La cristallographie est l’étude des formes, des structures et des propriétés des cristaux. Cristal n. m. du grec Krustallos : glace, cristal, et graphein : écrire. Un cristal est un solide dont les atomes sont arrangés selon une disposition géométrique fondamentale et régulière, dont le motif élémentaire s’appelle la maille (ou maille de base). La répétition dans l’espace de cette maille dessine le réseau cristallin en trois dimensions. Cet agencement atomique, la nature de ces atomes et de leurs liaisons déterminent les propriétés physiques des cristaux : formes, clivages, densité, dureté, propriétés optiques …
Lorsqu’un cristal se développe librement (en milieu liquide ou gazeux), il prend une forme polyédrique avec des faces planes (facettes) séparées par des arêtes, on parle alors d’un cristal automorpheAutomorphe Du grec autos : de soi-même et de morphê : forme. Ce dit d'un minéral se présentant sous la forme d'un cristal parfait ou presque.. Quand le cristal n’a pas assez de place pour se développer pleinement, il prend une forme massive et grossière de remplissage, sans facette. Il est dit xénomorpheXénomorphe Du grec xenos : étranger et de morphê : forme. Ce dit d'un minéral qui, bien que cristallisé, ne présente pas les caractéristiques de sa forme cristalline (forme quelconque). Les cristaux n'ont pas pu développer de face cristalline, généralement par faute de place. S'oppose à automorphe.. Cela ne change rien à l’agencement de ces atomes et à ces propriétés.
Un minéralMinéral Espèce chimique naturelle, se présentant le plus souvent sous forme de cristal solide. automorphe, à l’échelle macroscopique, est donc le reflet d’une symétrie atomique répétée des milliards de fois. Ses angles et ses faces sont constants par système cristallinSystème cristallin Système géométrique permettant de classer un minéral dans un groupe, selon ses faces et 3 axes formant des angles droits ou non. Il existe sept systèmes : Cubique, quadratique, orthorhombique, monoclinique, triclinique, rhomboédrique et hexagonal.. Il n’est pas toujours aisé sur certains échantillons, de déterminer le système cristallin correspondant, sans appareil optique et d’analyse de laboratoire.
Il existe sept types fondamentaux de symétrie d’orientation, qui sont les sept systèmes cristallins ou polyèdres fondamentaux.
On utilise les notations classiques : a, b, c, sont les espacements entre les atomes selon les trois directions du réseau cristallin ; α, β, ϒ, les angles entre les trois directions du réseau.
– Le système cristallin cubique : toutes les faces sont carrées, égales et superposables ; a = b = c, α = β = ϒ = 90° (Image 1). Exemples : grenat (image 2), halite, blende, chromite, galène, fluorite, pyrite, etc. (12% des espèces minérales).
– Le système cristallin quadratique (ou tétragonal) : prisme droit à quatre faces latérales rectangulaires égales et à deux bases carrées ; a = b ≠ c, α = β = ϒ = 90° (image 3). Exemples : Zircon (image 4), Leucite, Chalcopyrite, rutile, et. (10% des espèces minérales)
– Le système cristallin orthorhombique : prisme droit à quatre faces latérales rectangulaires égales deux à deux ; a ≠ b ≠ c, α = β = ϒ = 90° (Image 5). Exemples : olivineOlivine = Péridot. Nésosilicate compris entre deux pôles purs la fayalite (Fe2SiO4) et la forstérite (Mg2SiO4)., orthopyroxène, andalousiteAndalousite De l'Andalousie : région d'Espagne. Minéral, nésosilicate d'alumine Al2SiO5, forme de haute température, basse pression., aragonite, barytine, hémimorphite, marcassite, soufre, natrolite (image 6), staurotide, Stibine, etc. (22 % des espèces minérales).
– Le système cristallin monoclinique : prisme oblique à quatre faces latérales parallélogrammatiques égales deux à deux et à deux bases rectangulaires : a ≠ b ≠ c, α = ϒ = 90°, β = 90° (Image 7). Exemples : amphiboleAmphibole Du grec amphibolos : ambigu, du fait de confusions possibles avec d'autres minéraux. Inosilicate à chaine double. Famille de minéraux en prismes plus ou moins allongés, en aiguilles ou en fibres, à section losangique, de couleur noirâtre, vert sombre à vert clair, brune, parfois bleu lavande ou gris bleuâtre., gypse, azurite, biotiteBiotite Phyllosilicate trioctaédrique (K (Fe, Mg)3 (Si3Al) O10(OH)2), mica noir, minéral à cristaux en feuillets facilement détachables les uns des autres., épidote, orthoseOrthose Feldspath potassique (KAlSi3O8)., diopside, sanidine (image 8), etc. (32 % des espèces minérales).
– Le système cristallin triclinique : prisme oblique à 4 faces latérales et à bases parallélogrammatiques égales deux à deux ; a ≠ b ≠ c, α ≠ β ≠ ϒ (Image 9). Exemples : albite, disthène, axinite (image 10), microcline, etc. (7 % des espèces minérales).
– Le système cristallin rhomboédrique : six faces losangiques égales (Image 11). Exemples : calcite (image 12), quartzQuartz Minéral, tectosilicate composé principalement de silice (SiO2)., améthyste, corindon, dioptase, hématite, rubis, tourmaline, etc. (9 % des espèces minérales).
– Le système cristallin hexagonal : prismes droits à six faces latérales rectangulaires égales et à deux bases hexagonales a = b ≠ c, α = β ≠ 90° ; ϒ = 120° (Image 13). Exemples : graphite, béryl (image 14), apatiteApatite Du grec apatê : tromperie, à cause de ses multiples aspects. Phosphate de Calcium Ca5(PO4)3(OH), minéral accessoire, en petits cristaux souvent de forme pyramidale, des roches riches en Calcium., vanadinite, etc. (8 % des espèces minérales).
A ces sept systèmes, il faut ajouter les formes issues de symétries incomplètes ou inverses qui multiplient les formes des cristaux possibles : par ex. dans le système cubique, on peut aussi trouver des formes en octaèdres, en tétraèdres, en rhombododécaèdres, en pentagonododécaèdres …
Photographies et schémas : Gérard Brusseaux.
Source : Institut des Sciences de la Terre de Paris (ISTeP), Sorbonne Université, campus Pierre et Marie Curie, Paris, France.