Quartz : le guide de référence
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Le quartz est l’un des minéraux les plus abondants et les plus diversifiés de la croûte terrestre. Composé de dioxyde de silicium, SiO₂, il peut être parfaitement transparent, blanc, violet, jaune, brun, rose, rouge, vert, bleu ou presque noir selon les impuretés, les défauts cristallins et les inclusions présents pendant sa formation.
Le cristal de roche, l’améthyste, la citrine et le quartz fumé appartiennent tous à la même espèce minérale. Le quartz rose, certains quartz à inclusions et de nombreuses autres variétés doivent plutôt leur apparence à des particules microscopiques ou à des mécanismes particuliers qui modifient la lumière sans changer l’identité fondamentale du quartz.
Avec une dureté de 7 sur l’échelle de Mohs, aucun clivage marqué et une excellente disponibilité, le quartz est largement utilisé en joaillerie, en collection, en décoration et dans l’industrie. Il est également extrêmement présent au Québec, où il se rencontre dans les granites, pegmatites, gneiss, filons hydrothermaux, roches sédimentaires et nombreuses autres formations géologiques.
Le quartz en bref
| Propriété | Donnée |
|---|---|
| Nom | Quartz |
| Espèce minérale | Quartz |
| Formule chimique | SiO₂ |
| Classe minérale | Oxydes, groupe de la silice |
| Système cristallin | Trigonal à température ordinaire |
| Couleurs | Incolore, blanc, violet, jaune, brun, rose, rouge, vert, bleu, gris, presque noir |
| Variété incolore | Cristal de roche |
| Variété violette | Améthyste |
| Variété jaune | Citrine |
| Variété brune à grise | Quartz fumé |
| Variété rose massive | Quartz rose |
| Dureté | 7 sur l’échelle de Mohs |
| Densité | Environ 2,65 à 2,66 |
| Indices de réfraction | Environ 1,544 à 1,553 |
| Biréfringence | Environ 0,009 |
| Caractère optique | Uniaxe positif |
| Éclat | Vitreux |
| Transparence | Transparente à opaque selon la variété |
| Clivage | Pauvre à indistinct |
| Fracture | Conchoïdale |
| Trait | Blanc |
| Ténacité | Cassante, mais bonne résistance générale lorsqu’il est massif |
| Forme cristalline classique | Prisme à six faces apparentes terminé par des rhomboèdres |
| Macles connues | Dauphiné, Brésil, Japon |
| Principaux contextes de formation | Pegmatites, granites, filons hydrothermaux, géodes, roches métamorphiques et sédimentaires |
| Présence au Québec | Extrêmement répandue |
| Localités québécoises remarquables | Bonsecours, Cap Diamant, mont Saint-Hilaire, mine Jeffrey |
Le quartz constitue le minéral de référence correspondant à la dureté 7 de l’échelle de Mohs. Ses principales propriétés physiques restent pratiquement identiques d’une variété à l’autre, même lorsque leurs couleurs et leurs apparences sont complètement différentes.
Qu’est-ce que le quartz?
Le quartz est une espèce minérale composée de dioxyde de silicium, SiO₂. Il représente l’une des principales formes cristallines naturelles de la silice et constitue un composant essentiel de nombreuses roches magmatiques, métamorphiques et sédimentaires.
Dans un granite, le quartz apparaît généralement avec les feldspaths et les micas. Dans un filon hydrothermal, il peut former de grandes masses blanches ou des cavités tapissées de cristaux parfaitement développés. Dans les sables, il apparaît sous forme de grains arrondis ayant résisté pendant de longues périodes à l’altération et à l’érosion.
Le quartz peut former des cristaux visibles de plusieurs mètres, mais il existe également sous des textures extrêmement fines. Le cristal de roche, l’améthyste, la citrine et le quartz fumé correspondent à des variétés macrocristallines dont les cristaux peuvent être observés directement.
La calcédoine représente un autre type de silice quartzique constitué de cristaux et fibres microscopiques extrêmement fins. L’agate, l’onyx et la cornaline appartiennent à cette famille microcristalline plutôt qu’au quartz macrocristallin classique observé sous forme de grands prismes.
Le quartz est également capable d’incorporer une grande variété d’inclusions. Du rutile, de la tourmaline, de la chlorite, de l’hématite, de la goethite, des fluides et de nombreux autres minéraux peuvent être emprisonnés pendant la croissance.
Ces inclusions produisent certaines variétés recherchées comme le quartz rutile, le quartz tourmaliné et différents quartz à inclusions. Dans ces matériaux, la couleur ou le motif visible peut provenir davantage des minéraux inclus que du quartz lui-même.
Le quartz est ainsi beaucoup plus qu’un simple cristal transparent. Il représente une espèce minérale extrêmement diversifiée dont les différentes variétés peuvent sembler, à première vue, complètement étrangères les unes aux autres.
Pourquoi le quartz présente-t-il autant de couleurs?
Le quartz parfaitement pur et dépourvu d’inclusions est incolore. Le cristal de roche représente l’expression la plus proche de ce quartz transparent et chimiquement peu coloré.
Les autres couleurs apparaissent lorsque des éléments traces remplacent une petite partie du silicium, lorsque l’irradiation naturelle crée des centres colorés ou lorsque des inclusions microscopiques diffusent et absorbent certaines longueurs d’onde. Plusieurs mécanismes peuvent même intervenir simultanément dans un seul cristal.
Le violet de l’améthyste
L’améthyste est la variété violette du quartz. Sa couleur implique du fer incorporé à la structure ainsi que l’action de l’irradiation naturelle, qui transforme certains défauts électroniques en centres capables d’absorber sélectivement la lumière visible.
Le fer seul ne suffit donc pas à produire une améthyste. Son état électronique, sa position dans la structure et l’histoire d’irradiation du cristal jouent ensemble un rôle essentiel.
La couleur peut aller du violet extrêmement pâle au violet rougeâtre très saturé. Le zonage est fréquent et peut suivre les différentes faces de croissance du cristal.
Le brun du quartz fumé
Le quartz fumé doit principalement sa couleur à des centres colorés créés lorsque l’irradiation naturelle agit sur des défauts associés à de l’aluminium ayant remplacé une petite quantité de silicium dans la structure.
Les couleurs peuvent aller du gris fumé clair au brun foncé et presque noir. Le terme morion est traditionnellement utilisé pour certains quartz fumés extrêmement sombres.
La chaleur peut détruire les centres colorés et éclaircir le quartz fumé. Ce comportement explique pourquoi certains traitements thermiques peuvent transformer ou complètement supprimer sa couleur.
Le jaune de la citrine
La citrine naturelle est beaucoup plus rare que l’améthyste et le quartz fumé. Sa couleur jaune à orange peut être associée à différents défauts structuraux et mécanismes impliquant notamment le fer et, dans certains quartz, des centres liés à l’aluminium et à l’irradiation.
Il n’existe donc pas un seul mécanisme universel expliquant toutes les citrines naturelles. Certaines peuvent également présenter une composante fumée montrant une relation avec les centres colorés du quartz brun.
Une grande partie de la citrine commerciale provient d’améthyste chauffée. Le traitement modifie les centres colorés du quartz violet et produit des teintes jaunes, orange ou brun orangé.
Le rose du quartz rose
Le quartz rose massif doit principalement sa couleur à d’innombrables nanoinclusions fibreuses extrêmement fines apparentées à la dumortiérite. Ces fibres contiennent notamment du fer et du titane et produisent simultanément la couleur rose et l’aspect généralement translucide du matériau.
Le rare quartz rose transparent formant de véritables cristaux possède un mécanisme de coloration différent. Des centres colorés associés à des défauts contenant notamment de l’aluminium et du phosphore interviennent dans ce matériau, souvent appelé pink quartz dans la littérature spécialisée.
Cette distinction explique pourquoi le quartz rose massif forme principalement de grandes masses, tandis que le quartz rose cristallisé transparent reste exceptionnel.
Le rouge et l’orange des inclusions de fer
Certains quartz sont colorés par de l’hématite, de la goethite ou d’autres composés du fer présents sous forme d’inclusions, de particules ou de revêtements internes.
Le matériau peut devenir rouge, orange, jaune ou brun selon la nature des phases ferrugineuses. Les appellations commerciales « quartz hématoïde » ou « fire quartz » sont parfois utilisées pour certains quartz contenant des inclusions rouges d’hématite.
Dans ce cas, le quartz lui-même n’est pas nécessairement rouge à l’échelle de sa structure cristalline. La couleur visible provient essentiellement du matériau inclus.
Le bleu et le vert
Le quartz bleu naturel doit fréquemment sa couleur à des inclusions extrêmement fines capables de diffuser la lumière. Des minéraux comme la dumortiérite, la riebeckite, la tourmaline ou différents phyllosilicates peuvent produire plusieurs types de quartz bleu.
Les quartz verts naturels peuvent également avoir des origines différentes. La prasiolite, par exemple, est un quartz vert dont une grande partie du matériau commercial est produite par traitement thermique de certaines améthystes.
Le quartz contenant des inclusions vertes de chlorite, de fuchsite ou d’autres minéraux peut lui aussi paraître vert sans que la structure du quartz soit directement colorée.
Le quartz laiteux
Le quartz laiteux doit son apparence blanche à une énorme quantité de minuscules inclusions et défauts qui diffusent la lumière.
Des inclusions fluides microscopiques constituent une cause particulièrement importante. La lumière rencontre d’innombrables interfaces internes et la masse perd sa transparence.
Le quartz laiteux peut néanmoins former de très grands cristaux et d’immenses filons. Il représente l’une des apparences les plus communes du quartz dans la nature.
Composition chimique et structure cristalline
Le quartz possède une formule chimique particulièrement simple :
SiO₂
Chaque atome de silicium est entouré de quatre atomes d’oxygène disposés en tétraèdre. Chaque oxygène est partagé entre deux tétraèdres voisins, produisant un réseau tridimensionnel continu dont la composition finale correspond exactement à un atome de silicium pour deux atomes d’oxygène.
À température ordinaire, la variété stable est l’α-quartz, qui cristallise dans le système trigonal. Au-dessus d’environ 573 °C à pression atmosphérique, sa structure se transforme réversiblement en β-quartz, possédant une symétrie différente.
Cette transition est importante en géologie. Un quartz ayant cristallisé à haute température peut subir des modifications de volume et de structure pendant son refroidissement, et certaines textures observées dans les roches témoignent de ces transformations.
Le quartz appartient au groupe de la silice avec d’autres polymorphes possédant exactement la même composition SiO₂ mais une organisation atomique différente. La tridymite et la cristobalite sont notamment stables dans d’autres domaines de température, tandis que la coésite et la stishovite se développent à de très hautes pressions.
Ces minéraux ne doivent pas être considérés comme des variétés de quartz au sens strict. Un polymorphe possède la même composition chimique qu’un autre minéral mais une structure cristalline différente.
Les cristaux de quartz bien formés présentent généralement un prisme à six faces apparentes terminé par plusieurs faces rhomboédriques. Leur apparence extérieure semble hexagonale, même si leur véritable symétrie est trigonale.
Les macles sont fréquentes. Les lois du Dauphiné et du Brésil produisent des associations internes extrêmement communes, tandis que la macle du Japon forme deux cristaux réunis selon un angle caractéristique et constitue un type très recherché par les collectionneurs.
La structure peut également incorporer de très faibles quantités d’aluminium, de fer, de lithium, de titane et d’autres éléments. Ces substitutions représentent souvent beaucoup moins de 1 % du cristal, mais elles peuvent avoir un effet majeur sur sa couleur.
Propriétés physiques et optiques
Le quartz possède une dureté de 7 sur l’échelle de Mohs. Cette valeur est tellement caractéristique que le quartz constitue directement le minéral de référence définissant le niveau 7 de cette échelle.
Il résiste donc mieux aux rayures que les feldspaths, l’apatite, la fluorite et la calcite. La topaze, le corindon et le diamant peuvent en revanche le rayer.
Sa densité est d’environ 2,65 à 2,66. Cette valeur varie très peu dans un quartz relativement pur, même si une grande quantité d’inclusions peut modifier légèrement la densité mesurée d’un spécimen.
Les indices de réfraction sont approximativement de 1,544 et 1,553. La différence produit une biréfringence d’environ 0,009.
Le quartz est optiquement uniaxe positif. Cette combinaison constitue l’un des meilleurs ensembles de critères permettant de l’identifier lorsqu’une pierre transparente peut être étudiée au réfractomètre et au polariscope.
Le quartz possède également une activité optique. Selon sa structure, un cristal peut être droitier ou gaucher et faire tourner le plan de la lumière polarisée dans une direction particulière.
Cette propriété joue un rôle important dans l’étude cristallographique et technologique du quartz. Elle contribue également à certaines figures optiques caractéristiques observées à travers des cristaux correctement orientés.
L’éclat est vitreux sur les faces cristallines et les fractures fraîches. Une pierre correctement polie conserve une surface brillante, mais sa dispersion relativement faible signifie qu’un quartz incolore produit beaucoup moins de « feu » spectral qu’un diamant.
Le quartz possède un clivage très pauvre à indistinct. Dans la pratique courante, il est principalement reconnu pour sa fracture conchoïdale.
Une cassure produit des surfaces incurvées rappelant l’intérieur d’une coquille. Cette propriété est particulièrement évidente dans les quartz massifs et les fragments cassés.
Le quartz est cassant mais possède une bonne durabilité générale. L’absence de clivage parfait constitue un avantage important en joaillerie comparativement à la topaze, au spodumène ou aux feldspaths.
Comment se forme le quartz?
Le quartz peut se former dans une diversité exceptionnelle d’environnements géologiques. Il cristallise directement à partir de magmas, précipite dans des fluides hydrothermaux, se recristallise pendant le métamorphisme et peut être concentré dans les sédiments après l’érosion d’anciennes roches.
Cette polyvalence explique pourquoi il figure parmi les minéraux les plus communs de la croûte continentale.
Cristallisation dans les magmas
Le quartz constitue un minéral majeur des magmas riches en silice. Lorsque des magmas granitiques refroidissent, les feldspaths, micas et autres minéraux commencent à cristalliser avant que le liquide résiduel n’atteigne les conditions permettant la formation de quartz.
Dans un granite, le quartz remplit fréquemment les espaces laissés entre les cristaux formés plus tôt. Ses grains peuvent donc présenter des formes irrégulières plutôt que les grands prismes associés aux spécimens de collection.
La composition globale du magma influence fortement la possibilité de former du quartz. Les magmas pauvres en silice peuvent plutôt cristalliser des feldspathoïdes ou des minéraux mafiques sans quartz libre.
Pegmatites
Les pegmatites représentent l’un des environnements les plus célèbres pour les grands cristaux.
Pendant les derniers stades de cristallisation d’un magma granitique, les liquides résiduels deviennent enrichis en eau et en différents éléments. Ces fluides favorisent la diffusion rapide des constituants et permettent la croissance de cristaux gigantesques.
Le quartz peut former des masses occupant le cœur de la pegmatite ou de grands cristaux associés au feldspath, au mica, à la tourmaline, au béryl et à de nombreux minéraux rares.
Le quartz rose massif est particulièrement associé à certains environnements pegmatitiques. La citrine naturelle et le quartz fumé peuvent également apparaître dans ces systèmes lorsque les conditions chimiques sont appropriées.
Filons hydrothermaux
Les fluides chauds circulant dans les fractures de la croûte terrestre transportent fréquemment de la silice dissoute.
Lorsque la température, la pression ou la composition chimique du fluide change, le quartz commence à précipiter sur les parois.
Une fracture peut progressivement se remplir presque entièrement et former un filon de quartz de plusieurs mètres d’épaisseur et plusieurs kilomètres de longueur.
Lorsque des cavités restent ouvertes, les cristaux peuvent croître librement dans l’espace disponible et développer leurs faces naturelles.
Les filons hydrothermaux peuvent également contenir de l’or, de la pyrite, de la galène, de la chalcopyrite et de nombreux autres minéraux. La présence de quartz constitue ainsi un élément fréquent dans plusieurs types de gisements métalliques.
Géodes et cavités volcaniques
Dans certaines roches volcaniques, des bulles de gaz laissent des cavités après la solidification de la lave.
Des solutions riches en silice peuvent ensuite circuler à travers la roche et déposer progressivement de la calcédoine puis du quartz cristallin sur les parois.
De grandes géodes peuvent ainsi développer une enveloppe d’agate et un centre tapissé de cristaux de quartz.
Lorsque les conditions chimiques incluent le fer approprié et l’irradiation nécessaire, ces cristaux peuvent devenir améthyste.
Le Brésil et l’Uruguay sont particulièrement célèbres pour leurs grandes géodes d’améthyste formées dans d’anciennes coulées basaltiques.
Métamorphisme
Le quartz est également extrêmement fréquent dans les roches métamorphiques.
Un grès riche en grains de quartz peut recristalliser sous l’effet de la température et de la pression pour devenir un quartzite. Les anciens grains se soudent alors progressivement les uns aux autres.
Les gneiss et schistes contiennent eux aussi fréquemment du quartz. Des fluides libérés pendant le métamorphisme peuvent également produire des veines de quartz à l’intérieur des roches déformées.
Dans certains terrains montagneux, des fissures ouvertes pendant le métamorphisme permettent la croissance de magnifiques cristaux dits de type alpin. Les Alpes européennes ont produit certains des exemples les plus célèbres de ces cristaux.
Sédiments
Grâce à sa dureté et à sa bonne résistance chimique, le quartz survit très bien à l’érosion.
Lorsqu’un granite se décompose, les feldspaths et plusieurs autres minéraux s’altèrent plus rapidement. Les grains de quartz peuvent être transportés pendant de longues distances par les rivières, le vent et les vagues.
Ils constituent ainsi une proportion majeure de nombreux sables.
Après enfouissement et cimentation, ces sables peuvent devenir des grès. Un métamorphisme ultérieur peut finalement transformer le grès en quartzite, complétant un cycle géologique capable de durer des centaines de millions d’années.
Où trouve-t-on le quartz dans le monde?
Le quartz est présent sur tous les continents et fait partie des minéraux les plus répandus de la planète. Il serait donc impossible de dresser une liste complète de ses gisements, mais certaines régions sont particulièrement célèbres pour la qualité, la taille ou la diversité de leurs cristaux.
Brésil
Le Brésil constitue probablement la provenance la plus importante pour le marché mondial du quartz de collection et de lapidairerie.
Le Minas Gerais possède d’innombrables pegmatites et veines produisant du cristal de roche, du quartz fumé, de l’améthyste, de la citrine et différentes variétés à inclusions.
Certains cristaux atteignent des dimensions considérables tout en conservant une excellente transparence. Le Brésil constitue également une source importante de quartz rutile et de différents quartz contenant des inclusions spectaculaires.
Le Rio Grande do Sul est particulièrement célèbre pour les grandes géodes d’améthyste développées dans des basaltes. Certaines cavités atteignent plusieurs mètres et produisent les imposantes « cathédrales » d’améthyste utilisées en décoration.
Madagascar
Madagascar produit une remarquable diversité de quartz.
Des cristaux de roche, quartz fumés, citrines, quartz roses, quartz rutile et quartz contenant différentes inclusions y sont exploités.
Les terrains pegmatitiques permettent la croissance de grandes masses et cristaux. Madagascar possède notamment une réputation importante pour certains quartz roses de couleur soutenue et pour différents quartz étoilés.
Le pays produit également de grands cristaux de quartz présentant des zonages naturels entre citrine et quartz fumé.
Alpes européennes
Les Alpes de Suisse, de France, d’Italie et d’Autriche possèdent une longue histoire de recherche de cristaux de quartz.
Les fissures alpines créées pendant les épisodes de déformation et de métamorphisme ont permis la circulation de fluides et la croissance de cristaux libres dans des cavités.
Les cristaux peuvent être parfaitement transparents ou légèrement fumés.
Ils sont souvent associés à de l’adulaire, de la chlorite, de l’hématite, de la fluorite et d’autres minéraux.
La qualité cristallographique et la provenance précise donnent à plusieurs spécimens alpins une valeur de collection très supérieure à celle du quartz ordinaire.
Arkansas, États-Unis
L’Arkansas constitue l’une des localités les plus célèbres d’Amérique du Nord pour le cristal de roche.
Les montagnes Ouachita contiennent de nombreux filons produisant des cristaux transparents bien formés.
Des exploitations commerciales et des sites ouverts aux collectionneurs y ont extrait d’énormes quantités de quartz.
Certaines pièces sont constituées de centaines de cristaux transparents reposant sur une matrice commune.
Herkimer, New York
Les célèbres « diamants de Herkimer » ne sont pas des diamants.
Il s’agit de cristaux de quartz remarquablement limpides et généralement doublement terminés provenant principalement de dolomies de l’État de New York.
Leur grande transparence, leurs faces brillantes et leurs terminaisons naturelles donnent à certains cristaux l’apparence de pierres déjà taillées.
Cette localité a donné naissance à de nombreuses appellations commerciales similaires utilisées pour des quartz doublement terminés provenant d’autres régions. Un véritable « diamant de Herkimer » au sens géographique doit cependant provenir de la région correspondante de l’État de New York.
Namibie
La Namibie possède plusieurs localités célèbres pour les quartz de collection.
Les cristaux peuvent être incolores, fumés ou présenter des inclusions de différents minéraux.
La région d’Erongo est particulièrement connue pour des associations spectaculaires entre quartz, fluorite, tourmaline, feldspaths et divers minéraux de pegmatite ou de filons.
La qualité esthétique des associations et la précision de la provenance jouent un rôle majeur dans la valeur des spécimens namibiens.
Chine
La Chine produit d’importantes quantités de quartz, notamment dans les provinces du Hunan, du Sichuan et plusieurs autres régions.
Les cristaux peuvent être associés à de la fluorite, de la calcite, de la pyrite, du réalgar et une immense diversité de minéraux hydrothermaux.
Certaines mines métalliques ont produit des groupes de quartz particulièrement spectaculaires au cours des dernières décennies.
La Chine constitue également un important centre de transformation et de taille du quartz, mais le lieu de fabrication d’un objet ne doit pas être confondu avec l’origine géologique du cristal.
Japon
Le Japon possède une importance historique particulière dans l’étude du quartz grâce à la célèbre macle du Japon.
Deux cristaux se développent alors selon une orientation précise et forment une silhouette caractéristique ressemblant parfois à un cœur largement ouvert.
Ce type de macle existe dans plusieurs pays malgré son nom. Les spécimens japonais historiques ont cependant joué un rôle important dans sa description et restent particulièrement recherchés.
Le quartz au Québec
Le quartz est extrêmement répandu au Québec. Il constitue un composant majeur des granites, gneiss, quartzites, pegmatites et filons présents dans pratiquement toutes les grandes provinces géologiques du territoire.
Géologie Québec répertorie de nombreuses zones de quartz et de quartzite à haute teneur en silice. Certaines sont suffisamment pures pour avoir été étudiées ou exploitées comme sources industrielles de silice, notamment dans Charlevoix, sur la Côte-Nord, en Estrie et dans différentes régions du Bouclier canadien.
Le Petit-lac-Malbaie, dans Charlevoix, est notamment associé à d’importants niveaux de quartzite riches en silice. D’autres exploitations ou indices importants existent près de Fermont, Saint-Donat, Mirabel, Sainte-Clotilde et dans la vallée de la Matapédia.
Ces quartzites industriels ne doivent toutefois pas être confondus avec les cristaux de quartz recherchés en minéralogie. Une roche constituée presque entièrement de grains de quartz recristallisés et un cristal transparent parfaitement formé possèdent la même composante principale SiO₂, mais des textures géologiques complètement différentes.
Mine Cristal à Bonsecours
La Mine Cristal, à Bonsecours en Estrie, constitue l’une des localités québécoises les plus directement associées aux cristaux de quartz.
Le quartz y est présent dans une importante veine, avec des cristaux pouvant se développer dans les cavités ouvertes. La localité est notamment connue pour ses cristaux transparents et ses veines de type alpin.
Ces quartz constituent d’excellents exemples de cristallisation hydrothermale dans une fracture où les cristaux ont disposé de suffisamment d’espace pour développer leurs faces naturelles.
Cap Diamant à Québec
Le Cap Diamant, dans la ville de Québec, possède une importance historique exceptionnelle.
Lors du voyage de Jacques Cartier en 1535, des cristaux transparents provenant des falaises furent recueillis et pris pour des diamants. Leur véritable nature de quartz fut reconnue après leur retour en Europe, mais le nom Cap Diamant est resté.
Les cristaux du Cap Diamant peuvent présenter une apparence claire et parfois des terminaisons rappelant les célèbres quartz de type Herkimer.
Cette localité constitue ainsi l’un des exemples les plus anciens de quartz documenté dans l’histoire minéralogique du Canada.
Mont Saint-Hilaire
Le mont Saint-Hilaire, en Montérégie, contient lui aussi du quartz.
La carrière Poudrette est mondialement connue pour son extraordinaire diversité minérale, même si le quartz n’y constitue pas l’espèce la plus inhabituelle.
Des cristaux incolores, gris, bruns ou fumés y sont documentés. Ils peuvent être associés à la calcite, l’albite, la fluorite, la pyrite et de nombreuses espèces rares propres au complexe alcalin.
Mine Jeffrey
La mine Jeffrey, à Val-des-Sources en Estrie, possède également du quartz et du quartz fumé.
La localité est surtout célèbre pour ses grenats grossulaires, sa vésuvianite et les minéraux associés à la serpentinite, mais des cristaux de quartz y ont été recueillis.
Cette coexistence démontre la capacité du quartz à apparaître même dans des environnements dont la roche dominante est très différente d’un granite classique.
Améthyste et autres variétés québécoises
De l’améthyste naturelle est documentée dans plusieurs régions québécoises, notamment dans Charlevoix et différentes zones contenant des filons ou cavités hydrothermales.
Le quartz fumé est également connu dans plusieurs localités, dont la mine Jeffrey et le mont Saint-Hilaire. Le quartz rose et la citrine possèdent eux aussi des occurrences québécoises documentées, bien qu’elles soient beaucoup moins répandues que le quartz blanc ou incolore.
Le Québec peut donc être considéré comme une province extrêmement riche en quartz, aussi bien du point de vue géologique qu’industriel et minéralogique. La rareté dépend surtout de la variété, de la qualité cristalline, de la transparence et de la provenance précise plutôt que de la présence du quartz lui-même.
À quoi ressemble un quartz naturel?
L’apparence d’un quartz naturel varie énormément selon son environnement de formation.
Le cristal classique possède un prisme à six faces apparentes terminé par plusieurs faces inclinées. Un cristal libre peut être terminé à une seule extrémité ou, plus rarement, présenter des terminaisons naturelles aux deux extrémités.
Le cristal de roche de haute qualité est transparent et incolore. Il peut ressembler à du verre, mais ses faces naturelles et sa structure cristalline produisent généralement une géométrie beaucoup plus régulière.
Des stries horizontales peuvent apparaître sur les faces prismatiques. Des figures triangulaires ou différentes textures de croissance peuvent également être visibles sur les faces terminales.
Le quartz peut contenir des fractures internes ressemblant à des voiles. Certaines produisent des irisations lorsqu’une fine couche d’air ou de fluide sépare légèrement deux surfaces internes.
Les inclusions sont extrêmement diverses.
Des aiguilles dorées ou rouges de rutile produisent le quartz rutile. Des cristaux noirs de tourmaline donnent le quartz tourmaliné, tandis que la chlorite peut former des fantômes verts suivant d’anciennes faces de croissance.
Un fantôme se développe lorsqu’une première génération de cristal est partiellement recouverte par des inclusions ou un autre minéral avant que le quartz recommence à croître. La silhouette de l’ancien cristal reste alors visible à l’intérieur du cristal plus récent.
Des inclusions fluides peuvent également contenir un liquide, une bulle de gaz et parfois de petits cristaux. Lorsque la cavité est suffisamment grande, la bulle peut se déplacer lorsque le quartz est tourné.
Le quartz massif possède une apparence différente. Il peut être blanc laiteux, gris, rose ou coloré par des inclusions et ne montrer aucune face cristalline extérieure.
Une veine de quartz peut ainsi être constituée de plusieurs tonnes de matériau blanc massif sans produire un seul cristal parfaitement terminé.
Comment identifier le quartz?
Le quartz est relativement facile à identifier grâce à sa dureté de 7, sa densité proche de 2,65, ses propriétés optiques et son absence de clivage marqué.
Une identification complète devient néanmoins plus difficile lorsqu’on cherche à déterminer une variété particulière, un traitement ou l’origine naturelle ou synthétique d’un cristal parfaitement transparent.
Dureté
La dureté de 7 constitue l’un des premiers critères.
Le quartz est plus dur que le verre ordinaire, le feldspath, l’apatite, la fluorite et la calcite.
Il est lui-même rayé par la topaze, le saphir et le diamant.
Un test de rayure reste destructif et ne devrait jamais être effectué sur une pierre polie ou un spécimen de collection. La dureté est principalement utile lorsqu’on étudie un matériau brut sans valeur particulière ou lorsqu’elle est mesurée avec du matériel adapté.
Densité
La densité de 2,65 à 2,66 est particulièrement constante dans les cristaux propres.
Cette valeur permet de distinguer le quartz de la topaze, beaucoup plus dense, et de nombreuses autres pierres transparentes.
Les inclusions peuvent légèrement modifier la mesure. Un quartz contenant beaucoup d’hématite ou de rutile peut donc présenter une densité apparente un peu différente de celle d’un cristal de roche parfaitement pur.
Indices de réfraction
Le quartz possède des indices d’environ 1,544 et 1,553.
La biréfringence est donc approximativement de 0,009.
Ces valeurs permettent une identification très fiable lorsqu’une pierre transparente possède une surface suffisamment polie pour être étudiée au réfractomètre.
Le verre présente généralement une seule valeur d’indice puisqu’il est isotrope, tandis que le quartz possède deux indices en raison de son caractère anisotrope.
Caractère optique
Le quartz est uniaxe positif.
Lorsqu’un cristal est observé selon une orientation favorable entre polariseurs croisés, il peut produire une figure optique caractéristique.
Le quartz présente également une activité optique capable de créer une figure dite en « œil de bœuf » dans certaines conditions d’observation. Cette caractéristique constitue un indice très utile pour distinguer le quartz de plusieurs autres gemmes incolores.
Habitus cristallin
Les cristaux naturels possèdent généralement un prisme à six faces apparentes et des terminaisons rhomboédriques.
Les angles entre les différentes faces sont déterminés par la structure cristalline et restent constants.
Une imitation moulée en verre peut reproduire grossièrement cette forme, mais les détails de croissance, les stries et les relations géométriques sont souvent différents.
Fracture
Le quartz ne possède pas de clivage bien développé.
Lorsqu’il se casse, il présente principalement une fracture conchoïdale.
Le feldspath constitue une comparaison utile puisqu’il possède une dureté légèrement inférieure et des directions de clivage beaucoup plus évidentes.
Inclusions
Les inclusions peuvent confirmer l’origine naturelle d’un cristal dans plusieurs cas.
Des cristaux minéraux bien formés, des inclusions fluides multiphasiques, des fantômes et différentes structures de croissance sont fréquents.
Le quartz synthétique peut également contenir des inclusions. L’identification naturelle ou synthétique ne doit donc jamais reposer sur la simple présence d’un défaut interne.
Raman et diffraction
La spectroscopie Raman permet de confirmer très rapidement l’identité du quartz grâce à ses vibrations structurales caractéristiques.
La diffraction des rayons X permet elle aussi de déterminer précisément sa structure et de le distinguer d’autres polymorphes de SiO₂ comme la cristobalite ou la tridymite.
Pour une gemme ordinaire, ces analyses sont rarement nécessaires. Elles deviennent particulièrement utiles lorsque le matériau est inhabituel ou lorsqu’une identification scientifique précise est recherchée.
Quartz naturel, synthétique et traitements
Le quartz naturel est extrêmement abondant, mais il fait également partie des minéraux synthétiques les plus importants produits industriellement. Des traitements peuvent modifier sa couleur, sa transparence ou son apparence et sont particulièrement fréquents pour certaines variétés gemmes.
Quartz synthétique hydrothermal
Le quartz synthétique est principalement produit par croissance hydrothermale.
Des morceaux de silice servant de matière première sont placés dans une autoclave contenant une solution fortement alcaline. Les températures et pressions élevées permettent de dissoudre la silice dans une partie de l’appareil puis de la faire recristalliser sur des germes situés dans une zone légèrement plus froide.
De grands cristaux extrêmement purs peuvent ainsi être obtenus.
La production possède une immense importance industrielle. Le quartz synthétique est utilisé pour fabriquer des oscillateurs, résonateurs et composants électroniques exploitant ses propriétés piézoélectriques.
Des quartz synthétiques colorés sont également produits pour la gemmologie. De l’améthyste, de la citrine, du quartz vert et d’autres couleurs peuvent être cultivés en laboratoire.
Les propriétés fondamentales restent celles du quartz. La distinction avec le matériau naturel doit donc reposer sur les structures de croissance, inclusions et analyses spécialisées.
Chauffage de l’améthyste
Le chauffage constitue l’un des traitements les plus connus.
Certaines améthystes deviennent jaunes, orange ou brun orangé lorsqu’elles sont chauffées. Le matériau est alors commercialisé comme citrine traitée.
D’autres améthystes peuvent devenir vertes et produire de la prasiolite.
Toutes les améthystes ne réagissent pas de la même manière. La composition en fer et la nature exacte des centres colorés déterminent le résultat.
Le traitement est généralement stable dans les conditions normales d’utilisation.
Chauffage du quartz fumé
Le quartz fumé peut perdre progressivement sa couleur lorsqu’il est chauffé.
Les centres colorés produits par l’irradiation naturelle sont détruits ou modifiés.
Selon le matériau et les conditions, le résultat peut être presque incolore ou prendre certaines nuances jaunes.
Ces réactions démontrent que la couleur du quartz peut dépendre d’un équilibre entre défauts cristallins, irradiation et température plutôt que d’un pigment physiquement visible.
Irradiation
L’irradiation artificielle peut transformer du quartz incolore en quartz fumé lorsque le cristal contient les précurseurs appropriés.
Elle peut également être combinée au chauffage afin de produire certaines couleurs jaunes, vertes ou autres.
Les mécanismes reproduisent en partie des processus pouvant naturellement se dérouler pendant des millions d’années dans la croûte terrestre.
Une couleur produite artificiellement peut donc être extrêmement difficile à distinguer visuellement d’une couleur naturelle.
La provenance et l’analyse gemmologique deviennent importantes lorsque l’origine naturelle de la couleur influence fortement la valeur.
Quartz craquelé et teint
Du quartz transparent peut être chauffé puis refroidi brutalement afin de créer un réseau de fractures internes.
Le matériau est commercialisé comme crackle quartz ou quartz craquelé.
Les fractures peuvent ensuite être imprégnées de colorants extrêmement vifs.
Du rose, bleu, vert, violet ou rouge peut ainsi se concentrer le long des fissures et produire une apparence impossible ou très inhabituelle dans un quartz naturel.
Sous grossissement, la concentration de couleur dans les fractures constitue généralement un indice évident du traitement.
Revêtements métalliques
Des couches extrêmement minces de métaux peuvent être déposées sur la surface du quartz.
Le titane et différents métaux produisent des irisations bleues, violettes, roses et dorées particulièrement spectaculaires.
Ces matériaux sont fréquemment commercialisés sous des noms comme aura quartz.
Le cristal situé en dessous peut être parfaitement naturel, mais l’iridescence est artificielle.
Une couleur métallique concentrée sur la surface, particulièrement intense sur certaines faces et susceptible de s’user, permet souvent de reconnaître le traitement.
Remplissage des fractures
Les fractures atteignant la surface peuvent être remplies d’une résine possédant un indice de réfraction proche de celui du quartz.
Le traitement réduit fortement leur visibilité.
Il est relativement moins fréquent dans le quartz que dans l’émeraude, principalement parce que le quartz propre et transparent est généralement abondant et abordable.
Des matériaux particuliers ou de grande valeur peuvent néanmoins être remplis.
La chaleur et les solvants doivent alors être évités puisque la substance ajoutée peut être beaucoup moins stable que le quartz.
Quartz, topaze, feldspath, calcite ou verre?
Plusieurs matériaux incolores, blancs ou légèrement colorés peuvent être confondus avec le quartz. Leur dureté, leur densité, leur clivage et leurs propriétés optiques permettent généralement une distinction rapide.
| Propriété | Quartz | Topaze | Feldspath | Calcite | Verre |
|---|---|---|---|---|---|
| Nature | Espèce minérale | Espèce minérale | Groupe de minéraux | Espèce minérale | Matériau amorphe |
| Composition principale | SiO₂ | Al₂SiO₄(F,OH)₂ | Aluminosilicates K-Na-Ca | CaCO₃ | Variable, généralement silicatée |
| Système ou structure | Trigonal | Orthorhombique | Variable selon le feldspath | Trigonal | Amorphe |
| Dureté Mohs | 7 | 8 | Environ 6–6,5 | 3 | Généralement autour de 5–6 |
| Densité approximative | 2,65 | 3,4–3,6 | Environ 2,55–2,75 | 2,71 | Variable |
| Indice de réfraction | 1,544–1,553 | Environ 1,61–1,64 | Généralement autour de 1,51–1,57 | Environ 1,486–1,658 | Variable |
| Biréfringence | 0,009 | Faible | Variable | Très forte | Aucune |
| Clivage | Pauvre à indistinct | Parfait basal | Généralement bien développé | Parfait rhomboédrique | Aucun |
| Fracture | Conchoïdale | Conchoïdale à irrégulière | Irrégulière | Conchoïdale | Conchoïdale |
| Principal critère | Dureté 7, RI 1,544–1,553 et absence de bon clivage | Plus dure, plus dense et clivage parfait | Plus tendre avec clivages nets | Beaucoup plus tendre et forte double réfraction | Isotrope et sans structure cristalline |
La topaze incolore peut ressembler fortement au cristal de roche lorsqu’elle est facettée. Elle possède cependant une densité nettement supérieure, une dureté de 8 et un clivage basal parfait qui n’existe pas dans le quartz.
Le feldspath constitue une confusion particulièrement fréquente pour les spécimens bruts. Il est légèrement plus tendre et présente des surfaces de clivage planes nettement développées, tandis que le quartz produit principalement des fractures conchoïdales.
La calcite transparente peut parfois ressembler à un quartz extrêmement clair. Sa dureté de seulement 3 et son extraordinaire biréfringence permettent cependant de l’identifier presque immédiatement.
Un morceau de calcite optique placé sur un texte peut produire un dédoublement évident des lettres. Le quartz possède une biréfringence beaucoup trop faible pour produire le même effet à l’œil nu.
Le verre constitue la comparaison la plus importante pour les objets manufacturés.
Un verre incolore peut posséder exactement l’apparence générale du cristal de roche. Des bulles arrondies, des lignes d’écoulement, l’absence de biréfringence et des propriétés physiques différentes permettent généralement de le reconnaître.
Le verre moulé peut également imiter une pointe de quartz naturelle. Les lignes de moulage, les formes trop régulières et l’absence de véritables détails de croissance constituent alors des indices supplémentaires.
Qualité, rareté et valeur du quartz
Le quartz comme espèce minérale est extrêmement abondant et ne peut pas être considéré comme rare. Certains cristaux, variétés, couleurs, inclusions et provenances deviennent toutefois suffisamment inhabituels pour atteindre une importante valeur gemmologique ou minéralogique.
Il n’existe aucun système universel et scientifique attribuant officiellement des grades A, AA ou AAA au quartz. Ces appellations sont commerciales et leurs critères peuvent varier considérablement entre les vendeurs.
Transparence
Pour le cristal de roche destiné au facettage ou à certaines utilisations décoratives, une excellente transparence constitue généralement un critère important.
Un cristal pouvant être observé à travers toute sa longueur sans grandes fractures possède davantage d’intérêt qu’une masse fortement laiteuse lorsqu’on recherche un matériau gemme.
La présence d’inclusions n’est toutefois pas toujours négative.
Un quartz contenant un remarquable cristal de rutile, de tourmaline ou un fantôme parfaitement développé peut avoir beaucoup plus de valeur qu’un cristal totalement incolore et propre.
La qualité dépend donc du type de quartz évalué.
Couleur
Pour les variétés colorées, la saturation et l’harmonie de la couleur jouent un rôle majeur.
Une améthyste fortement saturée et homogène possède généralement davantage d’intérêt qu’un cristal presque incolore.
Une citrine naturelle bien documentée peut être beaucoup plus rare qu’une améthyste chauffée présentant exactement le même jaune.
Un quartz fumé peut être recherché pour une couleur brun profond, mais une pierre tellement sombre qu’aucune lumière ne la traverse aura généralement moins d’intérêt comme gemme facettée.
Le quartz rose est évalué selon l’intensité du rose, son uniformité et sa translucidité.
Chaque variété possède donc ses propres critères.
Forme cristalline
Pour les collectionneurs, la géométrie naturelle du cristal peut être plus importante que sa transparence.
Une terminaison intacte, des faces brillantes et des proportions harmonieuses augmentent fortement l’intérêt.
Les cristaux doublement terminés sont généralement plus rares que ceux dont une extrémité était attachée à la roche pendant leur croissance.
Les macles inhabituelles, particulièrement les macles du Japon bien développées, possèdent également un intérêt particulier.
Un groupe de plusieurs cristaux parfaitement disposés sur une matrice peut valoir davantage qu’un seul cristal de dimensions comparables.
Inclusions
Les inclusions constituent l’un des domaines les plus importants du marché du quartz de collection.
De fines aiguilles dorées de rutile peuvent former des réseaux spectaculaires.
Des cristaux noirs de tourmaline peuvent traverser un quartz transparent de part en part.
Des fantômes de chlorite reproduisent plusieurs étapes successives de croissance du cristal.
Des inclusions fluides suffisamment grandes pour montrer une bulle mobile sont également très recherchées.
Dans ces cas, la présence d’inclusions n’est pas considérée comme un défaut. Elle constitue précisément la caractéristique qui rend le quartz unique.
Dimensions
Le quartz peut atteindre des dimensions gigantesques.
Une grande taille n’est donc pas automatiquement synonyme de rareté.
Un cristal de plusieurs dizaines de kilogrammes opaque, fracturé et sans faces bien développées peut être relativement commun dans certains gisements.
Ce qui devient réellement rare est la combinaison entre grandes dimensions, excellente transparence, terminaisons intactes, esthétique et provenance intéressante.
Les grands cristaux de qualité gemme parfaitement limpides deviennent beaucoup plus difficiles à trouver.
Provenance
La provenance peut considérablement influencer l’intérêt d’un spécimen.
Un quartz alpin provenant d’une fissure historique précisément documentée peut avoir une valeur de collection très supérieure à celle d’un cristal visuellement comparable sans localité connue.
Il en va de même pour les quartz de Herkimer, de certaines mines brésiliennes, de Madagascar, d’Arkansas ou de localités minéralogiques célèbres.
Au Québec, un quartz accompagné d’une provenance précise de Bonsecours, du Cap Diamant, du mont Saint-Hilaire ou de la mine Jeffrey possède un intérêt supplémentaire pour une collection régionale.
Une provenance n’augmente cependant réellement la valeur que lorsqu’elle est suffisamment précise et crédible.
Naturel, synthétique et traitements
Un quartz synthétique parfaitement transparent peut être techniquement excellent tout en ayant beaucoup moins d’intérêt minéralogique qu’un beau cristal naturel.
De même, une couleur produite par irradiation, chauffage ou revêtement doit être distinguée d’une couleur naturelle lorsque l’origine est importante pour l’évaluation.
Les traitements ne rendent pas nécessairement un quartz inutilisable ou inesthétique. Ils modifient simplement ce que représente le matériau et doivent être correctement décrits.
Un quartz aura donc une valeur très différente selon qu’il s’agit d’un cristal naturel rare, d’une gemme courante, d’un matériau traité ou d’un cristal synthétique industriel.
Utilisation en joaillerie et entretien
Avec une dureté de 7 et aucun clivage parfait, le quartz constitue une pierre particulièrement polyvalente en joaillerie. Le cristal de roche, l’améthyste, la citrine, le quartz fumé, le quartz rose et plusieurs quartz à inclusions sont utilisés pour fabriquer des bagues, pendentifs, bracelets, boucles d’oreilles, colliers, perles et sculptures.
Les quartz transparents sont fréquemment facettés. Leur indice de réfraction relativement modéré produit moins de dispersion qu’un diamant, mais une excellente taille permet néanmoins d’obtenir une très bonne brillance.
Les variétés translucides comme le quartz rose sont davantage taillées en cabochons, perles ou sculptures. Le matériau massif peut être disponible dans des dimensions suffisamment importantes pour fabriquer des sphères, bols et objets décoratifs.
Les quartz à inclusions nécessitent une orientation particulière.
Un quartz rutile est généralement taillé de manière à montrer le meilleur réseau d’aiguilles possible. Une pierre contenant un fantôme doit être orientée de façon à révéler clairement les anciennes faces de croissance.
Le cristal de roche possède également d’importantes applications industrielles. Grâce à ses propriétés piézoélectriques, le quartz peut convertir une contrainte mécanique en signal électrique et inversement.
Cette propriété permet son utilisation dans les oscillateurs contrôlant très précisément la fréquence des montres, appareils électroniques, télécommunications et nombreux instruments. Le quartz synthétique est généralement privilégié dans ces applications parce que sa pureté et ses propriétés peuvent être contrôlées.
Pour un bijou, la dureté de 7 offre une bonne résistance aux rayures, mais le quartz n’est pas indestructible. Un choc violent peut produire un éclat ou une fracture conchoïdale, particulièrement sur une arête de facette.
Une bague portée quotidiennement peut également accumuler de fines rayures après plusieurs années. Les poussières naturelles contiennent elles-mêmes beaucoup de quartz, ce qui signifie que certaines particules rencontrées dans l’environnement possèdent une dureté suffisante pour rayer une surface de quartz.
La méthode de nettoyage la plus sûre consiste à utiliser de l’eau tiède, un savon doux et une brosse souple. La pierre peut ensuite être rincée et séchée avec un chiffon propre.
Les nettoyeurs à ultrasons peuvent convenir à de nombreux quartz transparents, sains et non traités. Ils doivent cependant être évités sur les cristaux fortement fracturés, les pierres remplies de résine, les quartz craquelés et certains matériaux contenant des inclusions fragiles.
La vapeur et les variations thermiques importantes ne sont pas nécessaires. Un changement rapide de température peut exploiter une fracture préexistante et provoquer une cassure.
Certaines couleurs demandent également davantage de précautions.
Une exposition prolongée à une lumière solaire intense peut faire pâlir certaines améthystes et certains quartz roses cristallisés. Une chaleur importante peut transformer ou supprimer les centres colorés de l’améthyste et du quartz fumé.
Les quartz portant un revêtement métallique doivent être nettoyés très doucement puisque leur couleur se trouve en surface. Les produits abrasifs et le repolissage peuvent enlever définitivement l’iridescence artificielle.
Pour le rangement, le quartz devrait être séparé des pierres plus dures comme la topaze, le spinelle, le saphir, le rubis et le diamant. Il peut lui-même rayer des pierres plus tendres comme la fluorite, la calcite, l’opale et plusieurs feldspaths.
Une pochette individuelle ou une boîte compartimentée protège donc à la fois le quartz et les autres gemmes.
Le quartz est finalement l’un des meilleurs exemples de la diversité que peut produire une seule formule chimique. Le même SiO₂ peut devenir cristal de roche, améthyste, citrine ou quartz fumé selon quelques défauts atomiques, prendre une couleur rose grâce à des inclusions nanométriques ou renfermer suffisamment de minéraux différents pour transformer chaque cristal en un spécimen unique.
