La minéralogie

La minéralogie est en étroite relation avec toutes les sciences géologiques. En effet, les roches (qui sont du ressort de la pétrographie) sont constituées de minéraux. Les minéraux peuvent être définis comme des solides (à l’exception du mercure) non organiques, nés de processus naturels et ayant une composition chimique bien définie et une structure atomique ordonnée ; ce sont soit des éléments (exemple : le cuivre natif, Cu) soit, plus souvent, des composés (exemple : la calcite, Ca C O3).

La minéralogie se définit comme l’étude des minéraux ; plus précisément, c’est la science qui traite de la composition, des propriétés et de la genèse des minéraux, ainsi que de la façon dont ils sont disposés.

On trouve, dans la nature, les minéraux sous forme de simples agrégats ou sous forme de cristaux, essentiellement selon leur mode de formation. Les principaux processus qui provoquent la formation des minéraux sont les suivants :

1. Cristallisation d’un liquide qui, par refroidissement, passe à l’état solide (exemple : refroidissement d’un magma).

2. Précipitation chimique à partir d’une solution sursaturée par rapport à un minéral (exemple : formation des concrétions de calcite dans les grottes).

3. Condensation de vapeurs (exemple : cristallisation du soufre, sur les volcans, autour des fumerolles riches en H2 S qui émanent d’une chambre magmatique).

Les agrégats compacts de minéraux peuvent être grenus (grossièrement ou finement), fibreux, écailleux, etc. D’autres agrégats ne sont que poreux, terreux, voire pulvérulents. Cela dépend non seulement de la nature du minéral, mais aussi des conditions dans lesquelles il s’est mis en place.
Les mêmes paramètres valent pour les minéraux cristallisés. D’une manière générale, plus le processus est lent, plus les cristaux sont volumineux et réguliers.

La minéralogie, qui fait appel à la chimie, à la physique et même à la géométrie, se divise traditionnellement en deux secteurs de recherche : la minéralogie descriptive et la cristallographie.

La minéralogie descriptive a pour but principal de classer les minéraux ; elle distingue dès l’abord les minéraux silicatés et les minéraux non silicatés. Pour le premier groupe, on se fonde principalement, pour le classement, sur la structure (silicates, feldspaths, amphiboles, pyroxènes, micas, péridots). Mais les minéraux non silicatés, eux, sont classés d’après leurs propriétés chimiques (éléments natifs, métalloïdes, sels halogènes, sulfures, oxydes, carbonates, etc.).

La cristallographie analyse les dispositions des éléments dans l’espace d’un minéral, la symétrie interne, la structure du réseau cristallin (cristallographie structurale), mais aussi les rapports de la composition chimique et de la structure des minéraux (cristallochimie). Un cristal peut se former seul (monocristal) ou bien dans une macle, c’est-à-dire dans un ensemble de plusieurs cristaux orientés selon des lois. Les si jolies géodes sont des groupes de cristaux qui, dans une cavité, ont leur sommet orienté vers le centre.

La plupart des cristaux n’arrivent pas à devenir parfaits. Ils s’accroissent par accumulation d’atomes sur la surface du germe ou sur d’anciennes faces cristallines, mais leur développement se heurte le plus souvent à des obstacles.

Comment identifie-t-on les minéraux ? Les principaux caractères dont on se sert sont :

1. Densité (par rapport à l’eau)
Cette propriété mesurable est une constante physique propre à chaque minéral. Beaucoup de minéraux ont une densité proche de 2,7. Le sel n’a que 2,1, la galène 7,5 et l’or atteint 19,3.

2. Dureté
La dureté se détermine par rapport à une échelle relative de 10 minéraux classés du plus tendre (le talc, dureté 1) au plus dur (le diamant, dureté 10). Le quartz, par exemple, a une dureté 7 et raie le verre et l’acier d’une lame de canif ; la calcite, dureté 3, est rayée non seulement par le verre et l’acier, mais même par une pièce en cuivre de 1 (euro)cent.

3. Couleur
Il existe de nombreuses teintes dans les minéraux, mais le critère a rarement une grande valeur. Ainsi, le quartz peut aller de l’incolore limpide au blanc laiteux, au jaune ou au violet !

4. Éclat
On appelle ainsi l’aspect qu’offre la surface des minéraux lorsqu’elle réfléchit de la lumière : éclat métallique, voire brillant, éclat non métallique (vitreux, gras, adamantin, résineux, soyeux, etc.). La pyrite (« l’or des fous ») a un éclat métallique.

5. Trait
C’est la couleur de la poudre de minéral, qu’on détermine par la trace que laisse le minéral frotté sur une plaque de porcelaine non émaillée (si celle-ci est plus dure !). La pyrite a une couleur jaune or - d’où son surnom ! - mais laisse un trait noir.

6. Forme cristalline
Il y aurait beaucoup à dire ici, mais ce n’est pas l’endroit. Retenons que chaque minéral qui cristallise le fait dans un système donné (cubique, quadratique, hexagonal, etc.).
D’où l’importance de la cristallographie en minéralogie.

7. Clivage
Cette propriété est très importante aussi pour la détermination. Si l’on brise un cristal de quartz (minéral sans clivage), on obtient des fragments à cassures très irrégulières. Un cristal de calcite, par contre, se casse selon des plans de clivage à 75° et 105°.

8. Effervescence sous l’acide
Les carbonates sont décomposés chimiquement par les acides et la réaction dégage des bulles de gaz carbonique. Selon les minéraux carbonatés cette effervescence se produit à froid ou à chaud.

À ces quelques caractères, il faut en ajouter d’autres tels que la radioactivité, le magnétisme, la fluorescence.

Pour terminer, voyons brièvement ce que la minéralogie nous apprend du minéral le plus répandu : le quartz.

Le quartz (de composition chimique Si O2), provient, à l’origine, du magma, dont des réservoirs existent à l’intérieur même de la croûte terrestre. Là, sa température est d’environ 1200 à 1400° C. Si ce magma arrive à s’infiltrer vers le haut, dans des filons de l’écorce terrestre, sa température diminue progressivement et certains de ses composants vont passer de l’état liquide à l’état solide. Vers 1000°, les olivines et les pyroxènes se cristallisent. La cristallisation du quartz s’opère à environ 700° C, comme celle de la plupart des silicates ; ils coexistent avec de la vapeur d’eau et des fluides de compositions diverses. Le volume et la régularité des cristaux qui se forment sont conditionnés, comme cela a déjà été dit, par les interférences avec les « concurrents » ; comme le magma diffère d’un endroit à l’autre, les cristaux de quartz sont divers. Quoi qu’il en soit, le quartz se présente en cristaux prismatiques, hexagonaux, de dureté élevée (7). C’est cette dureté qui fait qu’il a été le premier minéral utilisé par l’homme. Il a un éclat vitreux et sa couleur est le plus souvent blanche ; dans ce cas, c’est le « cristal de roche ». Une de ses variétés, l’améthyste, est violette à cause de l’inclusion de fer Fe3 ; il existe aussi du quartz rose et du quartz enfumé. Ces variétés dites nobles en joaillerie sont dues à... des défauts physico-chimiques !

Dans des fissures des schistes cristallins des Alpes suisses, on a récolté des cristaux de quartz pesant jusqu’à une demi-tonne. Difficile à glisser dans sa vitrine de collection !