Huit choses cachées dans un cristal de quartz ordinaire

Le quartz est chiral : ses atomes forment une spirale à mesure que le cristal croît, et la spirale peut tourner dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse, donnant des cristaux gauchers et droitiers qui sont des images miroir parfaites l'un de l'autre. Faites passer une lumière polarisée droit le long de l'axe de l'un et elle fait tourner la lumière vers la droite ; un cristal de l'autre main la fait tourner vers la gauche d'exactement la même quantité. Les physiciens français Arago et Biot remarquèrent l'effet dans le quartz vers 1811, bien avant que quiconque puisse voir les atomes.

Le quartz qui fait fonctionner l'électronique n'est presque jamais extrait du sol : il est cultivé. Du quartz naturel broyé est dissous dans de l'eau alcaline chaude à l'intérieur d'un récipient sous pression en acier scellé, chauffé à environ 400°C à des pressions proches de 30,000 livres par pouce carré. La silice dissoute dérive vers une zone plus froide et se reconstruit lentement, atome par atome, sur un mince cristal germe. Au fil des semaines, il croît en un bloc sans défaut bien plus pur que tout ce qui est naturel.

Certains cristaux de quartz renferment un « fantôme » : un cristal plus petit, ténu et complet, scellé à l'intérieur du plus grand. Il se forme lorsque la croissance s'interrompt et qu'une fine pellicule de poussière d'un autre minéral, souvent de la chlorite verte, se dépose sur les faces du cristal. Quand la croissance reprend, ce contour poussiéreux se retrouve enseveli sur place, conservant la forme exacte qu'avait le cristal à ce moment-là. Un cristal à plusieurs fantômes est un empilement d'instantanés figés, chacun marquant un arrêt distinct dans sa lente fabrication.

La plupart du quartz pousse fixé à la roche et se termine par une seule pointe. Mais dans certaines poches d'ancienne roche de dolomie, les cristaux poussent libres, flottant dans une cavité sans ancrage, de sorte qu'ils forment des pointes aux deux extrémités. Les plus célèbres sont les « diamants » dits de Herkimer, dans l'État de New York, à double terminaison et naturellement taillés en environ 18 faces étincelantes. Ils reposent inchangés dans leurs poches de pierre depuis environ 500 millions d'années, brillants comme des gemmes et jamais touchés par une meule de polissage.

Le verre ordinaire des fenêtres absorbe discrètement la majeure partie de la lumière ultraviolette, et c'est pourquoi on ne bronze pas derrière une fenêtre fermée. Le quartz fondu pur fait l'inverse : il reste transparent jusque dans l'ultraviolet, laissant passer des longueurs d'onde jusqu'à environ 185 nanomètres que le verre ordinaire bloque complètement. C'est pourquoi les lampes germicides, les lampes solaires et les objectifs ultraviolets haut de gamme sont faits de tubes et de fenêtres en quartz plutôt qu'en verre : seul le quartz laisse sortir les UV.

Le quartz fumé n'est que du quartz transparent qui a été irradié. De minuscules quantités d'aluminium prennent la place du silicium dans le cristal, et au fil de millions d'années le faible rayonnement naturel du potassium, de l'uranium et du thorium de la roche environnante arrache des électrons autour de ces sites d'aluminium. Les électrons déplacés forment des centres colorés qui absorbent la lumière, teintant le cristal autrefois transparent d'un brun fumé presque noir. Les laboratoires de gemmes obtiennent la même teinte en quelques minutes en irradiant délibérément du quartz pâle.

Le quartz est triboluminescent : frottez ou heurtez deux morceaux l'un contre l'autre et ils dégagent un bref éclat de lumière froide. Pressez fortement le bord d'un galet de quartz laiteux contre un autre, faites-le glisser d'un coup sec, et dans une pièce obscure vous verrez une lueur s'embraser au plus profond de la pierre. La lumière ne vient pas de la chaleur : elle naît de charges électriques arrachées puis se rejoignant brusquement lorsque le cristal est contraint, un faible éclair né du frottement de la roche.