I. Définition d'un minéral
Un minéral est un solide naturel, homogène, possédant une composition chimique définie et
une structure atomique ordonnée.
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Naturel - On dit existant dans la nature pour distinguer les substances formées
par des processus naturels de celles créées dans le laboratoire. Les laboratoires
de recherche et de l'industrie produisent en routine des équivalents
synthétiques de plusieurs substances existantes dans la nature que l'on nomme
minéraux synthétiques; exemples: gemmes, semi-conducteurs, diamants
industriels.
Solide - À l’exception du mercure natif, aucun liquide n'est considéré être un
minéral. Un minéral doit être un solide et non pas un liquide, un gaz ou un
plasma : H2O : glace dans un glacier ---> solide = minéral H2O : eau --->
liquide, n’est pas un minéral.
•
Homogène - Un minéral est formé par une seule phase solide et aucune méthode
physique de séparation ne peut permettre d'en isoler des composés plus
simples. La détermination de l'homogénéité est difficile parce qu'elle dépend
de l'échelle d'observation. Un spécimen peut apparaître homogène à l’œil nu
mais il pourrait être composé de plusieurs constituants lorsqu'on l'observe à
l'aide d'un microscope.
Composition chimique définie- Le fait qu'un minéral possède une composition
chimique définie implique qu'il peut être décrit par une formule chimique
spécifique. Par exemple, la composition chimique du quartz est SiO2
Structure atomique ordonnée,
Un arrangement ordonné d'atomes indique qu'il y
a un réseau interne d'atomes (ou d'ions) rangés dans une structure géométrique
et régulière - les minéraux sont des cristaux.
2. L’identification des minéraux
Les minéraux possèdent des propriétés physiques qui permettent de les distinguer entre eux et
qui deviennent des critères d'identification. Ce qui attire d'abord l’œil, c'est bien sûr la
couleur et la forme cristalline des minéraux, mais il y a bien d'autres propriétés. Plusieurs de
ces propriétés peuvent être observées sans l'aide d'instruments et sont d'une grande utilité
pratique.
a) Couleur
Il y a une grande variété de couleurs chez les minéraux, mais c'est là un critère qui est loin
d'être absolu. Des spécimens de couleurs différentes peuvent représenter le même minéral,
comme le quartz qui présente plusieurs variétés selon la couleur qui va de l'incolore limpide
(cristal de roche), au blanc laiteux, au violet (améthyste), au rouge (jaspe), au noir enfumé, au
bleu, etc., alors que des spécimens qui ont tous la même couleur peuvent représenter des
minéraux tout à fait différents, comme ces minéraux à l'éclat métallique qui ont tous la
couleur de l'or: la pyrite qu'on appelle l'or des fous, la chalcopyrite qui est un minerais duquel
on extrait le cuivre, et l'or. Il faut noter que la couleur doit être observée sur une cassure
fraîche, car l'altération superficiel le peut modifier la couleur, particulièrement chez les
minéraux à éclat métallique.
b) Éclat
L'éclat des minéraux, c'est l'aspect qu'offre leur surface lorsqu'elle réfléchit la lumière. On
distingue deux grandes catégories: l'éclat métallique, brillant comme celui des métaux, et
l'éclat non métallique que l'on décrit par des termes comme vitreux (comme le verre), gras
(comme si la surface était enduite d'huile ou de graisse), adamantin (qui réfléchit la lumière
comme le diamant), résineux (comme la résine), soyeux (comme la soie), etc.
c) Trait
Une propriété qui a trait à la couleur, mais qui est un peu plus fiable et dont le test est facile à
réaliser, c'est le trait. Il s'agit en fait de la couleur de la poudre des minéraux. Cette propriété
se détermine sur la trace laissée par le minéral lorsqu'on frotte ce dernier sur une plaque de
porcelaine non émaillée (en autant que la dureté de la plaque est supérieure à celle du
minéral). Par exemple, l'hématite, un minéral dont on extrait le fer, possède une couleur noire
en cassure fraîche mais un trait brun rougeâtre sur la plaque de porcelaine.
d) Dureté
La dureté d'un minéral correspond à sa résistance à se laisser rayer. Elle est variable d'un
minéral à l'autre. Certains minéraux sont très durs, comme le diamant, d'autre plutôt tendres,
comme le talc. Les minéralogistes ont une échelle relative de dureté qui utilise dix minéraux
communs, classés du plus tendre au plus dur, de 1 à 10. Cette échelle a été construite par le
minéralogiste autrichien Friedrich Mohs et se nomme par conséquent l'échelle de Mohs.
Sur cette échelle, on a quelques points de repères. Des minéraux comme le talc et le gypse
sont si tendres qu'ils sont rayés par l'ongle. Pas étonnant qu'on utilise le talc dans les poudres
pour la peau. La calcite est rayée par une pièce de cuivre, alors qu'une lame de canif, en acier,
saura rayer tous les minéraux de dureté inférieure à 5, mais ne pourra rayer les feldspaths et le
quartz. Un morceau de corindon, très dur, un minéral qu'on utilise dans les abrasifs, pourra
rayer le quartz, mais sera rayé par un diamant.
e) Densité
La densité des minéraux est une propriété mesurable; elle est une constante physique qui
caractérise un minéral donné. Beaucoup de minéraux ont une densité qui se situe autour de
2.7 gr/cm3, soit 2.7 fois plus lourd qu'un volume égal d'eau. Mais certains ont une densité
relativement faible, comme le sel qui a une densité de 2.1; d'autres se situent à l'autre
extrême, comme la galène (sulfure de plomb) avec une densité de 7.5 et l'or dont la densité
est de 19.3.
f) Forme cristalline
La forme cristalline est souvent ce qui donne la valeur esthétique d'un minéral. Chaque
minéral cristallise dans un système donné, ce qu'on appelle un système cristallin. Un minéral
donné reproduira toujours les mêmes formes régies par ce système. Par exemple, l’halite (sel)
cristallise dans le système cubique. La calcite cristallise dans le système rhomboédrique, un
système où les trois axes sont de longueur égale et où les angles entre les axes sont
identiques, mais différents de 90°. Le quartz commun cristallise dans le système hexagonal;
on aura des cristaux à six côtés, et, dans les formes pyramidales, on aura une pyramide à six
faces à chaque extrémité.
g) Clivage
Le clivage est une propriété très importante des minéraux. Il correspond à des plans de
faiblesse dans la structure cristalline. Puisqu'il s'agit de plans de faiblesse, un minéral va donc
se briser facilement le long des plans de clivage, alors qu'il ne se brisera jamais selon ses
faces cristallines.
3. Quelques exemples de minéraux
On classe les minéraux selon leur composition chimique: Les éléments, les sulfures, les
halogénures (chlorures, fluorures...), les oxydes, les hydroxydes, les nitrates, les carbonates,
les sulfates, chromates, phosphates, les silicates (les plus nombreux), les minéraux
organiques,...
3. 1.Eléments natifs
Ils ne sont formés que d’un seul type d’atomes qui ont tendance à résister à l’oxydation. on
trouve parmi ceux-ci quelques métaux comme l’or, l’argent ou le cuivre.
3. 2.Les halogénures
Quelque 130 minéraux appartiennent à cette classe. Les anions sont représentés par les
éléments halogènes : F, Cl, Br, et I.
Les halogénures sont des minéraux composés de métaux combinés avec des éléments
halogènes : chlore, fluor, brome et iode. Cette classe comprend environ 130 minéraux, où les
fluorures sont les minéraux les plus courants ; les chlorures sont peu nombreux, mê me si le
chlorure de sodium (halite) — c’est-à-dire le sel de cuisine (NaCl) — est largement exploité ;
les bromures et les iodures sont quant à eux extrêmement rares.
Les propriétés physiques communes à ces halogénures sont leur fragilité, leur dureté et leur
densité faibles; ces minéraux sont souvent solubles dans l'eau.
3. 3. les oxydes et hydroxydes
L’oxygène est l’élément chimique le plus représenté dans les minéraux et les roches. Son
électronégativité élevée fait de ce “voleur d’électrons” l’oxydan t le plus important. Il attire à
lui 2 électrons et se trouve sous la forme O
2-Ex :Corindon Al2O3,
Hématite Fe2O3
Les hydroxydes, leur ions oxygène (O) sont complètement ou partiellement remplacés par
des oxhydryles (OH). Leur dureté et leur densité sont généralement plus faibles que celles des
oxydes on les trouve dans les zones d'altération où ils se forment à partir d'autres minéraux ex
Goethite aFeO(OH).
3. 4. les sulfures
Le soufre se trouve comme l’oxygène dans la 6e colonne du tableau périodique. Son
électronégativité est cependant moins élevée. Il attire aussi à lui 2 électrons et se trouve sous
la forme S
2-Chalcopyrite CuFeS2
Cinabre HgS Galène PbS
Ici le fer (Fe) est oxydé à la fois par l’oxygène et le soufre. Il y a donc une compétition pour
la formation d’oxyde de fer et de sulfure de fer. Avec le temps, les échantillons de sulfures
ont tendance à s’oxyder (voir la marcassite ci-dessous). le soufre, délogé, se retrouve à l’état
élémentaire jaune.
3. 5. Les carbonates
L’élément de base des carbonates est le groupe anionique [CO3]2- qui peut se combiner avec
un cation (ion positif) divalent parmi les suivants : Ca++, Mn++, Fe++ ou Mg++. On trouve
souvent CaCO3, mais aussi parfois CaMg(CO3)2, la dolomite (le célèbre « calcaire de
magnésium » contre lequel seul un anti-calcaire bien connu peut lutter...).
Le CaCO3 peut être trouvé sous forme cristalline de calcite (dans les roches sédimentaires ou
métamorphiques) ou d’aragonite (dans les squelettes et coquilles d’animaux).
3. 6. Les borates
Ils sont caractérisés par les groupes anioniques [BO3]3 - ou [BO4]5-, souvent liés entre eux,
formant des structures en chaînes ou en feuillets. Ils forment des minéraux généralement
blancs. Comme les Borax, Na2B4O6(OH)2.3H2O .
3. 7. Les sulfates
Ici le soufre ne se trouve plus comme anion, mais il constitue, en qualité de cation S6+, un
groupe anionique avec 4 atomes d'oxygène: [SO4]2 -. Cette combinaison n'existe qu'en milieu
oxydant et c'est donc près de la surface de la croûte terrestre qu'on trouve les sulfates, dans la
zone oxydée des gisements métalliques ou dans les filons hydrothermaux. C e groupe
anionique est de grande taille et ne peut former de composés stables qu'avec des cations eux
aussi de grande taille : Ba, Sr, Pb, par exemple Anhydrite, CaSO4, Barytine, BaSO4
3.8. Les silicates
Les silicates sont caractérisés par la présence de silicium. Celui-ci se trouve au milieu de
tétraèdres et est entourée de quatre atomes d’oxygène pour former le groupement [Si04]4 -.
Parfois, un atome de silice est remplacé par un atome d’aluminium.
Cette famille est particulièrement importante au niveau de la croute terrestre (93 % des
minéraux de celle-ci). La silice et l’oxygène sont les deux premiers éléments constitutifs de
l’écorce.
Les silicates sont classés selon la façon dont s’agencent les tétraèdres de [Si04]4-
3.8.1. Tétraèdres isolés : les nésosilicates
Les tétraèdres sont ici isolés les uns des autres. On trouve entre autre dans cette famille
l’olivine.
3.8. 2. Tétraèdres en paires : les sorosilicates Ici les tétraèdres sont groupés par paires. Parmi
elles, l’épidote.
3.8. 3. Tétraèdres en anneaux : les cyclosilicates Les tétraèdres forment ici des anneaux de
3, 4, 6 ou plus éléments. Les minéraux de cette famille sont peu fréquents. On peut citer
l’émeraude verte, une variété limpide de béryl: aigue-marine, émeraude, et toutes les
tourmalines
3.8.4. Tétraèdres en chaînes : les inosilicates
On peut trouver des chaînes simples ou doubles dans cette famille. Les pyroxènes et
amphiboles sont des minéraux importants de cette famille.
3.8. 5. Tétraèdres en feuillets : les phyllosilicates Les tétraèdres sont ici groupés en feuillets.
Cette famille est particulièrement importante, on y trouve notamment : les micas, les argiles
:Kaolinite, Illites, Montmorillonites, Vermiculites et Serpentines.
3.8. 6. Tétraèdres associés dans les trois plans : les tectosilicates
Cette famille où les tétraèdres sont liés à tous leurs voisins par leurs quatre atomes d’oxygène
sont aussi très importants. On distingue en particulier : le quartz (Si02), les feldspaths et les
feldspathoïdes.
4 .Cristaux et Cristallographie
La forme cristalline est souvent ce qui donne la valeur esthétique d'un minéral. Chaque
minéral cristallise dans un système donné, ce qu'on appelle un système cristallin. Un minéral
donné reproduira toujours les mêmes formes régies par ce système. Par exemple, la halite
cristallise dans le système cubique. La calcite cristallise dans le système rhomboédrique, un
système où les trois axes sont de longueur égale et où les angles entre les axes sont
identiques, mais différents de 90°. Le quartz commun cristallise dans le système hexagonal;
on aura des cristaux à six côtés, et, dans les formes pyramidales, on aura une pyramide à six
faces à chaque extrémité.
Présentation des systèmes cristallins
On distinguer 7 systèmes cristallins
système cubique système hexagonal modèle quadratique
modèle
orthorhombique
système
rhomboédrique
système
monoclinique
système triclinique
