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Les cristaux du vivant : calcite et aragonite de la coquille des mollusques

Mise à jour le 11/05/2019
Par Isabelle Veltz
Les mollusques élaborent leur coquille en favorisant la précipitation ordonnée de carbonate de calcium

Les mollusques élaborent leur coquille en favorisant la précipitation ordonnée de carbonate de calcium (CaCo3). Cette précipitation est sous controle de molécules organiques (protéines, glucides et lipides) qui vont guider la croissance cristalline (qui n'est pas comme dans le cas des évaporites, le résulatst d'une précipitation par sursaturation). Ainsi le carbonate de calcium va précipiter soit sous forme de calcite ou d'aragonite qui adopteront souvent des caractéristiques cristallines spécifiques.

Connaissances

Les édifices ordonnés : les cristaux

un composé de formule chimique donnée peut cristalliser sous différents types de structures qui ont des propriétés macroscopiques différentes.

les structure cristallines existent aussi dans les organismes biologiques (coquilles, squelettes, calculs rénal ...)

Capacités
  • distinguer, en terme d'échelle et d'organisation spatiale, maille, cristal, minéral, roche.
  • les identifier sur un échantillon ou une image.
Compétences
  • Pratiquer une démarche scientifique

- Observer, questionner, formuler une hypothèse- Interpréter des résultats et en tirer des conclusions

  • Pratiquer des langages

- Utiliser des outils numériques

 

 

logiciel Vesta téléchargeable en cliquant ici

 

accès au tutoriel d'utilisation de Vesta

 

accès à la base de donnéeS 

 

 

 

Pourquoi l'intérieur de la coquille est il nacré alors que l'extérieur ne l'est pas ?

 

images extraites de la thèse de Julius Nouet 2014

En complément de cette activité qui va permetre d'utiliser le logiciel Vesta, il est  possible d'observer des lames minces de calcaires coquillers qui présenterons un appercu de la succession verticale des deux types de couches calcite à l'extérieur (aspect prismatique et tabulaire), et  aragonite (en feuillets) dans la nacre. Proposer par ailleur la composition chimique commune de ces deux cristaux afin de relier cette différence de structure à la construction de deux types de cristaux de forme différente. 

Informations techniques

 Activités proposées/Liste des données disponibles

Construction des deux cristaux.

  • Ouvrir le logiciel Vesta 
  • Dans la barre de menu choisir "File" puis "New Structure"
  • Dans la fenètre qui s'ouvre nommer le cristal en remplaçant l'expression "New structure" par Calcite 
  • Compléter ensuite les onglets "Unit Cell" à l'aide des valeurs de paramétrage disponnibles dans la base de données

     

  • Choisir pour la calcite dans l'encart "Symmetry"  le "System" : Trigonal dans la première colonne, puis dans la deuxième colonne descendre avec le curseur sur le n°167 aussi codé "R-3c" 
  • Choisir enfin dans la dernière colonne "Setting" le réglage "n°1 - Hexagonal axis"
  • Compléter dans l'encart "Lattice parameter" 
  • Entrer dans les cases  les valeurs de a = 4.99 Å et de  c = 17.0615 Å 

 

  • Cliquer sur l'onglet "Structure parameters" pour positionner dans la maille les différents atomes de Ca, C et O.
  • Cliquer sur New dans le menu de droite, afin de faire apparaître une ligne à compléter.

  • Cliquer sur "Symbol ..." pour ouvrir le tableau périodique et cliquer sur Ca. Ne pas modifier les valeurs de x, y et z qui doivent restées à 0.000 mais valider en cliquant sur "Next"
  • Choisir dans "Symbol" le carbone "C" puis compléter  la case de z en tappant 0.25, valider en cliquant sur "Next"
  • Choisir pour finir dans "Sybol"  l'oxygène "O" et modifier les valeurs de x = 0.2578 et z = 0.25
  • Valider en cliquant sur OK en bas de la fenêtre afin de faire apparaitre le cristal de calcite.

 

  • Dans la barre de menu choisir à nouveau "File" puis "New Structure"
  • Dans la fenètre qui s'ouvre nommer le cristal en remplaçant l'expression "New structure" par Aragonite 
  • Compléter ensuite les onglets "Unit Cell" à l'aide des valeurs de paramétrage disponnibles dans la base de données

     

  • Choisir pour la calcite dans l'encart "Symmetry"  le "System" : Orthorombique dans la première colonne, puis dans la deuxième colonne descendre avec le curseur sur le n°62 aussi codé "Pcmn" 
  • Compléter dans l'encart "Lattice parameter" longueurs a = 4.9614, b = 7.9671 et c= 5.7404.
  • Cliquer sur l'onglet "Structure parameters" pour positionner dans la maille les différents atomes de Ca, C et O.
  • Cliquer sur New dans le menu de droite, afin de faire apparaître une ligne à compléter.
  • Cliquer sur "Symbol ..." pour ouvrir le tableau périodique et cliquer sur Ca. Modifier les valeurs x=0.25, y=0.415, z=0.7597
  • Valider en cliquant sur "Next"
  • Choisir dans "Symbol" le carbone "C" puis compléter  x = 0.25, y = 0.7622, z = -0.0862
  • Valider en cliquant sur "Next"
  • Choisir pour finir dans "Sybol"  l'oxygène "O" et modifier les valeurs x=0.25, y=0.9225, z=-0.0962
  • Valider en cliquant sur "Next"
  • Choisir pour finir dans "Sybol"  l'oxygène "O" et modifier les valeurs x=0.4736, y=0.681, z=-0.0862
  • Valider en cliquant sur OK en bas de la fenêtre afin de faire apparaitre le cristal de aragonite.

 

  • A l'aide de la souris faire tourner les deux cristaux. 
  • Dans le menu "Style" décocher "show model" afin de faire disparaitre les atomes et de ne plus voir que la forme géométrique et  les orienter de la même facon à l'aide du repère des axes (abc) 

 

 

 

 

 

 

 

  • Sucessivement pour chacune des deux molécules , aller dans le menu "Utilities" choisir "Standardization of Crystal Data" afin de faire apparaitre les liaisons entre les atomes.

 

 

 

 

 

 

 

  • Sucessivement pour chacune des deux molécules ajouter des mailles. Pour cela cliquer en bas de la fenêtre "Style" sur la case "Boundary"

  • Modifier pour les deux molécules x=4, y=4 et z=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  •  comparer la forme des deux cristaux et leur orientation dans l'espace

Calcite

 Aragonite

  • Observer les atomes à l'extérieurs de la maille  et envisager comment se metra en place les cristaux voisins

calcite

aragonite

 

 

  • Relier les cristal ainsi obtenu à leur structure observée au microscope (ou au MEB). 

 calcite aspect tabulaire prismatique

aragonite en feuillet