SILICE

Structure et propriétés physiques

Le quartz cristallisé à la température ordinaire, sous une forme dite α ou B.T. (basse température), appartient au système hexagonal avec une symétrie ternaire A₃3A₂ ; cette tétratoédrie hexagonale explique la fréquence des macles, qui rendent la plupart des quartz impropres aux usages industriels, électriques ou optiques.

H. Le Chatelier a montré que le quartz α, de densité 2,65, subit, quand on le chauffe à 573 ⁰C, une transformation dans une forme β ou H.T. (haute température), appartenant à l'hémiédrie hexagonale A₆3A₂3A₂ ; le passage de la forme α à la forme β s'accompagne d'une brusque dilatation, la densité passant de 2,554 à 2,533.

La figurea montre la structure du quartz α. Celle-ci peut se déduire de celle du quartz β, de symétrie deux fois plus grande. Dans ce dernier, des tétraèdres SiO₄ liés par leurs sommets sont associés autour d'axes ternaires hélicoïdaux ; les paramètres a et c de la maille hexagonale (qui contient 3SiO₂) sont égaux respectivement à 0,4996 et à 0,5456 nm. En passant à la structure du quartz β, les Si subissent une rotation de 6⁰ 52′ autour de l'axe hélicoïdal ; par chaque Si passe un axe binaire. La maille hexagonale du quartz α a pour paramètres : a = 0,4913 nm, c = 0,5405 nm. L'angle Si-O-Si (143,90⁰) indique une liaison intermédiaire entre les liaisons ionique et covalente. Dans un cristal, les hélices formées par les tétraèdres tournent toutes dans le même sens, ce qui entraîne l'absence d'éléments de symétrie inverse (centre, plan de symétrie) : les cristaux de quartz sont énantiomorphes, soit droits dans le cas d'axes ternaires hélicoïdaux gauches, soit gauches dans le cas inverse (cf. minéralogie, fig. 2).

Le quartz se présente le plus souvent avec des faciès où dominent le prisme hexagonal {101̄0}, dont les faces sont généralement striées parallèlement à sa base, et la double pyramide hexagonale, particulièrement développée dans les quartz β cristallisés à haute température et constituée par les deux rhomboèdres direct {101̄1} et inverse {011̄1} ; on a décrit d'autres formes (500 environ) qui apparaissent comme des troncatures peu développées.

Les cristaux de quartz sont le plus souvent maclés. Les macles les plus fréquentes, celles qui sont dites à axes parallèles, ne modifient pas le faciès des cristaux si celui-ci résulte de la combinaison des formes du prisme hexagonal surmonté par la double pyramide. La macle du Dauphiné est une association de deux orientations définies par une rotation de 60⁰ autour de l'axe ternaire (axe sénaire de macle) : la symétrie de l'ensemble est celle du quartz β. Cette macle apparaît nécessairement si la cristallisation s'est réalisée dans le domaine de stabilité du quartz β (au-dessus de 573 ⁰C à la pression ordinaire), d'où l'utilisation par les géologues de cette macle comme repère thermométrique. Les cristaux maclés suivant cette loi sont impropres aux usages piézoélectriques, d'où son nom industriel de macle électrique. La macle optique, plus rare, caractérisée par le plan de macle (0001) est une association de deux cristaux, l'un droit et l'autre gauche ; elle ne gêne pas les électriciens, mais elle interdit les applications optiques. La macle du Brésil ou macle électro-optique est une[...]