اقتباس :

LES
ESPECES MINERALES

I) Introduction.

Les minéraux, solides naturels cristallins, sont des constituants des
matériaux terrestres mais aussi des planètes du système solaire. L’étude des
minéraux est la minéralogie. Les minéraux (le mot vient de mine) sont le plus
souvent de cristaux dont l’étude individuelle est la cristallographie.

Un cristal est un solide macroscopiquement homogène, ordonné à
l’échelle atomique et défini par une composition chimique donnée.

Un minéral est un cristal existant dans la nature, caractérisé
fréquemment à l’œil par des faces géométriques régulières s’il a pu croître
dans son milieu naturel.

Un minerai est un minéral ou un ensemble rocheux contenant un ou des
minéraux utiles à l’Homme. En pratique, le terme s’applique surtout aux
minerais métalliques.

La plupart des minéraux sont des solutions solides ou des cristaux mixtes.

90% des roches sont constituées de silicates (c'est-à-dire contenant de la
silice SiO₂).Les minéraux non silicatés ne représentent que 5% des
solides constituant la croûte terrestre mais leur importance peut être grande
d’un point de vue économique : ils sont en général plus facile à exploiter
industriellement que les silicates.

A coté des éléments natifs, c'est-à-dire qui se rencontrent dans la nature à
l’état pur, comme l’or, l’argent, le cuivre, le soufre, le carbone pur (diamant
et graphite), les principaux groupes sont : les halogénures (chlorures,
fluorures), les sulfures, les oxydes, les carbonates, principalement formés
dans les milieux marins (calcite), les sulfates (dont le gypse ou pierre à plâtre),
les phosphates.

II) Caractéristiques et propriétés des minéraux

1) La forme (les 7 systèmes cristallins)

2) Les macles

Une macle est une association de 2 ou plusieurs cristaux de même nature,
orientés différemment mais toujours suivant des règles cristallographiques
rigoureuses.

Ex : macle simple de Carlsbad pour l’Orthose (F. potassique, K)

Deux cristaux ayant cristallisé tête bêche, quand on examine à la lumière
naturelle, l'un brille quand l'autre devient terne et les rôles s'inversent en
retournant l'échantillon




Ex : macle polysynthétique pour l’Albite (F. plagioclase, Na)

Ex : macle fer de lance ou en queue d’hirondelle pour le gypse




Ex : macle de la Gardette (référence mondiale) pour le quartz




3) La dureté

C’est la résistance d’un minéral à la destruction mécanique de sa
structure ; en pratique, un minéral est dit plus dur qu’un autre, s’il
raye ce dernier. Avec une pointe du minéral, on essai de rayer un objet témoin
(minéral, verre, acier) après avoir pris soin d’essuyer la trace, pour s’assurer
qu’il y a bien une rayure réelle, et non un effritement de la pointe. S’il y a
rayure, le minéral est dit plus dur que le témoin.

On a pu ainsi établir de proche en proche, une échelle de dureté relative
dont les valeurs sont proches d'une courbe de Vickers, échelle logarithmique.
Les duretés sont classées par rapport à celles de 10 minéraux tests (échelle de
Mohs) :

10 : diamant, 9 : corindon, 8 : topaze, 7 : quartz,
(verre), 6 : feldspath orthose, (lame de couteau), 5 : apatite,
4 : fluorine, 3 : calcite, (ongle), 2 : gypse, 1 : talc

Phrase mnémotechnique de 1 à 10 : " Ton Gros Concierge
Fou d’Amour Ose Quémander Tes Caresses
Divines "

4) La cassure

C’est la résistance d’un minéral à la destruction mécanique de sa
structure ; en pratique, un minéral est dit plus dur qu’un autre, s’il
raye ce dernier. Avec une pointe du minéral, on essai de rayer un objet témoin
(minéral, verre, acier) après avoir pris soin d’essuyer la trace, pour
s’assurer qu’il y a bien une rayure réelle, et non un effritement de la pointe.
S’il y a rayure, le minéral est dit plus dur que le témoin.

On a pu ainsi établir de proche en proche, une échelle de dureté relative
dont les valeurs sont proches d'une courbe de Vickers, échelle logarithmique.
Les duretés sont classées par rapport à celles de 10 minéraux tests (échelle de
Mohs) :

10 : diamant, 9 : corindon, 8 : topaze, 7 : quartz,
(verre), 6 : feldspath orthose, (lame de couteau), 5 : apatite,
4 : fluorine, 3 : calcite, (ongle), 2 : gypse, 1 : talc

Phrase mnémotechnique de 1 à 10 : " Ton Gros Concierge
Fou d’Amour Ose Quémander Tes Caresses
Divines "

4) La cassure

Les plans suivant lesquels sont rangés les atomes peuvent être des plans de
moindre résistance, auquel cas les cristaux se cassent suivant des faces planes
appelées plans de clivages. Le mica en fournit un bon
exemple : à l’aide d’un couteau ou de l’ongle, il est possible de détacher
facilement des lamelles (feuillets).

5) L’éclat

Suivant que la surface brille beaucoup ou peu, l’éclat est dit métallique
(ex : lame de couteau, pièce de monnaie) ou vitreux (ex : verre,
porcelaine).

Tous les corps à éclat métallique sont opaques. Les corps à éclat vitreux
peuvent être opaques, translucides ou transparents. On distingue comme variété
de l’éclat vitreux l’éclat gras (quartz) et l’éclat vif (mica). Dans les
minéraux des roches, l’éclat vitreux et ses variétés sont beaucoup plus
répandus que l’éclat métallique.

6) La couleur et propriétés optiques

Elle dépend surtout de la nature chimique. Les minéraux purs ont des
couleurs propres (calcite blanche, quartz transparent), mais des impuretés ou des
défauts du système cristallin peuvent les modifier. La couleur n’est donc pas
toujours significative.

7) La saveur

Bien laver l’échantillon avant de le goûter. Une saveur salée indique du sel
gemme (halite NaCl) ou un sel de magnésium ou de potasse ; une saveur
astringente, l’alun. Tous les autres minéraux et roches usuels sont insipides.

8) Action des acides

Parmi les minéraux des roches, la calcite fait effervescence avec l’acide
chlorhydrique dilué à froid (contrairement à la dolomie, qui fait effervescence
à HCl à chaud).

9) Caractère Hydrophile

Un matériau est dit hydrophile s’il absorbe de l’eau. Appliquer une goutte
d’eau (ou salive) sur le minéral en question puis frotter avec le doigt. Le
minéral est dit hydrophile si de la matière passe sur le doigt. Les argiles
sont hydrophiles, humectées d’eau elles sont susceptibles d’être modelée.

10) La densité

Rapport de la masse du corps à celle d’un même volume d’eau, la densité des
minéraux ou des roches peut facilement se mesurer. Elle fournit, pour la
reconnaissance des roches, une donnée très utile et trop souvent négligée.

La densité moyenne des minéraux fréquemment rencontrés varie de 2,4 à 2,9.

Au-dessus, on parle de minéraux lourds (comme l’or, la magnétite ou
l’hématite).

11) Action de la chaleur

Chauffé à 200°C dans un tube à essai, le gypse se transforme en plâtre, avec
un dégagement d’eau qui se condense.

Chauffée vers 600°C, la calcite se transforme en chaux, avec dégagement de
gaz carbonique.

11) Action de la chaleur

Chauffé à 200°C dans un tube à essai, le gypse se transforme en plâtre, avec
un dégagement d’eau qui se condense.

Chauffée vers 600°C, la calcite se transforme en chaux, avec dégagement de
gaz carbonique.

12) Propriétés optiques

A l’aide du microscope polarisant, il est possible de mesurer des angles
d’extinction caractéristiques de certains minéraux. Autre propriété, la
biréfringence (réfraction d’un rayon lumineux en 2 directions différentes) de
la calcite.

13) Mesures d’angles

Une des caractéristiques essentielles de la détermination des cristaux est
la mesure des angles des faces. Ces mesures sont constantes pour les cristaux
d’un même système cristallin. Les cristallographes les mesurent avec précision
à l’aide d’un goniomètre

Ex : angle de la calcite 74° (rhomboèdre)




III) Les
silicates


Ils
représentent 95% des constituants de l’écorce terrestre. Il existe environ 600
espèces minérales de silicates.


Leur
classification repose sur le mode d’assemblage des tétraèdres de (SiO₄)^4-


Constitués
d’un atome de Silicium (Si⁴⁺) et de 4 atomes d’Oxygène (O^2-)


6 cotés, 4
faces, 4 sommets

1. Les Nésosilicates
   

[Neso = île]


Composés de tétraèdres isolés : (SiO₄)^4-


Ex : péridots comme l’Olivine (vert,
Orthorhombique) caractéristique des roches mantelliques : (Mg,Fe)₂SiO₄


Ex : Grenats (système cubique) fréquents dans
roches métamorphiques


Ex : Zircon : ZrSiO₄


Ex : Topaze : Al₂[(F,OH)₂|SiO₄]


Ex : nombreux silicates d’Alumine :
andalousite, silimanite, disthène, staurotide caractéristiques des roches
métamorphiques (macle en croix caractéristique de la staurotide).

1. Les Sorosilicates
   

[Sôro = groupe]


Caractérisés par des groupes de 2 tétraèdres unis par
un oxygène commun : (Si₂O₇)^6-


Assez rares. Ce sont les épidotes. Ils résultent de
l'altération d'autres minéraux comme les amphiboles.


Ex : Les épidotes colorées en vert dans les
schistes (métamorphisme faible) sont généralement monocliniques : OH.Ca₂(AlFe)₃(SiO₄)₃

1. Les Cyclosilicates
   

[Cyclo =
anneau]


Silicates en
anneau où les tétraèdres forment une chaîne fermée en étant unis par un atome
d’Oxygène. Sur 4 sommets, seuls deux sont liés à d'autres tétraèdres.


Ils sont
caractéristiques des pegmatites (roches magmatiques à gros cristaux). Les deux
plus importants sont :

• les tourmalines, à anneaux de 3
  tétraèdres
  

Minéraux
très peu altérables résistant à plusieurs cycles sédimentaires.

• les béryls, à anneaux de 6
  tétraèdres
  

Les variétés pures sont des pierres précieuses
(émeraude, aigue_marine, la morganite)

1. Les Inosilicates
   

[Ino = chaîne]


Sur 4 sommets, seuls deux sont liés à d'autres tétraèdres.
Silicates en chaînes ouvertes de tétraèdres simples ou doubles.





a) Les chaînes simples : les pyroxènes (px)


Ils sont caractéristiques des roches volcaniques, mais
peuvent être trouvés dans des roches plus profondes basiques ou ultrabasiques
(ex : enstatites (Opx), augites (Cpx))


les orthopyroxènes (Opx) :


Dans cette famille, entre les chaînes, il y a de
petits ions Mg²⁺ et Fe²⁺.


C'est une série isomorphe qui s'étale entre :


- 1 pôle magnésien: Enstatite [(SI O₃)2]
Mg₂


- 1 pôle ferreux: Orthoferrosilite. [(SI O₃)₂]
Fe₂


Les clinopyroxènes (Cpx) :


On retrouve à peu près tous les termes de la série
précédente sous une forme Monoclinique, ce sont les espèces les plus
nombreuses.


En plus d'être Ferromagnésien, ils sont aussi
Calciques : l'Augite, noire ébène, elle est la plus fréquente dans les
Basaltes et le Diopside dans les roches métamorphiques.


À ce classement nous devons ajouter des Clinopyroxènes
alcalins. Ils sont de nature sodique: Na se substitue à une partie du
trio [Fe, Mg, Ca] : c'est l'Aegyrine.


L'Augite aégyrinique est un minéral intermédiaire entre les 2 sous
familles précédentes.


Le classement de l'ensemble des Pyroxènes s'effectue
suivant le principe d'un diagramme triangulaire dont les pôles sont occupés par
des minéraux contenants exclusivement soit:


- du Mg (Enstatite)


- du Fe (Ferrosilite), minéral théorique,


- du Ca (Wollastonite).


Dans une roche : on pourra trouver 1 ou 2 Pyroxènes,
suivant son mode de formation.


C'est la quantité de Calcium, de plus présente, qui
est le régulateur:


- si elle est faible ou nulle, on trouvera des ortho
ou des Clinopyroxènes seuls;


- si elle est notable, les Orthopyroxènes
coexisteront alors avec des Clinopyroxènes Calciques (mais dans ce cas,
il faut, bien entendu, tenir compte du fait que d'autres minéraux, comme
certains Plagioclases, se forment en utilisant aussi le Calcium).


b) Les chaînes doubles : les amphiboles


Minéraux en aiguilles. Ils ont la même chimie que les
pyroxènes mais ils sont hydratés (+OH).


Dans la structure des amphiboles le couplage des
chaînes fait apparaître des clivages : 2 directions faisant entre elles un
angle de 122 à 126°.


On notera que la différence de valeur avec l'angle des
clivages des Pyroxènes (environ 90°) est due au fait que les files d'amphiboles
ont une base formée de trapèzes plus allongés que ceux des Pyroxènes.


Pôle Ca : horneblende (vert foncé)


Pôle Na : glaucophane


Pôle Fe-Mg : actinote fibreuse (un des
constituant de l’amiante).


Les amphiboles peuvent provenir de la transformation
des pyroxènes par ouralitisation (= auréole d’altération (amphibole) autour des
pyroxène suite à l’hydratation)


Les amphiboles s’altèrent en chlorite, épidote,
calcite et talc.


Pour reconnaître les cristaux de pyroxène et
d'amphibole qui sont tous noirs parfois légèrement verdâtres: les amphiboles
ont la forme de baguettes allongées alors que les pyroxènes sont plus des pavés
proches du carré. Les cassures du pyroxène sont à 90° alors que les amphiboles
présentent plutôt des clivages à 120°., les amphiboles ont une apparence plus
lisses que les pyroxènes

1. Les Phyllosilicates
   

[phyllo =
feuille]


Sur les 4
sommets, un seul n'est pas en relation avec un autre tétraèdre. Cette structure
forme ainsi un réseau plat à maille hexagonale.

• Les micas : Leur aspect extérieur est
  lamellaire ou fibreux.
  
  
  
  • le mica blanc ou muscovite,
    riche en K essentiellement,
    
  • Le mica noir ou biotite, riche
    en K, Mg et Fe. On ne la rencontre pas dans les roches sédimentaires.
    
  
  
• Les chlorites et serpentines qui proviennent de
  l'altération d'autres minéraux ferro-magnésiens (pyroxènes, micas,
  amphiboles, olivine).
  
• Le talc, caractéristique des roches
  métamorphiques.
  
• Les minéraux argileux (illite, kaolin..).
  

1. Les Tectosilicates
   

[tecto =
réseau]


Chaque
sommet d'un tétraèdre est en relation avec un autre tétraèdre. Les tétraèdres
sont unis les uns aux autres par leurs 4 sommets
Ce sont :

• La silice : quartz – coésite
  –calcédoine –opale
  
• Les feldspaths : on distingue ceux
  

-riches en
potassium : orthose, sanidine (caractéristique des hautes températures) et
microcline.


-ceux de la
série Na-Ca : Les plagioclases. Na et Ca pouvant facilement se remplacer on
trouve une série progressive de minéraux selon leur pourcentage en Na et Ca.
L'albite, constitue le pôle Na, et l'anorthite le pôle Ca.


L’altération
des feldspaths donne un mica blanc particulier, la séricite ou des minéraux
argileux (chlorite)

• Les feldspathoïdes : de composition proche aux
  feldspaths, ils présents dans les roches pauvres en silice, mais riches en
  soude (NaOH) et potasse (KOH). La leucite est riche en potassium tandis
  que la néphéline est riche en sodium (on la trouve principalement dans les
  phonolites).
  

Coexistence impossible entre le Quart et les
Feldspathoïdes (sous-saturés)





IV) Les
minéraux non-silicatés


1) Les
éléments natifs

• Les métaux : Or, Argent,
  cuivre natifs
  
• Les métalloïdes : soufre
  natif, carbone (diamant, graphite)
  

Les métalloïdes
sont des éléments sont des éléments de la classification périodiques qui ne
sont pas des métaux mais dont les oxydes sont acides : soufre (SO2),
phosphore (PO2), carbone (CO2)…


2) les
halogénures

• Les chlorures : Halite
  (NaCl) et Sylvite (KCl)
  
• Les fluorures : Fluorine
  (CaF₂)
  

3) les
sulfures


galène
(PbS),


Blende
(ZnS),


Pyrite (FeS₂,
or des fous) et Marcassite (FeS₂)


Chalcopyrite
(CuFeS₂)


4) les
oxydes

• Oxydes de fer
  

Magnétite
(Fe₃O₄)


Hématite (Fe₂O₃)
noire qui laisse des traces rouge sang

• Oxydes de titane
  

Rutile (TiO₂),
Anatase (TiO₂)

• Oxydes d’aluminium
  

Le Corindon
(Al₂O₃) : le saphir comme le rubis est un corindon
(dureté de 9)

• Le groupe des spinelles :
  

Dans le
groupe des spinelles, on distingue le spinelle au sens strict de formule
chimique MgAl2O4. Dans cette structure, le magnésium (Mg) peut être partiellement
remplacé par le fer (Fe). L'aluminium (Al) peut être remplacé
partiellement par du chrome (Cr). Le spinelle des lherzolites a pour
formule (Mg,Fe)(Al,Cr)2O4


Remarque :
la magnétite et la chromite font également partie du groupe des spinelles


5) les
carbonates

• Calcite, aragonite : CaCO₃
  
• Dolomie : (Ca,Mg)CO₃
  
• Sidérite : FeCO₃
  

6) les
sulfates

• gypse CaSO₄, 2H₂O
  
• Anhydrite : CaSO₄
  (gypse déshydraté)
  

7) les
phosphates

• L’apatite : phosphate de calcium Ca₅(PO₄)3(F,Cl,OH) en cristaux ou agrégats, où l'on trouve des
  inclusions de chlore, de fluor, de silicium et de terres rares.
  

EXEMPLES DE QUELQUES MINERAUX USUELS…

Le Quartz (querklufterz: ancien terme allemand)

Le quartz est un oxyde de silicium généralement transparent ou translucide dont l'éclat peut être vitreux ou gras. Il est omniprésent à la surface de notre planète. Il est souvent grisâtre ou blanchâtre mais parfois noir, mauve bleu ou jaune. On le distingue des autres minéraux semblables par son absence de plan de cassure (clivage). En fait, lorsque l'on frappe sur le quartz, celui-ci se brise de la même façon que le verre, créant une cassure arrondie (cassure conchoïdale) évoquant l'intérieur d'une coquille.

Le quartz
possède une dureté suffisante pour rayer le verre, on lui connaît donc
plusieurs utilités. Il est souvent employé comme abrasif sur les papiers
sablés, il sert également pour fabriquer la céramique, la porcelaine, la vitre
et les contenants de verre. Les cristaux purs et limpides ainsi que les
variétés colorées servent en joaillerie. À cause de leur propriété
piézo-électrique (de produire de l'électricité sous l'effet d'une pression),
les cristaux de quartz sont employés dans les transmetteurs radiophoniques et
les appareils électroniques de précision. Les cristaux limpides et purs sont
employés en optique.

La calcite Du latin calx, calcis, qui veut dire chaux, la calcite est généralement blanche, mais peut aussi être incolore ou encore prendre des couleurs très variées. Son éclat est vitreux ou parfois mat, le plus souvent translucide elle peut aussi être transparente. Une image observée à travers un cristal de calcite se verra dédoublée. La calcite est soluble à l'acide HCl 10%, elle réagit alors avec effervescence. Elle présente également de belles faces de clivages.

Les
Feldspaths



Les feldspaths sont de loin les minéraux les plus abondants sur Terre. Ils
forment un grand ensemble de minéraux que l'on divise en deux grands groupes
distincts.





Les
Feldspaths Plagioclases


Les
feldspaths plagioclases forment une série continue de minéraux de composition
chimique différente. On doit déterminer le nom d'un minéral à partir de sa
chimie.

La labradorite est un feldspath plagioclase riche en calcium. Ce minéral sombre est apprécié pour ses reflets chatoyants qui vont du bleu indigo au vert turquoise en passant par toute une gamme de violets étincelants. Il possède deux clivages parfaits en plus de macles polysynthétiques (il s'agit d'un type spécial d'agencement de plusieurs cristaux en lamelles).

Les Feldspaths Potassiques Les feldspaths potassiques se brisent suivant deux plans de clivage bien nets. La couleur de ces minéraux est habituellement rose à orangée mais peut parfois être incolore, blanche, verte ou même rougeâtre. Ils entrent dans la fabrication des céramiques, des porcelaines, du verre, des briques, dans les savons et les poudres de récurage.

Le graphite Du grec graphein qui veut dire écrire. Il est essentiellement constitué de carbone (C). D'apparence graisseuse à luisante, le graphite se présente dans Lanaudière en veines et en paillettes disséminées. Le graphite possède une vaste gamme de propriétés physiques et chimiques le rendant très convoité.

Ce minéral
gris métallique est tellement tendre qu'il tache les doigts et il constitue la
mine à l'intérieur de nos crayons. Il est également souple, bon conducteur
électrique, pratiquement inerte chimiquement en plus d'être difficilement
fusible. On l'utilise en métallurgie, dans la fabrication des piles, batteries,
céramiques, peintures anticorrosives et antistatiques, le caoutchouc, panneaux
solaires, des garnitures de freins et les écrans cathodiques.

Le Grenat Du latin granatum qui signifie grenade, le fruit rouge à petits grains. Le grenat forme un groupe de plusieurs espèces se distinguant principalement par leur composition chimique et leurs couleurs. Dans Lanaudière, on retrouve souvent le grenat de couleur rouge intense et parfois d'un rose violacé. Ils forment des cristaux d'aspect granulaire dont les faces forment de petits losanges.

Son éclat
est vitreux et il réfléchit très vivement la lumière. C'est également un
minéral dont la dureté élevée lui permet de rayer le verre. On utilise donc les
variétés limpides de grenat en joaillerie alors que les variétés moins
spectaculaires servent d'abrasifs pour le sablage à jet ou avec le papier.

La Biotite La biotite est un mica noir contenant du fer et du magnésium. Elle fut nommée ainsi en l'honneur du physicien français, Jean-Baptiste Biot. Comme tous les micas, la biotite possède un clivage parfait permettant de se séparer en minces feuillets. Ces feuillets transparents d'éclats vitreux, résistants, flexibles et élastiques offrent des propriétés thermiques et électriques intéressantes.

On utilise
la biotite dans la fabrication d'équipement électrique et électronique,
des matériaux d'isolation, des peintures, des ciments et des plastiques.