Zone de Texte: 1°S : photographies de cristaux en lumière polarisée analysée
 

 

Toutes les photographies de cet article ont été réalisées au lycée du Grand Nouméa en août 2006 ; le cadrage a été retouché pour certaines micrographies ; couleurs, luminosité et contraste sont d’origine. 

 michel.olive1@ac-reunion.fr

                                                                     

 

Les 8 premières photos montrent un cristal de quartz transparent de 5 centimètres de long (issu d’une géode) posé sur un polaroïd (analyseur) et supportant un 2° polaroïd en position croisée (analyseur). L’ensemble repose sur quelques feuilles blanches superposées sur un rouleau de papier essuie-tout (le rouleau laisse passer la lumière tout en éloignant le polariseur de la chaleur de l’ampoule qui lui serait fatal) posé sur une lampe de bureau en position verticale.

En suivant de haut en bas la 1° puis la 2° colonne, on constate que le cristal s’éteint 4 fois sur 360°, comme le font les sections de cristaux d’une lame mince de roche que l’on fait tourner.

Si l’on dispose d’un verre taillé, pris sur un vieux lustre par exemple, on constate qu’il reste éteint quelle que soit sa direction : ce n’est donc ni la forme géométrique ni une composition chimique particulière de l’objet transparent qui lui confèrent la propriété de dévier le plan de polarisation de la lumière (le verre et le quartz sont faits de silice, le 1° étant fabriqué par fusion/solidification rapide du 2°) mais la disposition ordonnée des atomes qui le composent (à l’exception des cristaux de grenats).  

 

 

 

 

 

L’utilisation de la vanilline comme modèle de cristallisation dans les roches magmatiques est maintenant classique. Cette substance, volatile à chaud, étant relativement dangereuse à inhaler, on peut utiliser

- un seul (mais très bon) microscope, muni d’une caméra reliée à un vidéo-projecteur. Un polaroïd rectangulaire est glissé sous la platine (ou mieux : 2 polaroïds en parallèle, pour obtenir une meilleure extinction), un 2° polaroïd (analyseur) découpé en un disque coiffe l’oculaire (en position croisée avec l’analyseur) sur lequel repose la caméra.

- une plaque chauffante (thermostat 2) sur laquelle on posera une lame de microscope portant une pointe de vanilline en poudre recouverte d’une lamelle. Sous le poids de la lamelle, la vanilline fondue s’étale en une couche si mince que les cristaux obtenus par la suite sont sur une seule couche et parfaitement transparents. La lamelle posée avant fusion présente aussi l‘avantage de limiter les émanations.

La lame n’est posée qu’aux 2/3 sur la plaque chauffante de manière à la saisir sans risque de brûlure.

 

1/ Refroidissement rapide : tenir fermement la lame portant la vanilline fondue sur un glaçon pendant quelques secondes jusqu’à apparition d’un très léger voile puis la placer aussitôt sur la platine du microscope, petit grossissement préalablement réglé. Les 4 photographies suivantes ont été prises toutes les 5 secondes :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2/ Ici la lame a été posée moins longtemps sur le glaçon (même petit grossissement):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3/  Refroidissement encore moins rapide : il suffit de transférer la lame directement de la plaque chauffante à la platine du microscope, sans passer par l ‘étape glaçon, avec un petit temps de léger refroidissement intermédiaire pour ne pas abîmer la platine. Les 4 photographies ci-dessous ont été prises elles aussi au petit grossissement, toutes les 5 secondes :

 

 

 

  

 

            

Dans cette dernière manipulation, ce n’est pas parce qu’ils ont disposé de plus de temps pour croître que les cristaux sont plus gros. En réalité la taille finale des cristaux est inversement proportionnelle au nombre de cristaux formés : plus le refroidissement est rapide (glaçon), plus il se forme de petits cristaux (germes) qui alors ne grandiront pas beaucoup, non parce qu’ils manquent de temps pour croître mais parce que la vanilline fondue qui les « nourrit » sera épuisée avant qu’ils ne deviennent grands.

De même le refroidissement excessivement lent d’un magma dans un réservoir volcanique donne peu de cristaux mais qui ont le temps de grossir, alors que le refroidissement « rapide » après éruption provoque la formation d’un grand nombre de germes, qui n’ont alors aucune chance de croître au-delà de la taille des  microlites qu’ils deviendront. A l’intérieur de la coulée, si le refroidissement est suffisamment lent, la croissance des microlites se prolonge aux dépends de la totalité du liquide restant, comme pour les cristaux de vanilline, et la roche ne contient alors pas de verre. 

 

 

 

Ci-dessous un cristal entier de vanilline obtenu par refroidissement lent,  automorphe car isolé, formé à partir d’un cristal qui se trouvait, avant fusion, sur la lame à côté de la lamelle, petit grossissement.

 

 

Les élèves peuvent faire l’hypothèse d’un lien entre les changements périodiques des couleurs et l’épaisseur apparemment croissante du cristal de la périphérie au centre.  

 

 

Certains cristaux de vanilline obtenus par refroidissement lent offrent au grossissement moyen des détails de structures et de couleurs remarquables :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pour illustrer cette notion de couleur fonction de l’épaisseur du cristal (mais sans tenter de l’expliquer aux élèves, c’est hors programme et hors de portée), faire chauffer une solution saturée (contenant des cristaux en partie non dissous) de sulfate de cuivre dans un bêcher posé sur la plaque chauffante jusqu’à dissolution complète puis poser une goutte de la solution chaude sur une lame de microscope et observer en LPA : avec le refroidissement, des cristaux apparaissent et grandissent assez rapidement. Les 6 photographies suivantes ont été prises au grossissement moyen, environ toutes les 60 secondes :  

 

 

 

 

 

 

Toutes les photographies de cet article ont été réalisées au lycée du Grand Nouméa en août 2006 ; le cadrage a été retouché pour certaines micrographies ; couleurs, luminosité et contraste sont d’origine. 

 michel.olive1@ac-reunion.fr