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Aspect et propriétés des minéraux (Extrait de «Introduction à la cristallograph

Aspect et propriétés des minéraux (Extrait de «Introduction à la cristallographie») Les minéraux ne présentent que rarement les belles formes cristallines. Ce sont le plus souvent des grains informes (surtout lorsqu'ils apparaissent comme éléments constitutifs des roches), des masses mamelonnées, feuilletées, des stalactites, des encroûtements, etc... On réserve donc le nom de cristal à ceux qui montrent une forme cristalline sur laquelle on distingue des faces, des arêtes et des sommets. Toutefois, même si la plupart des minéraux ne montrent pas de formes cristallines bien développées, il présentent tout de même un certain nombre de caractères organoleptiques1 et des propriétés physiques qui permettent de les décrire. Les propriétés chimiques, physiques, optiques et cristallographiques ne sont pas discernables directement par les organes des sens et il faut recourir à des instruments de mesure pour les déterminer. L’aspect extérieur des minéraux, directement observable à l’oeil, dépend globalement de l’ensemble de ces propriétés mais ne permet en aucune manière de les définir, tant la variabilité de leur aspect est grand d'un gisement à l'autre pour une même espèce minérale. Aussi, dans les lignes qui vont suivre, nous décrirons tout d’abord les aspects extérieurs des minéraux puis leurs propriétés physiques tout en faisant ressortir les liens qui relient ces deux entités Habitus L’habitus décrit les différentes formes, propres à chaque minéral. Pour décrire ces particularités on utilise divers qualificatifs précisant la forme cristalline, un aplatissement ou un allongement. On parle alors d’habitus octaédrique, pyramidal, prismatique ou encore d’habitus isométrique, allongé, prismatique, aciculaire, tabulaire, etc... sommet arête face © Jacques Deferne, 13 juin 2010 1 Perceptible par les sens Quelques adjectifs utilisée pour qualiﬁer un habitus Les minéraux ne sont isométriques que s'ils appartiennent au système cubique. Ceux des autres systèmes cristallins montrent souvent un aplatissement ou un allongement dans une direction préférentielle. Il est intéressant de noter que, structuralement, la tendance à l'allongement d'un minéral correspond à une direction d'aplatissement de sa maille élémentaire. De même une maille allongée provoque l'aplatissement du minéral. En effet, nous avons vu précédemment que la fréquence d'apparition d'une face dépendait de la densité réticulaire du plan correspondant. Les faces les plus développées sont donc celles auxquelles correspondent les plans de plus grande densité réticulaire. Ces derniers sont caractérisés aussi par des distances réticulaires plus grandes. Une maille élémentaire allongée va provoquer un développement plus marqué des faces normales à cet allongement. Le tableau ci-dessous illustre de phénomène. Habitus de quelques minéraux en fonction des dimensions de leur maille élémentaire. Habitus de quelques minéraux en fonction des dimensions de leur maille élémentaire. Habitus de quelques minéraux en fonction des dimensions de leur maille élémentaire. Habitus de quelques minéraux en fonction des dimensions de leur maille élémentaire. Habitus de quelques minéraux en fonction des dimensions de leur maille élémentaire. minéral a b c a s p e c t tourmaline 15.8 15.8 7.1 prismatique selon c actinote 9.84 18.1 5.28 aciculaire selon c rutile 4.59 4.59 2.98 allongé selon c muscovite 5.19 9.03 20.05 aplati selon c hématite 5.04 5.04 13.78 tabulaire selon c gypse 5.68 15.18 6.29 aplati selon b Il est intéressant aussi de souligner qu'une même espèce minérale peut apparaître avec des habitus différents suivant les conditions de pressions et de températures dans lesquelles elle s'est formée ou sous l'influence d'une 2 Extrait de «Introduction à la cristallographie» très légère modification de sa composition chimique. Ainsi le béryl qui forme des prismes hexagonaux allongés lorsqu'il est vert (variété émeraude), ne donne plus que des prismes trapus lorsqu'il est rose (variété morganite) et devient franchement tabulaire lorsqu'il est incolore (variété goshenite). Groupement de minéraux Lorsque les minéraux sont groupés, on leur attribue à leur façon de s'associer des qualificatifs évocateurs : massif, granulaire, fibreux, fibro- radié, foliacé, dendritique, stalactitique, globulaire... Quelques adjectifs qui qualiﬁent les habitus de groupement de minéraux Clivage De nombreux minéraux présentent la propriété de se débiter selon des plans précis lorsqu'on exerce sur eux une pression mécanique. Ce phénomène est particulièrement bien marqué pour les cristaux de calcite qui se débitent en rhomboèdres et pour les micas qui se débitent en feuillets. Les plans de clivage correspondent, au niveau de la structure, à des directions de liaison faible entre les atomes. Comme les propriétés physiques sont aussi soumises aux lois de la symétrie, une direction de plan de clivage unique ne peut exister que dans des minéraux à basse symétrie Dans les autres cas, ils sont obligatoirement répétés par les éléments de symétrie du minéral. Ainsi on pourra observer un clivage cubique, octaédrique, rhomboédrique etc... Un clivage est dit facile ou difficile selon le degré de l'effort mécanique qu'il a fallu exercer pour l'obtenir. 3 Extrait de «Introduction à la cristallographie» On parle aussi de clivage parfait si la surface obtenue est bien lisse et réfléchissante comme un miroir. Il est dit imparfait lorsque le plan obtenu ne réfléchit qu'imparfaitement un signal lumineux. Quelques adjectifs utilisés pour déﬁnir divers types de clivages L'examen des plans de clivage est parfois important pour le diagnostic d'une espèce minérale. Par exemple, la distinction entre les minéraux des importantes familles des pyroxènes et des amphiboles peut se faire en examinant l'angle dièdre que forme les clivages {110} : environ 90° chez les pyroxènes contre 120° chez les amphiboles. Section prismatique d'un pyroxène Section prismatique d'une amphibole Distinction des pyroxènes et des amphiboles par lʼangle des clivages Les macles Le plus souvent, les agrégats de cristaux d'une même espèce cristalline s'agencent entre eux d'une manière quelconque. Parfois cependant, on observe des cristaux qui font penser à des "frères siamois" : deux par deux, ils sont soudés l'un à l'autre avec une orientation mutuelle qui est toujours la même. On parle de cristaux maclés. Une étude plus attentive permet de déterminer les lois de macle, qui décrivent du point de vue géométrique l'orientation mutuelle des deux individus. Les cristaux sont soit accolés par un plan commun, le plan de macle, soit interpénétrés. Dans le cas de la macle du spinelle, on peut facilement identifier le plan de macle, le plan commun, et un opérateur de symétrie, l'axe de macle qui, dans le cas présent, est un axe binaire perpendiculaire au plan. Un des individus a donc effectué une rotation de 180° autour de l'axe de macle. Le plan de macle est un plan de symétrie de la macle. 4 Extrait de «Introduction à la cristallographie» aspect des individus maclés reconstitution de l'octaèdre par rotation Loi de macle du rutile. On distingue le plan de macle et l'axe de macle. Loi de macle du rutile. On distingue le plan de macle et l'axe de macle. Loi de macle du rutile. On distingue le plan de macle et l'axe de macle. Il faut remarquer que le plan de macle ne peut pas être un plan de symétrie du cristal et que l'axe de macle ne doit pas être un axe binaire. La macle de la péricline, fréquente chez les plagioclases, montre un axe de macle situé non plus perpendiculairement au plan de macle, mais contenu dans celui-ci. Le plan d'accolement n'est plus le plan de symétrie de la macle. Il fait partie de la zone parallèle à [010] mais ne correspond à aucune face du cristal. Lorsqu'on étudie attentivement les lois de macles on distingue trois types distincts : 1. L'hémitropie normale : l'axe de macle est normal à une face possible du cristal qui devient le plan de macle. Ce dernier est aussi le plan d'association. 2. L'hémitropie parallèle : l'axe de macle est une arête possible du cristal (axe de zone). Il est situé dans le plan d'accolement des individus maclés. Ce dernier n'est pas forcément une face possible du cristal 3. Les macles complexes : l'axe de macle est normale à une arête possible du cristal. Il est situé dans le plan d'accolement. Macle dite "de la péricline" : l'axe de macle est parallèle au plan de macle. 5 Extrait de «Introduction à la cristallographie» L'hémitropie normale est le cas le plus fréquent. Les deux autres cas sont beaucoup plus rares. Du point de vue structural, les réseaux bipériodiques déterminés par les noeuds des deux surfaces d'accolement (une par individu), doivent coïncider à leur contact. Coïncidence des noeuds sur le plan commun d'individus maclés. Les macles sont fréquentes et leur reconnaissance est une aide utile pour l'identification des minéraux. On leur a attribué des noms évocateurs tirés soit du gisement où elles ont été décrites pour la première fois, soit de la forme à laquelle elles font penser : macle de Carlsbad, macle en genou, macle en fer de lance, macle en croix etc... La macle en genou concerne trois minéraux quadratiques, la cassitérite, le rutile et le zircon. Le plan de macle est (011) et il s'agit d'une hémitropie normale. cassitérite rutile zircon La macle dite "en genou". Le rutile peut présenter plusieurs individus successifs. La macle dite "en genou". Le rutile peut présenter plusieurs individus successifs. La macle dite "en genou". Le rutile peut présenter plusieurs individus successifs. La macle dite "en genou". Le rutile peut présenter uploads/Ingenierie_Lourd/ cristal-propr-pdf.pdf