Quartz

Quartz est généralement non toxique à moins qu'il ne soit sous forme de poudre. Une exposition prolongée à de la poudre finement broyée peut conduire à la silicose. Par conséquent, lors de la découpe ou du polissage de quartz, assurez-vous de porter un masque anti-poussière pour éviter d'inhaler sa poussière.

Variétés cristallines l'améthyste l'amétrine la citrine le quartz fumé ou morion le quartz hématoïde le quartz prase le quartz rose Variétés cryptocristallines calcédoine (silex, agate, onyx, cornaline, chrysoprase, jaspe (mélange de quartz et de calcédoine), héliotrope (jaspe vert à taches rouges)).

Le quartz peut présenter une fluorescence en fonction des impuretés qui le composent. Il peut également présenter les phénomènes de triboluminescence. Le quartz n'absorbe pas dans l'ultraviolet, on utilise donc des cuves en quartz pour mesurer l'absorbance de molécules qui absorbent dans l'UV (ADN par exemple). Les cristaux de quartz sont biréfringents, et présentent une activité optique.

Quartz est un constituant déterminant du granit et d'autres roches ignées felsiques. Il est très courant dans les roches sédimentaires telles que le grès et le schiste. C'est un constituant commun du schiste, du gneiss, du quartzite et d'autres roches métamorphiques. Le quartz a le plus faible potentiel d'altération dans la série de dissolution de Goldich et, par conséquent, il est très courant comme minéral résiduel dans les sédiments fluviaux et les sols résiduels. En général, une forte présence de quartz suggère une roche «mature», car elle indique que la roche a été fortement retravaillée et que le quartz était le principal minéral qui a subi une forte altération. Alors que la majorité du quartz cristallise à partir du magma fondu, le quartz précipite également chimiquement des veines hydrothermales chaudes sous forme de gangue, parfois avec des minerais comme l'or, l'argent et le cuivre. De gros cristaux de quartz se trouvent dans les pegmatites magmatiques. Des cristaux bien formés peuvent atteindre plusieurs mètres de long et peser des centaines de kilogrammes. Les cristaux de quartz naturels d'une pureté extrêmement élevée, nécessaires pour les creusets et autres équipements utilisés pour la croissance des plaquettes de silicium dans l'industrie des semi-conducteurs, sont chers et rares. La mine de pierres précieuses Spruce Pine à Spruce Pine, en Caroline du Nord, aux États-Unis est un site minier majeur pour le quartz de haute pureté. Le quartz peut également être trouvé dans le pic Caldoveiro, dans les Asturies, en Espagne. Le plus grand monocristal de quartz documenté a été trouvé près d'Itapore, Goiaz, Brésil; il mesurait environ 6,1 × 1,5 × 1,5 m et pesait 39 916 kilogrammes.

Quartz appartient au système cristallin trigonal. La forme cristalline idéale est un prisme à six côtés se terminant par des pyramides à six côtés à chaque extrémité. Dans la nature, les cristaux de quartz sont souvent jumelés (avec des cristaux de quartz jumeaux à droite et à gauche), déformés ou tellement imbriqués avec des cristaux de quartz ou d'autres minéraux adjacents qu'ils ne montrent qu'une partie de cette forme, ou qu'ils manquent complètement de faces de cristal évidentes. et semblent massives. Les cristaux bien formés se forment généralement dans un «lit» qui a une croissance sans contrainte dans un vide; généralement, les cristaux sont attachés à l'autre extrémité à une matrice et une seule pyramide de terminaison est présente. Cependant, des cristaux à double terminaison se produisent là où ils se développent librement sans attachement, par exemple dans le gypse. Une géode de quartz est une situation où le vide est de forme approximativement sphérique, bordé d'un lit de cristaux pointant vers l'intérieur. Le quartz α cristallise dans le système cristallin trigonal, groupe spatial P3121 ou P3221 selon la chiralité. Le β-quartz appartient au système hexagonal, groupe spatial P6222 et P6422, respectivement. Ces groupes spatiaux sont vraiment chiraux (ils appartiennent chacun aux 11 paires énantiomorphes). Le quartz α et le quartz β sont des exemples de structures cristallines chirales composées de blocs de construction achiraux (tétraèdres SiO4 dans le cas présent). La transformation entre quartz α et β n'implique qu'une rotation relativement mineure des tétraèdres l'un par rapport à l'autre, sans changement dans la manière dont ils sont liés.

Dans la nature, le quartz se présente rarement sous la forme de monocristaux de qualité suffisante pour l'industrie, qui utilise ses propriétés piézoélectriques (présence de macles). Les cristaux peuvent également comporter des inclusions, liquides, gazeuses (quartz aérohydres) ou solides, par exemple d'amphibole, de hornblende ou de rutile. Le quartz est utilisé dans de nombreux domaines : la réalisation de sols industriels (anti-usure) ; l'épuration des eaux ; le sablage industriel ; matériau de décoration (parcs, allées, parkings…) ; aménagement de terrains de golf (bunkers) ; horlogerie ; joaillerie.

Quartz est considéré comme la pierre de naissance des personnes nées en avril, et est l'emblème de l'Arkansas depuis 1967. Traditionnellement, les Japonais affirmaient que quartz signifiait pureté et espace infini, tandis que les anciennes cultures nord-américaines et birmanes considéraient cette pierre comme un être vivant, lui consacrant des rituels et lui donnant de la nourriture.

Le mot « quartz » vient de l'allemand Quarz, d'origine slave (les mineurs tchèques l'appelaient křemen). D'autres sources attribuent l'origine du mot à Querkluftertz en saxon, qui signifie minerai de veine croisée. Le quartz est le matériau le plus couramment identifié comme la substance mystique maban dans la mythologie aborigène australienne. On le trouve régulièrement dans les cimetières à tombes à passage en Europe dans un contexte funéraire, comme à Newgrange ou Carrowmore en Irlande. Le mot irlandais pour quartz est grianchloch, ce qui signifie « pierre de soleil ». Le quartz était également utilisé dans l'Irlande préhistorique, ainsi que dans de nombreux autres pays, pour fabriquer des outils en pierre ; tant le quartz de veine que le cristal de roche étaient taillés comme partie de la technologie lithique des peuples préhistoriques. Bien que le jade ait été depuis les temps les plus anciens la pierre semi-précieuse la plus prisée pour la sculpture en Asie de l'Est et en Amérique précolombienne, en Europe et au Moyen-Orient, les différentes variétés de quartz étaient les plus couramment utilisées pour les différents types de bijoux et de sculptures en pierre dure, y compris les gemmes gravées et les camées, les vases en cristal de roche et les récipients extravagants. La tradition a continué de produire des objets très appréciés jusqu'au milieu du 19e siècle, lorsqu'elle est largement tombée en disgrâce sauf en joaillerie. La technique du camée exploite les bandes de couleur de l'onyx et d'autres variétés. Le naturaliste romain Pline l'Ancien croyait que le quartz était de la glace d'eau, gelé en permanence après de longues périodes de temps. (Le mot « cristal » vient du mot grec κρύσταλλος, « glace ».) Il soutenait cette idée en disant que le quartz se trouve près des glaciers dans les Alpes, mais pas sur les montagnes volcaniques, et que de grands cristaux de quartz étaient façonnés en sphères pour refroidir les mains. Cette idée a persisté jusqu'au moins au 17e siècle. Il connaissait également la capacité du quartz à diviser la lumière en un spectre. Au 17e siècle, l'étude du quartz par Nicolas Steno a ouvert la voie à la cristallographie moderne. Il a découvert que, quel que soit la taille ou la forme d'un cristal de quartz, ses longues faces prismatiques se rejoignaient toujours à un angle parfait de 60°. Les propriétés piézoélectriques du quartz ont été découvertes par Jacques et Pierre Curie en 1880. L'oscillateur ou résonateur de quartz a été développé pour la première fois par Walter Guyton Cady en 1921. George Washington Pierce a conçu et breveté des oscillateurs à cristal de quartz en 1923. Warren Marrison a créé la première horloge à oscillateur à quartz basée sur les travaux de Cady et Pierce en 1927. Les efforts pour synthétiser le quartz ont commencé au milieu du 19e siècle alors que les scientifiques tentaient de créer des minéraux en laboratoire dans des conditions similaires à celles dans lesquelles les minéraux se formaient dans la nature : le géologue allemand Karl Emil von Schafhäutl (1803–1890) fut la première personne à synthétiser du quartz lorsqu'en 1845, il créa des cristaux de quartz microscopiques dans une cocotte-minute. Cependant, la qualité et la taille des cristaux produits par ces premiers efforts étaient médiocres. Dans les années 1930, l'industrie électronique dépendait des cristaux de quartz. La seule source de cristaux appropriés était le Brésil ; cependant, la Seconde Guerre mondiale a perturbé les approvisionnements en provenance du Brésil, les nations ont donc tenté de synthétiser le quartz à une échelle commerciale. Le minéralogiste allemand Richard Nacken (1884–1971) a accompli certains succès dans les années 1930 et 1940. Après la guerre, de nombreux laboratoires ont tenté de cultiver de grands cristaux de quartz. Aux États-Unis, le U.S. Army Signal Corps a passé des contrats avec Bell Laboratories et avec la Brush Development Company de Cleveland, Ohio pour synthétiser des cristaux suivant l'initiative de Nacken. (Avant la Seconde Guerre mondiale, Brush Development produisait des cristaux piézoélectriques pour les tourne-disques.) En 1948, Brush Development avait fait croître des cristaux de 1,5 pouces (3,8 cm) de diamètre, les plus grands à ce jour. Dans les années 1950, les techniques de synthèse hydrothermale produisaient des cristaux de quartz synthétiques à une échelle industrielle, et aujourd'hui, pratiquement tous les cristaux de quartz utilisés dans l'industrie électronique moderne sont synthétiques.

Les cristaux naturels de quartz peuvent atteindre des tailles considérables : le plus grand monocristal de quartz connu a été trouvé à Manchõ Felipe, près d'Itaporé (Goiás, Brésil) : 6,1 × 1,5 × 1,5 m, pour un poids estimé de 40 tonnes. Actuellement, le quartz naturel, qui se trouve partout dans le monde (les principaux gisements se trouvent au Brésil) n'est plus guère exploité que pour servir de germe dans le processus de fabrication de quartz synthétique, cette synthèse étant industrialisée depuis la fin de la Seconde Guerre mondiale. Dans le nord-ouest du Québec, le quartz est un des principaux indices de la présence de l'or dans sa masse. Sa couleur se présente surtout sous un blanc laiteux ou gris pale.

L’étymologie du mot quartz n’est pas évidente. La première hypothèse vient du mot « quaterz » ou « quaderz » qui jusqu’au XVI siècle désigne les mauvais minerais. Une autre hypothèse est la contraction du mot allemand « gewärz » (excroissance, germe). Le terme quartz au Moyen Âge s’appliquait à tous les cristaux. C’est Georgius Agricola qui a restreint le terme aux cristaux de roche.