Le cristal et ses doubles
Aperçu historique, scientifique, descriptif des macles et accessoirement des épitaxies dans le monde minéral et le laboratoire
Jean-Claude Boulliard
CNRS éditions
Préface9
Préambule11
Introduction15
Première partie
Historique de l'étude des macles et de l'épitaxie jusqu'à Friedel
I. Les premières observations
21
Sur de curieuses pierres figurées sur un blason21
Les découvertes de Romé de l'Isle : la réussite d'une «mauvaise» idée22
Les macles selon Romé de l'Isle : premières descriptions et premières définitions24
II. Haüy : la naissance de la cristallographie moderne
27
La cristallographie d'Haüy :
le premier modèle de structure cristalline et le triomphe des mathématiques27
Les macles selon Haüy : premières nomenclatures et tentatives d'explications31
Les critiques sur la cristallographie d'Haüy : le dogme mis à mal33
Les critiques sur les mesures d'Haüy33
Les nouvelles théories cristallographiques :
les arêtes triomphent des faces, les forces des molécules intégrantes34
Les nouvelles découvertes : des phénomènes bien gênants36
III. Delafosse : les prémisses d'une nouvelle théorie de la structure cristalline
40
Delafosse et la renaissance de l'école cristallographique française40
Les macles selon Delafosse : une étude assez compliquée43
IV. Pasteur : des découvertes surprenantes
45
Les premiers travaux sur le dimorphisme et les formes limites45
D'un mystère chimique à la dissymétrie moléculaire47
V. Bravais : l'hypothèse réticulaire
49
Des polyèdres aux réseaux49
Bravais et la première théorie rationnelle des macles52
VI. Mallard : les avancées et les embûches d'une grande oeuvre
55
De la cristallographie à la physique55
Les anomalies optiques : la naissance d'une théorie56
Le traitement de l'isomorphisme et du polymorphisme : à la limite des formes limites58
Les macles de Mallard : l'introduction des pseudo-symétries60
L'héritage de Mallard : une nouvelle orientation de la cristallographie française61
VII. Les théories de Wallerant : une mauvaise période de la cristallographie
64
Les nouvelles théories en cristallographie géométrique64
Les cristaux liquides : un nom bien lourd à porter65
L'édifice cristallin selon Wallerant : une synthèse bien risquée66
La mériédrie, l'isomorphisme et le polymorphisme selon Wallerant : l'héritage de Mallard67
La théorie des macles de Tschermak : une extension de l'ancien modèle «revisité» de Weiss69
Les macles selon Wallerant : vers la caractérisation de la forme primitive70
La postérité des théories de Wallerant72
VIII. Friedel et la première théorie moderne des macles
73
La cristallographie de Friedel : le réseau avant tout73
La loi de Bravais-Friedel et la théorie des cristaux liquides74
Préambule à la théorie des macles : les attaques de Friedel contre ses prédécesseurs75
Le réseau multiple de macle : la redécouverte d'une observation d'Haüy76
Les quatre familles de macles77
La démonstration fondamentale de la théorie de Friedel78
Impact et influence de la théorie de Friedel : le long purgatoire de l'école française79
IX. La naissance de la théorie de l'épitaxie
82
Les premiers travaux : un sujet bien marginal82
La théorie de Friedel : de l'importance de curieux minéraux bleus trouvés en Basse Californie83
La théorie de Royer : un mot nouveau, une nouvelle discipline84
Deuxième partie
Descriptions et théories des macles et accessoirement de l'épitaxie
I. Quelques définitions de base
89
Les groupements de cristaux89
Définitions d'une macle91
La définition de Friedel91
La définition de Niggli91
La définition de Hahn et Klapper92
La définition de Grimmer et Nespolo92
II. Descriptions morphologiques des macles
93
Considérations et rappels préliminaires93
Opérations et éléments de symétrie ponctuelle93
Les éléments de symétrie ponctuelle cristallins93
Combinaison d'opérations de symétrie93
Orientation des éléments de symétrie et réseau cristallin94
La loi de macle (ou symétrie du groupement maclé)94
Opération et élément de macle94
Opération de macle et symétrie cristalline94
Symétrie de macle et ordre de l'élément de symétrie94
Combinaison d'éléments de macles : les macles de macle95
Orientation des éléments de macles et réseau cristallin95
Ordre des éléments de macle cristallographiques95
Les éléments de macles binaires95
Les éléments de macles d'ordre supérieur à deux97
Éléments de macle d'ordre non cristallographiques97
Classification des macles selon la loi de macle97
Les macles par réflexion (selon un miroir)97
Les macles axiales (par rotation)98
Le mode de jonction des cristaux (ou relation spatiale)98
Les macles par accolement (ou macles par contact)98
Les macles par pénétration (ou macles interpénétrées)99
Les cas intermédiaires99
Les macles par rotation-accolement99
La macle normale100
La macle parallèle100
La macle complexe101
La terminologie sur les variations de formes des macles101
Les secteurs, individus, ou domaines maclés101
Les macles à axes parallèles et macles à axes inclinées101
Les macles simple, multiple, répétée, réticulée, cyclique, lamellaire et polysynthétique101
Les macles cumulatives102
Les variations de morphologie selon la forme des cristaux103
Les macles mimétiques103
Les textures de macles103
Dimensions des secteurs maclés104
III. Reconnaissance et caractérisation des macles
105
Comment reconnaître les macles par leur morphologie ?105
L'angle rentrant105
Le faciès (ou l'habitus)105
La dimension (la taille)106
Les faces de compensation106
Les faces vicinales106
Les figures de stries106
Le nombre de faces cristallines107
Les groupements isolés107
Les figures de dissolution ou de croissance et l'aspect des faces107
Les sutures de jonction et le plan de contact108
Les (pseudo-)symétries impossibles et les faciès anormaux108
La loi de macle108
Les faux angles rentrants (de dissolution)109
Les macles rares109
Les moyens poussés de reconnaissance de macle109
Les figures de corrosion110
Les moyens optiques110
Les méthodes de diffraction de rayons X110
Détection des macles par radiocristallographie111
IV. Les théories réticulaires des macles
112
La théorie de Friedel112
Le réseau de macle112
L'indice de macle113
Les éléments de macle113
Les quatre familles de macles114
Les macles par mériédrie114
Les macles par mériédrie réticulaire115
Les macles par pseudo-symétrie (pseudo-mériédrie et pseudo-mériédrie réticulaire)117
La dernière théorie de Friedel121
Les macles tripériodiques (ou tridimensionnelles)121
Les macles monopériodiques (ou unidimensionnelles)121
Les macles dipériodiques (ou bidimensionnelles)121
Remarques sur les théories de Friedel122
Les fausses macles de Friedel122
Symétrie de réseau et symétrie du motif122
Les éléments de pseudo-symétrie et les macles correspondantes123
La validité de la dernière théorie de Friedel123
La réinterprétation de la dernière théorie de Friedel123
Les confusions sur le réseau multiple124
Les confusions sur la pseudo-symétrie125
Les macles aberrantes et la pseudo-symétrie125
Confusions sur la mériédrie réticulaire126
Symétrie d'orientation et métrique126
La mériédrie réticulaire : symétries ponctuelles et relations métriques127
La notion de «pseudo-réseau» de macle sous-multiple128
Les justifications du réseau de macle129
L'hypothèse réticulaire dans les macles après Friedel130
Les théories de J. D. H et G. Donnay130
La prédiction des macles et l'hypothèse réticulaire132
Étendue et limites de l'hypothèse réticulaire dans la prédiction des macles133
L'acceptation de la théorie réticulaire133
La geminographie de Nespolo et Ferraris : l'orthodoxie friedelienne poussée à ses limites134
Les joints de grains et l'approche réticulaire : le O-lattice de Bollmann136
V. Les symétries du groupement maclé : les théories algébriques
139
Description des macles par la théorie des groupes de couleurs139
Description des macles par la décomposition en co-ensembles140
De l'utilité de la théorie des groupes dans la description des groupements maclés141
VI La physique des macles
143
La classification des macles selon leur genèse143
Les macles de croissance (ou primaires)144
La théorie de Buerger144
La théorie structurale de Hartmann145
La détermination causale de la surface de contact146
Nucléation et croissance des macles primaires147
Que peuvent apporter les théories de la croissance cristalline ?147
La genèse des macles au stade de la nucléation148
Influence des impuretés149
La genèse des macles par dépôts sur des cristaux déjà formés150
La genèse de macle par transformation chimique152
Les quasicristaux : nouvelles structures de la matière ou macles ?152
Les macles mécaniques154
Introduction historique155
Quelques faits expérimentaux156
La description géométrique des macles mécaniques avec changement de forme158
Remarques sur les macles primaires et les macles mécaniques159
Quelques axes d'études dans les macles mécaniques159
Accommodation et frontières des macles mécaniques160
La dynamique des macles mécaniques161
Le recuit161
Le démaclage162
Les macles mécaniques sans changement de forme162
Les macles élastiques162
Les macles mécaniques : de la maturité à de nouveaux axes de recherches163
Les macles de transition163
Du dimorphisme (et du polymorphisme) aux macles de transition : un bref survol historique163
Les relations structurales dans les macles de transition165
Les macles de transition displacives165
Macles de transition et macles mécaniques166
Problèmes d'accommodation dans les macles de transition167
Mémoire et amnésie de texture de macle167
Les macles et les structures à domaines167
Les macles de transition et le retour d'une interrogation : sur le rapport entre la symétrie de la macle et la
symétrie cristalline167
VII. Nouvelles classifications des macles
169
La classification des macles selon leurs propriétés physiques169
Classification des macles mécaniques selon la théorie des groupes170
Les macles mécaniques dans le sens «traditionnel»170
Les macles ferroélastiques170
Les macles ferrobiélastiques170
Les macles non ferroélastiques ou co-élastiques170
VIII. La surface d'accolement entre les cristaux maclés
171
À la recherche des plans d'accolement : les approches «historiques»171
La théorie de Wallerant171
La théorie de Friedel172
Les règles d'Aminoff et Broomé172
Les descriptions du plan d'accolement par la théorie des groupes173
La théorie d'Hartman173
À la recherche des plans d'accolement : les apports des macles mécaniques174
Plan d'accolement dans les macles ferroélastiques174
Des plans d'accolement dans les macles ferroélastiques aux plans de composition des autres macles174
Structure et défauts dans la surface d'accolement ou le plan de composition174
Les règles de Laves175
Le vecteur déplacement de macle175
L'utilisation des potentiels d'interaction176
Les dislocations de macle177
Le réseau DSC de Bollmann177
Les défauts ponctuels dans les macles et les macles par déviation chimique177
Du plan de composition de macle (originel) aux interfaces complexes178
IX. Traitement tridimensionnel et traitement bidimensionnel des macles : un essai de synthèse
179
Continuité des liaisons et plan commun179
Plan de composition et faces denses179
Condition de moindre contrainte : justification «bidimensionnelle» de la théorie «tridimensionnelle» de
Friedel180
La théorie de Wallerant réhabilitée ?181
La théorie des Donnay et la charpente cristalline183
Macles et charpentes cristallines184
Synthèse sur les «pseudo-symétries» impliquées dans les macles185
Sur la validité de la théorie de Friedel186
X. Macles et autres groupements orientés
187
Les macles de l'imagination et les macles de papier187
Les macles de macle187
L'effet d'angle saillant et les pseudo-macles par contournement188
Les pseudo-macles par contournement et les théories algébriques des macles192
Les pseudo-macles par épitaxie192
XI. Les macles au début du XXIe siècle
193
XII. L'épitaxie
195
Définition195
La théorie de Royer195
Syntaxie, syncristallisation isomorphe et topotaxie195
L'épitaxie et les macles196
Pseudo-macles par épitaxie197
Les études contemporaines sur l'épitaxie197
Origine et reconnaissance d'une épitaxie dans le monde minéral198
Troisième partie
Les macles célèbres dans le monde minéral
I. Les macles du système cubique
203
Les macles par mériédrie réticulaire de cristaux holoèdres203
Les principales macles par mériédrie réticulaire dans le système cubique204
La macle du spinelle204
La macle du cuivre204
La macle de la fluorite204
La macle de la sodalite204
Les principaux minéraux cubiques holoèdres maclés205
Le groupe du spinelle205
Le diamant205
La galène206
Le cuivre, l'argent ou l'or207
La fluorite207
Le groupe de la sodalite208
Les macles par mériédrie réticulaire de cristaux hémièdres210
La blende (ou sphalérite)211
Le groupe de la tétraédrite212
Les macles par mériédrie (simple) du système cubique212
La pyrite212
II. Les macles des systèmes hexagonal et rhomboédrique
216
Exemples de minéraux hexagonaux maclés216
Le quartz216
Exemples de minéraux rhomboédriques maclés226
La calcite226
Les autres minéraux du groupe de la calcite233
Les minéraux du groupe de la dolomite234
Le corindon238
III. Les macles du système quadratique
239
Le groupe du rutile239
Les macles des minéraux du groupe du rutile239
La macle selon {011}239
La macle selon {031}240
Autres macles240
Les gisements de rutile maclé240
Les gisements de cassitérite maclée241
Le zircon242
La chalcopyrite244
IV. Les macles du système orthorhombique
246
L'aragonite et ses minéraux associés246
L'aragonite246
Les gisements d'aragonite maclée247
La strontianite249
Les gisements de strontianite maclée249
La withérite249
Les gisements de withérite maclée249
La cérusite250
Les gisements de cérusite maclée251
La marcassite253
L'énargite255
La bournonite255
Le chrysobéryl257
Le diaspore261
V. Les macles des systèmes monoclinique et triclinique
262
La staurolite262
La structure micromaclée de la staurolite ?262
Les macles de la staurolite262
La croisette de Bretagne (ou croix grecque)263
La croix de Saint-André263
Les gisements de staurolite maclée263
L'arsénopyrite (ou mispickel)264
La titanite (ou sphène)265
Le gypse266
La macle queue d'hirondelle ou queue d'aronde266
La macle fer de lance ou de Montmartre267
Le gypse «pied d'alouette»268
Distinction entre les deux macles du gypse268
Les gisements de gypse maclés268
Les micas270
Les feldspaths271
La cristallographie de feldspaths272
Les macles des feldspaths275
Les pyroxènes et les pyroxénoïdes283
Les amphiboles285
La phillipsite et l'harmotome289
La macle de la morvénite290
Les macles de la morvénite multiples290
Les gisements de phillipsite et d'harmotome293
VI. Les cristaux mimétiques
294
La boracite294
La leucite295
VII. Les épitaxies célèbres
296
La staurolite (ou staurotide) sur la cyanite (ou disthène)296
Le rutile sur l'hématite et l'ilménite297
La cumengéite sur boléite299
Les minéraux astériés299
Macles ou épitaxie300
VIII. Les minéraux célèbres sans macles et les fausses macles célèbres
301
Références bibliographiques
303
Annexe I : L'étymologie du terme de macle et les termes voisins
315
Annexe II : Résumé simplifié sur les théories cristallographiques des macles
316
Annexe III : Glossaire
329
Index
331
Table des matières
338