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Lycée forestier de Mesnières COURS DE GEOLOGIE MASSENET Jean-Yves Version 2012-

Lycée forestier de Mesnières COURS DE GEOLOGIE MASSENET Jean-Yves Version 2012-2013 Chapitre 1 : Minéralogie 1. Définition d’un minéral Minéral : Un minéral est un solide (à l’exception du mercure) naturel répondant à une composition chimique bien déterminée et possédant un ensemble de propriétés caractéristiques (couleur, clivage, luminescence,..). Il possède souvent une structure atomique ordonnée (à l’exception des minéraux amorphes). Les minéraux permettant d’obtenir un métal après traitement métallurgique portent le nom de minerai. 2. Structure d’un cristal 2.1. Les formes primitives C’est en 1774 que Haüy1, prêtre et enseignant à Paris , présenta ses travaux sur la forme cristalline des minéraux. Il découvrit, en brisant un gros cristal de calcite (=spath d’Islande de forme rhomboèdrique) , que ce dernier se brise en morceaux dont la forme est semblable. Ces morceaux pouvant être scindés en morceaux de forme semblable encore plus petits etc… jusqu à atteindre une taille limite qu’il appela la « molécule intégrante ». Les cristaux se brisant selon des plans préférentiels appelés plans de clivage. Suite aux travaux de Haüy, Romé de l’Isle2 (1783) détermina 7 formes de molécule intégrante (la plus petite « brique » élémentaire de Haüy constituant un cristal) qu’il appelera formes primitives. Ces formes primitives étant les suivantes : cubique, quadratique, hexagonale, rhomboèdrique, orthorhombique, monoclinique, triclinique. 2.2.Maille élémentaire et réseau cristallin Les minéraux, à de rares exceptions près, sont des solides cristallins, c'est-à-dire qu'ils sont formés d'atomes ou de groupements d'atomes disposés de façon périodique dans les trois directions de l'espace (on parlera de motif moléculaire ou motif atomique); de la même façon qu'un papier peint est constitué de la répétition d'un même motif. Ces atomes, ou groupes d'atomes, représentent la maille élémentaire (= briques élémentaires de Haüy) et leur répétition dans l'espace constitue le réseau cristallin. 1 Décédé en 1822, il repose au cimetière du Père-Lachaise à Paris 2 Jean-Baptiste Louis Romé de L'Isle (1736-1790) est un minéralogiste français considéré comme l'un des créateurs de la cristallographie moderne Prenons l’exemple simple du le sel de table. Le minéral halite (sel de table) possède une structure atomique déterminée que l'on dit cubique. On l'appelle cubique parce que l'arrangement des atomes, en alternance régulière entre les Cl et les Na, forme une trame cubique : c’est la maille élémentaire, base de la cristallographie. La périodicité de la structure d'un cristal est donc représentée par un ensemble de points régulièrement disposés. Cet ensemble est appelé réseau cristallin et les points le constituant sont appelés nœuds du réseau. On utilise généralement les paramètres de maille : les longueurs des vecteurs (cotés de la maille) , , et , et les angles formés entre eux, α, β et γ (angles entre les faces). Ces paramètres permettent de définir les sept systèmes cristallins correspondants aux 7 formes primitives : CUBIQUE HEXAGONAL TRICLINIQUE MONOCLINIQUE ORTHORHOMBIQUE QUADRATIQUE RHOMBOEDRIQUE 2.3. Forme des cristaux Lorsque l’on observe certains cristaux, leur forme diffère des formes primitives vues ci dessus, alors comment l’expliquer ? Considérons un gros cube constitué de « briques » élémentaires cubiques. En enlevant des parallélépipèdes en nombre décroissant à partir des sommets ou d'une arête de la forme complète, on peut obtenir une forme octaédrique, comme par exemple celle de la fluorine D'après ce principe, la forme d'un cristal va donc dépendre du nombre d'éléments le composant, de sorte que les faces du cristal soient formées de minuscules gradins. Fluorine forme cubique Fluorine de forme octaedrique Ce principe explique la variétés de formes que peuvent prendre les minéraux. Un même minéral pouvant se présenter sous plusieurs formes (exemple : la fluorine peut être de forme cubique ou octaèdrique, etc). 3 Minéralogie Descriptive 3.1. Objectifs La minéralogie descriptive conduit à identifier un minéral sur base de critères d’observations et de tests d’expérimentation. Dans le cadre de ce cours, seuls les principaux minéraux seront abordés. 3.2. Tests d’observation et tests d’expérimentation 3.2.1. Tests d’observation : A. Forme ou habitus : En minéralogie, l'habitus est la forme cristalline dominante d'un minéral La forme d’un même minéral peut varier mais, combinée à d’autres observations elle peut conduire à son identification. Exemples d’habitus : Halite (NaCl) : forme cubique ; Calcite (CaCO3) : forme rhomboèdrique,… ; Fluorine(CaF2) : forme cubique ou octaèdrique,…. ; Quartz (SiO2) : prisme hexagonal terminé par deux rhomboèdres (quartz α) ou par une bipyramide hexagonale (quartz β) : Mica : monoclinique B. Structure macroscopique : Feuilleté : micas , asbeste (amiante) ; Fibreuse : gypse ; Oolithique : oligiste olithique ; …. C. Cassure et clivages En minéralogie, la cassure désigne l'aspect de la surface d'un minéral qui, après avoir été soumis à une contrainte, se brise en présentant des surfaces de fractures irrégulières, dans des directions quelconques. Si les surfaces de fractures sont planes, dans des directions privilégiées, on parle de clivage. Cassures et clivages sont liés à la structure cristalline des minéraux et sont des critères importants de détermination. Tous les minéraux présentent des cassures, mais elles peuvent être difficiles à observer lorsque le clivage est facile dans plusieurs directions. On distingue différents types de cassures :  conchoïdale : cassure nette et brillante, comme le verre. La surface est onduleuse, les ondulations s'arrangeant concentriquement à partir du point de choc qui a produit la fracture (aspect d'un intérieur de coquillage). C'est la cassure typique du quartz, mais aussi de certaines roches vitreuses comme l'obsidienne.  inégale  rugueuse  friable  terreuse  esquilleuse D. Eclat : On distingue plusieurs types d'éclat : 1. éclat métallique : caractérisé par un fort pouvoir réflecteur (0,4 à 0,6) de la surface et une forte absorption de la lumière dans le volume du minéral. Minéraux opaques : les métaux natifs, les sulfures et sulfosels et quelques oxydes métalliques. L'indice de réfraction est 3 ou supérieur. 2. éclat submétallique : c'est l'éclat de certaines espèces minérales qui ne réfléchissent pas la totalité de la lumière, et dont l'indice de réfraction est entre 2,6 et Ex. hématite (3,0) 3. éclat non métallique : c’est l’éclat des minéraux plus ou moins transparents; il est subdivisé en plusieurs types: éclat vitreux ou pierreux : c'est l'éclat typique du verre et des minéraux dont l'indice de réfraction est compris entre 1,3 et 1,9. Ce groupe comprend 70 % des minéraux, presque tous les silicates (quartz par exemple), les carbonates, les phosphates, les sulfates, les halogénures, oxydes et hydroxydes de cations légers comme aluminium et magnésium ; éclat adamantin : c'est l'éclat brillant typique du diamant et des minéraux dont l'indice de réfraction est compris entre 1,9 et 2,6 ; le pouvoir réflecteur est compris entre 0,1 et 0,2. Exemples : soufre , diamant . Quand l'éclat adamantin est accompagné de couleur jaune ou marron on parle d'éclat résineux ; éclat nacré : l'éclat nacré est le résultat d’une structure fibreuse fine. Les minéraux à éclat nacré ont des propriétés optiques ressemblant celles des vêtements en soie ; éclat cireux : le minéral apparaît comme s’il était couvert d’une couche de cire. E. Couleur : Celle ci peut être variable pour un même minéral en fonction des impuretés qu’il contient, mais certains possèdent une couleur très caractéristique (graphite = noir ; soufre = jaune ; azurite = bleu ; malachite = vert,…) La couleur de la poussière (trait) peut également permettre une identification : orpiment (ocre) ; galène (noire) ; blende (grise) , …. 3.2.2. Tests d’expérimentation 3.2.2.1. Tests physiques A. La densité Lorsque les minéraux à tester sont de taille modeste, on peut recourir à l’emploi de liqueurs lourdes telle que le bromoforme (densité de 2,9). On plonge le mineral dans le liquide. S’il flotte, sa densité est <2,9, on va alors ajouter de l’alcool (densité=1) à la liqueur pour abaisser progressivement la densité du liquide. On atteindra la densité du mineral au moment où celui ci coule. B. La dureté Inventée en 1812 par le minéralogiste allemand Friedrich Mohs, l'échelle de Mohs permet de déterminer la dureté relative des minéraux à partir de dix minéraux bien définis de dureté variable. Cette échelle (non linéaire) est graduée de 1 à 10 (1 correspond à la dureté la plus faible et 10 la dureté la plus forte). Le principe de cette échelle repose sur le fait qu'un minéral ne peut rayer un autre que si sa dureté est supérieure. Voici les dix minéraux de références qui composent cette échelle de Mohs. 1 Talc 2 Gypse 3 Calcite 4 Fluorite 5 Apatite 6 Orthose 7 Quartz 8 Topaze 9 Corindon 10 Diamant Quelques repères de dureté : 2.5 Ongle 3 Pièce en cuivre 5 Lame de canif 5.5 Verre de vitre 6.5 Lime en acier La luminescence La luminescence est la propriété que possèdent certains corps d’émettre des rayons lumineux lorsqu’on les expose à une lumière vive, qu’on les chauffe ou qu’on les frotte ou qu’on les soumet à une charge électrique. Si la luminescence ne persiste pas sans la cause qui l’a produite on parlera de luminescence (ex : fluorine). Par contre, si a luminescence persiste plus ou moins longtemps à la cause qui l’a produite, on uploads/s3/ chap-1-mine-raux-non-silicates 1 .pdf