Haüy : Le cristal qui tomba et fit naître une science
Le cristal qui tomba et fit naître une science
le clivage, l'astuce d'identification héritée de l'abbé Haüy
Au début des années 1780, un abbé maladroit laisse échapper un groupe de calcite chez un collectionneur parisien. En ramassant les morceaux, René Just Haüy voit ce que personne n'avait vraiment regardé avant lui. Ce qu'il en tire est devenu l'un des meilleurs outils de tout amateur de minéraux pour reconnaître une pierre : le clivage.
Un accident dans une collection parisienne
L'histoire se passe dans le cabinet de minéraux de Jacques de France de Croisset, souvent appelé « M. Defrance » dans les textes de l'époque. René Just Haüy, né en 1743 à Saint-Just-en-Chaussée, dans l'Oise, est alors un ecclésiastique qui enseigne le latin et se passionne pour la botanique et les minéraux. Il manipule « un beau groupe de spath calcaire cristallisé en prismes » (de la calcite, donc), qui lui glisse des mains et se brise. En observant les éclats, il remarque une chose étrange : les surfaces de cassure sont parfaitement planes, et elles forment exactement les mêmes angles que celles du célèbre « spath d'Islande », une calcite transparente qui se présente en rhomboèdres, ces sortes de cubes penchés.
Haüy ne s'arrête pas là. Il raconte lui-même avoir essayé de diviser le cristal dans d'autres directions, jusqu'à en extraire, « après plusieurs tentatives », un noyau en forme de rhomboèdre. Il casse ensuite d'autres cristaux, l'un après l'autre. Selon la tradition, il se serait alors écrié : « Tout est trouvé ! »
Le clivage, qu'est-ce que c'est ?
Le clivage, c'est la tendance d'un cristal à se casser selon des plans bien définis, toujours les mêmes, en laissant des faces lisses et brillantes. Pourquoi ? Un cristal est un empilement très ordonné d'atomes, et les liaisons qui les unissent ne sont pas aussi solides dans toutes les directions. Là où les liaisons sont plus faibles, le cristal se sépare plus facilement, un peu comme une planche de bois qui se fend dans le sens des fibres.
Ce qui compte pour l'identification, c'est que ces plans sont dictés par la structure interne du minéral. Toutes les calcites du monde se clivent donc de la même manière, qu'elles viennent du Mexique ou des Alpes, qu'elles soient blanches, roses ou dorées. La couleur peut tromper, le clivage beaucoup moins.
À l'inverse, certains minéraux n'ont pas de plan faible marqué : ils se cassent de façon irrégulière, ce que les géologues appellent une cassure. Le quartz en est l'exemple classique, avec sa cassure « conchoïdale », en forme de coquillage arrondi, comme celle du verre ou de l'obsidienne.
De l'éclat de calcite à la théorie des cristaux
Haüy transforme son observation en véritable théorie. Le 21 février 1781, il présente à l'Académie royale des sciences un premier mémoire sur la structure des cristaux de grenat. Il y est élu en 1783 et publie en 1784 son Essai d'une théorie sur la structure des crystaux. Son idée : tout cristal est formé de minuscules briques identiques, qu'il appelle « molécules intégrantes », la plus petite partie d'une substance qu'on ne peut diviser sans en changer la nature. En empilant ces briques et en retirant des rangées de façon régulière, on obtient toutes les formes de cristaux observées dans la nature.
C'est encore une approximation (il faudra attendre les rayons X, au XXᵉ siècle, pour voir réellement les atomes), mais l'intuition est juste : la forme visible d'un cristal traduit son organisation interne. Son Traité de minéralogie en cinq volumes, paru en 1801, lui vaut le titre de « père de la cristallographie moderne ». En 1802, il devient professeur de minéralogie au Muséum national d'Histoire naturelle.
Mode d'emploi : lire le clivage sur un minéral
Voici les grands types de clivage à connaître, du plus simple au plus spectaculaire :
• Une seule direction (clivage basal) : le minéral se débite en feuilles. Le mica et le talc se pèlent littéralement en lamelles avec l'ongle.
• Deux directions (clivage prismatique) : l'orthose, un feldspath dont le nom vient du grec et signifie « cassure droite », se clive selon deux plans à 90°. Les amphiboles comme la hornblende ont des plans à environ 56° et 124°, alors que les pyroxènes, qui leur ressemblent beaucoup, ont des plans presque à angle droit (88 à 92°). Ce simple angle permet de distinguer deux familles de minéraux noirs qu'on confond facilement.
• Trois directions à angle droit (clivage cubique) : le sel gemme (halite) se casse en petits cubes.
• Trois directions pas à angle droit (clivage rhomboédrique) : c'est le cas de la calcite d'Haüy, qui se casse en rhomboèdres aux angles proches de 75° et 105°.
• Quatre directions (clivage octaédrique) : la fluorite et le diamant. On peut détacher de la fluorite de petits octaèdres, deux pyramides collées par la base.
Les astuces de terrain :
1. Ne cassez pas vos beaux spécimens. Observez plutôt les fissures et les petites marches qui existent déjà : un clivage forme souvent des « escaliers » de petites surfaces parallèles.
2. Jouez avec la lumière. Faites tourner l'échantillon sous une lampe : les plans de clivage renvoient un éclat vif, tous en même temps, pour un angle donné. Une loupe ×10 aide beaucoup.
3. Dans un granite, le feldspath montre des faces planes et brillantes qui « flashent » à la lumière, le quartz reste gris, vitreux et irrégulier. C'est la façon la plus rapide de les distinguer.
4. Calcite ou quartz ? Si les éclats sont des petits rhomboèdres, c'est de la calcite. Si la cassure est courbe et lisse comme du verre, pensez au quartz (que vous pouvez confirmer avec la dureté : le quartz raye le verre, pas la calcite).
Attention aux faux amis
Certains minéraux semblent avoir un clivage alors qu'il s'agit d'autre chose : le plan de séparation (en anglais parting). Il ne vient pas de la structure de base du cristal, mais de défauts de croissance. Le corindon (la famille du rubis et du saphir) et la magnétite peuvent ainsi se séparer selon des plans qui ressemblent à un clivage, sans en être un. Autre piège : un même minéral peut avoir un clivage « parfait » dans une direction et beaucoup plus discret dans une autre. Les minéralogistes notent donc la qualité du clivage, du « parfait » (les micas) à l'« indistinct » (le béryl).
Un geste vieux de 240 ans, toujours actuel
Le clivage n'est pas qu'une curiosité de collectionneur. Les tailleurs de diamant s'en servent depuis longtemps pour fendre une pierre brute selon ses plans octaédriques. L'industrie électronique l'utilise aussi : pour couper une plaque de silicium, il suffit souvent de la rayer au bord avec une pointe de diamant et d'appuyer, et elle se sépare net le long de ses plans cristallins.
Au fond, chaque fois qu'un amateur fait tourner un caillou sous sa lampe pour guetter l'éclat d'un plan de clivage, il refait le geste de l'abbé Haüy : écouter ce que la cassure d'un cristal raconte de son architecture invisible. Un accident dans une collection parisienne est ainsi devenu l'un des outils d'identification les plus fiables, et le point de départ de la cristallographie.
Le saviez-vous ?
• En 1784, l'année même où René Just Haüy publiait son Essai sur la structure des cristaux, son frère Valentin Haüy fondait à Paris la première école pour jeunes aveugles, l'ancêtre de l'actuel Institut national des jeunes aveugles.
• En août 1792, René Just Haüy fut emprisonné pour avoir refusé de prêter serment à la Constitution civile du clergé. Le naturaliste Étienne Geoffroy Saint-Hilaire intercéda pour lui, et il fut libéré quelques jours seulement avant les massacres de Septembre.
Sources
• Bernard Maitte, « René-Just Haüy (1743-1822) et la naissance de la cristallographie », COFRHIGEO / annales.org
• René Just Haüy, Wikipédia (en)
• Haüy, Essai d'une théorie sur la structure des crystaux (1784), Gallica / BnF
• IUCr, « René-Just Haüy and the birth of crystallography »
• Donald B. Peck, « Determining Fracture and Cleavage in Minerals », mindat.org
• Cleavage (crystal), Wikipédia (en)
• Orthoclase, Wikipédia (en)
• Valentin Haüy, Encyclopaedia Britannica
Jeremineralogie