Le quartz

Le quartz est un minéral omniprésent et ses propriétés uniques en font l'une des substances naturelles les plus utiles. C'est un composé chimique sous la forme d'une partie de silicium et de deux parties d'oxygène. C'est du dioxyde de silicium du groupe des silicates. Le système cristallin du quartz est trigonal, car le quartz contient un axe d'ordre trois. La variété de quartz transparente se nomme le cristal de roche.

Le quartz est le minéral le plus abondant et le plus répandu qui se trouve à la surface de la Terre. Il est présent et dans toutes les régions du monde. Il se forme à toutes les températures. Il est présent dans les roches ignées, métamorphiques et sédimentaires. Il est très résistant aux intempéries tant mécaniques que chimiques. Cette durabilité en fait le minéral dominant des sommets des montagnes, on en trouve dans les fentes alpines du massif du mont-blanc, et c'est le constituant principal du sable des plages, des rivières et du désert. Le quartz est omniprésent et durable. Les gisements miniers de ces cristaux de roche sont présents dans le monde entier. Son nom proviendrait étymologiquement du mot "quaterz" ou "quaderz" qui désignait les mauvais minerais jusqu'au 16ème siècle.

1. Différentes variétés de quartz

Outre le quartz blanc, nommé aussi quartz laiteux, une variété de quartz populaire est le cristal de roche, il s'agit de la version de quartz incolore transparente ou translucide. Il existe aussi le quartz à rutile avec inclusions de rutile (minéral dioxyde de titane), le quartz à âme, le quartz fumé, qui tient sa couleur de sa croissante au sein d'un environnement radioactif naturel. Egalement d'autres quartz colorés comme le quartz rose, le quartz hématoïde, le quartz bleu.

2. Quelles sont les utilisations du quartz ?

L’une des premières utilisations du quartz, sous forme de silex, a été la fabrication d’objets tranchants tels que des lames de couteau, des grattoirs et des pointes de projectiles telles que les pointes de flèche.

Le quartz est l’un des matériaux naturels les plus utiles. Son utilité peut être liée à ses propriétés physiques et chimiques. Sa dureté est de sept sur l' échelle de Mohs, ce qui la rend très durable. Il est chimiquement inerte au contact de la plupart des substances. Ses propriétés piézoélectriques et sa résistance à la chaleur le rendent précieux pour les produits électroniques, en tant que composant de quartz électronique. Son lustre, sa couleur et sa diaphanéité le rendent utile comme pierre précieuse et également dans la fabrication du verre.

2.1. Utilisations du quartz dans la fabrication du verre

Des processus géologiques ont occasionnellement déposé des sables composés de presque 100% de grains de quartz. Ces dépôts ont été identifiés et produits comme sources de sable de silice de haute pureté. Ces sables sont utilisés dans l'industrie du verre. Le sable de quartz est utilisé dans la production de verre d'emballage, de verre plat, de verre spécialisé et de fibre de verre.

2.2. Utilisations du quartz comme abrasif

La haute dureté du quartz, sept sur l'échelle de Mohs, le rend plus résistant que la plupart des autres substances naturelles. En tant que tel, c'est un excellent matériau abrasif. Le sable de quartz et le sable de silice finement broyé sont utilisés pour le sablage, les nettoyants pour récurer, les agents de meulage et les gravillons pour le ponçage et le sciage.

2.3. Utilisations du quartz comme sable de fonderie

Le quartz est très résistant aux produits chimiques et à la chaleur. Il est donc souvent utilisé comme sable de fonderie. Avec une température de fusion supérieure à celle de la plupart des métaux, il peut être utilisé pour les moules et les noyaux des travaux de fonderie courants. Les briques réfractaires sont souvent faites de sable de quartz en raison de leur grande résistance à la chaleur. Le sable de quartz est également utilisé comme fondant dans la fusion des métaux.

2.4. Utilisations dans l'industrie pétrolière

Le sable de quartz a une grande résistance à l’écrasement. Dans l'industrie pétrolière, les boues de sable sont forcées dans des puits de pétrole et de gaz sous très hautes pressions dans le cadre d'un processus appelé fracturation hydraulique. Cette haute pression fracture les roches du réservoir et le lisier sableux s'injecte dans les fractures. Les grains de sable durables maintiennent les fractures ouvertes après le relâchement de la pression. Ces fractures ouvertes facilitent l’écoulement du gaz naturel dans le puits de forage.

2.5. Beaucoup d'autres utilisations de sable de quartz

Le sable de quartz est utilisé comme charge dans la fabrication du caoutchouc, de la peinture et du mastic. Des grains de quartz soigneusement calibrés, filtrés et lavés, sont utilisés comme média filtrant et granulés de toiture. Les sables de quartz sont utilisés pour la traction dans les industries ferroviaire et minière. Ces sables sont également utilisés dans les loisirs sur les terrains de golf, les terrains de volley-ball, les terrains de baseball, les bacs à sable pour enfants et les plages.

2.6. Utilisations des cristaux de quartz

L'une des propriétés les plus étonnantes du quartz est la capacité de ses cristaux à vibrer à des fréquences précises. Ces fréquences sont si précises que les quartz peuvent être utilisés pour fabriquer des instruments et des appareils de mesure du temps extrêmement précis, capables de transmettre des signaux de radio et de télévision avec des fréquences précises et stables.

Les minuscules dispositifs utilisés à ces fins sont appelés «oscillateurs à cristal». Les premiers oscillateurs à cristal ont été développés dans les années 1920. Vingt ans plus tard à peine, des dizaines de millions d’entre eux étaient nécessaires chaque année pour alimenter l’armée pendant la seconde guerre mondiale. Aujourd'hui, des milliards de cristaux de quartz sont utilisés dans la fabrication d'oscillateurs pour montres, horloges, radios, téléviseurs, jeux électroniques, ordinateurs, téléphones portables, compteurs électroniques et équipements GPS.

Une grande variété d'utilisations ont également été développées pour les quartz de qualité optique. Ils sont utilisés dans la fabrication de lentilles, de fenêtres et de filtres spécialisés utilisés dans les lasers, les microscopes, les télescopes, les capteurs électroniques et les instruments scientifiques. Le sable de plage est maintenant le matériau des appareils électroniques les plus avancés au monde.

3. Le quartz synthétique

Au cours des années 1900, la demande de quartz de haute qualité s'est tellement accélérée que les exploitations minières du monde entier n'ont pas été en mesure de les fournir en quantités suffisantes. Heureusement, ce besoin a été pris en compte pendant la seconde guerre mondiale, et les secteurs privés et militaires ont commencé à travailler sur des méthodes permettant de développer du quartz synthétique répondant aux exigences particulières de l’optique et de l’électronique.

Aujourd'hui, la plupart des quartz utilisés dans les composants électroniques et les instruments d'optique sont cultivés en laboratoire au lieu d'être produits à partir de mines. La plupart des laboratoires développent leurs cristaux en utilisant des méthodes basées sur le processus géologique de l'activité hydrothermale. Les cristaux synthétiques sont cultivés à des températures élevées dans des eaux surchauffées riches en silice dissoute. Ces cristaux fabriqués peuvent être cultivés dans des formes, des tailles et des couleurs qui correspondent aux besoins des processus de fabrication. Le coût de la croissance des quartz synthétiques est concurrentiel par rapport à l'exploitation minière et la seule limite à la production est la disponibilité d'équipements de croissance cristalline.

4. Le quartz comme pierre de bijouterie

Le quartz est une excellente pierre fine et les cristaux de roche sont populaires dans le secteur de la joaillerie. Il est dur, durable et accepte généralement un poli brillant. Les variétés populaires de quartz qui sont largement utilisées comme gemmes incluent : l'améthyste, la citrine, le quartz rose, le quartz fumé et l'aventurine. L'agate et le jaspe sont également des variétés de quartz à structure microcristalline.

5. Utilisations spéciales de la pierre de silice

"Pierre de silice" est un terme industriel désignant des matériaux tels que le quartzite, la novaculite et d'autres roches quartzeuses microcristallines. Ceux-ci sont utilisés pour produire des outils abrasifs, des matériaux d'ébavurage, des meules, des pierres à huile, des limes à pierre, des chemises de laminoir et des pierres à aiguiser.

6. Propriétés et critères d'identification

Propriétés physiques

• Dureté (échelle de Mohs) : 7
• Densité : 2.64 à 2.66 g/cm³
• Clivage : nul
• Cassure : conchoïdale, esquilleuse
• Système cristallin : trigonal
• Résistance mécanique : bonne résistance aux chocs
• Comportement à la chaleur : change de couleur lorsque le minéral est chauffé à une température de 300 à 400 °c

Propriétés chimiques

• Formule chimique : SiO₂
• Classe chimique : silicates
• Groupe : quartz
• Réaction chimique : se dissout dans l'acide fluorhydrique

Propriétés optique

• Couleur : diverses couleurs
• Eclat : vitreux
• Transparence : opaque, transparent à translucide
• Trace : blanche