Profondément sous les geysers et les sources d'eau chaude
de la Caldera de Yellowstone
se trouve une chambre magmatique
générée par un point chaud dans le manteau terrestre.
Alors que le magma se déplace vers la surface de la Terre,
il se cristallise pour former des roches ignées, jeunes et chaudes.
La chaleur de ces roches amène l'eau souterraine à la surface.
Pendant que l'eau se refroidit, les ions se précipitent en cristaux,
dont des cristaux de quartz, du silicone et d'oxygène,
de feldspath, du potassium, de l'aluminium, du silicone et d'oxygène,
de galène, du plomb et du sulfure.
Beaucoup de cristaux ont leur propre forme.
Prenons cette grappe de quartz pointé, ou cet amas de cubes de galène.
Pourquoi se forment-ils toujours de la même façon ?
Une partie de la réponse réside dans leurs atomes.
Tous les atomes sont structurés de manière organisée et répétitive.
Cette structure est la caractéristique essentielle d'un cristal,
et ne se limite pas qu'aux minéraux -
sable, glace, sucre, chocolat, céramique, métaux, ADN,
et même quelques liquides possèdent des structures cristallines.
Chaque arrangement atomique d'un matériau cristallin
se classe dans un des six groupes suivants :
cubique, tétragonal, orthorhombique, monoclinique, triclinique et hexagonal.
Avec des conditions appropriées,
les cristaux grandiront en une forme géométrique
qui reflète l'arrangement de leurs atomes.
La galène a une structure cubique composée d'atomes de sulfure et de plomb.
Les atomes de plomb, plutôt volumineux,
sont arrangés en une grille tridimensionnelle formée d'angles droits,
alors que les atomes de sulfures, plus petits, se glissent entre eux.
En grandissant, ces emplacements attirent les atomes de sulfure,
alors que le plomb essaiera de combler ces espaces.
Finalement, ils complèteront la maille d'atomes.
Ça signifie que la structure cristalline aux angles droits de la galène
se voit dans la forme finale du cristal.
Le quartz, lui, à une structure cristalline hexagonale.
Sur un plan, ses atomes sont arrangés en hexagones.
En trois dimensions, ces hexagones sont composés de pyramides emboîtées
constituées d'un atome de silicone et quatre atomes d'oxygène.
La forme caractéristique d'un cristal de quartz
est donc une colonne à six faces à bouts pointus.
Suivant les conditions environnementales,
beaucoup de cristaux peuvent avoir de multiples formes géométriques.
Par exemple, les diamants, qui se forment en profondeur dans le manteau terrestre,
ont une structure cristalline cubique et peuvent grandir en cubes ou en octaèdres.
La forme que les diamants prennent
dépend des conditions où ils se trouvent,
dont la pression, la température et l'environnement chimique.
Alors qu'on ne peut directement observer ces conditions dans le manteau,
des expériences en laboratoire ont prouvé
que les diamants ont tendance à grandir en cubes à basse température
et en octaèdres à haute température.
Des quantités limitées d'eau, de silicone, de germanium ou de magnésium
pourraient aussi influencer la forme d'un diamant.
Les diamants n'ont pas naturellement la forme qu'on peut trouver en bijouterie-
ces diamants ont été polis pour arborer brillance et clarté.
Les conditions environnementales peuvent aussi influencer
la formation de cristaux.
Le verre est fait de sable de quartz fondu
mais n'est pas cristallin.
C'est parce qu'il refroidit relativement vite,
et les atomes n'ont pas le temps de s'arranger entre eux
pour former la structure ordonnée d'un cristal de quartz.
L'arrangement aléatoire des atomes dans le verre fondu
est bloqué au moment du refroidissement.
Beaucoup de cristaux ne forment pas de formes géométriques
car ils grandissent dans la promiscuité.
Les pierres comme le granite sont pleines de cristaux,
mais aucun n'a une forme qui lui est propre.
Lorsque le magma refroidit et se solidifie,
beaucoup de minéraux se cristallisent en même temps et manquent d'espace.
Et certains cristaux, comme la turquoise,
grandissent de manière très aléatoire dans des conditions adéquates,
même avec un espace suffisant.
Chaque structure atomique d'un cristal a des propriétés uniques,
alors qu'elles n'ont aucune répercussion sur les besoins émotionnels de l'homme,
elles ont des applications extraordinaires en science des matériaux et en médecine.