La détermination des minéraux

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

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

-La Dureté
-La Couleur
-La Trace
-La Transparence
-L’éclat
-Le clivage et la cassure
-La Morphologie ( certains diront le faciès )
-La Densité
-La réactivité aux acides, aux bases et à l’eau.
-Les divers ( luminescence, fluorescence, radioactivité )

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.

• 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 de 0 à 10, qui va mesurer la résistance de ce minéral à être rayé, abrasé (usé) ou pénétré. 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 échelle de dureté de 1 à 10 avec 10 minéraux types.

Dureté    Minéral Type          Est rayé par                Raye
  1          Talc                       l'ongle	
  2          Gypse                    l'ongle	
  3          Calcite                   le cuivre	
  4          Fluorite                  un couteau	
  5          Apatite                  un couteau
  6          Orthose	           un couteau                  le verre
  7          Quartz                   un couteau                  le verre
  8          Topaze                                                    le verre
  9          Corindon                                                 le verre
 10          Diamant                                                 le verre

Il suffit d'avoir des étalons de dureté connue, et d'essayer de les rayer avec le minéral à identifier. Il y a 3 étalons assez simples et pratiques : l'ongle à 2,5, la pièce en cuivre (3,5) ou la lame de couteau (5,5), et la lame de verre vers 6,5. Ce qui raye le verre a une dureté de plus de 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 ce test à ne pas forcer, la rayure doit se faire sans que l’on exerce de pression importante.

Chaque minéral 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.

• 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. C'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 certain 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 absorbé, la couleur du cristal est typique des atomes qu'il contient. (ex: Azurite (Cu) = bleu, Rhodonite (Mn) = rose, Autunite (U) = jaune, etc...)

• Allochromatiques (couleur du fait des inclusions), 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.

• 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 vernis). Pour exemple, prenons une hématite. Beau minéral gris/noir…sa trace sera systématiquement…Rouge Sang. Pour les minéraux plus durs que la porcelaine il faut les réduire en poudre au marteau et frotter la poudre sur la porcelaine. La couleur de la trace n'est pas forcément la même que celle du minéral, comme l’exemple de l’hématite le prouve.

• 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: Emeraudes)

• Translucide, la lumière traverse mais c'est tout (ex: Quartz laiteux)

• Non-transparent, la lumière ne passe pas mais il est translucide en coupe mince (ex: Amphiboles)

• Opaque, la lumière ne passe pas du tout (ex: Pyrite)

• 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 déterminatif qui est très relatif, selon que le minéral soit bien cristallisé, 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:

• Métallique, c'est un éclat fort bien marqué sur les faces cristallines et les plans de clivage. Caractérise surtout les minéraux opaques(ex: Pyrite)

• Semi-métallique, c'est l'éclat de certains minéraux transparents ou semi-transparents. (ex: Cuprite)

• Adamantin, c'est l'éclat fort des minéraux translucides à transparents (ex:diamant)

• Vitreux, éclat qui rappelle le verre (ex: Quartz)

• Gras, comme celui du Talc

• • Nacré, caractéristique des minéraux transparents à semi-transparents ayant un bon clivage en feuillets.(ex: Gypse)

• Soyeux, typique des minéraux fibreux. (ex:certaines calcédoines)

• Mat, éclat faible de minéraux surtout terreux.(ex:Kaolin)

• 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 de 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 plan de clivage.

• 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 formes géométriques définies. 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 a un coquillage (style palourde ) des autres types de cassures. Enfin il faut noter que certains minéraux, tel le gypse, se clivent selon un plan et se cassent si ils sont frappés hors de leur plan 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)

• • Bon, les plans de clivage ne sont pas parfaitement droits (ex: Feldspaths)

• • 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)

Plus le clivage est bon plus c'est facile de casser l'échantillon http://www.geowiki.fr/index.php?title=Image:Clivage.jpg&redirect=no

La cassure est surtout identifiée par le fait qu’elle est conchoïdale ou pas. http://www.geowiki.fr/index.php?title=Image:Cassure.jpg&redirect=no

• 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 suivantes:

• • 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 trous entre les minéraux bien formés)

• • Cristaux à forme isométrique: ils ont une symétrie centrale

• • Cristaux à forme allongée dans un sens: minéraux en colonne, aiguille, fibreuse, capillaire

• • 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 assemblages de petites billes

• • Agrégats cristallins dendritiques, typique de l'or ou du cuivre

• • Agrégats cristallins poreux, mousseux, spongieux

• • Agrégats cristallins en stalactites

• Pseudomorphoses: des minéraux se forment en remplacement d'autres apparus avant mais les nouveau, bien que différents prennent la forme (ou pseudo-forme) des anciens minéraux.

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.

• 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 sur 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)

Pour calculer la densité d'un minéral, on mesure son poids dans l'air (Mair); On mesure 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 avec des inclusions ou de l'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 a la masse atomique de l’ensemble des atomes constituant l’échantillon. Il est donc évident que certains calculs sont plus théoriques que pratique.

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

Produit indispensable : un peu d'acide chlorhydrique, ou au pire du vinaigre blanc et une pipette. La plupart des 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). 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 le halite ( sel gemme ) sont réactif à l’eau.

• Les divers ( luminescence, fluorescence, radioactivité, … )

• La Luminescence est l'émission de rayonnement lumineux par des minéraux.

Il existe plusieurs formes de luminescence:

• • La triboluminescence: venant de frottements entres minéraux.

• • La thermoluminescence: les minéraux sont luminescents quand ils sont chauffés

• • La photoluminescence: luminescence quand on éclaire un minéral avec une source de lumière visible ou invisible. ( Par exemple de la lumière noire des U.V. )

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

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

Certain minéraux émettent une odeur caractéristique ( Soufre, Arsénopyrite ) et 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 test est donc à utiliser avec discernement. certains sont solubles dans l'eau.