Les sept systèmes cristallins

Il existe des milliers de minéraux, mais seulement sept systèmes cristallins. Chaque système regroupe des cristaux qui partagent une même symétrie minimale et une même forme de maille. Dans cette leçon, tu vas apprendre à reconnaître ces sept systèmes, avec pour chacun son élément de symétrie caractéristique, ses paramètres de maille et des minéraux que tu pourrais croiser dans le monde francophone, du Maroc au Katanga. Tu termineras avec une méthode en quatre questions pour classer un cristal, et un piège à éviter, celui des faux prismes hexagonaux.

Pour ne pas apprendre sept systèmes par cœur, compte d'abord les axes d'ordre 3, 4 ou 6, qu'on appelle axes d'ordre élevé. Un cristal qui en possède plusieurs, orientés dans des directions différentes, est forcément cubique. S'il n'en possède qu'un, cet axe unique devient la direction principale du cristal, et son ordre donne le système : 3 pour le trigonal, 4 pour le quadratique, 6 pour l'hexagonal. S'il n'en possède aucun, regarde les axes d'ordre 2 : trois pour l'orthorhombique, un seul, ou à défaut un miroir, pour le monoclinique. Le triclinique n'a ni axe ni miroir. Cette façon de compter te servira de méthode à la fin de la leçon.

Dans le système cubique, quatre axes d'ordre 3 se croisent au centre du cristal, chacun reliant deux sommets opposés du cube. La maille a trois arêtes de même longueur, à angle droit. Comme ces quatre axes se valent, aucune direction n'est favorisée pendant la croissance : en général, un cristal cubique ne s'étire pas en aiguille et ne s'aplatit pas en plaque. L'or natif des gisements de Siguiri, en Guinée, en fait partie, même s'il se présente surtout en grains et en paillettes. La sylvite, le chlorure de potassium exploité autrefois dans les mines de potasse d'Alsace, forme des cubes comme le sel. La chromite des péridotites de Nouvelle-Calédonie donne des grains noirs, parfois de petits octaèdres. La pyrite, elle, a laissé son nom au pyritoèdre, une forme à douze faces pentagonales. Retiens enfin qu'un cristal cubique laisse passer la lumière de la même façon dans toutes les directions, ce que le module 4 exploitera.

Ces deux systèmes partagent une direction principale unique, autour de laquelle le cristal se répète. Dans l'hexagonal, il retrouve son aspect tous les sixièmes de tour : c'est le cas de la vanadinite rouge de Mibladen, au Maroc, ou de la pyromorphite verte des Farges, en Corrèze, toutes deux en petits prismes. Dans le trigonal, il faut un tiers de tour : le quartz, la dolomite, la sidérite et le cinabre, minerai de mercure, sont trigonaux. On décrit les deux systèmes avec la même maille, deux arêtes égales qui font entre elles 120 degrés et une troisième de longueur différente. Méfie-toi des apparences : un prisme à six pans peut cacher une symétrie bien plus faible, comme tu vas le voir avec un exemple landais.

Le système quadratique, qu'on appelle aussi tétragonal, a pour direction principale un axe d'ordre 4 : c'est la symétrie de ta brique de lait. Sa maille a une base carrée et une hauteur différente. La cassitérite du Kivu, l'anatase, qui forme de petites bipyramides dans les fentes alpines de l'Oisans, la scheelite, minerai de tungstène, et la wulfénite y appartiennent. Le système orthorhombique n'a que trois axes d'ordre 2, perpendiculaires entre eux, et sa maille a trois arêtes de longueurs différentes. La célestine bleutée des géodes de Madagascar, la stibine en aiguilles, la goethite des latérites et l'aragonite en font partie. L'aragonite réserve une surprise : à Bastennes, dans les Landes, elle forme des prismes à six pans. Ce sont en fait trois cristaux orthorhombiques soudés, une macle, qui imitent un prisme hexagonal.

La symétrie du monoclinique se résume à une seule direction privilégiée, celle de l'arête b de sa maille, avec au plus un axe d'ordre 2 le long de cette arête et un miroir qui la coupe à angle droit. La maille a trois arêtes inégales ; deux angles sont droits, le troisième, appelé bêta, ne l'est pas. La malachite verte et l'azurite bleue du Katanga, en RDC, ou de Chessy, près de Lyon, sont monocliniques, comme la gibbsite des bauxites guinéennes et l'épidote vert pistache. Le triclinique a perdu tout axe et tout miroir ; certains cristaux gardent seulement un centre. Sa maille a trois arêtes et trois angles tous différents. L'axinite brune de l'Oisans, la rhodonite rose, la turquoise et la kaolinite des argiles sont tricliniques. Pour ces cristaux peu réguliers, ce sont souvent la couleur, la dureté ou le clivage qui permettent de trancher.

Pour classer un cristal, procède dans l'ordre. Première question : y a-t-il quatre axes d'ordre 3 ? Si oui, il est cubique. Sinon, cherche un axe unique d'ordre 6, 4 ou 3 : tu obtiens l'hexagonal, le quadratique ou le trigonal. S'il n'y en a pas, cherche les axes d'ordre 2 : trois axes perpendiculaires donnent l'orthorhombique, un seul axe ou un seul miroir le monoclinique. S'il ne reste rien, c'est le triclinique. Vérifie toujours avec les angles entre faces, et confirme avec d'autres propriétés : sur un cristal abîmé ou maclé, la symétrie visible peut tromper.

Retiens la méthode plutôt qu'une liste. Compte les axes d'ordre élevé : plusieurs, c'est le cubique ; un seul, son ordre te donne le trigonal, le quadratique ou l'hexagonal. S'il n'y en a aucun, compte les axes d'ordre 2 : trois pour l'orthorhombique, un seul, ou un miroir, pour le monoclinique. Sans axe ni miroir, c'est le triclinique. Associe à chaque système un minéral du monde francophone : l'or de Siguiri, la vanadinite de Mibladen, la cassitérite du Kivu, la malachite du Katanga. Et souviens-toi de l'aragonite de Bastennes : six pans, mais orthorhombique. Dans la prochaine leçon, tu passes de la forme du cristal à ce qui se cache dedans : la maille.