Plasticity of quartz : crystallographic models and T. E. M. observations

A simplified crystallographic model of quartz is proposed. Only Si atoms are represented and each Si is assumed to be bound to its first four Si neighbours by covalent bonds (representing the true Si — O — Si bonds) along the directions of an sp3 hybridization. Using this approach, it becomes possible to look for possible dissociations of dislocations which govern the plastic behaviour. For a dislocations, dissociation into two colinear partials (a → 1/2 a + 1/2 a) is possible in the planes {1010} and {1011} which can thus be glide planes. For the basal plane which is generally assumed to be the easiest glide plane, comparison with Brazil twins suggests that a low fault energy can be obtained if the fault displacement is distributed over several parallel planes, leading to a zonal dissociated dislocations. All these models are confirmed by T. E. M. observations in weak beam conditions. They allow several features of low temperature deformation to be understood (formation of microtwins, high strain hardening and severe increase of the dislocation density during basal a glide) . Another possibility to deduce the possible glide systems of quartz consists in the systematic study of the subgrain boundaries owing to the Frank's formula for the theoretical predictions and by T. E. M. observations for the experimental part of this work. Observations on annealed samples of naturally deformed quartz exactly correspond to the theoretical predictions. This confirms that possible glide systems for quartz are a glide in {0001}, {1010} and {1011} and c glide in {1210} .On propose un modèle cristallographique simplifié pour le quartz où seuls les atomes Si sont représentés. Chaque Si est supposé lié à ses quatre Si premiers voisins par des liaisons covalentes (re¬ présentant les liaisons Si — O — Si) dans les directions d'une hybridation sps. Il est alors possible de re¬ chercher les dissociations possibles des dislocations qui gouvernent le comportement plastique. Pour les dislocations a, une dissociation en deux partielles colinéaires (a → 1 /2 a + 1 /2 a) est possible dans les plans {1010} et {1010} qui peuvent donc être des plans de glissement. Pour le plan de base qui est généralement supposé être le plan de glissement le plus facile, une comparaison avec les macles du Brésil indique que l'on peut obtenir une faute de faible énergie si le vecteur de faute est distribué sur plusieurs plans parallèles, ce qui produit une dislocation a zonale dissociée. Tous ces modèles ont été confirmés par microscopie électronique en utilisant la méthode des faisceaux faibles. Ces modèles permettent de comprendre un certain nombre de phénomènes liés aux déformations à basse température (formation de micromacles, fort durcissement et sévère augmentation de la densité de dislocations lors du glissement a basai). L'étude systématique des sous-joints permet également de déduire les systèmes de glissement possibles du quartz. L'étude théorique est basée sur la formule de Frank et comparée aux observations en microscopie électronique sur échantillons déformés naturellement et recuits. Les observations sont en excellent accord avec les prédictions théoriques. Ceci confirme que les systèmes de glissement du quartz sont le glissement a dans les plans {0001}, {1010} et {1011} et le glissement c dans {1210}.Doukhan Jean-Claude, Trépied Louis. Plasticity of quartz : crystallographic models and T. E. M. observations. In: Bulletin de Minéralogie, volume 102, 2-3, 1979. Mécanismes de déformation des minéraux et des roches