La détermination des minéraux

Article compilé à partir des informations collectées dans divers fils de discussion de Géoforum.

Un minéral se caractérise par ses propriétés physico-chimiques, sa dureté (classée sur l'échelle de Mohs de 0 à 10) et sa formule chimique, les variations admises dans la composition font que le minéralogiste considère volontiers les minéraux comme des espèces minérales, se caractérisant certes par leurs propriétés physiques (les plus « visibles » étant la symétrie, la couleur, la dureté, l'éclat, la trace et l'indice de réfraction) et chimiques, mais ne pouvant se confondre avec les éléments ou avec les composés chimiques du chimiste.

AIDE A LA DETERMINATION DES MINERAUX

Il faut noter qu’un certain nombre de tests sont destructeurs pour le minéral à identifier, si l’échantillon est limité il est donc recommandé de n’avoir recours à ces tests qu’en dernier ressort et sur la partie de l’échantillon qui présente le moins d’intérêt minéralogique.

Un minéral se détermine grâce à un certain nombre de propriétés, plus ou moins simples à identifier. Ces propriétés sont les suivantes :

La Dureté

Pour paraphraser un célèbre jeu, on pourrait appeler ça le "Qui raye Qui". La dureté est une valeur relative, comprise sur une échelle allant de 0 à 10, qui va mesurer la résistance d'un minéral à la rayure, à l'abrasion (usure), ou à la pénétration. C'est un des plus importants paramètres physiques des minéraux. Il permet souvent d'identifier rapidement un minéral (avec la prise en compte d'autres facteurs). L'échelle la plus souvent utilisée est celle de Mohs (1822), qui donne une graduation de dureté de 1 à 10 avec 10 minéraux types.

• Il suffit d'avoir des étalons de dureté connue, et d'essayer de les rayer avec le minéral à identifier. Il y a 4 étalons assez simples et pratiques : l'ongle (2 à 2,5), la pièce en cuivre (3,5), la lame de couteau (5,5), et la lame de verre (vers 6,5). Ce qui raye le verre a une dureté supérieure à 6,5 (quartz, corindon, diamant…), ce qui est rayé par l'ongle a une dureté inférieure à 2,5 (d’où les informations dans le tableau ci-dessus).
  Il faut bien faire attention, lorsque l’on pratique ces tests, de ne pas forcer : la rayure doit se faire sans que l’on exerce de pression importante.
  
• Utiliser le verre d'une fenêtre. Rayer le verre sur deux bons centimetres, en appuyant bien, et en utilisant pour ce faire une arête ou un angle vif de l'échantillon. Ensuite, verifier qu'il s'agit bien d'une rayure (et non d'une simple trace) : essuyer la rayure en la frottant avec le doigt humide : elle ne doit pas disparaitre ; gratter la rayure du bout de l'ongle : ça devrait accrocher un peu.

Chaque minéral type raye le précédent et est rayé par le suivant. Ainsi, si un minéral (dont on cherche à établir la dureté), raye l'orthose et est rayé par le quartz, alors sa dureté est d'environ 6,5. Dans les tests, il faut prendre un morceau en pointe pour essayer de rayer une surface test.

voir aussi à Liste minéraux par dureté

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La Densité

Il suffit de prendre la pièce en main. Il s'avère que notre corps, et en particulier notre main, semble réglée sur la densité de la croûte terrestre (moyenne de 2,6). L'idéal est d'avoir un échantillon de 4 ou 5 cm (un peu plus petit que le poing). Pour cette même taille, certains vous paraîtrons "lourds" (le terme exacte étant "dense", c'est le cas typiquement de la barytine, la galène…), d'autres "légers", et enfin certains "moyens". Bien sûr, la densité se calcule aussi, sur une échelle de 1 à 20 :

• Minéraux légers (1 - 2)
• moyennement lourds (2 - 4)
• lourds (4 - 6)
• très lourds (6 - 20)

• Méthode de laboratoire :
  

Pour calculer la densité d'un minéral, on mesure sa masse (son " poids ") dans l'air (Mair); On mesure sa masse (son " poids ") lorsqu'il est immergé dans une colonne d'eau distillée (Meau) D = Mair / (Mair - Meau)

Attention la densité pour un même minéral peut varier beaucoup en fonction de la présence possible d'inclusions, ou de l'état d'oxydation. Il existe d’autres méthodes de calcul, qui sont liées aux masses volumiques des composés chimiques présents dans l’échantillon à peser, cette masse volumique étant elle-même liée à la masse atomique de l’ensemble des atomes constituant l’échantillon. Il est donc évident que certains calculs sont plus théoriques que pratiques.

• Autre méthode plus facile à mettre en oeuvre :

Calcul de la densité des échantillons de taille moyenne, même avec pèse-lettre ou balance de cuisine (meilleure est la balance, mieux c'est !).

1) Mettre un récipient d'eau sur une balance et faire la tare (eau distillée uniquement pour les puristes)
2) Immerger totalement l'échantillon sans toucher le fond ni le bord (mesure M1)
3) Laisser couler l'échantillon (mesure M2)
Densité = M2 / M1

Ou, si la tare n'est pas utilisée
1) Balance à 0, mettre un récipient d'eau sur une balance (mesure M0)
2) Immerger totalement l'échantillon sans toucher le fond ni le bord (mesure M1)
3) Laisser couler l'échantillon (mesure M2)
Densité = (M2 - M0) / (M1 - M0)

Rq1 : la mesure M1 affichée par la balance est également le volume de l'échantillon en cm3
Rq2 : Pour les échantillons poreux, bien s'assurer que les bulles d'air sont parties avant de faire les mesures
Rq3 : la pierre peut être tenue par une ficelle (petites pierres) mais un filet est plus pratique pour les plus grosses pierres.

voir aussi à Liste minéraux par densité

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La Trace

Mystérieux test que celui-ci. Il se base sur la couleur que la poudre du minéral laissera sur l'envers d'une plaque de porcelaine (le coté granuleux, non verni). Pour exemple, prenons une hématite. Beau minéral gris/noir… sa trace sera systématiquement… rouge sang ; alors que la goethite, mineral noir aussi, laissera un trait jaune ocre... Pour les minéraux plus durs que la porcelaine, il faut les réduire en poudre au marteau et frotter la poudre sur la porcelaine. Alors que les minéraux les plus tendres (graphite, molybdénite, etc.) seront frottés directement sur une feuille de papier (genre " Canson "). La couleur de la trace n'est pas forcément la même que celle du minéral, comme l’exemple de l’hématite et de la goethite le prouve.

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Le Clivage et la Cassure

• Le clivage est un plan de cassure privilégié dont l'orientation est dictée par la structure cristalline… ". C’est donc la propriété qu'ont certains minéraux de se casser suivant des directions prédéterminées par la structure atomique du minéral. En fonction des minéraux, il peut y avoir une, deux, ou trois directions de clivage. On parle alors de plans de clivage et du nombre de plans de clivage. On estime la qualité du clivage suivant 5 niveaux :
  • Excellent, le minéral se clive en fines lamelles dans un sens. (ex : muscovite...)
  • Très bon, le minéral se clive en formes régulières délimitées. (ex : galène en cubes, calcite en rhombohèdres...)
  • Bon, les plans de clivage ne sont pas parfaitement droits (ex : orthose...)
  • Imparfait, on ne voit pas bien le clivage, les surfaces de clivage sont irrégulières. (ex : apatite...)
  • Très imparfait, il n'y a pas réellement de clivage (ex : pyrite...) on parle alors de cassure
  • Certains minéraux, à défaut de montrer des clivages, peuvent posséder des plans de séparation…

• La cassure correspond à une fracture qui n'est pas prédéfinie dans le minéral. C'est le cas du quartz par exemple. La cassure n'ayant pas de plan de faiblesse à exploiter, pas de forme géométrique définie. Le quartz présente une cassure, dite conchoïdale, assez facilement reconnaissable. Ensuite pour la cassure il faut différencier :
  • la cassure conchoïdale qui forme toujours une esquille (de taille très variable suivant le choc reçu ...) ressemblant à un coquillage (genre palourde)
  • la cassure irrégulière (ex : pyrite...)
  • la cassure écailleuse ... qui est intermédiaire des deux précédentes.

Enfin il faut noter que certains minéraux, tel le gypse, se clivent selon un plan et se cassent s'ils sont frappés hors de leur plan de clivage.

Plus le clivage est bon, plus il est facile de casser l'échantillon.

La cassure est surtout identifiée par le fait qu’elle est conchoïdale ou pas.

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La Couleur

Ça peut paraître bateau, mais bon, ce qui nous saute aux yeux va forcément constituer un indice qui va être prépondérant. Cependant, " l'habit ne fait pas le moine ", est un adage qui s'applique particulièrement bien dans le cas qui nous intéresse. Bien que les minéraux aient en général une couleur principale qui les caractérise, il faut savoir que les magies de la chimie et de la physique nous réservent des surprises. La couleur est un caractère important mais pas toujours fiable. En effet beaucoup de minéraux peuvent avoir un grand nombre de couleurs (ex: les variétés de quartz). Cependant pour beaucoup d'autres minéraux la couleur est caractéristique : l'albite est blanche, l'azurite est bleue, la chlorite est généralement verte (elle peut avoir d'autres couleurs dans certains cas particuliers ), etc... On répartit les minéraux en 4 groupes suivant l'origine de la couleur :

• Achromatiques (incolores), la lumière qui traverse les cristaux n'est pas modifiée (ex : cristal de roche)
• Idiochromatiques (colorés), une partie du spectre lumineux est absorbée, la couleur du cristal est typique des atomes qu'il contient. (ex: azurite (Cu : cuivre) = bleu, rhodonite (Mn : manganèse) = rose, autunite (U : uranium) = jaune, etc...)
• Allochromatiques (couleur du fait des inclusions en traces), le minéral contient une faible proportion d'atomes étrangers et cela colore le cristal (ex : variétés de quartz)
• Pseudochromatiques (apparemment colorés), des fractures, courbes, plis dans le réseau du cristal provoque des irisations.

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La Transparence

C'est le fait de laisser passer la lumière ou non. On distingue les niveaux de transparence suivants :

• Transparent, même avec une grande épaisseur (ex : cristal de roche...)
• Semi-transparent, la vision est trouble à travers (ex : fluorine, calcite...)
• Translucide, la lumière traverse, mais c'est tout (ex : calcédoine, agate...)
• Non-transparent, la lumière ne passe pas, mais il est translucide en coupe mince (ex : actinote...)
• Opaque, la lumière ne passe pas du tout (ex : pyrite, galène...)

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L'éclat

L'éclat est la perception visuelle de la manière dont un minéral réfléchit la lumière. On parle d'éclat métallique, vitreux, adamantin, résineux, soyeux, terreux… C'est un déterminatif qui est très relatif, selon que le minéral soit bien cristallisé, ou pas, frais ou altéré, et en fonction de sa taille. C'est la lumière qui est réfléchie par le minéral. Un même minéral n'a pas toujours le même éclat suivant sa morphologie. (voir ci-dessous) Les différents éclats sont :

• Métalliques:
  • Métallique, c'est un éclat fort bien marqué sur les faces cristallines et les plans de clivage. Caractérise surtout les minéraux opaques (ex : pyrite, galène...)
  • Semi-métallique (sub-métallique), c'est l'éclat de certains minéraux transparents ou semi-transparents. (ex : sphalérite, cassitérite...)
• Non-métalliques:
  • Adamantin, c'est l'éclat fort des minéraux translucides à transparents (ex : diamant...)
  • Vitreux, éclat qui rappelle le verre (ex : quartz...)
  • Gras à résineux, comme celui du talc, du soufre...
  • Nacré, caractéristique des minéraux transparents à semi-transparents (ex :calcédoine...) et ayant un bon clivage en feuillets. (ex : gypse...)
  • Soyeux, typique des minéraux fibreux. (ex : trémolite, gypse fibreux...)
  • Mat, éclat faible de minéraux surtout terreux. (ex : kaolinite, montmorillonite...)

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La Morphologie

C'est la forme des cristaux, il est important de noter qu'un même minéral peut avoir beaucoup de formes différentes, par exemple la calcite. On distingue :

• les formes cristallines
  • Cristaux idiomorphes : que des faces cristallines
  • Cristaux hyidiomorphes : ils ont des faces cristallines bien visibles
  • Cristaux xénomorphes : ils sont déformés car leur croissance a été limité par la présence d'autres cristaux (en fait ils remplissent les videss entre les minéraux bien formés)
  • Cristaux à forme isométrique : ils ont une symétrie centrale
  • Cristaux à forme allongée dans un sens : minéraux en colonnes, aiguilles, fibreux, capillaires
  • Cristaux à forme allongée dans 2 sens : en tablettes, disques, feuillets, écailles

• les agrégats :
  • Agrégats cristallins grenus, même minéraux associés en petits grains
  • Agrégats cristallins aciculaires, cristaux rayonnants
  • Agrégats cristallins en lamelles, comme pour les micas
  • Agrégats cristallins oolithiques, comme un assemblage de petites billes
  • Agrégats cristallins dendritiques, typiques de l'or, de l'argent, ou du cuivre
  • Agrégats cristallins poreux, mousseux, spongieux
  • Agrégats cristallins en stalactites
  • Voir aussi : Cristal paragraphe agrégats.

• les Pseudomorphoses : des minéraux se forment en remplacement d'autres apparus avant, mais les nouveaux, bien que différents, conservent la forme (ou pseudo-forme) des anciens minéraux. (Voir : Pseudomorphoses et Les périmorphoses)

La forme est donc un déterminant important, mais il faut faire très attention, car un même minéral va pouvoir prendre plusieurs formes en fonction des conditions de sa mise en place.

voir aussi à Cristal

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La réactivité aux acides, aux bases et à l’eau

Produit indispensable : un peu d'acide chlorhydrique (HCl), ou au pire du vinaigre blanc et une pipette. La plupart des carbonates (voir : V CARBONATES) sont réactifs à l'acide. La réaction au vinaigre est moins évidente, mais elle est quand même visible. La calcite, principale représentante de cette classe, émet une légère effervescence en présence de quelques gouttes d'acide.

Il existe des variantes au test, comme l'acide à chaud pour la dolomite, qui est un peu moins réactive que sa cousine calcite. D'autres minéraux ne font pas effervescence, mais sont solubles dans l'acide, ou même dans l'eau (la halite par exemple). voir à : Liste minéraux par solubilité.

ATTENTION : bien que nécessaire dans des concentrations qui ne sont pas énormes, l'acide chlorhydrique reste un produit actif. A manipuler avec les précautions d'usage, dans un cadre aéré !!

Sans plus s’étendre sur le sujet, un certain nombre de minéraux sont réactifs à divers acides, diverses bases, et des minéraux comme la halite ( sel gemme ) sont réactif à l’eau. voir aussi à Comment nettoyer les minéraux ?.

Attention danger !

Les acides, bases et autres produits chimiques, concentrés peuvent provoquer des brûlures sur la peau et les muqueuses, l’utilisation doit toujours se faire par des personnes formées et équipées (blouse, gants, lunettes), et sous hotte.

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Les divers ( luminescence, fluorescence, radioactivité, … )

• La Luminescence est l'émission, ou la réémission, de rayonnement lumineux par des minéraux. Il existe plusieurs formes de luminescences :
  • La triboluminescence : venant de frottements entre minéraux, ou de chocs portés sur certains minéraux ;
  • La thermoluminescence : certains minéraux sont luminescents quand ils sont chauffés ;
  • La photoluminescence: luminescence qui se produit quand on éclaire certains minéraux avec une source de lumière visible ou invisible, (par exemple de la "lumière noire" des U.V. ) ;
  • La phosphorescence : est une forme de luminescence qui se poursuit - durant un temps plus ou moins long - après que la source ayant causé l'une des luminescences ci-avant exposées ait été supprimée.

voir aussi à Luminescence et minéraux et aussi à Sensibilité des minéraux.

• La radioactivité se détecte grâce à un compteur Geiger ou à un dosimètre.

Minéraux radio-actifs : allanite, autunite, bétafite, brannérite, calcumorlite, carnotite, chalcolite, curite, fergusonite, gadolinite, gummite, héliodore, kasolite, lodévite, microlite, orthite, pechblende, phosphuranylite, phurcalite, pyrochlore, renardite, sabugalite, sklodowskite, swarzite, thorianite, thorite, torbernite, tyuyamunite, uraninite, uranite, uranophane, uranopilite, uranotile, uranospinite, vanularite, wolendorfite, zircon...

• Le magnétisme, ou son absence, est assez simple à trouver, grâce à un aimant.

• Autres:
  • L'odeur : certains minéraux émettent une odeur caractéristique : le soufre a une odeur particulière. Il en va de même pour l'arsénopyrite (ou Mispickel pour les nostalgiques) qui, à la cassure fraîche, présente une odeur d'ail.
  • le goût : d’autres ont un goût caractéristique (halite, potasse). Il faut tout de même faire attention à ce que l’on met sur la langue, certain minéraux sont toxiques, ce genre de test est donc à utiliser avec discernement.
  • solubilité : certains minéraux sont solubles dans l'eau (ex: halite ou sel gemme). D'autres se dissolvent dans un acide ou une base (carbonates dans HCl (l'acide chlorhydrique), avec ou sans effervescence). voir aussi à Comment nettoyer les minéraux ?.

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La couleur de la flamme

Permet de détecter la présence dans l'échantillon de certains éléments chimiques !

On utilise un morceau du minéral mince, aux arêtes vives. On le saisit avec une pince, on le met dans la partie non éclairante de la flamme du bec après avoir trempé l'échantillon brièvement dans HCl. Ne pas y plonger également les pinces (qui peuvent être souillées par autre chose) et éviter de toucher l'échantillon avec les doigts avant la manip car le sel de la peau peut troubler le résultat. Il vaut mieux, donc, utiliser un morceau frais du minéral pour éviter les traces étrangères possibles à sa surface !

voir aussi à FORMULES CHIMIQUES

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____________PAR ÉLÉMENTS à RECHERCHER___________ As : faiblement azur Ba : jaune-vert Ca : orange à rouge brique Cu : émeraude CuCl2) : azur K : violet clair Li : rouge carmin Mn : verte Mo : jaune-vert Na : jaune vif Pb : gris-vert à bleuâtre Rb : bleu Sb : très faible bleu-vert Se : bleu Sr : carmin Te : verdâtre (pour les oxydes) Tl : verte (couleur disparaissant vite) Zn : verte (à bleu)

____________PAR COULEUR de la FLAMME___________ jaune vif : Na jaune-vert : Mo jaune-vert : Ba verte : Ti (couleur disparaissant vite) verte : Mn verte (à bleu) : Zn verdâtre : Te (pour les oxydes) émeraude : Cu gris-vert à bleuâtre : Pb bleu-vert très faible : Sb bleu : Se bleu : Rb azur : CuCl2 faiblement azur : As violet clair : K carmin : Sr rouge-carmin : Li orange à rouge brique : Ca

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Fusibilité des minéraux

• avec une bougie : anglésite, antimoine natif, bismuth natif, bismuthinite, borax, cryolite, gonnardite, mésolite, natrolite, natronite, nitratite, phosgénite, stibine, ulexite...

• au chalumeau facilement : acmite, actinote, adamite, aégyrine, allanite, almandin, amblygonite, andradite, ankérite, annabergite, antimoine natif, apatite, apophyllite, argent natif, argentite, arsénopyrite, astrophyllite, atacamite, autunite, axinite, azurite, babingtonite, bénitoïte, béryllonite, biotite, boléïte, boracite, bornite, boulangérite, bournonite, brochantite, bromargyrite, bronzite, calcédoine, cancrinite, chabazite, chalcocite, chalcophyllite, chalcopyrite, chalcotrichite, chessylite, chlorargyrite, chromite, clinozoïsite, colémanite, copiapite, covelline, crocidolite, crocoïte, cuivre natif, cuprite, cyanotrichite, damburite, datolite, descloïzite, dipyre, dravite, dufrénite, elbaïte, emplectite, énargite, épidote, epsomite, érubescite, érythrite, ferberite, fluorite, galène, glaubérite, glauconite, glaucophane, grossulaire, halite, halotrichite, haüyne, hédenbergite, hessonite, hétérosite, heulandite, hubnérite, huréaulite, hyalite, idocrase, ilménite, jadéite, jamésonite, kunsite, lapis lazuli, laumontite, lauwsonite, lazurite, léadhilite, lépidolite, leucite, libéthénit, linarite, liroconite, malachite, marcasite, marialite, méionite, milarite, millérite, mimétite, mispickel, néphéline, néphrite, neptunite, nickéline, olivénite, or natif, orpiment, pectolite, pharmacolite, phillipsite, pistchite, plumosite, préhnite, proustite, purpurite, pyrargyrite, pyrite, pyromorphite, pyrrhotite, réalgar, rhodonite, riébeckite, rubellite, scapolite, scolécite, scorodite, skuttérudite, sodalite, soufre natif, spessartite, sphène, spodumène, stilbite, strontianite, sylvanite, sylvite, tanzanite, tennantite, ténorite, thénardite, thomsonite, thulite, titanite, torbernite, tourmaline, trémolite, uranite, uvite, vanadinite, vésuvianite, vivianite, wernérite, withérite, wolframite, wollastonite, wulfénite, zinnwaldite zoïsite...

• au chalumeau difficilement : adulaire, albite, andésite, anorthite, anthophyllite, antigorite, augite, bixbyite, cummingtonite, édénite, gédrite, grunérite, hornblende, hypersthène, microlite, muscovite, oligoclase, pargasite, sénarmontite, valentinite...

• se sublime : (Propriété de passer d'un état solide a l'état gazeux.) arsenic natif, arsénolite, calomel, claudetite, mercure natif, salmiac, tellurite...

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CLÉ de DÉTERMINATION

Un lien utile  : http://www.rockhounds.com/rockshop/mineral_id/#Key

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