Problème archéologie : Réaction du quartz à haute température

[Wildcat]

Bonjour à tous,

Dans le cadre de mes recherche en archéologie, je m'intéresse aux quartz présents dans des céramiques de types sigillées (donc cuisson autour de 1050 / 1100°). Mon problème est le suivant : dans certaines lames minces, j'ai repéré des quartz polycristallins et des quartz à extinction roulante (les plus courants étant monocristallins et a extinction droite).

Ma première hypothèse était que ces paramètres dépendaient de la paragénèse des quartz en question. Hors, je me demande si la température de cuisson ne peux pas être responsable de l'éclatement des cristaux et de la transformation du réseau cristallin ? Mes rapides recherches sur la question ne m'ont pas permis de répondre à la question, j'ai bien trouvé qu'a haute température, les cristaux de quartz peuvent subir des changement de ce type, mais le terme "haute température" est vague...

[Théophraste]

personne pour aider ?

[Lionel-R]

Je tente une réponse, mais je n'ai pas tous les éléments...

Pour répondre partiellement à ta question il faut étudier le diagramme de phase du quartz. De cette façon on peut savoir sous quelle forme est le quartz lors de la cuisson des céramiques. Ce diagramme est comme suit : (Pris ici : Lien Futura Science) On voit qu'à 1000-1100°C on est dans le domaine de la tridymite. Le quartz va donc subir deux évolutions structurales : quartz alpha => quartz bêta et quartz bêta => tridymite.

Maintenant que ce passe-t'il à haute température ? Les particules de quartz formés de grains distincts peuvent fusionner (c'est le murissement d'Ostwald) et former un seul grain unique de type trydimite. Le refroidissement lent peut permettre d'avoir après refroidissement un grains unique de quartz alpha, mais il peut aussi y avoir germination de divers domaines de quartz alpha et à la fin on obtient à nouveau une particule constituée de plusieurs grains de quartz. Lors de cette étapes de germination, des tensions aux joints de grains peuvent casser le cristal et éclater la particule. Autre chose, parfois, le quartz contient des inclusions fluides ou gazeuses. Lors d'une montée en température, ces inclusions vont monter en pression et le grain peut alors exploser pour libérer cette pression.

Je ne connais rien sur la polarisation, donc je ne vais pas m'aventurer dans ce domaine. J'espère t'avoir un peu aidée, n'hésite pas à demander des précisions ou des éclaircissements.

[zarma]

Bonsoir,

Quelqu'un pourrait-il expliquer le titre ?

Surtout archéologie avec le terme Quartz, je ne vois pas.

Zarma

[Lionel-R]

Wildcat cherche à comprendre le comportement du quartz dans une céramique quand la température est très élevée. Quant à archéologie avec le terme quartz, pourquoi ne pourraient t'ils pas être associés ? Si on étudie de vielles céramiques, on peut être amené à faire une étude minéralogique des grains qui constituent la céramique. Dans "notre" cas, il s'agit du quartz. Pourquoi ça te choque d'associer les deux ?

[zarma]

Non pas tout à fait. J'avais dans l'idée qu'à l'èpoque le Quartz était plus travaillé comme un objet faisant partie de l'orfévrerie et pas dans l'industrie.

Par contre, la Silice est travaillée dans des fourneaux, je sais que le quartz fait parti des silicates. Mais ces objets en céramique perdent leurs patines avec le temps. Donc la silice la perd elle aussi. Pour preuve, On dit que le verre n'est pas solide mais liquide, il y a donc une sorte d'éffrondrement de la structure des atomes.

Je n'ai pas une ordre d'idée de cette perte mais je la suppose rapide et donc le terme archéologique m'ennuit ?

D'ou la question, Jusque où peut-on mettre le terme archéologie en fin de compte ?

Zarma

[JexSavoie]

Par contre, la Silice est travaillée dans des fourneaux, je sais que le quartz fait parti des silicates. Mais ces objets en céramique perdent leurs patines avec le temps. Donc la silice la perd elle aussi. Pour preuve, On dit que le verre n'est pas solide mais liquide, il y a donc une sorte d'éffrondrement de la structure des atomes.

Tu peux préciser (avec des liens internet à la rigueur)?

[Lionel-R]

Alors, dans notre cas, le quartz n'est qu'un grain quelconque dans une matrice céramique. Le fait qu'il soit travaillé n'importe pas. Imagine des grains de sable dans une argile cuite.

Le quartz n'est pas un silicate... chimiquement, physiquement, cristallographiquement, le quartz est un oxyde de silicium, si c'est silicate c'est un silicate de quoi ? je ne comprends pas cette classification elle est absurde (mais ce n'est pas une attaque personnelle cette classification n'étant pas de ton fait).

Le verre n'est pas un liquide, loin de là, c'est un solide avec des propriétés de solides. Pour qu'il soit liquide il faudrait pouvoir définir sa viscosité ce qui n'est pas possible, elle est infinie. Par ailleurs les verres ne s'écoulent pas lentement contrairement à une idée reçue trop largement répandue. Les verres sont des substances solides amorphes qui ont une propriété bizarre que n'ont pas les solides cristallisés et qu'on appelle une transition vitreuse. En plus certain verre cristallisent quand la température augmente, c'est trop top, j'adore ^^

Effondrement de la structure des atomes, ça veut dire que la structure de l'atome s'effondre, ça n'arrive pas dans le verre, au mieux dans des expériences de physique des hautes énergies. Il n'y a pas non plus d'effondrement de la structure cristalline puisqu'il n'y en a pas par définition. Tu parles sans doute de perte de la forme ? Il n'y en a pas non plus, les verres ne s'écoulent pas, leur viscosité est infinie.

Du coup tu peux mettre l'archéologie ou tu veux, tu vas retrouver ton verre.

[phénacite2]

Il y a d'excellentes explications sur le NET concernant ce que l'on nomme " le crizzling", c'est à dire les processus d'altération de la silice( par conséquence le verre entre autre). Ce phénomène s'étend aux opales et à leur altération.

S'agissant du comportement du quartz utilisé dans la composition des céramiques lors de la cuisson, il me semble logique

qu'il sera variable selon le degré de température( pour preuve ceux que je trouve sur les volcans: selon la zone (donc exposition à des températures variables, pressions variables également) nous n'aurons pas la même "texture")

Après je ne suis pas chimiste pour en expliquer les mécanismes.

[zarma]

Alors, dans notre cas, le quartz n'est qu'un grain quelconque dans une matrice céramique. Le fait qu'il soit travaillé n'importe pas. Imagine des grains de sable dans une argile cuite.

Le quartz n'est pas un silicate... chimiquement, physiquement, cristallographiquement, le quartz est un oxyde de silicium, si c'est silicate c'est un silicate de quoi ? je ne comprends pas cette classification elle est absurde (mais ce n'est pas une attaque personnelle cette classification n'étant pas de ton fait).

Le verre n'est pas un liquide, loin de là, c'est un solide avec des propriétés de solides. Pour qu'il soit liquide il faudrait pouvoir définir sa viscosité ce qui n'est pas possible, elle est infinie. Par ailleurs les verres ne s'écoulent pas lentement contrairement à une idée reçue trop largement répandue. Les verres sont des substances solides amorphes qui ont une propriété bizarre que n'ont pas les solides cristallisés et qu'on appelle une transition vitreuse. En plus certain verre cristallisent quand la température augmente, c'est trop top, j'adore ^^

Effondrement de la structure des atomes, ça veut dire que la structure de l'atome s'effondre, ça n'arrive pas dans le verre, au mieux dans des expériences de physique des hautes énergies. Il n'y a pas non plus d'effondrement de la structure cristalline puisqu'il n'y en a pas par définition. Tu parles sans doute de perte de la forme ? Il n'y en a pas non plus, les verres ne s'écoulent pas, leur viscosité est infinie.

Du coup tu peux mettre l'archéologie ou tu veux, tu vas retrouver ton verre.

Bonjour,

J'ai été un peu fort avec le verre et liquide en fait c'est un solide sans l'être (je pense que ce doit être le terme solide amorphe) et éffondrement de la structure des atomes c'est imagé je voulais dire que les atomes du verre ne tiennent pas vraiment entre eux du coup avec le temps ils glissent.

Je pensait aussi que comme le verre, la céramique est composé de silices et que donc elle est aussi un solide amorphe.

Pour le quartz, il fait parti de la famille des silices donc je pensait que silicate était approprié (il va falloir que l'on m'explique la différence)

Pour l'Histoire d'archéologie et Quartz, je commence à comprendre par contre cela lui sert à quoi à Wildcat : à dater la pièce, trouver son origine, ect... ?

Zarma

[zarma]

Tu peux préciser (avec des liens internet à la rigueur)?

Bonjour,

J' ai dit ça de tête, je l'ai lu dans une revue. Je pense que l'on peut trouver ça dans wikipedia.

Zarma

[Lionel-R]

Bonjour,

J'ai été un peu fort avec le verre et liquide en fait c'est un solide sans l'être (je pense que ce doit être le terme solide amorphe) et effondrement de la structure des atomes c'est imagé je voulais dire que les atomes du verre ne tiennent pas vraiment entre eux du coup avec le temps ils glissent. Je pensais aussi que comme le verre, la céramique est composée de silice et que donc elle est aussi un solide amorphe. Pour le quartz, il fait parti de la famille des silice donc je pensais que silicate était approprié (il va falloir que l'on m'explique la différence). Pour l'Histoire d'archéologie et Quartz, je commence à comprendre par contre cela lui sert à quoi à Wildcat : à dater la pièce, trouver son origine, etc... ?

Le verre est un solide tout court. C'est un solide qui possède des propriétés que n'ont pas les solides cristallisés mais c'est un solide comme tous les autres. Il a une élasticité, une ductilité (très réduite), une dureté, une résistance à la rupture. C'est un solide, un solide amorphe. Et encore il faut faire attention à cette idée d'amorphe. Un verre ce n'est pas un délire sans nom avec n'importe quoi n'importe ou. Il y a un ordre mais à courte distance, pas comme dans un cristal ou on assiste à une répétition infini d'un même motif dans les trois direction de l'espace. On peut même faire de la DRX sur les verres ce qui permet de mettre en évidence cet ordre à très courte distance.

Si les atomes ne tenaient pas entre eux dans le verre, on ne pourrait pas lui définir de propriété comme la dureté, on serait face à un liquide ou un gaz ce qui n'est pas le cas. Dans le verre il y a des liaisons très solides et d'autre un peu plus lâches, mais en moyenne on a une bonne force de liaison entre les constituants du verre.

La céramique n'est pas un solide amorphe. Je ne sais pas trop de quoi est constitué une céramiquearchéologique, mais sans prendre trop de risque je pense qu'on peut dire qu'il s'agit d'une matrice d'aluminosilicate de je ne sais quoi avec tout un cortège d'impuretés minérales venant de l'argile d'origine. je ne vois pas de raisons pour qu'une céramique archéologique soit amorphe. Les spécialistes me corrigeront.

En chimie quand on parle de silicate, on fait référence à un solide qui très grossièrement résulte d'un l'union de l'ion silicate SiO₄^4- avec un cation. Un silicate, en fait c'est implicitement un silicate de quelque chose. La forstérite Mg ₂ SiO₄ est un silicate de magnésium. Quand on écrit SiO₂... je ne vois pas de quel silicate on peut parler on a deux entités, le silicium associé à l'oxygène on a donc un oxyde.

Ce qu'en fait Wildcat... elle nous le dira je pense :)

[zarma]

En chimie quand on parle de silicate, on fait référence à un solide qui très grossièrement résulte d'un l'union de l'ion silicate SiO₄^4- avec un cation. Un silicate, en fait c'est implicitement un silicate de quelque chose. La forstérite Mg ₂ SiO₄ est un silicate de magnésium. Quand on écrit SiO₂... je ne vois pas de quel silicate on peut parler on a deux entités, le silicium associé à l'oxygène on a donc un oxyde.

Donc si je comprends bien une silicate est toujours associée à quelque chose mais fait parti de la famille des silices. C'est exact ?

Pour le verre, je ne suis pas chimiste mais j'avais cru comprendre que les atomes n'etaient pas structurés comme un solide d'ou cette histoire de "liquide" ?

[Lionel-R]

Non, la silice c'est le nom générique de composés de formule SiO₂, par extension on y inclue les verres de silice même s'ils peuvent contenir des quantités importantes d'oxyde tels que CaO, Na₂O, K₂O, PbO etc. Un silicate, c'est l'association entre un ion silicate et un cation.

"Les atomes n'étaient pas structurés" ça n'a pas de réelle signification, du moins pas en chimie du solide. C'est la matière qui a une structure dans les sujets qui nous concernent et cette structure résulte de l'ordonnancement des atomes au sein des matériaux cristallisés ou amorphes. Dans un solide cristallisé, les atomes sont placés à des endroits bien précis que l'on appelle une position atomique et dans un solide cristallisé, il y a un ordre, c'est à dire que l'on peut reproduire un cristal on opérant simplement des opérations de translation à partir d'un élément fondamental que l'on appelle la maille. Dans un verre, un solide amorphe il n'y a pas d'ordre à longue distance, on retrouve les polyèdres de coordination des solides cristallisés mais ils sont agencés n'importe comment. Donc pas d'ordre à longue distance, mais un enchainement de polyèdres (SiO₄, MgO₆, NaO₈, KO₈ etc.) dans n'importe quel sens. Et il faut définitivement abandonner cette histoire de liquide quand on parle d'un matériaux amorphe j'insiste, il n'y a absolument aucune comparaison.

[cqfd]

Salut

(pour mémoire)

"Ma première hypothèse était que ces paramètres dépendaient de la paragénèse des quartz en question. Hors, je me demande si la température de cuisson ne peux pas être responsable de l'éclatement des cristaux et de la transformation du réseau cristallin ? Mes rapides recherches sur la question ne m'ont pas permis de répondre à la question, j'ai bien trouvé qu'a haute température, les cristaux de quartz peuvent subir des changement de ce type, mais le terme "haute température" est vague..."

Passionnant tout ça ! J'ai relevé cette idée

"parfois, le quartz contient des inclusions"

A condition de pouvoir identifier la matière présente dans ces inclusions, cette matière pourrait-elle nous aider ?

[tbrunch]

Bonsoir,

Zarma fait peut-être allusion à cet article

http://www2.cnrs.fr/...ournal/1974.htm

Sinon, pour Wildcat, une piste pour avoir des réponses serait aussi l'expérimentation (si il dispose du matériel nécessaire).

Ca serait intéressant et très instructif de passer au four des échantillons d'argile pour les soumettre à différentes températures et vérifier l'effet obtenu sur les grains de quartz.

Une idée comme ça (peut-être fausse), les grains de quartz ne pourraient pas se transformer en verre? Il suffirait pour cela que l'argile contienne, en plus de la silice (le quartz), des éléments jouant le rôle de fondant et que la cuisson atteigne une température suffisante.

Modifié 1 novembre 2011 par tbrunch

[esor6]

"parfois, le quartz contient des inclusions"

A condition de pouvoir identifier la matière présente dans ces inclusions, cette matière pourrait-elle nous aider ?

Salut Wildcat,

ce qui pourrait t'aider, c'est de trouver le ou les lieux d'extraction de la matière première des céramiques...

Généralement, les lieux de production de sigillée sont assez bien connus.

A moins que le but de la manip avec les quartzs soit justement de les localiser. Auquel cas, je n'ai rien dit !!

[Lionel-R]

Bon article qui montre bien les problèmes du verre mais pas assez précis dans l'utilisation des termes du coup il est susceptible d'alimenter la confusion dans l'esprit des non chimistes... bref. J'arrête là sur le verre c'est vraiment hors sujet :)

Il serait bon que Wildcat revienne ^^

[zarma]

Bonsoir,

Zarma fait peut-être allusion à cet article

http://www2.cnrs.fr/...ournal/1974.htm

Sinon, pour Wildcat, une piste pour avoir des réponses serait aussi l'expérimentation (si il dispose du matériel nécessaire).

Ca serait intéressant et très instructif de passer au four des échantillons d'argile pour les soumettre à différentes températures et vérifier l'effet obtenu sur les grains de quartz.

Une idée comme ça (peut-être fausse), les grains de quartz ne pourraient pas se transformer en verre? Il suffirait pour cela que l'argile contienne, en plus de la silice (le quartz), des éléments jouant le rôle de fondant et que la cuisson atteigne une température suffisante.

Bonjour,

Oui ça ressemble à peu près à l'article que j'avais lu.

zarma

[Wildcat]

Merci à tous pour vos réponses, je vais prendre le temps de regarder ça de plus près. J'avais trouvé le liens Futurascience mais je te remercie Lionel pour l'explication sur le mûrissement d'Ostwald, je n'y avais pas pensé, mais il me semble que le point de fusion du quartz soit de même un peu haut pour mes températures, enfin je vais quand même creuser pour être certains. En ce qui concerne l'angle d'extinction, après quelques recherche, je ne pense pas que ce facteur soit affecté par la cuisson, car cela dépend du clivage du minéral qui n'a pas de raison d'être différent dans le sens où le quartz ne semble pas entrer en fusion (donc sa structure morphologique ne devrait pas changer).

Je vais également essayé de voir ce que je peux trouver au niveau des inclusions dans les quartz, ce pourrait peut être m'aider pour déterminer la provenance (en comparaison avec les quartz présents dans les échantillons d'argile carrotés).

Sinon pour répondre à votre curiosité bien légitime, il s'agit en effet de trouver de localiser les sites de production de céramique (généralement proche des sites d'extractions de matières premières).

[Lionel-R]

La fusion n'est pas nécessaire pour obtenir un murissement d'Ostwald, c'est une phénomène physique expliqué par la minimisation de la surface de contact, la température est juste un activateur. Par ailleurs, je propose un murissement pour aboutir à de la tridymite ce qui sous-entend que je n'avais pas envisagé la fusion mais bien la température de cuisson que tu as indiqué, j'aurai dû le dire pour un message plus clair.

Le quartz ne présente pas de plan de clivage mais une cassure comme le verre (conchoïdale), je ne comprends pas ton rapprochement entre angle d'extinction et clivage tu peux développer ? je suis totalement novice en optique.

Bon courage pour la suite :)

[JexSavoie]

donc sa structure morphologique ne devrait pas changer.

Juste pour éviter quelques confusions : il y a transformation displacive à 573° (une température probablement atteinte dans les fourneaux) avec diminution/augmentation du volume de 8% (refroidissement/cuisson).

Nous n'avons pas parlé ici de la transition reconstructive tridymite/quartz, ou de l'éventuelle possibilité d'avoir une région métastable (baisse température abrupte) : le fait que cela puisse se produire au même moment que la fameuse transition Beta à Alpha peut jouer éventuellement un rôle (et la... si vous avez des infos, je n'ai jamais rien trouvé à ce sujet : données industrielles sensibles?).