Détermination des minéraux
Un minéral est un corps solide (à l'exception du mercure natif), naturel, homogène, défini par sa composition chimique, d'une part, et par sa structure atomique ordonnée, d'autre part.
La description des propriétés physiques des minéraux permet leur détermination, selon quatre approches principales: analyse des caractères macroscopiques des échantillons, méthodes optiques, méthodes chimiques et diffraction aux rayons X.
Pratiquement tous les minéraux ont des caractéristiques déterminables à l'œil nu, ou avec un matériel optique (une loupe) et des outils simples.
La forme cristalline
Certains minéraux, comme l'opale, ne se présentent pas en cristaux de formes particulières; ils sont dits alors amorphes. Ce sont cependant des exceptions, car la plupart des minéraux sont cristallisés et ont des formes cristallines élémentaires spécifiques. Aussi, lorsque les minéraux ont une taille suffisante et des faces bien exprimées, l'observation de leur forme géométrique permet de les identifier. Ainsi, la galène se présente sous la forme d'un cube, mais tous les minéraux n'ont pas la forme imposée par les lois de la géométrie cristalline.
La couleur
Si quelques minéraux ont une couleur unique et invariable, comme le soufre (jaune), l'azurite (bleu), la malachite (verte), la plupart des minéraux ont des teintes qui varient; ils sont dits alors allochromatiques. C'est le cas de la fluorine (verte, violette, jaune, incolore) ou de la tourmaline (noire, jaune, rose, verte). Cependant, bien qu'elle puisse varier au sein d'une même espèce, et que des impuretés ou des défauts la modifient, et qu'elle ne soit pas toujours constante, la couleur est la première caractéristique des minéraux même si elle ne permet pas toujours une bonne détermination. Il est possible d'employer la trace comme première étape de la détermination, c'est-à-dire la couleur de la traînée que laisse le minéral quand on le frotte sur un morceau de porcelaine blanche, poreuse.
Cette méthode permet de distinguer des espèces minérales à première vue semblables par la couleur, et des espèces submétalliques ou noires en masse. Ainsi, la trace de la goethite, un hydroxyde de fer, développe une couleur de traînée jaune-brun alors que celle de l'hématite, un oxyde de fer, est rouge; la trace de la magnétite, également un oxyde de fer, est noire, et celle de la limonite est jaune.
Certains minéraux changent de couleur quand ils sont chauffés ou irradiés par des rayons X ou gamma, ou quand ils sont exposés à une lumière intense. Parmi les minéraux photosensibles, on trouve le zircon, la turquoise et la vivianite. Cette dernière, incolore à l'extraction, devient ensuite bleue, puis vert foncé.
L'éclat
Il désigne l'aspect général de la surface du minéral en lumière réfléchie: il peut être métallique (pour des minéraux opaques: or, argent, pyrite, galène), adamantin (diamant, cassitérite, zircon), résineux (blende), vitreux (béryl, corindon, calcite), gras (quartz), nacré (talc).
L'habitus
Forme générale d'un cristal ou d'un groupe de cristaux, il peut être aciculaire, tabulaire ou lamellaire. La morphologie est la structure externe des cristaux du minéral (cubique, octaédrique, prismatique, par exemple).
La macle, qui est l'interpénétration de deux ou plusieurs cristaux du même minéral, mais dont l'orientation est régie selon certaines caractéristiques géométriques constantes, est également un critère de différenciation (macles de la fluorine, macles de la sanidine).
La cassure
L'aspect présenté par une surface de rupture, autre qu'un plan de clivage, peut être un critère de différenciation: cassure conchoïdale pour le quartz ou la tourmaline, alors qu'une cassure fibreuse caractérise l'amiante.
Le clivage
Les minéraux peuvent se cliver, propriété due à la disposition des atomes et à la nature des liaisons qui les unissent. Le clivage est la zone de rupture préférentielle du minéral, selon des plans cristallographiques plus faibles. Les minéraux tels que le mica se débitent alors en fines lamelles, par contre la calcite va se décaper en rhomboèdres. Les amphiboles et les pyroxènes ont plusieurs directions de clivage, qui se rencontrent suivant des angles caractéristiques: 120º pour l'amphibole, 90º pour le pyroxène. Il faut aussi distinguer le faux clivage, ou fracture préférentielle, qui intervient selon les plans séparant deux cristaux apparentés, par exemple les plans d'exsolution ou de macle.
La dureté
Elle est habituellement déterminée de façon comparative, à l'aide d'une gamme de dix minéraux tests - l'échelle de Mohs - qui va du moins dur, le talc (dureté 1), au plus dur, le diamant (dureté 10). Si un minéral est rayé par la topaze (8) mais raie le quartz (7), sa dureté est de 7. Cependant, la dureté peut être différente selon la direction: le disthène a ainsi une dureté de 7 dans le sens d'allongement du cristal et de 5 dans le sens perpendiculaire.
La densité
Chaque espèce minérale a une densité (ou masse volumique, c'est-à-dire une masse donnée par unité de volume) qui lui est propre, et que l'on peut déterminer s'il n'y a pas de cavités ou d'inclusions en utilisant des liqueurs denses (mesure de la flottabilité du minéral) et une balance hydrostatique dont le fonctionnement repose sur le principe d'Archimède.
La luminescence
Des minéraux soumis à certaines conditions physiques émettent une lumière dont la couleur diffère de celle qu'ils présentent à la lumière naturelle. La fluorescence est une luminescence qui cesse avec la cause qui la produit, elle se distingue donc de la phosphorescence. La fluorescence la plus commune est réalisée par l'emploi d'un rayonnement ultraviolet; il s'agit de la lumière dite "noire", invisible dans des conditions normales, qui permet de reconnaître, par exemple, la fluorine et la scheelite.
Autres caractéristiques
Certaines propriétés, comme la fluorescence (fluorine), le magnétisme (magnétite), la chatoyance (labrador) et l'irisation (gypse, hématite), ne sont pas communes à tous les minéraux, mais sont des aides appréciables à leur détermination. En outre, quelques minéraux (uraninite dans la pechblende) émettent des radiations produites par la désintégration nucléaire de certains éléments. Cette radioactivité minérale n'est décelable qu'à l'aide d'instruments particuliers, tels que les compteurs Geiger. D'autres propriétés physiques, comme la piézoélectricité, la conduction thermique, la conductivité électrique et le point de fusion, demandent un peu plus
de matériel, mais permettent de préciser la détermination des minéraux.
La détermination précise des minéraux et l'étude de la composition minéralogique des roches nécessitent très souvent l'emploi du microscope polarisant. Pour les examens microscopiques, un échantillon de la roche ou du minéral (quand ce dernier est de taille assez importante) est aminci jusqu'à l'obtention des lames minces (épaisseur 30 Ym), lesquelles sont étudiées par transparence, au moyen d'un microscope classique muni d'un équipement supplémentaire qui permet de travailler en lumière polarisée. Il est ainsi possible d'observer les propriétés optiques des minéraux sous différentes lumières (naturelle, polarisée).
Le pléochroïsme
Difficilement observable à l'œil nu, le pléochroïsme est facilement visible au microscope. En effet, si un minéral est coloré et biréfringent, il suffit de tourner de 90º la platine du microscope sur laquelle est posée la lame mince pour que le minéral présente une deuxième nuance d'une même couleur, ou parfois même une couleur très différente. C'est le cas notamment de la biotite, de la tourmaline, du sphène et de l'épidote.
Le relief
Les minéraux transparents possèdent un ou plusieurs indices de réfraction, qui les caractérisent. Cet indice est défini selon c/v, où c est la vitesse de la lumière dans le vide et v la vitesse de la lumière dans la matière considérée (toujours inférieure à c). Quand deux substances transparentes ont des indices de réfraction très différents, le faisceau lumineux qui les traverse est réfracté lorsqu'il franchit leur interface, de telle sorte que toute irrégularité de la surface commune sera accentuée et mise en relief. Les indices de réfraction peuvent être
mesurés de manière précise par la méthode d'immersion. Elle consiste à observer au microscope le minéral qui est plongé dans différents liquides, dont les indices de réfraction sont connus, jusqu'à ce que soit trouvée la correspondance exacte entre le minéral et le liquide de référence. Cette analogie est établie lorsque le relief disparaît, c'est-à-dire quand le minéral semble se confondre avec le liquide.
L'indice de réfraction des minéraux n'appartenant pas au système cubique varie en fonction de la direction des rayons lumineux incidents. Cette variation donne lieu à des phénomènes complexes, comme la biréfringence, les couleurs et les figures d'interférences.
Les minéraux opaques, comme la plupart des oxydes et des sulfures, ne peuvent pas être observés par transparence, mais ils sont identifiables optiquement, à l'aide du microscope dit à réflexion (microscope métallographique). L'éclairage de l'échantillon se fait au moyen d'un faisceau lumineux incident passant à travers l'objectif. Cette méthode permet de déterminer d'importantes propriétés telles que le pouvoir réflecteur, la couleur, la dureté (estimée par la taille de la rayure d'une aiguille sur l'échantillon) et la réaction de l'échantillon à une substance chimique, notamment à une goutte d'acide.
Les minéraux étant définis par leur composition chimique et leur structure réticulaire, la connaissance de leurs composants chimiques constitue une aide à la reconnaissance.
La composition des minéraux était auparavant déterminée par analyse chimique (analyse par voie humide). Le minéral était d'abord dissous, habituellement dans une solution acide, puis les différents éléments qui le composent étaient précipités et pesés. On déterminait ensuite leurs concentrations en solution par des méthodes spectrométriques. Pour ce type d'analyse, l'échantillon de minéral devait être séparé de sa gangue rocheuse par broyage, puis des autres minéraux par des liqueurs denses.
Diffraction des rayons X
Pratiquée sur un échantillon broyé, la diffraction des rayons X est un outil complémentaire de détermination. Les atomes de la structure cristalline de l'échantillon diffractent ou réfléchissent le faisceau de rayons X incident selon certains angles très précis, qui dépendent de la taille et de la forme de la maille élémentaire, permettant de caractériser le cristal. Les rayons diffractés peuvent être enregistrés sur un film photographique ou mesurés par un compteur radiométrique dans un diffractomètre à poudre. Cette méthode révèle un spectre de diffraction
spécifique, et le minéral peut alors être déterminé par comparaison avec des tables de références spectrales.
Microsonde électronique
En usage depuis vingt-cinq ans, la microsonde électronique est un canon à électrons, dont le faisceau est dirigé sur une section polie d'un échantillon de minéral ou de roche. Sous l'effet du bombardement d'électrons, chaque atome émet des rayons X de longueur d'onde caractéristique de l'élément chimique. Le spectre des différents rayonnements X est alors mesuré et comparé à celui obtenu dans les mêmes conditions sur un minéral de composition connue, un "standard". Le faisceau d'électrons étant concentré sur une zone de 1 Ym de diamètre, des analyses sur des zones très petites du minéral sont possibles sans qu'il soit besoin de les séparer de leur gangue rocheuse.
Parmi les techniques modernes de détermination physique, qui peuvent être "couplées" avec d'autres plus classiques, la microscopie à balayage électronique, pour des petits échantillons, a pris une grande importance. Également non destructive pour l'échantillon analysé, la cathodoluminescence est une méthode qui consiste à étudier le spectre de luminescence émis par des minéraux excités à la microsonde électronique. Cette méthode, particulièrement opérationnelle pour les carbonates, y révèle notamment la présence de fer et/ou de manganèse.
Source: Encyclopédie sur le site Internet → http://fr.encyclopedia.yahoo.com/
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