Quels sont les caractéristiques géologiques des minéraux ?

Tout bon géologue ou chasseur de minéraux vous dira qu’un minéral est une entité inorganique dont la composition chimique est connue et qui, dans la plupart des cas, a une forme géométrique régulière.

Dans la nature, quatorze éléments se combinent pour générer une cinquantaine de minéraux. Néanmoins, à peine plus de la moitié d’entre eux sont d’une importance capitale. L’objectif est de mettre l’accent sur l’importance d’une connaissance approfondie de ces quelques minéraux communs et de leur identification.

Rien d’autre dans tout le domaine de la géologie n’est aussi simplement acquis et aussi précieux ; car il est totalement impossible de connaître les définitions des roches, ou de distinguer les minéraux de façon absolue et scientifique, si on n’est pas familier avec les minéraux qui les composent. Tout cela se base sur la façon dont a été formé la roche.

À une ou deux exceptions près, de nombreux minéraux rocheux typiques peuvent être facilement différenciés par leurs seules caractéristiques physiques, ce qui fait de leur identification une question d’observation facile et tout à fait à la portée des enfants. De plus, comme ces minéraux sont abondants, il est très simple d’en obtenir des exemples.

Elles peuvent être classées dans les grandes catégories suivantes : Composition, Forme cristalline, Dureté, Gravité spécifique, Lustre, Couleur et Trait.

La composition des minéraux

Selon la définition d’un minéral, celui-ci devrait être défini et exprimable par une formule chimique. Lorsque ce n’est pas le cas, on suppose normalement que le minéral est partiellement désintégré ou que l’on a affaire à une combinaison minérale. Il est essentiel de faire comprendre que les qualités les plus fondamentales des éléments, telles que la gravité spécifique et le lustre, ne sont pas perdues lorsqu’ils se combinent, mais peuvent être retrouvées dans les composés.

En d’autres termes, les attributs des minéraux sont, dans une large mesure, la moyenne des propriétés des éléments dont ils sont constitués ; les minéraux dominés par des éléments métalliques lourds sont lourds et métalliques, et vice versa.

Pour bien comprendre ce point, comparez un minéral comme la galénite, un minerai commun de plomb qui contient près de 87 % de ce métal lourd, ou l’hématite, qui contient 70 % d’un autre métal lourd, le fer, avec le quartz, qui est composé de parties presque égales d’oxygène et de silicium, deux éléments non métalliques typiques.

De nombreux minéraux contiennent de l’eau et sont donc hydratés. L’eau, qu’elle soit sous forme liquide ou solide, est l’un des composants minéraux les plus légers et les plus basiques. Il est donc significatif que les minéraux hydratés soient toujours plus légers et généralement plus basiques que les espèces anhydres de composition comparable. D’autres exemples notables de ce concept seront mis en évidence dans les descriptions de minéraux qui suivent.

Structure cristalline des minéraux

Un cristal est délimité par des surfaces planes qui sont organisées de manière symétrique par rapport à des lignes imaginaires qui passent par son centre et sont appelées axes. Les cristaux d’une même espèce présentent des angles constants entre les plans semblables, alors que les angles comparables varient d’une espèce à l’autre, ce qui fait que chaque espèce a sa propre forme distincte.

En plus de la symétrie extérieure de la forme, la cristallisation crée une régularité de la structure intérieure et, dans certains cas, une fracture. Le clivage fait référence à la régularité de la fracture, ou à la tendance à se briser ou à se fendre le long de plans spécifiques. La surface fournie par le clivage est souvent propre et éblouissante. Elle est invariablement parallèle à un plan extérieur du cristal. Il convient de noter que les lamelles de clivage n’existent en aucune façon tant qu’elles ne sont pas rendues visibles par la fracture.

Classement des minéraux par systèmes cristallins

Les cristaux sont classés en six systèmes selon le nombre et la relation de leurs axes, comme suit :

• Système isométrique : trois axes égaux se coupant à angle droit. Prenons l’exemple du cube.
• Système tétragonal : deux axes égaux, un axe inégal, se coupant tous à angle droit. A titre d’exemple, considérez un prisme carré.
• Système orthorhombique : trois axes inégaux, mais toutes les intersections sont à angle droit. Prenons l’exemple du prisme rhombique.
• Système monoclinique : trois axes inégaux avec une jonction oblique. À titre d’exemple, considérez le prisme rhombique oblique.
• Le système triclinique est constitué de trois axes inégaux qui se coupent obliquement. Prenons l’exemple du prisme rhomboïdal oblique.
• Système hexagonal : Trois axes égaux situés dans un plan et se rencontrant à des angles de 60°, un quatrième axe traversant chacun d’eux à angle droit et étant plus long ou plus court. À titre d’exemple, considérons le prisme hexagonal.

Un large éventail de formes secondaires est formé en tronquant et en biseautant les angles et les bords de ces formes fondamentales.

La cristallisation d’un minéral peut se manifester de deux façons : d’abord, par la régularité de sa structure interne ou de son arrangement moléculaire, comme le montrent le clivage et la polarisation de la lumière transmise. Puis, par la régularité de la forme externe, qui est la conséquence de la symétrie de l’arrangement des molécules dans des conditions favorables.

Le cas des minéraux amorphes

Le terme “amorphe” désigne un minéral qui est complètement dépourvu de structure cristalline, tant à l’extérieur qu’à l’intérieur.

La plupart des spécimens de minéraux sont essentiellement des collections de cristaux défectueux, les cristaux parfaits et distincts étant l’exception rare. Dans de tels cas, et lorsque le minéral est amorphe, la structure de la masse peut être la suivante :

• Colonnaire ou fibreuse par nature.
• Matériaux lamellaires, foliacés ou micacés.
• Granulaire. Un minéral est impalpable, compact ou massif lorsque les grains ou les particules cristallines sont visibles à l’œil nu.
• La forme extérieure de la masse peut être : De forme botryoïdale, avec des surfaces ressemblant à des raisins.
• Stalactique, avec la formation de stalactites ou de colonnes suspendues.
• Amygdaloïde ou concrétionnaire, avec des masses globulaires distinctes se développant dans la roche environnante.
• Structures dendritiques, ramifiées ou arborescentes.

Dureté des minéraux

La résistance à l’abrasion offerte par un minéral est appelée la dureté. Cependant, la dureté est une expression strictement relative. La calcite, par exemple, étant dure par rapport au talc, mais plutôt molle par rapport au quartz. C’est pourquoi les minéralogistes ont jugé essentiel de choisir des minéraux spécifiques pour servir de point de comparaison à tous les autres, ce que l’on appelle l’échelle de dureté. Ils sont placés à intervalles à peu près égaux, du minéral le plus mou au plus dur, comme suit :

• Le talc.
• Le gypse.
• La calcite
• La fluorite
• L’Apatite
• L’orthoclase
• Le quartz
• La Topaze ou Béryl
• Le corindon
• Le diamant

Si un minéral raye la calcite mais est rayé par la fluorine, sa dureté se situe entre 3 et 4, peut-être 3,5. S’il ne raye ni n’est rayé par l’orthose, sa dureté est de 6, et ainsi de suite. Étant donné que peu de minéraux sont plus durs que le quartz, les sept premiers éléments de l’échelle sont suffisants pour toutes les applications courantes.

Bien qu’il soit préférable de connaître l’échelle de dureté et de comprendre comment l’utiliser, les résultats sont pratiquement aussi pertinent et peuvent être obtenus beaucoup plus simplement en utilisant l’ongle du pouce et une lame de couteau ou une lime.

Le talc et le gypse sont facilement rayés par un ongle. La calcite et la fluorite se rayent facilement au couteau ou à la lime. L’apatite est plus difficilement rayé avec une lame de couteau. L’orthoclase se rapproche de la limite de la dureté de l’acier commun, alors que le quartz la dépasse complètement. Ce sont des moyens simple de mesurer la dureté d’un minéral sans avoir de machines de mesures hors de prix et sophistiqués.

Gravité spécifique des minéraux

La gravité spécifique d’un minéral, définie comme son poids par rapport au poids d’un volume équivalent d’eau, est calculée en le pesant d’abord dans l’air puis dans l’eau, puis en divisant le poids dans l’air par la différence entre les deux poids.

La gravité spécifique des minéraux est très variable, allant du pétrole, qui flotte sur l’eau, à l’or, qui est environ dix-neuf fois plus lourd que l’eau. Bien qu’il s’agisse d’une des qualités les plus essentielles des minéraux, elle est moins utile comme moyen de différencier les espèces car elle est plus difficile à évaluer que la dureté. Avec un peu de pratique, on peut toutefois estimer la densité d’un minéral en le tenant dans la paume de la main.

Lustre des minéraux

La propriété la plus essentielle des minéraux basées sur leur relation à la lumière est le lustre, qui désigne la qualité de la lumière réfléchie par un minéral, déterminée par le caractère ou la structure de sa surface. Les lustres métalliques et vitreux sont très importants.

Le lustre métallique décrit pratiquement tous les minéraux dans lesquels les composants métalliques prédominent. C’est le lustre de tous les vrais métaux comme le cuivre et l’étain. Le lustre vitreux est représenté par le verre, mais il est présent dans la plupart des minéraux constitués principalement de composants non métalliques. Les minéraux métalliques sont toujours opaques, mais les minéraux vitreux sont souvent clairs.

Parmi les autres types de lustre, citons l’adamantin (lustre du diamant), le résineux, le nacré et le soyeux. Lorsqu’un minéral, comme la craie, manque de lustre, il est considéré comme terne.

Il convient de préciser que l’éclat et la couleur sont des phénomènes totalement distincts et indépendants. Ainsi, les éléments métalliques comprennent le fer, le cuivre, l’or, l’argent et le plomb, tandis que les éléments vitreux comprennent le quartz blanc ou incolore, la tourmaline noire, le béryl vert, le grenat rouge, etc. En général, n’importe quelle couleur peut exister avec n’importe quel lustre.

Trait et couleurs des minéraux

Les teintes minérales sont classées en deux types : essentielles et non essentielles. Dans tous les cas, par couleur essentielle, on entend la couleur du minéral lui-même dans sa forme la plus pure. Les couleurs non essentielles, en revanche, sont principalement les teintes des impuretés présentes dans les minéraux.

Les minéraux métalliques, qui sont toujours opaques, ont des couleurs essentielles ; cependant, les minéraux vitreux, qui sont toujours plus ou moins transparents, contiennent fréquemment des teintes non essentielles.

L’explication est que dans les minéraux opaques, nous ne pouvons voir que les impuretés immédiatement à la surface, et celles-ci sont généralement insuffisantes pour affecter la couleur. Mais dans les minéraux diaphanes, nous pouvons regarder dans le spécimen et voir les impuretés sous la surface, mettant en évidence, dans de nombreux cas, suffisamment d’impuretés pour confondre la couleur du minéral. L’exemple le plus parlant est l’opale.

Pour le démontrer, prenez n’importe quel minéral ayant une couleur non essentielle (la serpentine est un bon exemple) et rendez-le opaque en pulvérisant ou en abrasant sa surface, la couleur non essentielle, la couleur de l’impureté, disparaît immédiatement. Tout comme l’eau, jaune avec de l’argile en suspension, devient blanche lorsqu’elle est fouettée en mousse et ainsi rendue opaque.

La strie d’un minéral se réfère à sa couleur de base, la couleur de sa poudre, et elle est ainsi nommée parce que la poudre est plus facilement visible en grattant la surface du minéral et en pulvérisant ainsi une minuscule section de celui-ci. Par conséquent, la strie et la dureté sont calculées en même temps. Les stries minérales molles peuvent être simplement reconnaissables en les frottant sur toute surface blanche de dureté adéquate, comme le papier, la céramique ou la pierre de touche.