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Du cristal de roche au silex

Dossier - Au coeur de la silice... du silex au wafer
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Des éclats de silex, au quartz de nos montres en passant par le wafer des circuits intégrés de nos ordinateurs vous saurez tout sur la silice !

  
DossiersAu coeur de la silice... du silex au wafer
 

Les variétés cristallisées du quartz

Il n'est pas possible de donner une liste exhaustive de toutes les formes de quartz cristallisé, ni de toutes les appellations, il y en a beaucoup ! Voici une petite liste des plus importantes, agrémentée de quelques commentaires... Il y a un chapitre entier consacré à l'opale.

1 - Le cristal de roche ou quartz hyalin, quartz pur, transparent, souvent en groupe de cristaux, fumé ou non.

Quartz hyalin, fumé, morion

2 - Le quartz enfumé ou fumé, le nom de morion est réservé aux variétés les plus noires. Les colorations très variables et rarement homogènes sont dues à des oxydes ou à une irradiation. On peut colorer un quartz par irradiation et le décolorer par chauffage ! On en trouve de très beaux cristaux avec ou sans inclusions.

Le cristal de roche est très répandu mais les plus beaux spécimens sont formés dans les filons hydrothermaux. Les cristaux hyalins de quartz de filon de La Gardette sont parmi les plus beaux et les plus purs du monde. La macle de La Gardette fut décrite pour la première fois en 1829, et est aussi connue aujourd'hui sous le nom de macle du Japon. Les pegmatites du Brésil donnent de très beaux cristaux dont un des plus gros pèse 3 tonnes et se trouve au Museum (Minas Gerais). Il est daté de 450 Ma. On en a trouvé de 15t dont certains morceaux se trouvent aussi au Museum. Il est difficile de trouver de si gros cristaux parce qu'ils sont fractionnés lors des événements tectoniques. On en trouve aussi de très beaux à Madagascar (pièces de 100kg) qui étaient connus des Arabes au IX ième siècle.

Le travail du cristal de roche fut très à l'honneur à Athènes comme à Rome et il y a de nombreux chefs-d'œuvre des lapidaires dans nos musées. Actuellement l'Allemagne (Idar Oberstein) et la Chine travaillent encore le cristal de roche.

Une des plus grandes découvertes de cristaux de quartz eut lieu en 1867 dans le massif de Tiefen en Suisse, près du glacier du Rhône, par ailleurs endroit très connu des cristalliers !

Glacier de Tiefen

Un des premiers cristaux trouvés fut un morion noir de 7 kg ce qui donna du courage aux découvreurs pour poursuivre leurs recherches et, la persévérance aidant, ils trouvèrent une immense géode qui leur livra 14 tonnes dont 9 furent cassées lors de l'exploitation. En 1878 les plus beaux cristaux furent achetés et offerts au musée de Berne par l'acquéreur ( M. F. Burki) et le groupe le plus important fut acquis par G. Revilliod qui le donna au musée de Genève : il pèse 620 kg et comporte un grand nombre de cristaux. Certains cristaux trouvés pesaient jusqu'à 100 kg pièce... la plupart ont disparu...mais il y en a d'autres !

La fissure protégée de la Gerstenegg dans le massif du Grimsel (Suisse). Découverte le 4 octobre 1974 et déclarée le 11 décembre "Monument géologique naturel"; elle se trouve dans la galerie donnant accés à l'usine hydro-électrique de Oberhasli-Grimsel, galerie ouverte aux visiteurs et une dalle de 875 kg avec des cristaux intacts de plus de 20 cm orne le siège de la société à Innertkirchen. Paragénèse et minéralogie du site font l'objet d'explications détaillées.

L'extraction sauvage et le trafic sont maintenant sévèrement punis. Voici une des dernières « affaires » en cours dans les Alpes.

Un incroyable trafic de quartz découvert en Isère : Extrait d'un article de Serge Pueyo dans le Figaro du 28 mars 2005.

Trois cristalliers se livraient à un important trafic de quartz dans la région de Bourg-d'Oisans. Il y a quelques mois, les gendarmes ont été alertés par des habitants qui ont entendu des bruits d'explosion dans la montagne. On savait que certains passionnés accumulaient des quartz en quantité. L'enquête a abouti à l'interpellation de neuf personnes soupçonnées de se livrer au trafic de minéraux. Mais ce qu'ont découvert les gendarmes dépasse toutes leurs espérances : il y en avait tellement qu'on n'a pas pu tout saisir, on a dû mettre les scellés en attendant de trouver un local, confie un enquêteur. Ces pierres proviennent majoritairement de la mine de la Gardette, au-dessus de Bourg-d'Oisans. Les quartz de ce site, connus sous le nom de «Macle de la Gardette», sont présents dans les musées du monde entier. Les lustres ornant la galerie des glaces du château de Versailles, réalisés sous Louis XIV, sont faits avec ces quartz. Les plus belles pièces se négocient jusqu'à plusieurs dizaines de milliers d'euros. Parmi interpellés, un Rmiste qui avait les moyens de voyager dans le monde entier, le responsable d'un club de minéraux de Chamonix, directeur d'un laboratoire pharmaceutique dans le civil, mais aussi un garde du Parc national des Ecrins, dont le métier est de protéger la nature...

Quartz fumé et rutile, détail

Signalons encore quelques collections très célèbres de quartz hyalin : la Galerie Apollon du Louvre présente des pièces du XVI ième dont 190 sont en quartz ; le Trésor des Ducs de Bourgogne et des Empereurs d'Autriche au Kunsthistorische Museum de Vienne ; une sphère en cristal de roche parfaitement limpide de 32 cm de diamètre et d'un poids de 106 livres existe dans la collection de la Smithsonian Institution de Washington...

3 - L'améthyste dont le nom vient du grec amethystos : qui combat l'ivresse, cette pierre servant d'amulette contre l'ivrognerie ! C'est, en effet, dit la légende, le dieu Bacchus qui aspergea le cristal de son vin ce qui le colora. Ce cristal était le résultat de la transformation d'une nymphe importunée par ce dieu...et qui, ainsi put lui échapper.

Le fer sous forme Fe2O3 peut atteindre 0,25% dans les formes sombres. L'améthyste se décolore vers 400 degrés. Le fer remplace les atomes de silicium dans le réseau. On aperçoit les zones de coloration en chevrons avec des angles de 60 et 120 degrés si on regarde à la loupe. La valeur de l'améthyste est proportionnelle à sa teinte.

On la retrouve sur les couronnes des rois et surtout sur les anneaux des évêques depuis 610 (et sur ordre du Pape !). On en trouve au Brésil, au Mexique, dans les Alpes et en Auvergne où elles furent exploitées du XVIII ème au XX ème siècle.

4 - La citrine teintée en jaune, beaucoup plus rare que l'améthyste, elle contient seulement 0,02% d'oxyde de fer. Elle présente les mêmes qualités que l'améthyste, et les citrines foncées sont souvent des améthystes chauffées !

5 - L'amétrine une combinaison d'améthyste et de citrine dans le même cristal, une spécialité bolivienne, est un cristal très à la mode maintenant. L'aspect bicolore de la gemme est plus percutant sur une pierre taillée.

Les Amétrines de la mine Anahí (Bolivie) : La mine Anahí est le principal producteur d'amétrine naturelle au monde mais pendant des années la production resta dans le flou compte tenu de l' extraction dans une réserve naturelle et les pierres allaient au Brésil vu sa proximité .La production est estimée à 10 t/an. L'exploitation se trouve à la base d'une colline (au nord des Mts Tapia) de 200 m surplombant les zones inondées du Pantanal. C'est le fer dont la concentration dépasse 40 ppm qui est à l'origine des couleurs. La taille permet de mettre en valeur ce contraste de couleur plus sensible sur les pierres qui dépassent 7 cts.

Amétrine brute et taillée

6 - Le quartz rose, toujours translucide plus ou moins trouble et assez répandu. Sa couleur pourrait être due à du titane qui se substitue en partie aux atomes de silicium. Il se rencontre à l'état massif dans les pegmatites mais il est très rarement transparent. On l'emploie en ornementation : statuettes, coupes, vases...

7 - Le quartz hématoïde est coloré en rouge orangé par de la goethite ou de l'hématite. De beaux spécimens ont été trouvés en Grande-Bretagne.

8 - Le quartz chloriteux est coloré en vert par des lamelles de chlorite.

9 - Le quartz bleu pâle, plus riche en rutile que le quartz rose.

10 - Le girasol, opalescent, est un quartz laiteux que l'on peut rencontrer dans les pegmatites.
Le quartz aurifère a différents aspects : gris bleuté translucide, ou il contient de la stibine ou il est associé à l'or et au bismuth. Le type mondial le plus répandu est le quartz aurifère à pyrite dans lequel l'or est intimement associé aux sulfures et non décelable à l'œil. Les teneurs varient de quelques g/t à plusieurs centaines de g/t. A ce type appartiennent les petits gisements français du Limousin.

11 - Le quartz filonien est le quartz commun entièrement cristallisé mais laiteux...On peut en avoir de transparents dans un filon catathermal de haute température. Les géodes que l'on y rencontre contiennent des cristaux qui peuvent être beaux, mais petits dits en dents de chien. Dans les filons de fluorine ou de barytine, le quartz peut remplacer ces minéraux, ce ne sont pas des pseudomorphoses, simplement des « moulages » des cristaux disparus. Il existe aussi des quartz filoniens à éclat gras et odeur fétide qui contiennent des inclusions de matières hydrocarbonées. Il existe aussi de grands filons de quartz stérile (sans minéraux ) qui peuvent atteindre de très grandes longueurs comme celui du dyke d'Evaux-St-Maurice dans la Creuse qui mesure environ 100 km.

Il faut citer pour terminer cette énumération les quartz chatoyants : une série de minéraux asbestiformes (en forme d'aiguilles) enrobés de quartz, avec :

- l'œil de chat dans lequel les cristaux d'amphibole ou de tourmaline silicifiés sont orientés parallèlement.
- l'œil de faucon aux reflets bleutés dus aux fibres de crocidolite ( amiante).
- l'œil de tigre est un quartz présentant une structure finement fibreuse due à la silicification de fines fibres d'amiante altérée en limonite (oxyde de fer hydraté) dans le cristal de quartz.

Oeil de tigre

12 - Il faut encore citer un cas très particulier : la mélanophlogite : c'est une forme paramorphique de la cristobalite β de haute température. C'est une forme cubique, anhydre de silice de faible densité (2,05). Il s'agit d'un quartz contenant 88% de silice et H, S et C en proportions variables. Il s'agit, en fait de matière organique qui se transforme en carbone lorsque la température augmente beaucoup et le cristal devient noir d'où son nom. On ne les a trouvés que dans des fentes remplies de bitume des couches de calcaire solfifère d'Agrigento en Sicile, mais c'est un minéral reconnu !

Les variétés cryptocristallines du quartz

Il existe aussi des variétés microcristallines de quartz, la calcédoine, l'agate et l'onyx ainsi que des variétés microgrenues plus ou moins pures, les silex et les jaspes liés à des conditions de formation particulières.
D'après Foucault, dictionnaire de géologie, certains pensent que l'on devrait dire calcédonite pour le minéral et calcédoine pour la roche. Nous parlons ici du minéral mais nous garderons le nom traditionnel de calcédoine, la nomenclature n'ayant pas entériné le changement. Donc on donne le nom de calcédoine à toutes les formes macroscopiques de produits siliceux formés par concrétion, plus ou moins translucides et présentant une cassure conchoïdale et une structure intime fibreuse ou compacte (A.Lacroix). La surface lisse, mamelonnée est formée de sphérolites jointifs. Forme de basse température elle se trouve dans les cavités des roches basaltiques et dans les terrains sédimentaires. Elle épigénise souvent les tests calcaires, mais aussi des minéraux comme la calcite et la fluorine. Composée de 90 à 99% de silice, elle contient des impuretés comme l'eau, les oxydes de fer et l'alumine. La structure est très poreuse ce qui permet de modifier leur aspect par des « bains » ou divers chauffages ; ces procédés étaient déjà connus dans l'Antiquité.

Calcédoine

Voici quelques variétés de calcédoine :

1 - L'agate : remplissage des cavités en rubans de couleurs bigarrées qui épousent parfaitement la forme de la cavité. Parfois avec du quartz transparent ou violacé, parfois aussi avec de la calcite. Certaines variétés d'agate renferment des dendrites d'oxydes d'aspect végétal ce qui leur a valu le nom d'agates moussues. Les immenses nappes basaltiques du Jurassique en Amérique du Sud contiennent de grandes cavités qui ont été remplies de liquides hydrothermaux riches en silice qui ont lentement cristallisé leurs sels en solution et ont ainsi formé des agates.

calcédoine bien cristallisée à fort grossissement, microscopie optique

2 - L'onyx : calcédoine à rayures noires et blanches plus ou moins planes et qui est utilisée pour la fabrication des camées, dont le motif est sculpté en relief, et intailles, dont le motif est sculpté en creux. Ces gravures sont des documents de l'histoire de Sumer à Rome. Quelques ateliers existent encore, les pierres sont maintenant gravées au diamant. Il faut se méfier des faux dans lesquels un motif sculpté est collé sur une pièce d'une autre couleur !

Bol en onyx

3 - Le plasma : coloré en vert foncé par la chlorite ou la serpentinite. Le plasma prend le nom d'héliotrope quand il est taché de rouge.

4 - La cornaline : rouge foncé par inclusion d'hématite en grande quantité.

5 - La sardoine : brune à cause d'hématite ou de limonite.

6 - Le chrysoprase : verte vif, translucide (silicate de nickel) pierre très appréciée en cabochon par exemple ; son prix est le plus élevé des calcédoines ; et le prase : vert foncé par inclusions de chlorite ou d'amphibole.

Jaspe rouge

7 - Le jaspe : calcédoine non transparente, très colorée, impure mais qui prend un très bel aspect au polissage, elle peut être verte, rouge le plus souvent ou noire. L'origine de la silice est très souvent organique, elle provient des tests de Radiolaires mais l'origine peut aussi être chimique, dans les filons en particulier. La Renaissance a particulièrement apprécié le jaspe sanguin. Le jaspe rouge de Saint-Gervais fut employé par Garnier pour l'Opéra, il est, en effet, très souvent employé dans la décoration. Les bois silicifiés sont classés dans les jaspes en gemmologie.

Bois silicifié

8 - Le silex est de la silice microgrenue, plus ou moins pure, à cristallisation plus ou moins confuse. On le trouve sous forme de rognons dans les terrains sédimentaires de tous âges. Il s'agit de précipitation de la silice de manière localisée de préférence dans des calcaires mais pas seulement. Il est particulièrement fréquent dans les falaises crétacées de France sous forme de silex blond ou silex corné ou hornstein. Il y a encore le silex des pierres à fusil à cassure esquilleuse et le silex noir fréquent, lui, dans les calcaires carbonifères.
Le silex fut la première pierre a être travaillée par l'homme, il y a 2 millions d'années dans la vallée de l'Omo en Afrique. Le jaspe et la quartzite l'accompagnaient. Ce sont les marqueurs de la Préhistoire....mais nous sortons du sujet !

Galets de silex et rognon de silex en coupe

La formation des silex :

Si le Crétacé est l'époque de la craie c'est aussi celle des silex, la roche de silice par excellence. La croûte continentale hercynienne porte une végétation luxuriante. C'est une grande partie des terres qui est alors soumise au climat chaud et humide. Des sols rouges d'altération se sont établis, au sein desquels est produite la kaolinite. Un bon drainage, favorise l'altération et entraîne le silicium dissous. Les océans, reçoivent d'énormes quantités de silice. Les diatomées n'existaient pas avant le Crétacé inférieur (voir chapitre la silice et la vie).

Le cycle du silicium s'effectuait alors sans ce maillon. La teneur en silice des eaux marines au Crétacé supérieur était donc bien supérieure à ce qu'elle est aujourd'hui, et vraisemblablement proche de la saturation. Ces eaux étaient ainsi tout naturellement à même d'assurer la croissance cristalline de silicates, et de minéraux de silice. La cristallisation s'amorçait en une infinité de germes cristallins, juste sur le fond, dans cette étroite zone qu'est l'interface eau-sédiment. De tous petits cristaux, de taille bien inférieure au millième de millimètre, assuraient leur croissance sur les cristaux de calcite du squelette des foraminifères entre autres. Ces très fines cristallites se développaient en un empilement respectant une même orientation cristalline. Cet assemblage de fibres, forme ce qu'on appelle la calcédoine.

La calcédoine a une propriété : elle se développe dans les sédiments calcaires, remplissant totalement les vides laissés entre les grains, mais sa croissance cristalline se fait aussi au détriment de la calcite qu'elle remplace point par point. Et c'est toute la masse de la boue crayeuse qui est transformée en calcédoine. La croissance est très lente et la craie continue de se déposer. L'objet s'éloigne donc de l'interface, les échanges se ralentissent puis cessent.

Le rognon de silex est alors achevé dans sa forme à tendance sphérique, avec son cortex blanc, résultant de l'accumulation à sa périphérie, où elles ont été repoussées lors de la croissance, des impuretés trop grosses, la matière organique notamment qui se dégrade rapidement et disparaît en laissant un réseau de très fines cavités, le cortex blanc.

Les silex font donc partie du paysage crétacé. Or, cette situation climatique n'a pas duré. Après la fin du Crétacé, au début de l'ère Tertiaire le climat général du globe se refroidit et entraîne une diminution considérable des apports de silice à l'océan ...Pas de silice en excès : pas de silex. Le silex est une roche fossile, qui ne se forme plus dans l'environnement actuel.