Le polymorphisme est une propriété extrêmement répandue des cristaux.

Ce terme s’applique aux minéraux de même composition chimique, mais cristallisant dans des systèmes différents. On peut citer comme exemple le diamant (système cubique) et le graphite (système hexagonal), le soufre qui donne plusieurs variantes (rhombique, monoclinique, hexagonal), le sulfure de zinc qui comporte une forme cubique, la blende, et une forme hexagonale, la wurzite.


Un exemple très connu ce sont les polymorphes de la silice (chimisme : SiO2)

L’influence de la température :

Il y a différente façon de construire, d’agencer les trames de tétraèdres SiO4. Quand le Quartz Qz(α) rhomboédrique est chauffé, il se transforme en Quartz Qz(β) hexagonal à 573°C +/- 2°C en utilisant une faible quantité de chaleur. On passe d’un polymorphe à l’autre par des transformations dites displacives (α <=> β), car en effet, elle déplace les tétraèdres de 7° les uns par rapport aux autres, ce qui suffit pour changer de symétrie (on y gagne un élément de symétrie).

La forme β du Quartz est instable, et si le chauffage est arrêté, lors du refroidissement, on constate qu’à 573°C l’apparition d’une courbe exothermique qui traduit la restitution par le Quartz de l’énergie utilisée lors du passage α -> β. Au-delà de 573°C l’habitus du minéral ne change pas.

Autre cas, est la transformation de la Tridymite --> Cristobalite (à 1430°C), ce qui implique la rupture des liaisons, c’est une réorganisation complète de la structure qui demande beaucoup d’énergie. Cette transformation se trouve que dans des bains silicatés de haute température comme une lave en fusion. Pour cela il faut un excès de silice (Si) comme les laves de type : Rhyolite, Andésite, Dacite, Trachyte, Quartzifère et d’autres roches siliceuses enclavées par des laves.


L’influence de la pression :

Un autre paramètre physique pouvant générer d’autre polymorphe de la silice, est la pression

A très haute pression, on y trouve des formes denses de la silice. Dans les roches métamorphiques de très hautes pressions sous des impactes de météorites, on a trouvé de la Coesite (forme de haute pression du Quartz), ainsi que dans les roches situées au voisinage des chambres d’explosions nucléaires souterraines.

La Stishovite, quadratique où Si 4+ se trouve hexacoordonné (au centre d’un tétraèdre SiO6), donne une structure plus compacte que l’association SiO4.


Exemple des polymorphes de l'olivine. Au fur et à mesure des profondeurs de la Terre, la pression augmentant ainsi que la température, l'olivine subit successivement deux transitions polymorphiques.

Olivine α --> (phase de haute pression) Olivine β --> (phase de très haute pression) Olivine γ

Cela implique une réorganisation des liaisons interatomiques et un nouvel arrangement au niveau du réseau cristallin, toujours de plus en plus compact vers les fortes pressions (profondeurs)