De l'atome au cristal : les processus qui engendrent la beauté minérale.
Tout cristal commence par un germe : un agrégat de quelques atomes ou molécules organisés de manière ordonnée. La nucléation peut être homogène (formation spontanée dans un fluide sursaturé, rare car énergétiquement coûteuse) ou hétérogène (formation sur un substrat préexistant — paroi rocheuse, grain de poussière, surface d'un autre cristal). La nucléation hétérogène est le mécanisme dominant dans la nature.
Une fois le germe formé, le cristal croît par addition d'atomes sur ses faces. La vitesse de croissance dépend de la sursaturation du milieu (différence entre la concentration réelle et la concentration d'équilibre), de la température, de la pression et de la présence d'impuretés. Les faces cristallines croissent à des vitesses différentes : les faces les plus lentes dominent la forme finale du cristal. C'est pourquoi le quartz forme des prismes hexagonaux — les faces prismatiques croissent plus lentement que les autres.
Une croissance lente favorise des cristaux grands, transparents et bien formés. Une croissance rapide produit des cristaux petits, souvent opaques et mal définis. Les géodes d'améthyste ont cristallisé sur des centaines de milliers d'années dans des conditions presque statiques, d'où leur perfection. Les cristaux de neige, eux, se forment en quelques minutes dans un environnement turbulent, ce qui explique leur infinie diversité de formes.
Quand deux cristaux du même minéral croissent de manière symétrique, imbriqués l'un dans l'autre, ils forment une macle. Les macles de la staurotide (croix à 90° ou 60°) et du gypse (fer de lance) sont parmi les plus célèbres. Les défauts cristallins (dislocations, lacunes, impuretés substitutionnelles) sont omniprésents et souvent responsables de propriétés remarquables : la couleur de nombreuses gemmes, la conductivité des semi-conducteurs et la fluorescence de la fluorite.