Cristobalite

La cristobalite est un minéral, composé de dioxyde de silicium de formule SiO₂ avec des traces : Fe, Ca, Al, K, Na, Ti, Mn, Mg, P. La cristobalite est stable seulement au-dessus de 1 470 °C, mais elle peut cristalliser et persister dans un état métastable à des températures plus basses. La persistance de la cristobalite en dehors de sa stabilité thermodynamique est rendue possible par les barrières cinétiques qui s'opposent à une transformation de phase reconstructive à travers une réorganisation atomique.

Général
α-Cristobalite Catégorie IX : silicates[1]
Cristobalite dans des vacuoles d'obsidienne - Californie USA
Nom IUPAC	Dioxyde de silicium
Numéro CAS	14464-46-1 (α) 99493-55-7 (β)
Classe de Strunz	4.DA.15 4 OXIDES (Hydroxides, V[5,6] vanadates, arsenites, antimonites, bismuthites, sulfites, selenites, tellurites, iodates) 4.D Metal:Oxygen = 1:2 and similar 4.DA With small cations 4.DA.15 Cristobalite SiO2 Space Group P 4₁2₁2 Point Group 4 2 2
Formule chimique	O₂Si SiO₂
Identification
Masse formulaire[2]	60,0843 ± 0,0009 uma O 53,26 %, Si 46,74 %,
Couleur	Incolore, blanc, bleu gris, brun
Classe cristalline et groupe d'espace	422 - Ditétragonale-trapézoédrique
Système cristallin	Tétragonal
Réseau de Bravais	Primitif P
Macle	fréquent sur {111}
Clivage	{0001} indistinct, {1010} imparfait
Cassure	conchoïdal
Habitus	Pseudo-octaèdre, dendritique, en sphérules
Échelle de Mohs	de 6 à 7
Trait	blanc
Éclat	vitreux
Propriétés optiques
Indice de réfraction	nω = 1,487 nε = 1,484
Biréfringence	Uniaxe (-) δ = 0,003
Fluorescence ultraviolet	Vert ou rouge
Transparence	Transparent à translucide
Propriétés chimiques
Densité	de 2,32 à 2,36
Propriétés physiques
Magnétisme	aucun
Radioactivité	aucune

Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Historique de la description et appellations

Inventeur et étymologie

La cristobalite a été décrite en 1887 par le minéralogiste allemand Gerhard vom Rath (1830-1888).

Le nom cristobalite dérive de sa localité type, le cerro San Cristóbal à Santiago (Chili).

Topotype

La localité type se trouve à Cerro San Cristóbal, Mun. de Pachuca, Hidalgo, au Mexique. C'est également le gisement type pour la tridymite.

Caractéristiques physico-chimiques

Variété

Il existe une variété associant étroitement la cristobalite et la tridymite : la lussatite (ou opale-CT).

Cristallographie

Il faut attendre 1925 et l’application des rayons X à la cristallographie pour avoir une première approche de sa structure[3].

C'est la phase cubique de haute température de la silice. Le même type de couche qui existe dans la tridymite est présente aussi dans la cristobalite, mais la topologie des liaisons entre couches successives est différente : les tétraèdres sont ici en configuration trans au lieu de cis et par conséquent les canaux continus qui existent dans la tridymite sont remplacés dans la cristobalite par des cages.

La transition cristobalite → tridymite est reconstructive et la cristobalite peut donc subsister dans une région métastable. À basse température, elle donne un polymorphe tétragonal (α), phase entièrement métastable.

Cristallographie de la cristobalite
Nom	α-Cristobalite[4]	β-Cristobalite[5]
Système cristallin	tétragonal	cubique
Classe cristalline	$4\ 2\ 2\,$	$4/m\ {\bar {3}}\ 2/m$
groupe d'espace	$P\ 4_{1}2_{1}2\,$	$F\ 4_{1}/d\ {\bar {3}}\ 2/m$
Cellule élémentaire	a = 497,8 pm c = 694,8 pm	a = 716,6 pm
Nombre de formules chimiques par unité de cellule	4	8

Structure cristalline de l'α-cristobalite.
Structure cristalline de la β-cristobalite.

Gîtes et gisements

Gîtologie et minéraux associés

La cristobalite se forme à haute température dans les roches ignées acides. Elle peut se former à plus basse température dans des dépôts biochimiques. Elle est également présente dans les météorites et est un des constituants des roches lunaires.

Les minéraux associés sont l'augite, la hornblende, le quartz β, l'olivine, la pseudobrookite, la sanadine et la tridymite.

Gisements producteurs de spécimens remarquables

Elle est très largement répandue dans le monde.

En France

Mont Denise, Espaly-Saint-Marcel, Le Puy-en-Velay, Haute-Loire, Auvergne[6]
Sarliève, Cournon-d'Auvergne, Clermont-Ferrand, Puy-de-Dôme, Auvergne[7]
Lussat, Pont-du-Château, Puy-de-Dôme, Auvergne
Courgas ravine, Apt, Vaucluse, Provence-Alpes-Côte d'Azur[8]

Dans le monde

Francon quarry, Saint-Michel District, Montréal, Jacques Cartier Co., Québec, Canada[9]
Morne Serpent, Grande Rivière Village, Sainte Lucie[10]

Exploitation des gisements

Utilisations

Cristobalite dans l'obsidienne - Californie, États-Unis - (14×8 cm).

En Pétrographie
- Elle renseigne sur la température de formation des roches dans lesquelles elle a été trouvée.
Comme Pigment

La cristobalite se distingue par sa blancheur. Si elle n'est pas d’un blanc aussi pur que le dioxyde de titane (blanc de titane), elle est toutefois plus lumineuse. Cette particularité l’a fait utiliser comme pigment pour les couleurs, au vu de sa particulière inertie chimique elle est très utile pour les pigments de marquages en extérieur (peintures et revêtement muraux). Elle peut donc être retrouvée dans les poussières issues d'opération de décapage de peintures par grenaillage ou sablage. Elle est alors source potentielle de silicose et fait l'objet de normes de valeur limite de moyenne d'exposition [11]

Propriétés mécaniques
- Sa remarquable stabilité mécanique, associé à son inertie chimique en fait un des constituants des céramiques dentaires.
- Elle entre dans la composition de substances d'étanchéité.
Pierre ornementale
- L’obsidienne contenant des cristaux de cristobalite est connue sous le nom d’« obsidienne flocons de neige ». Elle sert alors de pierre ornementale pour confectionner des bijoux et de petites sculptures.

Précautions d'emploi

C'est un produit qui est source de silicose quand il est inhalé de manière chronique et qui est un cancérogène reconnu chez l'homme[12].

Notes et références

La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.
Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
R. W. G.Wyckoff, The crystal structure of the high temperature form of cristobalite. In: American Journal of Science. Série 5, n^o 9, 1925, S. 448-459.
W. A. Dollase, Reinvestigation of the structure of low Cristobalite. In: Zeitschrift fuer Kristallographie, Kristallgeometrie, Kristallphysik, Kristallchemie, n^o 121, 1965, S. 369-377
D. R. Peacor, High-temperature single-crystal study of the cristobalite inversion. In: Zeitschrift fuer Kristallographie, Kristallgeometrie, Kristallphysik, Kristallchemie, n^o 138, 1973, S. 127-220
Roger De Ascenção Guedes, E. Médard, J. Mergoil, « Minéralogie des volcans du mont Denise, Espaly-Saint-Marcel, Haute Loire » in Le Règne minéral, no. 62, 2005, p. 9-22
Aimé Rudel, Curiosités Géologiques d'Auvergne et du Velay, Éditions Volcans, 1970
F. Roulin et al., 1986, 109, p. 349-357.
Tarassoff, P., Horvath, E. et Pfenninger-Horvath, E. (2006) : Francon Revisited. Mineralogical Record 37 (3) : 257-263
M. Le Guen de Kerneizon et al., Bull. Minéral., 1982, 105, p. 203-211
INRS Fiche de sécurité sur le grenaillage : ref ED121
Fiche de sécurité

Voir aussi

Articles connexes

Silicate, silice
Silicose, mésothéliome, cancer du poumon

Liens externes

(en) « Cristobalite », sur mindat.org (consulté le 5 octobre 2018)

Portail des minéraux et roches
Portail de la chimie

Cet article est issu de Wikipedia. Le texte est sous licence Creative Commons - Attribution - Partage dans les Mêmes. Des conditions supplémentaires peuvent s'appliquer aux fichiers multimédias.

[1] La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.

[2] Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.

[3] R. W. G.Wyckoff, The crystal structure of the high temperature form of cristobalite. In: American Journal of Science. Série 5, n^o 9, 1925, S. 448-459.

[4] W. A. Dollase, Reinvestigation of the structure of low Cristobalite. In: Zeitschrift fuer Kristallographie, Kristallgeometrie, Kristallphysik, Kristallchemie, n^o 121, 1965, S. 369-377

[5] D. R. Peacor, High-temperature single-crystal study of the cristobalite inversion. In: Zeitschrift fuer Kristallographie, Kristallgeometrie, Kristallphysik, Kristallchemie, n^o 138, 1973, S. 127-220

[6] Roger De Ascenção Guedes, E. Médard, J. Mergoil, « Minéralogie des volcans du mont Denise, Espaly-Saint-Marcel, Haute Loire » in Le Règne minéral, no. 62, 2005, p. 9-22

[7] Aimé Rudel, Curiosités Géologiques d'Auvergne et du Velay, Éditions Volcans, 1970

[8] F. Roulin et al., 1986, 109, p. 349-357.

[9] Tarassoff, P., Horvath, E. et Pfenninger-Horvath, E. (2006) : Francon Revisited. Mineralogical Record 37 (3) : 257-263

[10] M. Le Guen de Kerneizon et al., Bull. Minéral., 1982, 105, p. 203-211

[11] INRS Fiche de sécurité sur le grenaillage : ref ED121

[12] Fiche de sécurité