Vitesse de croissance des cristaux

[JexSavoie]

Autre question : la vitesse de croissance (à conditions constantes) est-elle proportionnelle à la dureté du minéral ?

Question étrange que je ne suis pas certain de comprendre : sachant que la dureté du quartz reste la même dans des cas de vitesses de croissance fortement différentes, on peut en déduire que la vitesse n'est pas proportionnelle à la dureté (qui est liée à la disposition moléculaire).

[esor6]

Question étrange que je ne suis pas certain de comprendre : sachant que la dureté du quartz reste la même dans des cas de vitesses de croissance fortement différentes, on peut en déduire que la vitesse n'est pas proportionnelle à la dureté (qui est liée à la disposition moléculaire).

Oui, je comprend ton interrogation et moi même, j'ai du mal à me relire...! :-)

J'ai précisé "à conditions constantes". J'aurai pu formuler autrement : pour les conditions optimales de pression/température/"nutriments" des principales "espèces" minérales, y a t'il un lien entre la vitesse de croissance de ces minéraux et leur dureté ?

Pour faire simple, les minéraux les plus tendres (gypse, calcite, fluo...) grandissent-ils plus vites que les plus durs topaze (béryls, corindons, diams...)?

[Lionel-R]

Absolument pas, la boracite qui est une évaporite peut cristalliser aussi vite que tu veux et est très dure. Tu peux trouver tous les cas de figures des minéraux dures qui poussent vite et l'inverse. Tout dépend de la solubilité de ton espèce dans le milieu. La dureté c'est la covalence de la liaison entre les constituants du cristal. La vitesse de cristallisation je ne sais pas de quoi elle dépend, ça ne me revient pas mais pas du tout de la covalence de la liaison.

[esor6]

OK Lionel ! Merci pour ces éclaircissements.

Donc pas de relation vitesse/dureté et la dureté est fonction du type de liaison entre les atomes.

Et sinon, comment interprète-tu les stries parallèles sur l'exemple que j'ai donné plus haut ? Différentiel de vitesse/changement localisé des conditions de formation ?

[JexSavoie]

dépôt "d'impuretés" lors de phases distinctes de cristallisation. Ces impuretés ont ensuite pu jouer un rôle dans la coloration (activation des centres colorés ou dépôts colorés). Dans un langage moins technique, c'est la même histoire que le fantôme dans un cristal.

[Lionel-R]

Voilà... moi j'allais dire évolution de la composition chimique du milieu, mais ça revient au même.

[esor6]

Oui mais, d'un seul côté du cristal... et de manière aussi régulière ? Vous trouvez pas çà un peu bizarre ?

[JexSavoie]

Hé bien, non, je ne trouve pas cela bizarre

Mais comme tu as précisé que cela ne se présentait que d'un seul côté, on peut dès lors soupçonner que la photo montre la face qui était exposée vers le "plafond" de la poche. Par effet de gravité, les dépôts probablement issus des épontes, sont venus saupoudrer le cristal entre chaque sursaturation de la soupe minéralisatrice (petits mouvements tectoniques).

D'ailleurs, ce petit cas de figure nous montre bien qu'il ne faut pas confondre la vitesse de cristallisation avec le temps total de cristallisation d'un individu : un cristal peut mettre des millions d'années avant de nous présenter sa forme définitive, mais n'aura connu des phases de cristallisation que 0.001% du temps.

[esor6]

Merci Jex pour ta réponse.

Autre question : l'habitus est-il révélateur de la vitesse de croissance ?

Si oui, lorsque au moins deux habitus différents coexistent, qu'est-ce que cela veut dire ?

PS : juste une précision concernant les corindons en exemple, ils ont apriori grandi dans un magma albitique. Donc pas de "poches". Mais le principe que tu expose est le même dans un contexte magmatique, je suppose...?

[JexSavoie]

En ce qui concerne les contextes, je ne suis pas assez calé pour te répondre, tant les cas de figures sont complexes (on peut par exemple reprendre le cas du diamant et du graphite qui montrent qu'un contexte peut avoir des conséquences qui vont aller au delà d'une simple histoire d'habitus).

Mais oui, indirectement, l'habitus peut en quelque sorte trahir la vitesse de croissance : on s'en rend parfaitement compte avec le quartz, et plus particulièrement le quartz fenêtre, dont la cristallisation a été tellement rapide (avant d'être stoppée aussi brutalement), que les parties centrales des faces n'ont pas eu le temps de se combler. Cela reste un domaine très peu étudié, car les seules comparaisons que l'on peut faire aujourd'hui proviennent de la fabrication artisanale ou industrielle de cristaux synthétiques.

[Lionel-R]

Ah je vais enfin pouvoir en placer une (ptdrrrrrrrrr). Il faut suivre mon raisonnement pas à pas pour bien comprendre le lien entre vitesse de cristallisation et habitus. Je vais aller du plus simple au plus compliqué parce qu'au départ la réponse est non, mais en fait, c'est plus nuancé que ça. C'est parti :)

Je ne sais pas comment on décrit rigoureusement un habitus, mais dans un premier temps il ne va pas dépendre de la vitesse de dépôt. En gros, sans entrer dans des cas particuliers, un habitus peut-être défini comme un ensemble de faces que l'on peut identifier (par des indices de Miller) et par un ratio entre la surface des faces présentées. La vitesse de croissance n'influe pas sur les faces présentées par un cristal mais sur l'état de surface des faces. Une croissance rapide va induire des faces rugueuses et ternes, une croissance lente des faces lisses et brillante. Les paramètres qui influencer l'habitus sont thermodynamiques et chimiques : la pression,la température, état du solvant de croissance (liquide, gazeux, supercritique), puis chimique : nature chimique du milieu (Eau, CO₂, roche fondue) sans oublier la composition du milieu de croissance (ions présents, pH). Ce sont ces paramètres qui vont modifier le ratio des faces présentées en surface ainsi que le type de face présentée. La thermochimie décide de l'habitus.

Cependant la cinétique (vitesse de cristallisation) et les conditions "thermochimiques" agissent de concert. Quand le processus de cristallisation va du germe vers le cristal final, les faces qui avaient la vitesse de croissance la plus importante disparaissent au profit des plans qui grandissent le moins vite. Par exemple quand une fluorine débute sa croissance, elle possède des plans (100) (cube), (110) (dodécaèdre rhomboïdal) et (111) (octaèdre) entre autre. Les plans à la croissance la plus lente sont les (100), expliquant pourquoi la grande majorité des fluorines sont cubiques. Une fois qu'il n'y a plus que des plans à croissance lente, le cristal garde sa forme et grandit en conservant cette forme. MAIS, les paramètres thermochimiques influencent également la cinétique de croissance ! Sinon il n'y aurait que des cubes. Dans certains milieux, les plans les plus lents sont les plans 111 (octaèdre) et plus rarement 110 (dodécaèdre rhomboïdale ou rhombique).

Donc en première approximation, la vitesse de cristallisation n'influe pas sur l'habitus, c'est l'image des conditions thermodynamiques de croissance. Mais la thermodynamique peut modifier la vitesse de croissance des plans et modifier l'habitus. Les deux sont indissociables, dont la réponse est oui et non.

[Kayou]

J'ai pas tout lu, mais j'ai vu du NaCl cristalliser vite, même pas à la vitesse d'un cheval au galop, plutôt instantanément, sur le pare brise d'un bateau . Un peu comme l'eau qui cristallise en gelant, encore sur un pare brise.

Pour la croissance je n'ai pas pu faire d'observation pertinente avec NaCl, chaque arrivée d'eau mettant en solution les cristaux antérieurs !

Pour la glace, la croissance observée est assez rapide.

[Daniel Gol]

PS : juste une précision concernant les corindons en exemple, ils ont apriori grandi dans un magma albitique. Donc pas de "poches". Mais le principe que tu expose est le même dans un contexte magmatique, je suppose...?

et, dans ce contexte difficile d'imaginer des nucléi se déposant par gravité.... Lionnel ?

[Lionel-R]

Ben si, dans une chambre magmatique, les ferromagnésiens qui cristallisent assez tôt et sont plutôt denses ont tendance à se déposer au fond de la chambre par gravité. (il y a juste un seul "n" ^^ )

[esor6]

Les deux sont indissociables, dont la réponse est oui et non.

Réponse de Normand !!

(tout n'est pas blanc ou noir dans ce vaste monde !)

Et merci, en passant, d'avoir pris le temps de nous expliquer ces phénomènes complexes.

Par ailleurs, si la gravité n'est pas en cause, cela peut-il s'expliquer par une alternance logique de bains saturés et sous-saturés, sur une partie isolée du cristal ?

[JexSavoie]

sur une partie isolée du cristal ?

Juste pour bien comprendre le cheminement de tes questions : tu parles toujours des corindons, et de la zonation bleutée? Car dans ce cas la, on est bien d'accord que la zonation correspond à une étape qui nous montrait à quoi ressemblait le cristal à ce moment la. Du coup, il n'est peut être pas forcément question d'une partie isolée du cristal. N'oublions pas le cas de figure des centres colorés (spécialité de Lionel), avec des impuretés qui se fixeraient de manière préférentielle (on a le cas de la brookite, et de ses fantômes en "sapin" : les impuretés se fixent de manière préférentielle sur l'arête sommitale, la taille de cette même arête pouvant connaitre des fluctuations liés aux conditions changeantes de croissance du cristal, d'où le côté artistique intriguant).

[esor6]

Oui, je reste sur l'exemple des corindons et en contexte de roches ignées.

Sur la photo 2, on a un cristal dont j'ai polis la base et la pointe. Donc, dans l'ordre, on voit la base, la pointe et le flanc du cristal.

Sur la base on a un centre coloré qu'on retrouve à la pointe. Cette zone a des dimensions similaire à la base comme à la pointe, alors que les dimensions de la base et de la pointe vont du simple au double. Peut-on en déduire que une fois les éléments colorants épuisés, le cristal adopte un rythme de croissance différent ? que les éléments colorant influent sur le rythme de croissance ?

Autre élément : sur la pointe, on voit une autre zone bleutée (allongée) qui souligne une des facettes du cristal, en bas de la zone principale.

On ne retrouve pas cette deuxième zone sur la base du cristal. (voir croquis) (les zones bleutées sont hachurées)

Cela veut-il dire que l'apport en éléments colorant s'est interrompu un temps, après avoir participé à la croissance de la partie centrale, pour reprendre plus tard sur une zone isolée du cristal (d'un seul côté) ? ou sommes-nous en présence d'un deuxième germe, englobé par le cristal principal ?

je remet la photo ici :

PS : j'ai encore 2 ou 3 kilomètres de questions... si vous en avez marre on peut faire une pause ou changer d'exemple ?

[JexSavoie]

Peut-on en déduire que une fois les éléments colorants épuisés, le cristal adopte un rythme de croissance différent ?

Probablement, puisque qu'en terme d'énergie, le fait d'avoir une modification substantielle de la soupe minéralisatrice entraine forcément des différences : une impureté peut mettre plus ou moins de temps pour se substituer à une élément du minéral de base, un temps probablement différent de la cristallisation de ce même minéral de base. Idem pour le dépôt d'impureté, qui peut gêner la cristallisation, la ralentir à certains endroits ou l’accélérer dans d'autres. Ensuite, pour finir avec un poil de théorie, les scientifiques ne s'accordent pas encore sur le transfert du phénomène de cristallisation lier à des gênes physiques (circulation des fluides, gravité, autres minéraux...) qui va influer sur le faciès d'un cristal et indirectement sur la vitesse de cristallisation.

Tout ça est du domaine de Lionel qui est invité à nous faire un petit résumé avec de vrais termes techniques.

[Lionel-R]

La concentration en chromophore est trop faible pour influer sur la vitesse de cristallisation et le faciès. S'il s'agit d'une série continue, une influence peut-être notée sans que je ne sois en mesure de donner des exemples et d'expliquer simplement en quoi elle peut influer. Il n'y a pas de raison que les impuretés posent problème non plus sauf s'il y a une croissance par épitaxie. Mais donnez moi des détails ou une question plus précise, parce que je sèche un peu, je ne comprends pas ce que vous cherchez à comprendre, il est aussi possible que je ne me rende pas compte que la réponse m'échappe totalement. Donc un petit retour avec du recul et une question bien nette que je vois ce que j'ai dans ma poche.

[JexSavoie]

En fait, si on prend l'exemple du quartz, les impuretés vont jouer un rôle primordial vis à vis de l'habitus : on se rend compte que le quartz sera d'autant plus fin et allongé qu'il est riche en impuretés. Cela gêne sans doute la croissance le long de l'axe "a". Or, la croissance le long de l'axe "a" est plus lente que le long de l'axe "c" (dimension / temps). Donc, si des impuretés gênent la croissance le long de l'axe "c", on peut en conclure que la vitesse de cristallisation va se réduire (et non pas la vitesse d'association moléculaire dans ce cas la). En théorie, et sachant que les temps de cristallisation peuvent différer en fonction de des pressions / températures / natures des fluides, je vois mal un minéral sans impureté avoir une vitesse de cristallisation identique au même cristal chargé d'impuretés, ne serait-ce que par le phénomène de substitution qui est plus rapide dans certains cas qu'une non-substitution.

[Lionel-R]

Je ne suis pas du tout d'accord, les choses sont infiniment plus compliquées que ça. D'une part la concentration en impureté est très faible, quand tu prends une maille au hasard, trouver une impureté dedans est très rare, les substitutions sont très peu fréquentes. Et heureusement sinon il serait impossible de définir une composition chimique pour un minéral. Les impuretés sont présentes à l'état de trace donc il est difficilement pensable que des éléments à la concentration aussi ténue puissent avoir une influence si forte, mais je n'ai pas la science infuse, j'ai peut-être tort. En tout cas voici ce que je sais sur le rôle d’un élément étranger lors d’une réaction chimique.

Les éléments étrangers peuvent diminuer ou augmenter l'énergie de surface, conduisant respectivement à une diminution ou respectivement une augmentation de la vitesse de cristallisation.

Dans un troisième point de vu, dans toute réaction chimique permettant d’obtenir un produit B à partir d’un réactif A, il y a passage par au moins un état de transition. Cet état de transition est associé à une énergie pour obtenir le produit B, il faut fournir cette énergie au système. Plus l’énergie est importante, plus la réaction est lente. C’est une version très altérée du modèle d’Eyrhing en espérant que l’orthographe soit correcte. Quand tu rajoutes des éléments étrangers dans la sauce ils peuvent diminuer ou augmenter l’énergie de l’état de transition et conduire à des cinétiques plus lentes ou plus rapides par déstabilisation ou stabilisation de l’état de transition.

Voilà ce que j’en pense. Le rôle de l’impureté, ce n’est pas évident du tout…

[jul-leb]

bonjour,

il me semble, pour reprendre l'exemple du quartz alpin et en l'occurence dans le cas de l'habitus du Dauphiné, que la croissance est accélérée au niveau des faces orientées vers le haut à cause de micro débris (probalement de même nature) qui "saupoudrent" les cristaux (mais on ne peut pas parler véritablement d'impuretés). D'où cet habitus avec une des faces du rhomboèdre qui croît moins vite que les autres et qui est donc plus exprimée.

Julien

[JexSavoie]

bonjour,

il me semble, pour reprendre l'exemple du quartz alpin et en l'occurence dans le cas de l'habitus du Dauphiné, que la croissance est accélérée au niveau des faces orientées vers le haut à cause de micro débris (probalement de même nature) qui "saupoudrent" les cristaux (mais on ne peut pas parler véritablement d'impuretés). D'où cet habitus avec une des faces du rhomboèdre qui croît moins vite que les autres et qui est donc plus exprimée.

Julien

Juste pour compléter : "les faces (du prisme) orientées vers le haut".

C'est une des trois théories, la deuxième étant l'effet de la gravité, la troisième étant le "courant" des fluides. En ce qui me concerne, de ce que j'ai trouvé sur le terrain, ce n'est pas systématique : des individus à habitus prismatiques cohabitent avec des habitus du Dauphiné. De mon propre avis, on peut sans doute ajouter que le fait que la face du prisme exposée soit "négative" amplifie la théorie précitée (ce qui ne simplifie en rien cette histoire de vitesse de cristallisation).

[Daniel Gol]

sans vouloir jeter une pierre dans la mare, il me semble que vous raisonnez en conditions hydrothermales, avec des fluides aqueux (propos au demeurant fort intéressants.. ça change ! ).

Si je ne m'abuse le corindon se forme en conditions magmatiques. L'eau en exsolution est en phase critique et surtout ne remplis pas des poches ou des vides (?). D'où mon ancienne question dans des conditions magmatiques (magma = roche fondue ! et si! et si! ) peut on penser que les nucléi dont ceux ayant capter un chromomachin peuvent se comporter comme en phase hydrothermale ? Pour Lionel avec un "n" , ma question ne portait pas sur les cristaux suffisamment gros pour "s'enfoncer" dans le magma mais bien à l'étape précédente, celle où le cristal n'est qu'un nucléus, un chtiote chose toute agitée (d'ailleurs dans un magma, existe-il des mouvements browniens ? a priori non puisqu'il faudrait imaginer que le magma devienne un solvant. Alors un magma peut il être un solvant ?)

Autre question: comment les atomes chromophores, en conditions aqueuses, viennent s'insérer dans la structure du cristal ? Ils "s'insèrent" dans la molécule avant la cristallisation et viennent ensuite se "coller" au cristal qui croît où bien cela se fait à la surface même du cristal ? (question idiote ! cela revient à se demander comment croît tout simplement le cristal avec ou sans substitution, quoique...)

Pour revenir à notre corindon, je pense que ce n'est qu'en ayant bien préciser ces conditions (infirmant ou confirmant la possibilité d'un dépôt gravitationnaire, ce que je doute) que l'on pourra s'intéresser d'abord au mode de cristallisation du cristal et de là à sa vitesse de croissance.

En tous les cas ces colorations qui donnent une impression de dépôt par gravité sont très intrigants si on les envisage dans des conditions magmatiques (mais est ce bien le cas ?)

Je dis des idioties ?

[esor6]

En tous les cas ces colorations qui donnent une impression de dépôt par gravité sont très intrigants si on les envisage dans des conditions magmatiques (mais est ce bien le cas ?)

Oui, c'est le cas Daniel. Contexte de roches ignées.