Croissance des cristaux

[AD.S]

Je me pose quelques questions sur la croissance des cristaux et principalement sur la chronologie de croissance.

Arrêter moi si je me plante…la croissance d’un minéral va s’effectuer par accrétion en fonction des éléments présents, % et état de l’eau, de la température, de la pression, …

donc un type (espèce) minéral et sa croissance dépendent d’un contexte spécifique qui a perduré pendant un certain temps.

Y a-t’il une courbe (temps) de croissance type pour chaque minéral ? Exemple : le quartz grandit à telle vitesse dans tel contexte.

Peux ton extrapoler sur l’histoire de la formation d’une cristallisation ? Exemple : plus les cristaux sont gros plus le contexte favorable à leur croissance à durée longtemps. Ou combien de temps ces cristaux ont mis pour en arriver la?.

Sur une pièce composée de plusieurs minéraux cristallisés s’imbriquant, peut-on retracer « l’historique » de sa formation ? Exemple : Mineral 1 = tel contexte pendant X temps puis changement de contexte donc minéral 2 …et ainsi de suite

Pouvez vous m'éclairer ? voir me remettre sur le droit chemin ;-)

Bien à vous

Adé

[zarma]

Bonjour,

Tu as cherché dans GéoWiki ?

Si mes souvenir son bon, il y a des graphiques temps pression etc.

Par contre il faut chercher.

[Lionel-R]

Je me pose quelques questions sur la croissance des cristaux et principalement sur la chronologie de croissance. Arrêtez-moi si je me plante…la croissance d’un minéral va s’effectuer par accrétion en fonction des éléments présents, % et état de l’eau, de la température, de la pression, … donc un type (espèce) minéral et sa croissance dépendent d’un contexte spécifique qui a perduré pendant un certain temps.

Oui c'est ça, on parle plus de condensation que d'accrétion. Et oui pour la seconde affirmation.

Y a-t’il une courbe (temps) de croissance type pour chaque minéral ? Exemple : le quartz grandit à telle vitesse dans tel contexte.

.

Je ne pense pas que cela existe, je ne sais pas si c'est possible mais comme ça à froid, je ne vois pas de contre-indication même si en réfléchissant un peu ça doit être très tendu car il faut maîtriser la pression, température, la composition mais aussi et là c'est chaud : la sursaturation et le nombre de point de nucléation, germes et cristaux en croissance mais aussi les plans cristallin en croissance car ils ne grandissent pas tous à la même vitesse. Pour la fluorine les plans à croissances les plus rapide sont les 421 (mémoire, à vérifier) puis les 110 (dodécaèdre rhombique), ensuite les 111 (octaèdre) et les plus lents sont les 100 (cube).

Peux ton extrapoler sur l’histoire de la formation d’une cristallisation ? Exemple : plus les cristaux sont gros plus le contexte favorable à leur croissance à durée longtemps. Ou combien de temps ces cristaux ont mis pour en arriver la ?

Je ne pense pas, car les pauses ne sont pas visibles. Quand un cristal a été découvert et il peut y avoir eu dissolution puis recristallisation sans que cela ne soit visible. Cependant, plus c'est gros plus ça a mis du temps à grandir, mais là encore il y a une limite. Prenons un fluide minéralisateur de 1L, on a deux choix, le système est fortement hors équilibre, il va former plein de petits cristaux. Si le système est plus proche de l'équilibre, il peut former un germe unique et donc à même quantité de matière dissoute, tu peux avoir plein de petits ou un gros et je pense pendant un temps comparable (mais il faut que je réfléchisse car dans le premier système il y a plus de surface... une réponse catégorique est tendue).

Sur une pièce composée de plusieurs minéraux cristallisés s’imbriquant, peut-on retracer « l’historique » de sa formation ? Exemple : Mineral 1 = tel contexte pendant X temps puis changement de contexte donc minéral 2 …et ainsi de suite

Oui, avec de genre de chose on peut faire de la géothermobarométrie, car un minéral est avant tout une fenêtre sur une plage de température et pression. Mais je pense que le paramètre temps va être peu précis voire inatteignable.

Voilà ce que je peux apporter sans être un spécialiste de la cristallogenèse.

[esor6]

Hello,

ce sujet très intéressant à été abordé là, entre autre :

http://www.geoforum.fr/topic/21175-vitesse-de-croissance-des-cristaux/

Voilà l'occasion, ici, de faire une petite synthèse de ce qui a été dit... et aller plus loin. Tu t'y colle AD ?

[AD.S]

Yes esor6 avec plaisir

merci pour vos réponses, je n'ai pas encore trouvé les graphiques sur géowiki..mais je vais chercher.

Peux ton extrapoler sur l’histoire de la formation d’une cristallisation ? Exemple : plus les cristaux sont gros plus le contexte favorable à leur croissance à durée longtemps. Ou combien de temps ces cristaux ont mis pour en arriver la ?

Je ne pense pas, car les pauses ne sont pas visibles. Quand un cristal a été découvert et il peut y avoir eu dissolution puis recristallisation sans que cela ne soit visible. Cependant, plus c'est gros plus ça a mis du temps à grandir, mais là encore il y a une limite. Prenons un fluide minéralisateur de 1L, on a deux choix, le système est fortement hors équilibre, il va former plein de petits cristaux. Si le système est plus proche de l'équilibre, il peut former un germe unique et donc à même quantité de matière dissoute, tu peux avoir plein de petits ou un gros et je pense pendant un temps comparable (mais il faut que je réfléchisse car dans le premier système il y a plus de surface... une réponse catégorique est tendue).

.

Le "type de formation" (taille/nombre) serait donc facteur de la "stabilité" du contexte que cela soit pour le nombre de germe que pour l'évolution de ces derniers.

Je vais donc me plonger dans la lecture de l'autre post et vais (tenter ) de synthétiser ... voir d’abord (tenter) de comprendre, je risque de synthétiser mes bêtises de compréhension ;-) ... a bientôt...

[AD.S]

Avant de pouvoir tt synthetiser j'vais tenter d'avancer dans l'ordre donc avant de grandir, il faut naitre!

Voici le resultat de mes lectures (en esperant les avoir interpretées correctement) sur la nucleation et nombre de germe. Elles rejoignent la reponse de Lionel.

Dans un fluide sursaturé en element chimique, une variation thermodynamique (Temperature, Pression) peut donner naissance à un germe : c'est la nucleation.

Si le germe se forme sur la surface d'une impureté ou d'une poussière par exemple, ou qu'il profite de la présence d'une surface préexistante d'un autre minéral pour nucléer, on parle alors de nucléation hétérogène. C'est cette dernière qui prévaut le plus souvent puisque le contexte favorise les "defauts" thermodynamiques. Plus il y a de "défauts" thermodynamiques, plus il y aura de nombreux points de germination. Plus ces "defauts" interviennent rapidement et de maniere consequente plus cela favorisera aussi l’obtention d’un grand nombre de germes.

Les germes formés sont eux aussi des " défauts thermodynamiques ", ainsi le composé dissout dans le fluide va continuer à précipiter du fait de la saturation en favorisant la croissance des germes. Si le fluide qui alimente la croissance des germes est trop sursaturé on observera aussi la création de nouveaux germes de façon concomitante à la croissance des autres germes.

Si un germe se forme dans un milieu homogène (sans apport ni perte de matière), on parle de nucléation homogène.

Dans les deux cas si cette nucleation a permis de faire passer le fluide de l'etat de sursaturation à l'etat de saturation et qu'il n'y plus de "grande" variation thermodynamique. C'est uniquement le germe crée qui va croitre.

Dans un premier temps, cela m'amene a penser que plus le milieu est stable (peu de variation thermodynamique) dans un contexte de sursaturation faible (passage de l'etat sursaturation a l'etat de saturation lors de la creation d'un germe) plus cela favorise la croissance de "gros" cristaux. Si l'etat reste en revanche sursaturé il reste plus propice a un developpement d'autres germes.

Qu'en pensez vous cela vous semble logique?

Seconde etape grands principes de croissance et vitesse de croissance. . . J'aurai tendance a penser Lionel que s'il y a plus de surface de "depot" pour un meme litre de fluide la croissance devrait etre plus lente puisqu'elle est plus dispersée dans l'espace. .. .sujet a creser.

[esor6]

18/20

[AD.S]

Faut que j'arrive au 20/20 pour la seconde partie :-)

[kerpo56]

ad

je trouve que tu a pas mal synthétisé pour moi le débutant , me reste a tout relire mais tu ma pas mal mâché la tache

kenavo

[AD.S]

Merci . . . La suite (croissance et vitesse) me semble beaucoup plus hard.

La, il va falloir que j'avance petit a petit avec l'aide des Geoforumeurs. . . Pour le moment c'est pas tres claire dans ma tete. Et je m apercois que le sujet est super vaste.

Si quelqu'un a des conseils sur par ou commencer, je suis preuneuse.

[esor6]

Peut-être Lionel-R pourrait t'aider ? çà ne coûte rien de demander...

[AD.S]

Le pauvre je l'ai deja solicité sur un autre sujet. . .il (re)passera probablement ici

voila ce que je comprends jusqu'ici :

Pour grandir le germe doit passer "la barriere energetique" de nucleation c'est a dire atteindre une taille viable pour garantir sa croissance (sinon, le germe se resorbe).

Les grands cristaux ont d'abord ete petits, cela introduit la notion de temps relatif.

Les elements vont se fixer là ou l'energie demandee est la plus faible.

Generalement plus la surface en contact avec les elements est grande, moins la fixation demande de l'energie ; donc les faces les plus grandes vont croitre plus vite. Les faces qui croissent plus vite sont amenees a disparaitre.

Les defauts de surface comme les "dislocation vis" (creation de "micro-marche") favorisent la fixation des elements ; et donc vont favoriser la croissance (vitesse plus elevée).

Et c'est ici que je bloque! La vitesse de croissance influance l"etat " des surfaces? Ou l'inverse?

Dans le cadre de "dislocation vis" je dirai que c'est l'etat de la surface qui augmente la croissance (puisque les elements vont se fixer sur ces " micro marches" car c'est le lieu de fixation qui demande le moins d'energie). . . A confirmer par un pro du sujet?.

Dans ce dernier cas cela peu expliquer que la rugosité et le coté terne d'un cristal qu'il a grandi trop vite grace au defauts de surface qu'il comportait (processus de croissance basé sur "l'utilisation" des defauts de dislocations). Les dislocation vis peuvent-elle favoriser (en plus de facteur thermodynamique) le passage de plan 100 a 110 par exemple.

Y a t-il des ouvrages "accessible" (acquisition des bases) sur la formation/croissance des cristaux? sur le web je trouve soit des articles trop superficiel soit des extrait de theses (donc pas accessible pour mon niveau)

[elparigot]

Il me semble que dans vos réflexions, il manque un paramètre important qui est le "débit". Il ne faut pas voir le milieu dans lequel les cristaux ont "poussé" comme un milieu fermé mais plutôt comme un milieu "ouvert" dans lequel les fluides circulent. Ces fluides contiennent des éléments plus ou moins concentrés et plus ou moins stables en fonctions des conditions P/T mais au final la vitesse de croissance dépendra en très grande partie du débit avec lequel les fluides minéralisateurs vont circuler (débits malheureusement impossibles à déterminer car dépendant trop de conditions locales).

Je crois qu'un bon exemple pour illustrer cela est la vitesses de croissance des stalactites dans une grotte. Au final, l'apport en Ca++ se fait par l'eau qui circule. La vitesse de croissance de la concrétion sera au final pour la plus grande part proportionnel au débit (la goutte d'eau que l'on observe à la pointe de la concrétion) en eau dont bénéficie la concrétion. Pour une même grotte, ces débits (donc ces vitesses de croissance) sont très différents d'un point à un autre de la même grotte.

[AD.S]

Oui je te l'accorde ;-). . . Et j'avoue que c'est presque volontaire. . . Car autant je pecois ce phenomene dans un contexte hydrothermale, autant j'ignore si cela est applicable dans un contexte (semi-solide) type magma?! Mais je cherche :-).

Les infos presentées dans mes posts ci dessus sont-ils aussi transposable hors contexte hydroT ?

[elparigot]

Oui je te l'accorde ;-). . . Et j'avoue que c'est presque volontaire. . . Car autant je pecois ce phenomene dans un contexte hydrothermale, autant j'ignore si cela est applicable dans un contexte (semi-solide) type magma?! Mais je cherche :-).

Les infos presentées dans mes posts ci dessus sont-ils aussi transposable hors contexte hydroT ?

Tout cela est bien trop "calé" pour moi. Par contre je ne comprend pas la remarque concernant les contextes de type magma : dans ce cas là on se trouve dans un milieu fermé avec essentiellement des cristaux qui seront "inclus" dans la roche et constitué des ions immédiatement disponibles dans l'environnement immédiat ?

[1frangin]

adé tu as regarder là => http://www.geowiki.fr/index.php?title=Comment_se_forment_les_cristaux

...? des fois que ....

[AD.S]

Merci pour ces infos.

Concernant le magma elparigot ok on est dans "un monde clos" mais est ce qu'il y a d'autres facteurs (gravité, mouvement magmatique, . . .) qui peuvent induire une croissance plus rapide sur une face?

[esor6]

Merci pour ces infos.

Concernant le magma elparigot ok on est dans "un monde clos" mais est ce qu'il y a d'autres facteurs (gravité, mouvement magmatique, . . .) qui peuvent induire une croissance plus rapide sur une face?

Je me trompe peut-être mais je pense aussi que les contextes magmatiques ne sont pas des mondes si clos que çà.

Dans le cas d'injections magmatiques dans un encaissant "froid", OK. Mais si la phase visqueuse dure, je pense qu'il y a un renouvellement des matériaux en jeux.

Il y a aussi l'aspect des hautes pressions qui peuvent contribuer à une meilleure circulation des nutriments (là, je m'avance dans un domaine que j'imagine plus que je ne connais réellement...)

Il y a aussi la part d'éléments provenant de l'encaissant et dont une part doit passer dans la composition du magma...

[AD.S]

sur le metamorphisme et la croissance j'ai trouve ce lien:

http://www.google.com/url?sa=t&source=web&cd=1&ved=0CDAQFjAA&url=http%3A%2F%2Fsfa.univ-poitiers.fr%2Fgeosciences%2Fsites%2Fsfa.univ-poitiers.fr%40geosciences%2FIMG%2Fpdf%2FMetam_lecon_3.pdf&ei=36rZUOi1DOWW0QXHm4DoBg&usg=AFQjCNHMNZXPtM1tJBBO5vpZcUFF1pfmWg

esor6, penses tu que le zonage de certains de tes corindons provient de reactions expliqués dans ce doc?

bon noel

[esor6]

Bien difficile de répondre à mon niveau...

Mais si je tiens compte de ce qu'ont dit Lionel et Daniel dans le sujet antérieur, j'aurai tendance à te répondre "non".

Pour le "oui", il faudrait prouver que les zonations de ces corindons correspondent à des variétés minérales différentes.

Je ne peux me baser que sur la dureté qui, elle, semble égale d'une zone à l'autre.

Donc, a priori, c'est plutôt "non" dans le cas précis de ces corindons !

[AD.S]

J'avoue que j'arrive plus facilement a comprendre (c'est un bien grand mot :-) des "zonations" dans les contextes hydro que dans le magma.

Sinon, je me demande ce que donne reellement ce type de metamorphisme ; quelqu'un a t-il des exemples de cailloux?

[esor6]

Tu peux préciser ta question ? Merci.

[Lionel-R]

Vous avez toujours tendance à voir les milieux de croissance comme des milieux où les conditions de croissances sont stables pour un minéral donné, mais c'est totalement inexact. Il peut y avoir des arrêts, des reprises, des dissolutions, des accélérations ou des décélérations de la vitesse de dépôt qui vont ponctuer la croissance cristalline.

Plus un cristal va croître vite, plus il aura tendance à englober les constituants de son milieu de croissance. Par ailleurs, les magmas ne sont pas des milieux dont la composition chimique est constante pendant la croissance cristalline, les évolutions de la compositions peuvent être imputées à des circulations fluides qui vont appauvrir le magma en éléments légers, un fractionnement peut être obtenu quand les conditions de pression et température vont permettre la libération de gaz impliquant l’appauvrissement en élément légers. D'autre part, la cristallisation concomitante d'autres espèces minérales va appauvrir le milieu en éléments chimiques prélevés justement pour permettre la croissance de ces autres espèces. Troisième point, les cristaux préexistants peuvent être des centres de nucléation d'autre minéraux qui seront englobés (épitaxie ou simple nucléation hétérogène). Les variations de vitesse de cristallisation, la germination sur le cristal et la modification de la composition chimique du magma peuvent expliquer les zonations en milieu magmatique.

Concernant les vitesses de cristallisation, j'ai testé deux types de modèles : une croissance par flux minéralisateur et une croissance de type évaporite. J'ai dû employer des hypothèses simplificatrices très drastiques, parce que je suis en vacances et que je voulais faire les calculs à la main. Pour faire simple, je défini la vitesse de cristallisation pour un monocristal cristal unique avec trois modèles limites : croissance sur trois faces pour les cristaux isométriques (arrête de longueur a), sur deux faces pour les cristaux tabulaires (arrêtes de longueur a et b, b est constante) et sur une seule face pour les cristaux prismatiques (arrêtes de longueur a,b et c avec b et c constantes). Et cette vitesse de cristallisation est définie comme la loi d'augmentation de la longueur de l'arrête a en fonction du temps.

Quels que soient les modèles de croissance, flux ou évaporite, les lois sont les mêmes ce qui est intuitif puisqu'il s'agit simplement d'apporter de la matière au cristal. Sans entrer dans les détails, pour un cristal isométrique, la croissance est en racine cubique du temps, pour les cristaux tabulaires c'est une racine carré et pour les prismes la croissance est linéaire avec le temps. Il y a bien entendu des constantes qui dépendent cette fois de l'apport de matière : pour le flux il y a le débit (massique ou volumique ça revient exactement au même) et la sursaturation et pour les évaporites la constantes dépend de la cinétique d'évaporation du solvant et de la sursaturation également. Il doit y avoir d'autres paramètres mais je suis en vacances, j'ai élaboré des modèles les plus simples possibles.

En résumé, il est plus long d'obtenir un gros cristal cubique qu'un cristal tabulaire qui sera plus long à obtenir qu'un prisme. Attention il s'agit vraiment de modèles limites irréaliste mais qui permettent de fixer les idées. Dans la réalité c'est bien plus complexe que ça, les faces des cristaux sont fonctionnalisées par les constituants chimiques du milieu, la composition chimique du milieu fluctue, les conditions de température et de pression ne sont pas constantes bref, c'est le désordre permanent.

J'ai fait les calculs sur un bout de papier que je ne retrouve plus mais ça ne saurait tarder, s'il y en a qui veulent les détails, je mettrai tout ça ici, mais il faudra attendre que je retrouve ce papier, parce que je ne vais pas les refaire :)

[AD.S]

Merci Lionel, je visualise mieux.. .enfin j'crois :) . . .J'en comprends qu'a l'echelle du " milieu", les germes, leur croissance, les depots de matiere et disposition dans l'espace s'organisent de " facon fractale " conditionnée par divers facteurs : temperature, pression, elements presents, .. . . mais qu'en revanche a l'echelle du monocristal (comme dans ton exemple), la croissance respecte un "model/morphologie euclidienne ".

[Lionel-R]

Là c'est toi que je ne suis pas, mais alors pas du tout... les architectures cristallines autosimilaires existent mais sont très rares et inadaptées à la description d'un ensemble de cristaux dont la disposition est tout bonnement aléatoire. L'emploi d'"euclidien" me laisse perplexe, je qualifierai un monocristal d'espace convexe mais d'euclidien ?! Bon après je ne suis pas matheux donc si tu peux préciser ta pensée, je prends.