Thème 1 : Une longue histoire de la matière
Chapitre 2 : Des édifices ordonnés : les cristaux
De l'atome à la roche, comment la structure détermine-t-elle les propriétés physiques des cristaux ?
I. Les structures cristallines des solides
Un cristal est un solide constitué d'un empilement régulier d'atomes, d'ions ou de molécules. Le chlorure de
sodium solide (présent dans les roches, ou issu de l’évaporation de l’eau de mer) est constitué d’un
empilement régulier d’ions : c’est l’état cristallin. Dans certains solides comme le verre, l'empilement d'entités
se fait sans ordre géométrique, c'est l'état amorphe. Plus généralement, une structure cristalline est définie
par une maille élémentaire répétée périodiquement. Un type cristallin est défini par la forme géométrique de la
maille, la nature et la position dans cette maille des entités qui le constituent. Les cristaux les plus simples
peuvent être décrits par une maille cubique que la géométrie du cube permet de caractériser. La structure
microscopique du cristal conditionne certaines de ses propriétés macroscopiques.
II. Les cristaux des roches
Un composé de formule chimique donnée peut cristalliser sous différents types de structure selon les
conditions de cristallisation (température, pression, etc.). Ainsi, minéral est caractérisé par sa formule
chimique et son organisation en maille cristalline. Une roche est formée de l’association de cristaux d’un
même minéral ou de minéraux différents. Dans le cas de roches magmatiques, la vitesse de refroidissement
influence la formation des cristaux : le refroidissement rapide du magma conduit à une cristallisation partielle.
Il se forme alors du verre, solide amorphe ne présentant pas d’organisation cristalline. Les êtres vivants
peuvent posséder des structures cristallines variées. Par exemple, des cristaux responsables de propriétés
mécaniques des coquilles de mollusques ou des os des vertébrés. Certaines cellules végétales produisent
aussi des cristaux toxiques pour les herbivores.
III. Basalte et gabbro, les roches magmatiques de la croûte océanique
Le gabbro est constitué de gros cristaux (phénocristaux) jointifs dont l’ordre de grandeur est le mm : c’est donc
une roche grenue. Les cristaux présents sont l’olivine et le feldspath (orthose et plagioclase). Le basalte est
constitué de verre, qui est un solide amorphe, et de microcristaux (microlithes) de taille avoisinant plutôt le
10ème de mm : c’est une roche microlithique. Les cristaux présents sont le plagioclase, l’olivine et le
pyroxène. Une partie du magma remonte rapidement à la surface par la dorsale. Son refroidissement rapide au
contact de l’eau empêche la cristallisation. Il en résulte la formation d’une roche microlithique, le basalte. En
revanche, une partie du magma remonte plus lentement. Le refroidissement est alors lent et permet la
formation de gros cristaux. La roche résultante est une roche grenue, le gabbro.
Amorphe (solide) : solide constitué d'entités empilées sans ordre géométrique.
Compacité : taux d'occupation des entités dans une maille.
Cristal : solide constitué d'un empilement régulier d'atomes, d'ions ou de molécules.
Maille : parallélépipède contenant des entités qui, répété dans l'espace, décrit la structure microscopique
d'un cristal.
Minéral : solide possédant une structure cristalline.
Roche : matériau naturel formé d'un ou plusieurs minéraux et parfois de verre.
Chapitre 2 : Des édifices ordonnés : les cristaux
De l'atome à la roche, comment la structure détermine-t-elle les propriétés physiques des cristaux ?
I. Les structures cristallines des solides
Un cristal est un solide constitué d'un empilement régulier d'atomes, d'ions ou de molécules. Le chlorure de
sodium solide (présent dans les roches, ou issu de l’évaporation de l’eau de mer) est constitué d’un
empilement régulier d’ions : c’est l’état cristallin. Dans certains solides comme le verre, l'empilement d'entités
se fait sans ordre géométrique, c'est l'état amorphe. Plus généralement, une structure cristalline est définie
par une maille élémentaire répétée périodiquement. Un type cristallin est défini par la forme géométrique de la
maille, la nature et la position dans cette maille des entités qui le constituent. Les cristaux les plus simples
peuvent être décrits par une maille cubique que la géométrie du cube permet de caractériser. La structure
microscopique du cristal conditionne certaines de ses propriétés macroscopiques.
II. Les cristaux des roches
Un composé de formule chimique donnée peut cristalliser sous différents types de structure selon les
conditions de cristallisation (température, pression, etc.). Ainsi, minéral est caractérisé par sa formule
chimique et son organisation en maille cristalline. Une roche est formée de l’association de cristaux d’un
même minéral ou de minéraux différents. Dans le cas de roches magmatiques, la vitesse de refroidissement
influence la formation des cristaux : le refroidissement rapide du magma conduit à une cristallisation partielle.
Il se forme alors du verre, solide amorphe ne présentant pas d’organisation cristalline. Les êtres vivants
peuvent posséder des structures cristallines variées. Par exemple, des cristaux responsables de propriétés
mécaniques des coquilles de mollusques ou des os des vertébrés. Certaines cellules végétales produisent
aussi des cristaux toxiques pour les herbivores.
III. Basalte et gabbro, les roches magmatiques de la croûte océanique
Le gabbro est constitué de gros cristaux (phénocristaux) jointifs dont l’ordre de grandeur est le mm : c’est donc
une roche grenue. Les cristaux présents sont l’olivine et le feldspath (orthose et plagioclase). Le basalte est
constitué de verre, qui est un solide amorphe, et de microcristaux (microlithes) de taille avoisinant plutôt le
10ème de mm : c’est une roche microlithique. Les cristaux présents sont le plagioclase, l’olivine et le
pyroxène. Une partie du magma remonte rapidement à la surface par la dorsale. Son refroidissement rapide au
contact de l’eau empêche la cristallisation. Il en résulte la formation d’une roche microlithique, le basalte. En
revanche, une partie du magma remonte plus lentement. Le refroidissement est alors lent et permet la
formation de gros cristaux. La roche résultante est une roche grenue, le gabbro.
Amorphe (solide) : solide constitué d'entités empilées sans ordre géométrique.
Compacité : taux d'occupation des entités dans une maille.
Cristal : solide constitué d'un empilement régulier d'atomes, d'ions ou de molécules.
Maille : parallélépipède contenant des entités qui, répété dans l'espace, décrit la structure microscopique
d'un cristal.
Minéral : solide possédant une structure cristalline.
Roche : matériau naturel formé d'un ou plusieurs minéraux et parfois de verre.
