minéralogie - géologie et géophysique.

minéralogie - géologie et géophysique. 1 PRÉSENTATION minéralogie, science qui étudie les minéraux (origine, formation, évolution, classification) et qui cherche à déterminer leurs caractéristiques physiques et chimiques. Comme de nombreux domaines des sciences de la Terre, la minéralogie est une science pluridisciplinaire qui associe des concepts et des techniques de chimie, de physique du solide et de métallurgie. De manière générale, l'histoire de la minéralogie est étroitement liée à celle de ces trois domaines. 2 OBJECTIFS DE LA MINÉRALOGIE Les minéraux sont présents dans les roches de la croûte de la Terre ou d'autres corps célestes du Système solaire, comme les planètes, les satellites naturels et les météorites. Les minéralogistes cherchent à identifier, décrire, puis distinguer les minéraux parmi plus de 4 000 espèces recensées. La description des minéraux (minéralogie descriptive) permet de connaître leur origine, leur mode de formation, leur évolution, leur composition chimique, leur structure, ainsi que leurs propriétés physiques et chimiques. L'identification des minéraux selon les propriétés chimiques, physiques et cristallographiques est l'objet de la minéralogie déterminative. Par ailleurs, une minéralogie de type industriel s'est développée au cours du XXe siècle, dans le but de répondre à une demande très forte de certains minéraux présents en trop faible quantité dans la nature. Ainsi, des méthodes de synthèse ont été mises au point pour fabriquer de manière artificielle certains minéraux comme les diamants. 3 MINÉRALOGIE PHYSIQUE La minéralogie physique permet de décrire les propriétés physiques des minéraux. Ces propriétés peuvent être reconnues à l'oeil nu à partir de tests relativement simples. Les principales propriétés physiques sont la dureté, le clivage et la cassure, la couleur, le trait, l'éclat, les macles, les agrégats de minéraux, la coloration de la flamme, la densité, la luminescence et le magnétisme. Mais de nombreuses autres propriétés peuvent également être déterminées : la solubilité, la ténacité, la radioactivité, la conductivité électrique, le goût, etc. 3.1 Dureté La dureté d'un minéral permet de connaître sa résistance à la rayure (cohésion). L'échelle de Mohs (proposée en 1822 par le minéralogiste allemand Friedrich Mohs) distingue 10 degrés de dureté : les minéraux tendres se rayent avec l'ongle (1-talc, 2-gypse), les minéraux semi-durs se rayent avec un couteau (3-calcite, 4-fluorine, 5apatite), et les minéraux durs rayent le verre (6-orthose, 7-quartz, 8-topaze, 9-corindon, 10-diamant). La majorité des minéraux ont des duretés comprises entre 2 et 4. Les faces des minéraux n'ont cependant pas forcément la même dureté (duretés du disthène comprises entre 4 et 7 selon les faces). 3.2 Clivage et cassure Le clivage et la cassure permettent respectivement de connaître la fragmentation des minéraux suivant une surface plane (plan de clivage) ou une surface irrégulière (surface de cassure). Le plan de clivage se fait en fonction de la structure cristalline (voir cristal), sur des zones de faible résistance aux chocs. Un minéral avec un plan de clivage parfait est très difficile à briser suivant les autres directions. 3.3 Couleur La couleur permet de connaître la réaction d'un minéral à la lumière. Un minéral peut être : o achromatique (incolore) lorsque la lumière le traverse parfaitement (cas du diamant) ; o idiochromatique (coloration intrinsèque) lorsque sa couleur est due à un composant chimique spécifique (cas du bleu-vert pour le cuivre) ou à une liaison structurale spécifique (structure polymorphe du carbone en diamant transparent ou en graphite noir) ; o allochromatique (coloration empruntée) lorsque sa couleur provient d'imperfections dans le réseau cristallin ou d'impuretés ; o pseudochromatique (apparemment coloré) lorsque sa couleur résulte de phénomènes optiques tels que les interférences, la diffraction et la réfraction de la lumière au sein du minéral (cas de l'opale). Si la couleur permet de caractériser certains minéraux (cas de l'azurite et de la malachite), elle ne constitue pas un critère de détermination très fiable car de nombreux minéraux apparaissent sous plusieurs couleurs (cas de la fluorine). 3.4 Trait Le trait correspond à la couleur de la poudre de minéral obtenue en frottant celui-ci sur de la porcelaine non vernie. Cette propriété permet de connaître la véritable couleur des minéraux car les impuretés influent peu sur le trait. Ainsi, la couleur du trait permet de différencier les minéraux comme l'hématite (trait rouge-brun) et la goethite (trait jaune-ocre). 3.5 Éclat L'éclat permet de connaître la capacité du minéral à réfléchir la lumière. Les deux grands types d'éclats sont les éclats métalliques (éclats les plus forts, caractéristiques des minéraux opaques comme les métaux natifs, les oxydes, les sulfures et les sulfosels) et les éclats non métalliques (éclats plus pâles que la couleur du minéral). Par ailleurs, la lumière se réfléchit de façon différente selon les faces du minéral, produisant divers types d'éclats non métalliques : adamantin (fort éclat, comme le diamant), vitreux (semblable au verre, comme le quartz), gras (inégalité de la surface, comme l'opale), nacrés (clivage en feuillets, comme le gypse), soyeux (minéraux fibreux, comme l'asbeste), ou mats (éclat faible et apparence terreuse, comme la kaolinite). 3.6 Macles Les macles sont des associations de cristaux de même nature suivant des symétries spécifiques (par rapport à un plan ou à un axe de rotation). Il existe différentes sortes de macles, selon leur mode de formation. L'étude cristallographique des macles contribue ainsi à l'identification des minéraux. 3.7 Agrégats Les agrégats de minéraux permettent de connaître les associations de minéraux. La taille des agrégats s'étend du centimètre au mètre ; toutefois, ils ne contiennent que rarement de grands minéraux. Leur structure interne peut être granuleuse (assemblage de grains visibles à l'oeil nu), massive (assemblage de grains non visibles à l'oeil nu), oolithique (assemblage de petites sphères), bacillaire (minéraux disposés dans le sens de la longueur), feuilletée (minéraux disposés en lamelles) ou spathique (plans de clivage lisses et généralement brillants). Leur surface extérieure peut être concrétionnée (lisse, souvent brillante et formée de petites sphères), stalactiforme (surfaces en bourrelets), en rosettes (minéraux lamellaires disposés en rosette), fasciculée (minéraux allongés groupés) ou dendritique (minéraux ramifiés). 3.8 Coloration de la flamme La coloration de la flamme permet de connaître la composition chimique d'un minéral. En effet, certains éléments chimiques colorent la flamme qui les brûle ; par exemple, la couleur de la flamme du calcium est rouge, celle du sodium est jaune-orange, et celle du potassium est violette. 3.9 Densité La densité est le rapport entre le poids du minéral et la même masse d'un volume d'eau. La majorité des minéraux sont plus denses que l'eau (2 à 4 fois). La densité d'un minéral peut être mesurée à partir de liqueurs de densité, généralement toxiques et dangereuses (comme la solution d'iodure de méthylène de densité de 3,3) : un minéral plus dense que la liqueur coule ; dans le cas contraire, il flotte et on dilue alors progressivement la liqueur de manière à le voir couler (le taux de dilution permet d'estimer la densité). 3.10 Luminescence La luminescence permet de connaître la propriété des minéraux d'émettre de la lumière. Il existe trois types de luminescence : la triboluminescence, qui correspond à une émission de lumière du minéral soumis à un choc mécanique ; la thermoluminescence, lorsque le minéral est chauffé ; la photoluminescence (fluorescence ou phosphorescence), que l'on observe sur des minéraux soumis à un rayonnement ultraviolet. Par exemple, l'autunite (de couleur jaune) est fluorescente en vert. Des minéraux non fluorescents peuvent le devenir s'ils contiennent des impuretés. 3.11 Magnétisme Le magnétisme permet de distinguer les minéraux qui sont attirés par des aimants (paramagnétiques) ou non (diamagnétiques). Seulement deux minéraux -- la magnétite et la pyrrhotite -- sont naturellement magnétiques. 4 MINÉRALOGIE CHIMIQUE La minéralogie chimique (ou cristallochimie) étudie les relations entre la composition chimique des minéraux, l'arrangement géométrique des atomes qui les composent et les forces qui relient les atomes entre eux. Les minéraux sont finalement classés en 9 grandes classes suivant les éléments chimiques qui les composent (sulfures, halogénures, oxydes, carbonates, etc. ; voir minéraux). Cette étude chimique est réalisée à partir de méthodes d'analyse chimique qualitatives et quantitatives. Les constituants chimiques des minéraux peuvent notamment être déterminés au moyen d'analyses par microscopie électronique. 5 CRISTALLOGRAPHIE La cristallographie correspond à l'étude de la formation, de la forme géométrique et de la structure interne des cristaux minéralogiques. La majorité des minéraux se présentent sous une forme cristalline, lorsque les conditions de formation sont favorables. Ils sont répertoriés en 7 systèmes cristallins : cubique, quadratique, orthorhombique, monoclinique, triclinique, hexagonal et rhomboédrique (voir cristal). Le carbone cristallise par exemple dans deux systèmes cristallins différents, formant le diamant (système cubique) et le graphite (système hexagonal). L'observation microscopique (en lumière polarisée ou non) des minéraux sur des lames minces permet de définir leurs propriétés cristallographiques. L'arrangement des atomes à l'intérieur d'un cristal est déterminé à partir de techniques complexes (diffraction par les rayons X, spectrophotométrie, etc.). Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.