Lettre de Kasuku  N°13

La calcite à l'origine

de la cristallographie

A la fin du XVIII^e siècle, la minéralogie devient une science rigoureuse avec les remarquables travaux de René Just Haüy qu'on peut considérer comme le fondateur de la cristallographie et de la minéralogie moderne. En examinant quelques minéraux chez un de ses amis, Haüy eu l'heureuse maladresse de laisser tomber un beau groupe de cristaux prismatiques de calcite. Un des prismes se brisa, montrant sur sa cassure des faces nom moins lisses que celles du prisme original et présentant l'apparence d'un cristal nouveau, tout à fait différent du prisme quant à sa forme. Après avoir examiné les faces du fragment cassé, il en mesure les angles et découvre que ceux-ci sont identiques à ceux du rhomboèdre qui caractérise le spath d'Islande.

Sous une contrainte mécanique, la calcite montre la propriété de se cliver en suivant des plans de faiblesse de la structure.  Ce sont ces plans de clivage qui déterminent les contours des rhomboèdres ainsi obtenus.

Un monde nouveau semble s'ouvrir à lui. De retour chez lui, il prend des échantillons de calcite tous différents par leurs formes extérieures, les casse et voit apparaître chaque fois la forme du rhomboèdre parmi les fragments cassés. Ces rhomboèdres se divisent ensuite en d'autres rhomboèdres toujours plus petits.

Partant de cette idée, il posa l'hypothèse qu'il devait y avoir une limite inférieure à la subdivision de la calcite et qu'un rhomboèdre extrêmement petit devait constituer en quelque sorte la "brique originelle" qu'il nomma la "molécule constituante". Dans son Essai d'une théorie de la structure des cristaux, paru en 1784, il définit le terme de structure comme le mode d'arrangement des molécules constituantes. Par empilements de rhomboèdres, il est parvenu à reconstituer toutes les formes de la calcite.

Les faces des cristaux semblent parfaitement lisses par le fait que l'œil n'est pas capable de discerner l'extrême petitesse des parallélépipèdes qui constituent cet empilement. De même les pyramides d'Egypte, vues de près, laissent entrevoir les blocs qui les constituent mais semblent tout à fait lisses, vues de loin.

Dans son "Essai d'une théorie sur la structure des cristaux" paru à Paris en 1784, il définit le terme de structure comme le mode d'arrangement des molécules constituantes. Il apporte ainsi la preuve de l'existence d'une forme primitive. Cette découverte donne un essor nouveau à la minéralogie. Partout on mesure les angles des faces des cristaux avec toujours plus de précision, on définit les formes primitives et on commence à classer et mettre de l'ordre dans la systématique des minéraux.

Vue de près, on voit les blocs qui ont servi à bâtir les pyramides d'Egypte. Vues de loin, elles semblent lisses.

Nous savons aujourd'hui que la molécule constituante n'existe pas réellement sous la forme qu'Haüy avait imaginée. Toutefois, le mérite de cette théorie est d'avoir mis en évidence le caractère périodique de l'architecture intime des cristaux et d'avoir pressenti, sans le deviner vraiment, l'existence de la maille élémentaire. Sa découverte a ouvert la voie à la cristallographie moderne

Aujourd'hui, nous savons que la structure de la calcite est constituée d'atomes de calcium (en noir sur l'image) situés aux sommets et au milieu de faces d'un rhomboèdre imaginaire et de petits groupes constitués chacun de 3 gros atomes d'oxygène enserrant un tout petit atome de carbone qui se trouvent au milieu des arêtes du rhomboèdre.

Le rhomboèdre est une représentation virtuelle qu'on désigne du nom de maille élémentaire. Ce rhomboèdre constitue la brique élémentaire qui, par justaposition dans les trois dimensions de l'espace, reconstitue tout le cristal.

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