L’état cristallin existe dans de nombreuses structures naturelles : les minéraux qui constituent les roches, le squelette et les coquilles de nombreux organismes vivants.
I Les minéraux, principaux constituants des roches
Un minéral possède généralement une organisation cristalline. Un minéral donné peut cependant adopter différentes formes cristallines.
Par exemple, la fluorite, de formule CaF2 (fluorure de calcium) a une maille élémentaire cubique à faces centrées (doc. 1). À l’échelle macroscopique, la fluorite présente des cristaux cubiques ou octaédriques (à huit faces) selon la manière dont les mailles élémentaires sont organisées dans l’espace. Un cristal correspond donc à la structure ordonnée macroscopique d’un minéral.
Doc1 Deux empilements possibles de la maille cubique : exemple des cristaux de la fluorite (CaF2)
Certains minéraux peuvent exister à l’état amorphe, non cristallisé. Par exemple, la silice (SiO2) peut se présenter sous sa forme cristallisée, le quartz, ou sous sa forme amorphe, l’opale.
Une roche est en général formée par l’association de plusieurs cristaux qui appartiennent à plusieurs espèces minérales. Le granite, par exemple, est une roche magmatique formée de trois minéraux principaux : quartz, mica et feldspaths (doc. 2).
D’autres roches magmatiques, comme les roches volcaniques, sont constituées de cristaux disséminés dans un verre (doc. 2). Celui-ci a une structure amorphe, car il résulte de la solidification très rapide d’une lave, qui n’a pas laissé le temps aux cristaux de se développer, contrairement à une roche magmatique comme le granite qui a cristallisé très lentement et donc entièrement.
Doc2 Deux exemples de roches magmatiques : à gauche, un granite ; à droite, une rhyolite
II Les structures cristallines chez les organismes biologiques
Des structures cristallines existent aussi chez les organismes biologiques qui fabriquent un squelette interne ou externe, comme la coquille des mollusques (huîtres, moules, escargot…) ou le squelette des coraux…
Le squelette des vertébrés contient aussi une partie minéralisée : le tissu osseux est composé pour environ 60 % de cristaux de phosphate de calcium.
D’autres cristaux existent aussi en dehors des squelettes, comme l’oxalate de calcium, un cristal insoluble dans l’eau, qui compose 70 à 80 % des calculs rénaux.
ZoomDe la roche à la maille élémentaire
Le granite est une roche magmatique entièrement cristallisée, formée de plusieurs cristaux dont du quartz de composition SiO2.
