Le quartz est un minéral du groupe des silicatesSur le plan chimique, le quartz n'est pas un silicate mais un oxyde. En minéralogie, les minéraux de composition (silice) sont cependant regroupés avec les (vrais) silicates en raison de la continuité des structures cristallines., sous-groupe des tectosilicates, composé de dioxyde de silicium, ou silice, de formule chimique , avec des traces de différents éléments tels que Al, Li, B, Fe, Mg, Ca, Ti, Rb, Na, OH.
Il se présente sous la forme de grands cristaux incolores, colorés ou fumés, ou bien de cristaux microscopiques d'aspect translucide.
Constituant 12 % (en masse) de la lithosphère, le quartz est le minéral le plus commun de la croûte terrestre (l'oxygène et le silicium sont respectivement les premier et deuxième constituants de la lithosphère, par ordre d'importance). C'est une composante importante du granite et des granitoïdes (où il est généralement xénomorphe), des roches métamorphiques granitiques (gneiss, quartzite) et de certaines roches sédimentaires (sable, grès). Il est en revanche très rare dans les roches extraterrestres, mais on en a trouvé sur Mars...
Historique de la description et appellations Étymologie L'étymologie du mot quartz n'est pas évidente. La première hypothèse vient du mot « quaterz » ou « quaderz » qui jusqu'au désigne les mauvais minerais. Une autre hypothèse est la contraction du mot allemand « gewärz » (excroissance, germe).
Le terme « quartz » au Moyen Âge s'appliquait à tous les cristaux. C'est Georgius Agricola qui a restreint le terme aux cristaux de roche.
Synonymes Le quartz est également désigné par les termes : alpha-quartz, quartz-alpha, quartz α (non chauffé ou chauffé à moins de ; azetulite (incorrect), azeztulite (marque de commerce) ; conite (Mac Culloch). ; dragonite ; konilite (variante de conite). ; iodolite (quartz à inclusion du Minas Gerais).
Nom vernaculaire L'expression « cristal de roche » désigne le quartz hyalin (c'est-à-dire transparent comme le verre).
Critères de reconnaissance Observation visuelle alt=Quartz jacinthe de Compostelle|gauche|vignette|133x133px|Quartz jacinthe de Compostelle Les cristaux de quartz se présentent souvent comme des masses ressemblant à du verre, de teinte gris laiteux et à l'éclat gras, sans forme cristalline spécifique. Ces cristaux se sont formés tardivement et ont occupé l'espace entre des cristaux développés plus précocement.
Les cristaux de quartz dont la croissance s'est effectuée à partir d'un substratum montrent des faces prismatiques et se terminent par une pyramide (l'autre extrémité étant englobée dans la roche). Certains quartz qui se sont développés au sein de sédiments peuvent montrer des pyramides à leurs deux extrémités (quartz bipyramidés des hyacintes de Compostelle, dans le Trias des Pyrénées et des Asturies)..
Reconnaissance au microscope polarisant En lumière polarisée non analysée : limpide ; blanc ; xénomorphe.
En lumière polarisée analysée : extinction roulante.
Caractéristiques physico-chimiques Variétés Variétés cristallines : l'améthyste ; l'amétrine ; la citrine ; le quartz fumé ou morion ; le quartz hématoïde ; le quartz prase ; le quartz rose.
Variétés cryptocristallines : calcédoine (silex, agate, onyx, cornaline, chrysoprase, jaspe (mélange de quartz et de calcédoine), héliotrope (jaspe vert à taches rouges)).
Cristallographie
C'est en 1907 que le cristallographe allemand Otto Muegge (Mügge) a montré les différences qui existaient entre le quartz α, qui est le polymorphe décrit ici, et le quartz β.
La structure cristalline est hexagonale à haute température (quartz β, groupe d'espace P621 ou P621), trigonale à basse température (quartz α, groupe d'espace P321 ou P321). L'enroulement des hélices de tétraèdres SiO peut se faire dans les deux sens, gauche ou droit, ce qui explique les deux groupes d'espace pour chacun des polymorphes, β et α.
Les paramètres de la maille conventionnelle du quartz α sont : = , = (Z = 3; V = ), sa densité calculée est .
Problème de classification Bien que la structure cristalline du quartz alpha soit décrite dans la plupart des textes français de minéralogie comme étant « hexagonale, système rhomboédrique », Massimo Nespolo, professeur de minéralogie et cristallographie, affirme que cette classification serait erronée.. Le quartz α cristallise en fait dans le groupe d'espace P321 (quartz gauche) ou P321 (quartz droit), à réseau hexagonal, comme indiqué par le symbole « P ». Le système cristallin du quartz α est donc trigonal, car le quartz α contient un axe d'ordre trois comme élément de symétrie d'ordre le plus élevé. Le terme « rhomboédrique » s'applique au réseau, mais le réseau du quartz est toujours hexagonal. D'après cet auteur, il ne faut donc pas confondre la nomenclature du « système cristallin », d'où le terme rhomboédrique est absent, avec celle du « système réticulaire », d'où le terme trigonal est absent. Dans le système réticulaire, un cristal rhomboédrique correspondra à un cristal trigonal dans le système cristallin. Cependant, un cristal qui appartient au système cristallin trigonal peut avoir un réseau soit rhomboédrique, soit hexagonal, d'où la possibilité d'appartenance aux deux systèmes réticulaires. L'article sur la structure cristalline présente une explication plus complète du problème.
Le quartz présente aussi la particularité d'être classé parmi les silicates et particulièrement dans les tectosilicates, si l'on suit la classification de Dana, mais il est également classé dans les oxydes (dioxyde de silicium) si l'on suit la classification de Strunz. Dans le présent article il a été classé volontairement dans la classe des silicates alors que Wikipédia a choisi pour la minéralogie la classification de Strunz, la silice étant en effet l'archétype des silicates. Ceci montre la difficulté qui existe parfois à la mise en place d'une classification en sciences naturelles.
Macles Le quartz se présente souvent maclé. Un grand nombre de macles du quartz est connu : les plus importantes sont résumées dans le tableau suivant.
Nom Élément de macle Indice Obliquité Angle entre les axes c Dauphiné ou Suisse (π) 1 0° 0° Brésil (110) ou 1 0° 0° Leydolt ou Liebisch(macle combinée Dauphiné – Brésil) (0001) 1 0° 0° Macle à angle droit (synthétique) (π/2) 2 5° 27′ 90° Japon ou de la Gardette (α)/ Verespatak (β) (112) 2 5° 27′ 84° 34′ Esterel (101) 3 5° 48′ 76° 26′ Sella (α) / Sardaigne (β) (102) 3 5° 48′ 115° 50′ Belowda Beacon (302) 4 4° 43′ 55° 24′ Breithaupt (111) 5 4° 22′ 48° 54′ Wheal Coates (211) 6 2° 55′ 33° 08′ Cornouailles (201) 7 1° 25′ 42° 58′ Pierre-Levée (213) 7 6° 32′ 83° 30′ Zinnwald --- --- --- macle monopériodique
Propriétés physiques Très dur (7 sur l'échelle de Mohs), le quartz α cristallise au-dessous de et le quartz β entre et à la pression atmosphérique au niveau de la mer.
À (le « point quartz » en cuisson de poterie.), le quartz α (polymorphe de basse température) se transforme en quartz β (polymorphe de haute température). C'est une transformation displacive avec une augmentation de volume de l'ordre de 0,829 %. Contrairement à la phase α, la phase β n'est que très peu piézoélectrique.
À températures supérieures, le quartz se transforme en tridymite puis en cristobalite. D'autres polymorphes se forment à pressions élevées : coésite et stishovite.
Propriétés optiques Le quartz peut présenter une fluorescence en fonction des impuretés qui le composent. Il peut également présenter les phénomènes de triboluminescence..
Le quartz n'absorbe pas dans l'ultraviolet, on utilise donc des cuves en quartz pour mesurer l'absorbance de molécules qui absorbent dans l'UV (ADN par exemple).
Les cristaux de quartz sont biréfringents uniaxes positifs, et présentent une activité optique.
Gîtes et gisements vignette|gauche|Une sablière de quartz en Allemagne avec deux dragues aspiratrices. vignette|Carte des principaux pays producteurs de quartz dans le monde.|alt= Les cristaux naturels de quartz peuvent atteindre des tailles considérables : le plus grand monocristal de quartz connu a été trouvé à Manchõ Felipe, près d'Itaporé (Goiás, Brésil) : , pour un poids estimé de ..
Actuellement, le quartz naturel, qui se trouve partout dans le monde (les principaux gisements se trouvent au Brésil), n'est plus guère exploité que pour servir de germe dans le processus de fabrication de quartz synthétique, cette synthèse étant industrialisée depuis la fin de la Seconde Guerre mondiale.
Dans le nord-ouest du Québec, le quartz est un des principaux indices de la présence de l'or dans sa masse. Sa couleur se présente surtout sous un blanc laiteux ou gris pâle.
L'une des principales mines de quartz est située aux États-Unis, à Spruce Pine. Ce gisement est considéré comme le plus pur au monde (99,999 %) et est exploité par deux firmes : le groupe belge Sibelco et l'entreprise franco-norvégienne The Quartz Corp. En juin 2026, des médias chinois indiquent que des sites d'une pureté équivalente ont été localisés au Tibet et dans le Xinjiang..
Croissance des minéraux
Inclusions Les cristaux de quartz paraissent souvent assez purs mais en réalité, ils contiennent presque toujours des inclusions plus ou moins invisibles qui renseignent sur leurs conditions de croissance : « flèches d'Amour » ou « flèches de Cupidon », cristaux aciculaires droits avec les aiguilles noires de tourmaline développées de façon plus ou moins anarchique, les aiguilles brunes de goethite ou jaunes de rutile ; « cheveux de Thétys », cristaux aciculaires courbes avec les fibres vertes d'actinote ou d'un autre minéral de la vaste famille des amphiboles ; « cheveux de Vénus », avec les flèches et cheveux jaune d'or de rutile ; « yeux de taureau », avec des fibres rouges parallèles, « yeux de taureau » avec des fibres rouges, « yeux de faucon » avec des fibres bleues, « yeux de fer » avec des fibres jaunes, rouges et parties métalliques, « yeux de tigre » avec des fibres jaunes..
Quartz synthétique La cristallogenèse se fait par procédé hydrothermal, reproduisant les conditions naturelles qui ont fait naître les cristaux de roche. Dans un cylindre rempli d'eau, on dispose un fin cristal de quartz naturel sur lequel le cristal artificiel va croître (germe) et de la silice sous une forme facilement soluble. L'ensemble est soumis à une forte pression () et porté à haute température () de telle manière que la partie supérieure soit légèrement moins chaude. Il se forme dans la partie basse une solution saturée en silice. Elle est entrainée par convection vers le haut du cylindre, où elle devient sursaturée. La silice se précipite alors sous forme de quartz au contact du germe. C'est un processus très lent : plusieurs semaines peuvent être nécessaires pour obtenir un cristal de 0,5 à . La production annuelle mondiale était environ en 1980..
Ce matériau se distingue de celui appelé « quartz de synthèse » ou « quartz reconstitué », mis sur le marché dans les années 1990. Ce matériau est une résine de synthèse chargée de 70 à 90 % de silice cristalline et de colorants, notamment utilisée comme plan de travail ou table dans les cuisines. À la suite d'une analyse y ayant mis en évidence en 2017 des métaux lourds (cadmium, cuivre à des doses élevées ( et pour deux échantillons analysés) ainsi que de zinc par kg), des composés organiques volatils (COV), des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et des phtalates., l'innocuité de ce matériau pour les installateurs voire pour les utilisateurs a été questionnée en France ; la cour d'appel de Versailles a commandé en un rapport à deux experts indépendants à ce sujet..
Exploitation des gisements