Chapitre 2
Activité 2 - documentaire
De la roche au squelette, les cristaux sont partout !
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Introduction
Les cristaux sont omniprésents : des marais salants aux chaînes de montagnes, certains se trouvent même... dans les êtres vivants !
Comment explorer la diversité des cristaux autour de nous ?
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L'organisation et la structure d'un cristal
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Documents
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Doc. 1Les roches, des édifices de cristaux
Le granite est la roche majoritaire de la croûte continentale. Les formes et les couleurs des minéraux, observés à l'œil nu et au microscope polarisant, permettent aux scientifiques de les identifier.
Observation à l'œil nu d'un granite et de ses différents minéraux.
Q : quartz ; FelP : feldspath plagioclase ; B : biotite.
Observation au microscope polarisant d'un granite.
Q : quartz ; FelO : feldspath orthose ; FelP : feldspath plagioclase ; B : biotite.
Un cristal de quartz observé à l'œil nu et la modélisation moléculaire de l'organisation cristalline. La chimie du quartz a été établie par Berzelius à la fin du XIXe siècle. Il s'agit d'un minéral de formule chimique brute \mathrm{SiO}_2. Au début du XXe siècle, la mise au point de la cristallographie aux rayons X a permis d'identifier la structure cristalline du quartz, modélisée ici grâce au logiciel MinUSc.
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Q : quartz ; FelP : feldspath plagioclase ; B : biotite.
Observation au microscope polarisant d'un granite.
Q : quartz ; FelO : feldspath orthose ; FelP : feldspath plagioclase ; B : biotite.
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Un cristal de quartz observé à l'œil nu et la modélisation moléculaire de l'organisation cristalline. La chimie du quartz a été établie par Berzelius à la fin du XIXe siècle. Il s'agit d'un minéral de formule chimique brute \mathrm{SiO}_2. Au début du XXe siècle, la mise au point de la cristallographie aux rayons X a permis d'identifier la structure cristalline du quartz, modélisée ici grâce au logiciel MinUSc.
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Utiliser un microscope polarisant pour observer des lames de roches
Le microscope polarisant diffère du microscope optique de biologie car il
possède :
- Un polariseur et un analyseur qui polarisent la lumière (c'est-à- dire ne la laisse vibrer) dans un seul plan (alors que la lumière émise par une source lumineuse vibre dans toutes les directions).
- Une platine tournante à faire tourner durant l'observation pour la détermination des minéraux
Le microscope polarisant permet de déterminer la texture de la roche et les minéraux qu'elle contient.
Avant toute observation : faire l'extinction complète
Installer le polariseur et l'analyseur en position croisée (angle de 90° entre les deux) : faire tourner l'analyseur jusqu'à obtenir l'extinction complète (« NOIR ») dans l'oculaire. Ne changez plus cette position.
Installer le polariseur et l'analyseur en position croisée (angle de 90° entre les deux) : faire tourner l'analyseur jusqu'à obtenir l'extinction complète (« NOIR ») dans l'oculaire. Ne changez plus cette position.
Étude en lumière polarisée non analysée (LPNA)
= avec le polariseur SANS l'analyseur.
= avec le polariseur SANS l'analyseur.
- Texture de la roche :
- Entièrement cristallisée avec gros cristaux = texture GRENUE
- Contenant des petits cristaux et du verre = texture MICROLITIQUE
- Détermination des minéraux par :
- FORME : globulaire, allongés, en baguettes…
- COULEUR NATURELLE : souvent terne, gris, brun, vert pâle, incolore, …
- RELIEF : si le minéral a l'air d'être « au-dessus » de la lame avec des contours marqués, on dit qu'il a un fort relief.
Etude en lumière polarisée et analysée (LPA)
= avec le polariseur ET l'analyseur. Penser à tourner la platine mobile !
= avec le polariseur ET l'analyseur. Penser à tourner la platine mobile !
- Couleurs de polarisation :
En LPA, de nouvelles couleurs apparaissent, souvent vives.
On ne détermine pas les minéraux d'après leur simple
couleur (car le fait de tourner la platine change les couleurs), mais par leur « ordre » de polarisation :
- couleurs "pales" = 1 er ordre
- couleurs "vives" = 2ème ordre - Macle :
Éclairement différent selon les zones du minéral. Rayures, plages colorées, ….
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Retrouvez une animation pour comprendre le principe du microscope polarisant en cliquant .
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Doc. 2Des cristaux dans le monde vivant
L'intérieur de la coquille de certains mollusques est tapissé de nacre.
a. Observation de la nacre et modélisation moléculaire de l'organisation cristalline.
L'observation à l'œil nu a. de l'intérieur de la coquille d'un nautile (Nautilus pompilius) montre la nacre aux reflets irisés. Au microscope électronique à balayage b., la nacre apparaît constituée d'un empilement de cristaux d'aragonite, formés par la précipitation ordonnée de carbonate de calcium \mathrm{CaCO}_{3}. Les cristaux sont collés entre eux par un ciment biologique qui ne représente que 5 % de la nacre. Cet assemblage se fait dans différentes directions, conférant à la nacre sa très grande solidité.
b
a. Observation de la nacre et modélisation moléculaire de l'organisation cristalline.
L'observation à l'œil nu a. de l'intérieur de la coquille d'un nautile (Nautilus pompilius) montre la nacre aux reflets irisés. Au microscope électronique à balayage b., la nacre apparaît constituée d'un empilement de cristaux d'aragonite, formés par la précipitation ordonnée de carbonate de calcium \mathrm{CaCO}_{3}. Les cristaux sont collés entre eux par un ciment biologique qui ne représente que 5 % de la nacre. Cet assemblage se fait dans différentes directions, conférant à la nacre sa très grande solidité.
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Doc. 3Les flocons de neige, un ensemble de cristaux de glace
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Un flocon de neige. La forme du flocon dépend des conditions de température et d'humidité lors de sa formation.
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Minéral : solide naturel caractérisé par une composition chimique précise.
Roche : solide naturel composé d'un assemblage de minéraux.
Roche : solide naturel composé d'un assemblage de minéraux.
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Questions
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1. Doc. 1 Construisez une échelle permettant de classer
les différents niveaux d'organisation de la matière
dans un granite. Vous devez placer les éléments suivants : atome, maille, minéral, roche, cristal. Pour
chaque niveau, donnez un exemple tiré du document
et indiquez l'ordre de grandeur de taille.
2. Doc. 2 Réalisez, sur le même modèle, une échelle permettant de classer les éléments suivants : coquille, cristal, atome, molécule.
3. Synthèse Sur une carte mentale, représentez la diversité des cristaux de notre environnement et reliez les différents niveaux d'organisation de la matière.
Cliquez ici pour avoir accès à un espace de dessin
2. Doc. 2 Réalisez, sur le même modèle, une échelle permettant de classer les éléments suivants : coquille, cristal, atome, molécule.
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