CONSIDERATIONS SUR QUELQUES GROUPEMENTS REGULIERS DE CRISTAUX NATURELS

Les lois qui régissent le phénomène de l’épitaxie et que j'ai établies dans le chapitre précédent. à la suite d'essais expérimentaux doivent vraisemblablement s'appliquer aussi aux groupements réguliers que l’on observe parmi les minéraux naturels.

Il n’y à en effet aucune raison d'admettre une différence essentielle entre cette dernière catégorie d’accolements que nous constatons sans savoir les reproduire et celle que les moyens du laboratoire permettent de réaliser. Elles doivent toutes deux obéir à la même loi et c'est pour cela que j'ai recherché une confirmation des conditions énoncées précédemment en étudiant quelques groupements réguliers de minéraux naturels.

Je me suis borné aux exemples bien établis et se rapportant aux cristaux à structure connue.

a) Calcite et mica.

C’est ainsi que la calcite donne un accolement sur le mica se faisant de sorte que le plan at(111) de CaCOS coïncide avec p(001) du mica et qu’en plus les arêtes d'intersection p(100) at(111) de la calcite soient parallèles aux trois branches de la figure de choc du mica. C’est donc un accolement analogue à celui du nitrate de sodium sur le mica : la grande diagonale de la face du rhomboëèdre p(100) de la calcite a même direction que la rangée [100] du mica.

Or les paramètres sur ces deux éléments sont quasiidenti-

"Ur —

‘pour la calcite et 5,07 À pour le mica; dans les deux espèces la forme de la maille plane du plan commun est ou hexagonale ou pseudo-hexagonale. Le plan a1(111) de CaCO$ ne contient qu'une seule sorte d'ions; il en est probablement de même du plan p(001) du mica, d’après les épitaxies artificielles étudiées ci-dessus.

Dans cet accolement les éléments de symétrie ne coïncident pas dans les deux espèces : c’est e?(211) de la calcite qui est parallèle au plan de symétrie g1(010) du mica et non d1(101) qui pour la calcite est plan de symétrie, tandis que e2(211) ne l'est pas.

Dans la direction perpendiculaire au plan d’accolement les paramètres sont totalement différents dans les deux espèces : deux plans p(001) du mica se suivent à une distance

On retrouve les mêmes conditions que dans l'exemple précédent dans l’accolement fréquent de l’oligiste sur le mica; el les paramètres correspondants sont 5,04 AÀ pour Fe20% et [°} 5,07 À pour le mica; les deux mailles élémentaires du plan al(111) de l'oligiste et p(001) du mica ont à peu près même forme et même aire; toutes les deux ont leurs nœuds occupés par des particules d’une seule polarité. c) Magnétite et mica.

C'est encore le même accolement qui a été signalé pour la magnétite orientée par le mica, les paramètres qui s’accolent © © sont 5,87 À dans le plan at(111) de la magnétite et 5,07 A dans p(001) du mica. La différence est déjà notable, mais cette © valeur de 5,07 À pour le mica ne s'applique qu'à la muscovite et peut dans le cas de la phlogopite ou de la biotite être plus grande et se rapprocher ainsi davantage de la valeur

du paramètre de la magnétite. A défaut de la connaissance exacte du paramètre du mica associé à la magnétite la valeur

d) Zircon et xénotime.

Ces deux substances donnent des groupements réguliers sur toutes les faces ; c’est un accolement parallèle entre minéraux de même symétrie et de même structure; les paramètres dans

le zircon sont de 9,20 À dans les directions [100] et [010] et de 5,88 À suivant [001]; les valeurs correspondantes pour le xénotime sont 9,60 À et 5,94 À.

e) Blende et chalcopyrite.

La blende et la chalcopyrite présentent fréquemment des accolements parallèles où tantôt la blende sert de cristal support, tantôt la chalcopyrite assume ce rôle.

L'orientation se fait de façon que dans les deux espèces les faces de même notation cristallographique coïncident; l’orientation a lieu sur toutes les faces et présente donc le caractère d’un accolement parallèle entre deux substances de même symétrie et de même structure.

La chalcopyrite est quadratique, mais avec une symétrie pseudo-cubique très marquée; le rapport des axes y est

C k = —0,985; aussi se comporte-t-elle dans l’accolement comme

une substance de même symétrie que la blende. Dans les plans p(001) de la biende, et (001) de la chalcopyrite les

paramètres sont de 5,40 À pour ZnS et de 5,23 À pour CuFeS?. Tandis que le plan p(100) de ZnS à Pa même paramètre que (001), la chalcopyrite a dans le plan h1(100) une

maille rectangle de côtés 5,23 À et 5,15 À qui ee l’acco-

lement se comporte comme un carré de côté 5,23 À. La maille élémentaire de ZnS dans le plan at(111) est un

losange dont l’angle est de 120° et le côté de 3,82 À ; dans

le plan correspondant b{? (111) de la chalcopyrite Ja maille

plane est à peu de chose près un losange de 3,70 À de côté avec un angle voisin de 120° (119030). Ces deux substances ayant des structures analogues tous les nœuds de l’une ont leurs équivalents dans l’autre.

f) Cobaltine et chalcopyrite.

Cet accolement se fait de manière que le plan p(001) de la chalcopyrite coïncide avec p(100) de la cobaltine et que les axes quaternaires du réseau aient même direction dans les deux CRE) Les paramètres qui se correspondent sont

de 5,23 À dans la chalcopyrite et de 5,65 À dans la cobaltine; le plan commun a dans les deux espèces une seule sorte de particules, soit uniquement Co ou As dans la cobaltine et Cu, Fe ou S dans la chalcopyrite.

g) Pyrite et chalcopyrite.

L’octaèdre a!(111) de la pyrite coïncide avec b{/?(111) de la chalcopyrite; les deux réseaux sont de forme hexago-

pour la pyrite et 3,70 À pour la chalcopyrite; le plan d’accolement contient dans la pyrite alternativement uniquement des particules Fe où $ et la chalcopyrite de même ne renferme dans les plans b{? (111) que du soufre ou que du fer et du cuivre.

h) Miersite et iodargyrite.

Ces deux espèces de symétrie différente s’accolent de sorte que le plan a!(111) de la miersite coïncide avec le plan p(0001) de l'iodargyrite. Dans ces deux plans la plus petite maille a même forme dans les deux minéraux; c'est un losange de 1200. Les côtés y ont à peu de choses près

Les particules dont ces deux plans sont chargés ont même signe dans les deux espèces.

C'est ainsi que les plans at(111) de la miersite contiennent alternativement ou du cuivre et de l'argent ou de l’iode.

Les plans (0001) de l’iodargyrite renferment alternativement des particules d'argent et d’iode.

Bien que la symétrie des deux espèces soit différente elles possèdent dans le plan d’accolement des mailles quasi-identiques. C’est l'existence de cette maille commune qui conditionne l’épitaxie des deux minéraux.

i) Rutile et oligiste.

Exemple classique d'épitaxie.

L'épitaxie s’y fait de sorte que le plan p(0001) de Fe205 coïncide avec une face du prisme h1(100) du rutile et qu'en outre l’axe quaternaire de TiO0? soit parallèle à l’une des trois arêtes pm(0001) (1010) de l'oligiste. Il en résulte trois positions possibles et que l’on observe effectivement pour les cristaux de rutile.

Bien que ni la structure de l’oligiste ni celle du rutile ne soient établies d’une manière certaine les quelques données que nous possédons permettent d'expliquer ceite épitaxie.

La maille élémentaire de l'oligiste correspondant à une molécule Fe?20° est un rhomboèdre dont les arêtes a—3,70 A font entre elles un angle de 85054.

La plus petite maille du plan p(0001) de l'oligiste peut donc être définie par un losange A BCD (fig. 16) de 120c et de côté 5,04 À. ;

Le rutile a une maille quadratique dont les dimensions

sont de a—4,52 À dans les directions [100] et [010] et de

c—2,92 À dans la direction [001] : cette maille ainsi définie contient deux molécules TiO?.

Dans le plan h1(100) du rutile la maille peut être définie

comme un rectangle AEFG (fig. 16) de côtés 2,92 À dans

la direction [001] et 4,52 A dans la direction [010]. Le rap-

port de ces deux côtés est suffisamment voisin de LE

pour donner au plan h1(100) une symétrie pseudo-sénaire avec un axe pseudo-sénaire dans la direction [100] perpendiculaire à h1(100), pseudosymétrie grossière, mais mise en évidence par les trois macles connues de l'espèce.

‘Cela étant, l'aire de la plus petite maille ABCP du plan

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\ \ 4 # ’ / old eo G x (CRT ; F ù L |! \ £ B) : D; y à:

rs" EU NS , F de Le NS : dE te \ of N :

! y r + / “2 Pire Figure 16.

p(0001) de l’ologiste est à peu de chose près égale à 1,5 fois l'aire de la plus petite maille AEGEF du plan h1(100) du rutile. Il existe donc dans le plan d’accolement une maille multiple du rutile qui à même forme et mêmes dimensions à peu de chose près qu'une maille multiple de l’oligiste. On a 2ABCD—3AEGF (fig. 16).

Les cercles à contours simples sont une partie des nœuds du plan ht (100) du rutile; les cercles à contours doubles indiquent une partie des nœuds du plan p(0001) de l’oligiste; les cercles noirs représentent à la fois l’autre partie des nœuds du rutile et de l’oligiste.

Le plan p(0001) de l’oligiste ne contient qu'une seule sorte d'atomes : ou bien des particules de fer ou bien des particules d'oxygène.

D'une manière analogue le plan h1(100) du rutile ne

renferme uniquement que des atomes de titane ou uniquement que des atomes d'oxygène.

j)Rutile et corindon.

Sur le corindon plusieurs auteurs ont observé des cristaux microscopiques de rutile orientés de la même manière que sur l’oligiste.

Les conditions de structure dans cet exemple d'épitaxie sont en fous points identiques à celles du cas précédent; toutefois les paramètres qui ont même direction dans le rutile et le corindon ont des valeurs plus voisines que dans l'épitaxie du rutile sur l'oligiste. La quasi-identité des deux mailles est plus rapprochée dans le groupement rutile-corindon.

Le corindon en effet a dans le plan p(0001) une maïle losangique de côté 475 À; valeur qui est plus voisine de celle de 4,52 À du rule que ne l'était celle de 5,04 À de l’oligiste.

Mais cela étant on peut répéter au sujet de l’accolement du rutile sur le corindon tout ce qui a été dit précédemment sur l’épitaxie du rutile sur l'oligiste.

k) Rutile et mica.

Fréquemment les inclusions de rutile qui se trouvent dans les micas sont constituées par des cristaux orientés; Îles nombreuses observations microscopiques qui ont été faites à ce sujet par différents auteurs indiquent deux orientations distinctes des prismes de rutile.

Dans Îles deux cas l’épitaxie se fait de sorte que le plan h1(100) du rutile coïncide avec le plan p(001) du mica. Fe

Dans le premier mode d'orientation l'axe quaternaire du rutile est en outre parallèle à l’une des branches de ‘la figure de choc du mica; dans le second mode par contre cèl axe est parallèle à l'une des branches de la figure de pression.

Mais ces deux orientations distinctes ne se rencontrent pas avec la même fréquence (voir à ce sujet Mücce [8|); tandis que celle d'après le second mode est très répandue et a été observée très souvent au cours de l'étude pétrographique de roches éruptives, le premier mode d’orientation se trouve réalisé beaucoup plus rarement et n’a été signalé que par peu d'auteurs; son existence néanmoins semble hors de doute.

Un cristal orienté suivant le second mode est donc tourné de 30° ou 90° par rapport à un cristal orienté suivant le premier mode.

Dans le premier ças la rangée [001] du rutile a même direction que la rangée [100] du mica; dans le second la rangée [001] du rutile coïncide avec la rangée [010] du miCa. :

Tout comme KCI qui donne sur le plan p(001) de la muscovite des épitaxies suivant deux modes différents le rutile prend deux orientations distinctes sur le mica.

Aussi bien le plan h1(100) du rutile que le plan p(001) du mica ont une symétrie pseudo-sénaire; dans l'épitaxie ce sont ces plans de forme voisine qui coïncident.

Quand l'orientation a lieu suivant le premier mode, c'està-dire avec coïncidence de l’axe quaternaire du rutile et de la rangée [100] du mica les paramètres qui ont même direction sont de 2,92 À pour la rangée [001] de TiO? et de 5,07 À pour la rangée [100] du mica.

Le paramètre [100] du mica a une valeur (5,07 À) qu'approche grossièrement celle de 5,84 À, double du paramètre [001] du rutile. La différence entre ces deux valeurs atteint environ 15 % du paramètre du mica, mais comme le montre l’épitaxie de KCI sur le mica suivant le premier mode cette différence déja notable permet tout juste encore à l'épitaxie de se produire. La différence en effet entre le

paramètre 4,42 À de KCI et 5,07 À du mica est d'environ 15 % du paramètre de KCIl; l'expérience montre que dans

ce cas l’épitaxie se fait encore, plus difficilement, il est vrai, que si la coïncidence des deux paramètres est meilleure.

Cette différence de 15 % entre les deux paramètres [100] du mica et [001] du rutile permet donc encore d'expliquer l'épitaxie du rutile sur le mica suivant le premier mode. Mais l’on doit être vraisemblablement à la limite permise dans la différence des deux paramètres ; dans ces conditions l’on conçoit qu’en accord avec l'observation ce premier mode d'épitaxie soit peu fréquent.

En prenant comme plus petite maille du plan p(001) du mica le losange ABCD (fig. 17) on constate que son aire est

Figure 17.

quasi-identique à deux fois l'aire de la plus petite maille AEFG (fig. 17) du plan h1(109) du rutile. Chaque nœud du plan p(001) du mica a son équivalent dans le plan h1(100)

du rutile, mais un nœud seulement sur deux du rutile a son nœud correspondant dans le plan p(001) du mica.

La figure 17 montre les conditions réalisées dans ce premier mode d'épitaxie. Les cercles à contours simples représentent une partie des nœuds de Ti0?; les cercles à contours doubles sont à la fois l’autre partie des nœuds de Ti0? et les nœuds du plan p(001) du mica.

Dans le second mode d'orientation la rangée [001] du rutile coïncide avec la rangée [010] du mica. Les paramètres dans les deux espèces sont dans ces directions 2,92 À pour T102 et 8,78 À pour le mica. La valeur du paramètre du mica (8,78 À) est donc à peu près égale à trois fois celle du paramètre du rutile (3X2,92 À 8,76 À). La plus petite maille losangique A BCD du plan p(001) du mica (fig. 18) a donc une aire environ 1,5 fois plus grande que la plus petite maille BEFD de TiO0?. On a 3BEFD—2AB CD.

C'est ce qui est mis en évidence dans la figure 18.

Les cercles à contours simples marquent une partie des nœuds de TiO?; les cercles à contours doubles une partie des nœuds du mica tandis que les cercles en noir représentent à la fois l’autre partie des nœuds de Ti0? et du mica.

Dans ce second mode d’épitaxie la coïncidence approchée des paramètres dans les deux cristaux est meilleure que dans le premier mode et cette épitaxie est beaucoup mieux expliquée que la première.

On voit que ce n’est pas un hasard que ce soit elle qui se réalise le plus souvent; les paramètres dans les deux espèces sont tels que l’on doit s'attendre à ce qu'il en soit ainsi.

Dans les deux cas il existe une maille plane multiple du rutile qui est quasi identique en forme et en dimensions à une maille multiple du mica.

Il se trouve que la valeur 2,92 À du paramètre de la rangée [001) du rutile est telle qu'il peut y avoir encore coïn-

cidence approchée avec 1/2 du paramètre 5,07 À de la

rangée [100] du mica et coïncidence presque parfaite avec 1/3 du paramètre 8,78 À de la rangée [010] du mica.

Cette épitaxie du rutile sur le mica est d'autant plus remarquable qu'elle est déterminée par une maille qui ne

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