crystal, • Anobjectofwonder• Anobjectofscienceprovidingknowledgeaboutinorganicmatterandlivingorganisms• Anobjectofhigh-technologywithnumerousapplications

Crystal and Crystallography are precious tools for Science

Varietiesofquartz

Quartz is a major constituent of the Earth’s crust. It is crystallised silica

(SiO2). Quartz often presents faceted six-sided prisms terminated by six-sided pyramids.

Pure, it is colorless and transparent, it is the « rockcrystal». It becomes colored by

impurities : purple for amethyst, yellow for citrine.

En observant la forme des cristaux de

quartz, Sténon, au 17e siècle, imagine la croissance

cristalline. En 1690, Huygens découvre une propriété optique

du quartz déjà observée sur la calcite par Bartholin en 1669:

la double réfraction, un dédoublement de

l’image.

Aspiralstaircaseinorder

All atoms are interconnected by short bond lengths between silicon and oxygen (forming

SiO4 tetrahedra), showing a helical arrangement of atoms. This spiral staircase order is at the origin of

its chiral properties and its ability to polarise light. These helices have two possible directions of rotation, right or

left. This structure of quartz is found in all natural forms of microcrystalline silica, and there are

many .... The orientation of SiO4 tetrahedra can change with temperature.

© CEMES, LiPhy & Inst.Néel CNRS

Montresàquartz,GPS,sonars,..

La piézoélectricité est utilisée dans les sonars, elle est aussi

utilisée pour mesurer le temps dans les montres à quartz et pour définir

les fréquences de fonctionnement de tous les appareils

électroniques (téléphones, ordinateurs, GPS,…).

Crystal and crystallography are precious tools for science

Huygens

Stenon

A journey into the Crystal

Voyage dans le Cristal