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Minéralogie 1 UE 3 (J.Deloffre) Chapitre 1 : Histoire et concept I. Introductio

Minéralogie 1 UE 3 (J.Deloffre) Chapitre 1 : Histoire et concept I. Introduction La minéralogie fait partie plus ancienne discipline des sciences de la terre, utiliser en préhistoire, égyptiens, babyloniens, chinois,... antiquité, moyen age, renaissance, devpmt de la chimie et de la physique. Il y a une dualité entre le science de la connaissance et la science de l'application (montre à quartz, cristaux liquides, puces électroniques,...) En minéralogie on distingue plusieurs disciplines, par exemple la minéralogie industrielle qui permet l'utilisation de minéraux, contribue aux techniques de valorisation des minerais, étudie les méthodes de synthèse des espèces rares dans la nature. Toute les roches et minerais sont composés de minéraux, par exemple :  le quartz, la biotite, les feldspaths sont des minéraux présent dans le granite.  L'hématite et la magnétite sont les principaux minerais de fer. II .Définition Le terme minéralogie viens du latin minera = mine. C’est l’étude des éléments naturels, elle recense et defini les propriétés des minéraux et contient également leurs conditions de formation et d’évolution Un minéral : c'est un solide naturel, macroscopiquement homogène, qui posséde une structure atomique ordonné et une composition chimique définie. Mais sur chacun de ces termes, on peut trouver des exceptions : le mercure natif est un minéral « liquide » équivalent synthétique (minéralogie expérimentale ou industrie de synthèse des cristaux) à des fins technologiques ou joaillières(zirconium-> diamant synthétique). Un minéral devrait etre une monophase solide. En fait un grand nombre « d'espèce minérales » se révèlent être des mélanges de microphase distinctes. Par exemple la famille des phyllosilicates (micas, argile...) est paticulièremet concerné. Si l'ordonnancement périodique de la structure est statistiquement présent dans la grande majorité des cristaux, l'existence de défauts cristallins l'altère localement. La plupart des minéraux ont des compositions variables et intermédiaires entre plusieurs pôles chimiquement et cristallochimiquement bien définis. Ce sont des solutions solides ou cristaux mixtes. Quelques espèces seulement ont des compositions chimique pratiquement fixes (quartz SiO₂) par rapport aux éléments majeurs, contrairement à d’autres (comme l’olivine SiO4 (Fe, Mg) ₂ qui peut allais de 0 à 100% de fer…). La définition d'un minéral ne possède donc qu'une portée statistique, mais n'englobe pas le cas de tout les minéraux. Un minéral est différent d'un cristal : le terme de cristal a un sens plus large puisqu'il intègre le sucre, la cellulose, les os, qui ne sont pas des minéraux, bien qu'ils pésentent une composition chimique homogène et un arrangement périodique des atomes. Il existe environ 4000 espèces minérales connues à ce jour. Un minéral est différent d'une roche : matériaux constitutif de l'écorce terrestre formé d'un ou plusieurs minéraux o un minéral : calcite => calcaire; quartz => quartzite,... o plusieurs minéraux : granites, basaltes, gneiss, … Les roches sont dure, plastique, meubles ou liquide (hydrocarbure, houille...). La pétrographie reconnaît trois grands types de roches  roches sédimentaires  roches ignées (magmatiques), avec deux sous-classe = plutonique (sous forme de « bulles » les batholites, qui n’atteignes pas la croûte terrestre, il y a donc un refroidissement lent, qui entraine la formation de minéraux. Ex : granite, syénite, diorite et gabbro) et volcanique (refroidissement rapide, à la surface, formation de « verre » ex : basalte)  roches métamorphiques  roches sédimentaires (exogène-> a l’extérieur de la terre): -siliceuse= grès (abrasif) -carbonaté= calcaire craie -conglomérat= association de roches sédimentaires  Roches Ignées : - intrusives → gabbro, diorites, granodiorites, granites - extrusives → basalte, andésites, dacite, rhyolite Endogènes  Roches métamorphiques : transformation d’une roche en une autre sous l’éffet d’une élévation de pression et/ou de température. En fait ce sont les minéraux qui se transforment en d’autres iniquement à l’état solide. Toutes les roches sont sucéptibles de subir le métamorphisme. - foliation → schiste, gneiss, ardoise - non foliées → quartzite III. l'histoire de la minéralogie La plus ancienne discipline de la terre, crital provient du grec Krystallos. Quelque checheurs : Aristote (384-322 av jc), théophraste (372-287 avjc), Pline l'ancien (date ??) Première approche scientifiques, description des minéraux et pierres précieuses, classification, intérêt économique... Le développement s'est plutot fait en moyen-orient, par exemple Al-biruni (972- 1048) et Avicenne (980-1037) Il va y avoir une description des minéraux par la dureté et leur poids spécifiques. Le traité des pierres : classification en minéraux combustibles, sulfureux, sels et minéraux. Pour minéralogie moderne : Georg Bauer Agricola (1494-1555), Niels Stensen (1638-1686), René J Haüry Observation des minéraux dans leur gisements, fondements de la métallogénie et de la géologie minière. Agricola -> Utilisation des propriétés des minéraux pour les decrires (couleur, transparence, éclat, saveur, …) Stensen -> Développement de l'optique cristalline => démontre la constance des angles et des faces cristallines, malgré les différences de taille et de forme. Haüry-> recense 7 systèmes cristallins. Cela aboutit à la cristallographie : règle de symétrie, les 7 systèmes cristallins et notion de « bloc élémentaire » = si a l'echelle macroscopique je vois un cube, alors plus petit échelles, ce seront un assemblage de cubes. Il faut attendre le 18éme S avec Werner -> première classification chimique Le grand progrès en minéralogie sur la période suivante est le tableau de Mendeleïve. Niggli (1888-1953) a écrit le premier livre « moderne » de minéralogie contenant tous les critéres précédents, classification chimique, carctéristiques chimiques, physique et optique cristalline. On remarque que le développement de la science minéralogique est surtout en Europe : France, Allemagne… Beaucoups de prix nobel notament basés sur la physique, mais aussi une petite partie chimique par la structure des substances, des rayons X et le cristallographie au microscope. IV. Les branches scientifiques. La minéralogie est une science à la fois indépendante et reliée à de nombreuses autres disciplines scientifiques. On distingue alors la minéralogie de base et la minéralogie appliquée. Il existe plusieurs branches scientifiques de la minéralogie de base : - Les propriétés physiques des minéraux (densité, dureté …). L’étude de la formation du minéral incluant les principes généraux de croissance cristalline, les processus géologiques à la surface et à l’intérieur de la terre, les réactions chimiques avec l’influence de la température et de la pression, - La chimie cristalline des minéraux (composition, structure…).Les relations entre la structure du minéral, la composition chimique, les propriétés cristallines, l’habitat des cristaux et les conditions de formations des minéraux. - La géologie : pétrographie, l’exploration minéralogique (par exemple gisement d’or), la géophysique Il existe plusieurs branches scientifiques de la minéralogie appliquée : - La science des matériaux (par exemple fabrication des céramiques) - La planétologie (composition des planètes.) - La biologie ou bio-minéralogie (étude des sels minéraux dans les organismes vivants) - La minéralogie industrielle : fabrication ou modification des éléments naturels ( par exemple les diamants de synthèse) V. Utilisation du Silicium et des Silicates. C’est l’un des éléments les plus abondants (2è) après l’oxygène dans la croûte terrestre (27,7%). Quand on assemble le silicium et l’oxygène ils forment des minéraux appelés les silicates (95% des minéraux) O : 46,71% Si : 27 ,69 Al : 8,07 Fe : 5,05 Puis Ca, … Donc la majorité des minéraux qui composent l’écorce terrestre sont des sillicates, seuls 5% n’en sont pas mais dans les sillicates il a d’autres familles comme les plagioclases, les feldspaths, les quatz, pyroxènes, etc. Remarque : Le quartz est à la fois une classe mais aussi une famille d’autres éléments font parties de la famille des quartz. 1è utilisation du silicium : outils et premiers tailleurs de pierre - Début de la taille de Pierre : 2,5 à 1 ,5 Ma en Afrique : le silex Avantages : homogénéité, dureté, cassure conchoïdale Silex à proximité du rift afficain : lave (basalte) - Obsidienne utilisée par les civilisations pré-colombiennes (pricipalement pour un usage guerrier) Aspect économique, domestique, guerrier, ornemental ou rituels, en fonction de sa couleur, de ses qualités… 2è utilisation : la fabrication du verre Silices (sable dans le feux) 3è utilisation : la mesure du temps - Cadrans solaires, clepsydres, sabliers, bougies… - Les pendules : problème de précision - Le quartz : utilisation de l’effet piézo-électrique (faire passer un courant éléctrique dans la roches, elle se dillate puis revien à sa taille initiale-> periode, assimilable un une unité de temps)-> montre à quartz en 1970 - Horloge atomique : ordinateurs. 4è utilisation : Le Quartzel (fibre de quartz tondu) - Le quartzel est fabriqué à partir de cristaux de quartz naturels qui ont été purifiés (99% de SiO2). - On en fait des fibres de 200 filaments de Quartzel amorphe, plein, sans porosité et ultra-pur, - Propriétés diélectriques (aviation), thermiques( performant jusqu’à 1250°, structurales, dureté( raquette de tennis), haute inertie chimique et haute résistance aux radiations nucléaires. 5è utilisation : La maison Ex : plaques de plâtre, laine de verre, dalles en béton vitrage joints d’étanchéité, etc (beaucoups de choses) 6è utilisation : confection de bijoux (cormaline, perles de verre, roches vertes, …) 7è utilisation : Fabrication d’objets (porcelaine cristal, vitraux,…) uploads/s3/ chapitre-1 8 .pdf