Introduction à la minéralogie

I. Définition d'un minéral 

Un minéral est un solide naturel, homogène, possédant une composition chimique définie et
une structure atomique ordonnée.
•  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