Fiches documentaires

Histoire de la cristallographie Enseignement supérieur Lycée

  • Un point sur l’histoire de la cristallographie :

Temps préhistoriques : utilisation du silex (quartz).

Vers 3500 avant J.-C. : en Mésopotamie, du cuivre, du zinc, de l’or et de l’argent, ainsi que de nombreuses pierres précieuses (malachite, turquoise, lapis-lazuli, opale, agate), étaient utilisés pour les parures, les armes et les ustensiles.

Antiquité : fascination de la part des philosophes grecs pour les formes régulières (cinq polyèdres platoniciens), proposant une origine divine et mystérieuse symbolisant la pureté et l’harmonie. Le philosophe grec Aristote (384-322 av. J.-C.) écrivit la première publication scientifique sur les minéraux.

De 76 avant J.-C. aux années 1000 : d’autres philosophes (Pline, Zosime, et Geber), ne virent dans l’étude des minéraux que les supports de leurs spéculations alchimiques. Si bien que de Pline (76 av. J.-C.) à Avicenne (980-1036), on ne trouve aucun écrit consacré véritablement à l’étude des minéraux.

Un peu avant l’an 1000 : Avicenne ajouta aux pierres et aux métaux les sels et les substances sulfureuses, et rangea les minéraux en quatre classes : les pierres, les métaux, les soufres et les sels.

Au VIe siècle : les Slaves et les Vénètes commencent à exploiter les mines de Bohême et, avant l’an 1000, les riches mines de Hongrie, de Saxe, etc., sont découvertes.

Moyen-Age : en Europe, les connaissances sur les minéraux ne firent aucun progrès durant tout le Moyen-Age.

Au début du XVIe siècle : pendant la Renaissance, Georges Agricola (1494-1555), écrivit le premier exposé scientifique sur les mines et sur les minéraux. Il se détourna résolument de la démarche alchimiste et proposa ses observations personnelles, il est considéré comme le père de la minéralogie.

Début de la révolution industrielle du XVIIIe siècle : impulsion nouvelle aux sciences naturelles. La demande accrue en matières premières minérales exigeait les fondements scientifiques du développement de l’extraction de minerais et de la mise en valeur de nouveaux gisements. La minéralogie moderne se développe finalement en relation étroite avec la physique et la chimie.

1669 : Nicolas Sténon est le premier qui a observé la constance de la forme dans les cristaux, car, dans son livre De solido intra solidum contento, il remarque que les angles d’un cristal hexagonal ne varient pas, quoique ses côtés puissent varier. Le goût des collections naquit : on étudia le gisement des minéraux ; on sentit le besoin d’une classification fondée sur des principes stables, et les ouvrages se multiplièrent.

1783 : Romé de l’Isle écrit un traité de Cristallographie. Ayant perçu qu’il y avait une certaine constance dans la valeur de certains angles pour une espèce minérale donnée, il aura l’idée de mesurer ces valeurs par une « mesure-angle » et invente un appareil le goniomètre d’application mobile pivotant au centre d’un rapporteur. Il va mettre en évidence que dans un cristal, si des faces identiques n’ont pas le même développement, les angles formés par deux faces consécutives restent constants, c’est la loi de constance des angles.

1801 : Dolomieu (géologue) défendit la nécessité d’établir en minéralogie des bases fixes pour déterminer les espèces. En même temps, l’abbé Haüy (1784 – 1801) parvint à déterminer la forme primaire de tous les minéraux, et il montra comment les formes secondaires dérivent de cette forme par les simples lois du décroissement. Le premier il donna une définition rigoureuse de l’espèce minérale « l’espèce minéralogique est une collection de corps dont les molécules intégrantes sont semblables par leurs formes, et composés des mêmes principes unis entre eux dans le même rapport ». Comment ? Avec la Calcite : en tapant avec un marteau dessus elle se divise en petites calcites qui se divisent encore en petites calcites de même forme. Il extrapole jusqu’à l’infini et parle d’entités irréductibles de petites tailles, il définit ainsi les mailles élémentaires que sont les 7 systèmes cristallins : cubique, quadratique, orthorhombique, monoclinique, triclinique, hexagonal et rhomboédrique (maille élémentaire qui se reproduit dans les 3D). La cristallographie moderne est née.

XIXe siècle : Il n’y a pas que la forme qui va être ensuite considérée mais aussi les propriétés physiques (dureté par exemple avec échelle de Mohs). Pour une même chimie, il n’y a pas d’obligation d’avoir les mêmes propriétés, par exemple le carbone graphite et le carbone diamant : tous les deux sont construits avec du Carbone mais un est un lubrifiant alors que l’autre est le minéral le plus résistant (le plus dur dans l’échelle de Mohs) car ce sont les conditions de formation qui sont différentes (diamant haute pression haute température). Un gros travail est également fait sur la symétrie par Bravais : description des formes par une vision de physique mathématique. Mais décrié, il faudra attendre plus de cinquante ans avec la découverte des rayons X en 1895 (Rontgen) et surtout Von Laue (1914) avec la première étude d’un cristal de NaCl : arrangement des atomes de Na et Cl suivant deux réseaux cubiques faces centrés décalés.

 

  • Quelques définitions pour mieux comprendre :

L’état cristallin est l’état caractérisant un solide dont les atomes sont ordonnés suivant un réseau périodique symétrique (ou dans les 3D) ; il s’oppose à l’état amorphe avec des atomes non agencés tri-périodiquement. 

Un cristal est l’expression d’un solide à l’état cristallin, c’est-à-dire une phase solide dont un même motif est répété à l’identique un grand nombre de fois selon un réseau régulier. La plus petite partie du réseau permettant de recomposer l’empilement est appelée une maille.

Un minéral est le plus souvent un solide naturel homogène avec une structure atomique ordonnée et une composition chimique définie. Il peut être décrit, dans la très grande majorité des cas, comme une matière cristallisée caractérisée par sa composition chimique et l’agencement de ses atomes selon une périodicité et une symétrie précises qui se reflètent dans le système cristallin.

Les roches sont des matériaux naturels généralement solides et formés, essentiellement ou en totalité, par un assemblage de minéraux, comportant parfois des fossiles (notamment dans les roches sédimentaires), du verre résultant du refroidissement rapide d’un liquide (volcanisme, friction…) ou des agrégats d’autres roches, …. Les roches peuvent être formées d’une seule espèce minérale (roches monominérales comme le talc de Luzenac) ou de plusieurs (roches polyminérales comme les granites du Sidobre avec quartz, feldspath, micas, …).

 

  • Bibliographie / webographie :

Histoire de la cristallographie :

http://cristallographie-histoire.blogspot.com/

http://www.lactualitechimique.org/Une-breve-histoire-de-la-cristallographie

Cristallographie et cristallogenèse :

https://www.futura-sciences.com/sciences/dossiers/chimie-cristallographie-chimie-calcite-586/page/3/

http://www.osi-mineo.org/Cristallogenese.html

Minéralogie :

Minéralogie-cours et exercices corrigés, Jean-Marc Montel et François Martin, Dunod, 2014

Minéralogie, Frédéric Hatert, Ellipses technosup, 2015

Dictionnaire des roches et minéraux, Collectif, Albin Michel, collection Encyclopaedia Universalis, 2001

https://www.futura-sciences.com/planete/dossiers/geologie-croissance-mineraux-650/

http://www.osi-mineo.org/+-Mineralogie-et-Petrographie-+.html

Logiciel :

Vesta : https://jp-minerals.org/vesta/en/download.html

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