Histoire de la minéralogie

ESSAI DE SYNTHESE DE L'HISTORIQUE DE LA MINÉRALOGIE

(à compléter et corriger si besoin..)

AVANT PROPOS

Dès le début de son existence sur la Terre, l’homme a commencé à s’intéresser aux substances naturelles et à les utiliser.

Les découvertes archéologiques nous apprennent que dès la Préhistoire les hommes se sont intéressés aux roches et aux minéraux, pour fabriquer des outils, des parures, des bijoux et des décorations (peintures rupestres) puis, l’homme a su tirer partie des spécifications des roches et des minéraux, dureté pour les haches polies, puis de la malléabilité et de la fusibilité des minéraux or, cuivre …) et, de là, l’invention de la métallurgie avec l’apparition du premier alliage : le bronze.

Depuis cette période, l’étude des minéraux s’est développée, ce qui a donné naissance à une nouvelle discipline scientifique : LA MINERALOGIE.

• La minéralogie est la science qui étudie les minéraux.
  Sur les 92 éléments chimiques naturels que l’on trouve sur la Terre, 12 étaient connus avant 1700, 32 avant 1800 et 82 avant 1900. Depuis que l’homme s’intéresse aux minéraux, il n’a cessé de découvrir de nouvelles espèces mais, ce n’est que depuis le 19ième siècle que le nombre des espèces découvertes augmente réellement. Avant 1700 on dénombrait environ 20 espèces minérales, on en comptait environ 80 avant 1800 et environ 200 avant 1900. À partir du 20ième siècle, avec l’amélioration des techniques d’identification (la découverte de la diffraction des rayons X dans les cristaux en 1912 et du microscope électronique en 1932), le nombre des espèces minérales connues a véritablement explosé, pour atteindre 2000 espèces en 1970, puis 2600 en 1980 et 3500 en 2000, chiffre en constante augmentation car il est décrit une quarantaine d’espèces nouvelles par an en moyenne. On arrive actuellement à environ 4300 !!

• Un minéral est une substance formée naturellement, généralement inorganique, exceptionnellement organique. Un minéral donné est caractérisé par une formule chimique et une structure cristalline, c'est-à-dire respectivement par la nature des atomes qui le composent et leur agencement dans l'espace. La minéralogie concentre les diverses approches d'étude des minéraux sur ces bases théoriques. L'étude des minéraux et des théories explicatives de la présence de minéraux est fort ancienne.
  La minéralogie est sûrement née de la volonté des hommes de trouver les matières indispensables à leur survie, comme des mines de silex durant l'âge de la pierre, puis des métaux comme le cuivre ou le fer.... l'uranium.
  Les premiers résultats concrets sur la formation des minéraux datent de la découverte du microscope et du principe de la cristallographie au XVIIe siècle.

• La cristallographie est la science qui se consacre à l'étude des substances cristallines à l'échelle atomique. Les propriétés physico-chimiques d'un cristal sont étroitement liées à l'arrangement spatial des atomes dans la matière. L'état cristallin est défini par un caractère périodique et ordonné à l'échelle atomique ou moléculaire. L'étude des cristaux permet de visualiser des plans, axes et centres de symétrie…

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l'HISTOIRE

Vers 700 av. J.C.

• Première idée de l’atome et de la constitution de la matière professée en Inde par l’école des Vaiçeshika .

IVe siècle av. J.C.

• Théorie atomique des matérialistes grecs [Leucippe, Démocrite (460-370 av. J.C.)].

IIIe siècle av. J.C.

• Vers 390 av. J.C. Platon suppose que les quatre éléments sont dans des proportions semblables.
• Les premières notions scientifiques se rencontrest dans la météorologie d’Aristote.
• Aristote (384-322 av. J.C.) émet sa théorie de la matière et est le premier à diviser le monde minéral en deux classes : les métaux et les fossiles..
• Enseignement des sciences minéralogiques au Lycée d’Athènes, par Théophraste (372-287 av. J.C.), élève d’Aristote. En 315 avant J.C., il classa les minéraux en « fossiles » , qu’il subdivisa en « pierres », en « terres » et en « métaux », il décrit le Chrysocolle, le Cinabre et le Gypse et le saphir entre autres.

IIe siècle av. J.C.

• 250 av. J.C. Archimède découvre le principe qui porte son nom.
• Début de la différenciation des espèces minérales par des tests de dureté et de densité d’après les travaux d’Archimède (287-212 av. J.C.).

I siècle ap.J.C

• Traité sur les sciences naturelles, de Pline l'Ancien‎ (23-79 ap. J.C.). Les quatre derniers volumes de son Histoire naturelle consacrée aux minéraux et aux gemmes.
  C'est à Pline L'Ancien que nous devons les noms de Diamant, Galène, Orpiment, Stibine au début de l'ère chrétienne .
• Avicenne (980-1036 ap. J.C.) rangea les minéraux en « pierres », »métaux », « soufres » et « sels » et démontra l’utilité de l’analyse pour différencier les différents corps.

Au Ve siècle ap.J.C.

• Les slaves et les vénètes exploitent les mines de Bohème, et avant l’an 1000 les mines de Hongrie et de Saxe…

Du Xe au XIVe siècle ap. J.C.

• Développement de l’alchimie, grands travaux des encyclopédistes arabes et chrétiens d'après les travaux d’Aristote et de Pline l’Ancien sur la théorie des quatre éléments (air, eau, terre, feu) cette théorie sera rejetée définitivement au XVIIIe siècle.
• Durant la deuxième moitié du Moyen Age, la recherche pratique des métallurgistes sur le traitement des minerais donna de nouveaux éléments à la minéralogie, les minéraux étaient alors classés en quatre groupes : « les pierres et les gemmes », « les minerais », « les combustibles » et « les sels » par Albert le Grand (1193-1280).

Du XVe au XVIe siècle ap. J.C.

• Développement de la méthode expérimentale défendue par Leonard de Vinci (1452-1519) et Bernard Palissy (1510-1589) pour expliquer la présence des fossiles par des causes géologiques naturelles.
• Premières idées de l’origine des fossiles vers 1500; et de la cristallisation et de la forme des minéraux.
• Apparition des premiers minéralogistes véritablement scientifiques : Paracelse (1493-1541) Georg Bauer dit Agricola (1494-1555) qui écrivit De re metallica, ouvrage qui donne les fondements de la gîtologie, de l’art des mines et de la minéralogie. Agricola est bien le premier à utiliser, pour décrire les minéraux, les propriétés telles que la couleur, l'éclat, le goût, la dureté et la densité.
• Agricola découvrit le bismuth; Paracelse le zinc…
• En 1557, Encelius semble être le premier à décrire la classification des minéraux; et en 1563, Gessner le premier à écrire sur la cristallographie.

XVIIe siècle

• Premières observations sur la constance des angles dièdres par N. Sténon (1638-1686), première étude de la cristallographie par Hottinger (1680-17..).
• En 1669, Stenon observe que les angles des cristaux sont constants, en étudiant des cristaux de quartz de différentes grosseurs, formes et origines. La même année, Erasmus Bartholin découvre la double réfraction de la lumière dans un cristal de calcite.

XVIIIe siècle Les méthodes inventées par Agricola sur le traitement des minerais et l’exploitation des mines perdureront jusqu’au XVIIIe siècle.

• En 1723, Brandt découvre l’arsenic et le cobalt; et Linné le nickel peu après 1756.

• En 1749, Buffon publie sa Théorie de la Terre.

• Dès 1751 Jean Étienne Guettard met en évidence l'origine volcanique de la chaîne des Puys des monts d'Auvergne.

• La minéralogie prend son essor, les premières Écoles des Mines sont créées à Freiberg (Saxe) en 1765, Madrid (Espagne) et à Paris le 19 mars 1783. Elles forment des minéralogistes de renom, comme Johann Gottfried Schreiber, grâce à des professeurs réputés tels : Abraham Gottlob Werner et René-Just Haüy : les fondateurs de la minéralogie.

• C'est Axel-Frederik de Cronstedt (1722-1765), qui rapproche la chimie et la minéralogie avec l'emploi du chalumeau pour étudier les diverses réactions à la chaleur, à l'aide d'acides et de fondants.

• C'est en 1774 que l'abbé Haüy ébauche les premières théories sur l'organisation et sur la constitution intime de la matière. Il décrira les règles géométriques, leur agencement, il dégage l'idée d'atome, d'unité et de périodicité à partir de l'observation du phénomène de clivage d'un cristal de calcite cassé : les bases de la cristallographie. Haüy montra que la forme des cristaux résultait de l'empilement de petits volumes de matière qu'il nommait molécules intégrantes, et dont son élève, Gabriel Delafosse déduira la notion de maille cristalline en 1840. La loi des indices rationnels ou des troncatures simples fut définie par l'abbé René Just Haüy. Il est l'auteur de nombreuses observations, mesures d'angles de cristaux et publications. Il découvre les règles de symétrie des cristaux et propose le premier "les sept systèmes cristallins", toujours utilisés de nos jours.

• Romé de l’Isle utilisera des notions de description "troncatures"et "formes primitives" qui l'amèneront à formuler sa loi de "constance des angles"..Il publiera en 1772 un Essai de Cristallographie puis en 1783 sa Cristallographie.
  Il fut le premier à énoncer la loi de constances des angles.
  Romé de l’Isle ami et disciple de Sage à qui l’on doit la création de l’école des mines de Paris en 1783.

• Entre 1781 et 1782, Dellnyard découvre le tungstène; Grégor le titane; Muller le tellure; Hielm le molybdène…

• C'est en 1783 que Arnould Carangeot, éleve de Romé de l'Isle, eut alors l'idée de mesurer les angles à l'aide d'un rapporteur comportant une alidade mobile: c'est le "goniomètre" d'application qui permit rapidement de vérifier la loi fondamentale de Romé de l’Isle.

• Jean-Étienne Guettard entreprit des relevés sur le terrain, dès 1767, dans le but d'un atlas minéralogique de la France, au quel Lavoisier participa. Mais ce n'est qu'en 1777 que sera publié l'Atlas minéralogique de la France, les prémices des cartes géologiques.

• En 1786, Werner nomme la Torbernite, en 1789, la Prehnite.

• Antoine Laurent de Lavoisier dont son Traité élémentaire de chimie (1789) est considéré comme le premier manuel chimique moderne, son ouvrage contient une liste d'éléments ou substances qui ne peuvent être décomposées davantage, incluant l'oxygène, l'azote, l'hydrogène, le phosphore, le mercure, le zinc et le soufre, est considéré en tant que père de la chimie moderne.

• En 1789 le chimiste prussien Klaproth découvre l'uranium.
• En 1792, Haüy nomme l'Euclase; en 1797, il nomme la Dioptase.
• En 1792, Dolomieu différencie un carbonate : la Dolomie.

• En 1793, le 10 juin signature du décret donnant le statut au Muséum d'Histoire Naturelle.
• En octobre 1795, Haüy se vit remettre la précieuse collection de Romé de L'Isle, achetée par Gillet de Laumont, Directeur de l'Agence des Mines.

• En 1797, Vauquelin découvre le chrome; Hatchet le tantale; Wollaston le palladium et le rhodium…

• Abraham Gottlob Werner publie Caractères externes des minéraux en 1797.

XIXe siècle

• Haüy enseigne la minéralogie au Muséum national d'histoire naturelle à partir de 1800, en remplacement de Déodat Gratet de Dolomieu. Et il publie son Traité de minéralogie en 1801, somme de toutes les connaissances cristallographiques et minéralogiques de l'époque qui comporte la description détaillée de milliers d'échantillons soigneusement rassemblés dans le Cabinet dont il avait la charge.

• En 1803, Descotis découvre l’iridium; Tennant l’osmium; et Berzélius le cérium en 1804...

• Friedrich Mohs est connu pour ses travaux sur les minéraux, qu'il a classés en fonction de leurs caractéristiques physiques de dureté, indépendamment de leur composition chimique comme cela se faisait auparavant, et il étudie les systèmes cristallins en 1820. On lui doit notamment l'échelle de dureté publiée en 1822, qui porte son nom. A l'origine, Friedrich Mohs avait choisi dix minéraux à la dureté croissante auxquels il avait attribué des nombres entiers avec valeur comprise entre 1 et 10, c'est "l'échelle de Mohs". Il étudie en 1824 la thermoluminescence de la fluorine qu'il nomme fluorescence.

• Davy renomera la potasse, la soude, la baryte, la strontiane et la chaux en potassium, sodium, baryum, strontium et calcium.

• En 1830 Johann Hessel, à partir des différentes combinaisons des éléments de symétrie cristalline défini "les 32 classes de symétrie" , liés à 7 types fondamentaux de symétrie d'orientation, qu'il regroupe sous "les 7 systèmes cristallins" étudiés par Mohs.

• William Hallowes Miller, en 1839, introduit les notations ("les indices de Miller") en cristallographie, ce sont le rapport des longueurs des trois vecteurs et des trois axes et des trois angles que forment entre eux ces axes, des systèmes cristallins.

• C'est Gabriel Delafosse, élève de l'abbé René Just Haüy, qui proposa le concept de maille en cristallographie en 1840.

• Jean-Baptiste Élie de Beaumont publie en 1841, avec Dufrénoy, "une carte géologique de la France", résultat de près de trente ans de travail (1823-1836)

• Armand Dufrénoy est l'auteur d'un traité de minéralogie en trois volumes dans lesquels il décrit les propriétés physiques et chimiques de divers minéraux ainsi que leurs relations géologiques. Éminent professeur de minéralogie, Dufrénoy retourne à Londres pour acquérir la collection de minéraux créée par l'abbé Haüy, fondateur de la cristallographie, et c'est sous son impulsion que la collection du Muséum a pu devenir l'une des plus complètes au monde.

• Auguste Bravais définit en 1848 "les 14 réseaux de Bravais", à partir des 32 classes de symétrie, il n'existe pas d'autre façon de disposer des points dans l'espace, afin de réaliser un réseau ou une maille, de manière à ne laisser aucun volume libre entre les réseaux. Les 14 réseaux de Bravais sont des expansions des 7 formes primitives de cristaux (les 7 systèmes cristallins).

• l'Autunite, décrit par Brooke et Miller en 1852, sur l'étude d'échantillons provenant de la ville d Autun en Saône-et-Loire.

• Mendeleïev est principalement connu pour son travail sur la classification périodique des éléments, publié en 1869 et également appelé " tableau de Mendeleïev". Il déclara que les éléments chimiques pouvaient être arrangés selon un modèle qui permettait de prévoir les propriétés des éléments non encore découverts.

• En 1875 Félix Pisani publie son Traité élémentaire de minéralogie avec Alfred Des Cloizeaux.

• Des Cloizeaux s'intéressa surtout aux minéraux transparents ou translucides que sont les quartz et les feldspaths; ce qui le mena à introduire les méthodes de l'optique cristalline pour caractériser et identifier, de la manière la plus rigoureuse possible, les espèces minérales. Désirant exploiter au maximum la biréfringence il utilisa un microscope polarisant modifié par ses soins, afin de déterminer la nature exacte des systèmes cristallins. Son élève Alfred Lacroix découvrit de nombreuses espèces minérales.

• Alfred Lacroix s'intéresse dès le lycée à la minéralogie à travers les manuels de René Just Haüy, Pisani et Dufrénoy. À 18 ans, il est accepté comme membre de la Société de minéralogie de France. Il devient docteur es sciences en 1889, en 1904 il est élu membre de l'académie des sciences, dont il devient le secrétaire perpétuel pour les sciences physiques en 1914, charge qu'il occupe pendant 34 ans. Parmi ses principales publications se trouvent le célèbre ouvrage Minéralogie de la France en six volumes, publié en 1893; et réédité en 1962 puis en 1977, il fait encore aujourd'hui la joie des minéralogistes.

• 1898, découverte par Pierre et Marie Curie du radium et du polonium.

XXe siècle

• Georges Friedel établi une classification géométrique des macles en 1904 et définitivement en 1919, cette classification est la plus rigoureuse qui fut établie.

• Max Von Laue découvre en 1912 la diffraction des rayons X dans les cristaux. William Henry Bragg et son fils, utilisent ce procédé pour élaborer leurs premiers modèles de structures atomiques du réseau cristallin.

• En 1913, Bragg et son fils déterminent les structures atomiques de l'Halite, de la Blende (ou Sphalérite) et du Diamant.

• En1935, Datation des roches par radioactivité (VERNADSKI Vladimir).

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LES MINÉRAUX

• Sur les 92 éléments chimiques naturels que l’on trouve sur la Terre, 12 étaient connus avant 1700, 32 avant 1800 et 82 avant 1900. On dénombre actuellement 117 éléments.

• Depuis que l’homme s’intéresse aux minéraux, il n’a cessé de découvrir de nouvelles espèces mais, ce n’est que depuis le 19ième siècle que le nombre des espèces découvertes augmente réellement. Avant 1700 on dénombrait environ 20 espèces minérales, on en comptait environ 80 avant 1800 et environ 200 avant 1900. À partir du 20ième siècle, avec l’amélioration des techniques d’identification (la découverte de la diffraction des rayons X dans les cristaux en 1912 et du microscope électronique en 1932), le nombre des espèces minérales connues a véritablement explosé, pour atteindre 2000 espèces en 1970, puis 2600 en 1980 et 3500 en 2000, chiffre en constante augmentation car il est décrit une quarantaine d’espèces nouvelles par an en moyenne.

• Les 4300 espèces connues sont réparties en 9 classes :

Classe I : Eléments natifs, 3 % des espèces minérales connues ;
Classe II : Sulfures, 16 % des espèces minérales connues ;
Classe III : Halogénures, 4 % des espèces minérales connues ;
Classe IV : Oxydes, 15 % des espèces minérales connues ;
Classe V : Carbonates, 8 % des espèces minérales connues ;
Classe VI : Sulfates, 8 % des espèces minérales connues ;
Classe VII : Phosphates, 17 % des espèces minérales connues ;
Classe VIII : Silicates, 28 % des espèces minérales connues ;
Classe IX : Composés organiques, 1 % des espèces minérales connues.

Sur ces 4300 espèces, on estime qu’il n’y a qu’environ un millier d’espèces dont les cristaux dépassent le centimètre, les autres ne sont que millimétriques, voire seulement de l’ordre du micron. De plus, toutes les espèces minérales ne se rencontrent pas en France et à l’inverse certaines ne sont connues qu’en France.

En France, il a été découvert à ce jour moins d’un tiers des espèces connues et sur ce tiers d’espèces la moitié sont millimétriques ou infra-millimétriques.

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