Géologie

Identifier et classer les minéraux communs formant des roches.

La terre solide est faite de roches, qui sont faites de minéraux. Pour comprendre les roches, vous devez vous familiariser avec les minéraux et la façon dont ils sont identifiés. Ce résultat d’apprentissage vous donne le contexte nécessaire pour comprendre les termes utilisés pour identifier les minéraux.

Cette section vous présentera les minéraux. Vous apprendrez les différentes techniques utilisées par les géologues pour identifier et classer les minéraux.

Caractéristiques physiques des minéraux

Qu’est-ce que les minéraux ?

Toutes les roches, sauf l’obsidienne et le charbon, sont constituées de minéraux. (L’obsidienne est une roche volcanique faite de verre et le charbon est fait de carbone organique). La plupart des roches contiennent plusieurs minéraux dans un mélange caractéristique du type de roche particulier. Lorsque vous identifiez une roche, vous devez d’abord identifier les minéraux individuels qui composent cette roche.

Les minéraux sont des solides inorganiques d’origine naturelle ayant une composition chimique définie et une structure de réseau cristallin. Bien que des milliers de minéraux dans la terre aient été identifiés, seulement dix minéraux constituent la majeure partie du volume de la croûte terrestre – plagioclase, quartz, orthoclase, amphibole, pyroxène, olivine, calcite, biotite, grenat et argile.

Ensemble, la formule chimique (les types et les proportions des éléments chimiques) et le réseau cristallin (la géométrie de la façon dont les atomes sont disposés et liés entre eux) déterminent les propriétés physiques des minéraux.

La formule chimique et le réseau cristallin d’un minéral ne peuvent être déterminés qu’en laboratoire, mais en examinant un minéral et en déterminant plusieurs de ses propriétés physiques, vous pouvez identifier le minéral. D’abord, vous devez vous familiariser avec les propriétés physiques des minéraux et savoir comment les reconnaître.

Les minéraux peuvent être identifiés par leurs caractéristiques physiques. Les propriétés physiques des minéraux sont liées à leur composition chimique et à leur liaison. Certaines caractéristiques, comme la dureté d’un minéral, sont plus utiles pour l’identification des minéraux. La couleur est facilement observable et certainement évidente, mais elle est généralement moins fiable que les autres propriétés physiques.

Comment identifie-t-on les minéraux ?

Les minéralogistes sont des scientifiques qui étudient les minéraux. Une des choses que les minéralogistes doivent faire est d’identifier et de catégoriser les minéraux. Bien qu’un minéralogiste puisse utiliser un microscope à haute puissance pour identifier certains minéraux, la plupart sont reconnaissables grâce à leurs propriétés physiques.

Regardez le minéral de la figure 1. Quelle est la couleur du minéral ? Quelle est sa forme ? Les cristaux individuels sont-ils brillants ou ternes ? Y a-t-il des lignes (stries) qui traversent les minéraux ?

Couleur, strie et éclat

Les diamants sont des pierres précieuses populaires parce que la façon dont ils reflètent la lumière les rend très étincelants. La turquoise est appréciée pour sa couleur bleu-verdâtre saisissante. Remarquez que des termes spécifiques sont utilisés pour décrire l’apparence des minéraux.

Couleur

La couleur est souvent utile, mais il ne faut pas s’y fier. Des minéraux différents peuvent avoir la même couleur. L’or véritable, comme on le voit sur la figure 2, a une couleur très similaire à celle de la pyrite de la figure 1.

En outre, certains minéraux ont de nombreuses couleurs différentes. Le quartz, par exemple, peut être clair, blanc, gris, brun, jaune, rose, rouge ou orange. La couleur peut donc aider, mais ne vous fiez pas à la couleur comme propriété déterminante. La figure 3 montre un échantillon de quartz qui est incolore et un autre quartz qui est violet. Une infime quantité de fer rend le quartz violet. De nombreux minéraux sont colorés par des impuretés chimiques.

L’éclat

L’éclat décrit la réflexion de la lumière sur la surface d’un minéral. Les minéralogistes ont des termes spéciaux pour décrire l’éclat. Une façon simple de classer l’éclat est basée sur le fait que le minéral est métallique ou non métallique. Les minéraux qui sont opaques et brillants, comme la pyrite, ont un éclat métallique. Les minéraux tels que le quartz ont un éclat non métallique.

L’éclat est la façon dont la surface d’un minéral reflète la lumière. Ce n’est pas la même chose que la couleur, il est donc crucial de distinguer l’éclat de la couleur. Par exemple, un minéral décrit comme « jaune brillant » est décrit en termes de lustre (« brillant ») et de couleur (« jaune »), qui sont deux propriétés physiques différentes. Les noms standard pour l’éclat sont : métallique, vitreux, nacré, soyeux, gras et terne. Il est souvent utile de déterminer d’abord si un minéral a un éclat métallique. Un éclat métallique signifie qu’il est brillant comme un métal poli. Par exemple, les pièces polies et nettoyées de chrome, d’acier, de titane, de cuivre et de laiton présentent toutes un éclat métallique, tout comme de nombreux autres minéraux. Parmi les lustres non métalliques, le lustre vitreux est le plus courant et signifie que la surface du minéral reflète la lumière comme le verre. L’éclat nacré est important pour identifier les feldspaths, qui sont le type de minéral le plus courant. L’éclat nacré fait référence à une irridescence subtile ou à un jeu de couleurs dans la lumière réfléchie, de la même manière que les perles réfléchissent la lumière. Soyeux signifie que la lumière est réfléchie avec un éclat semblable à celui de la soie. L’éclat gras ressemble à l’éclat de la graisse de bacon solidifiée. Les minéraux à l’éclat terne reflètent très peu la lumière. L’identification de l’éclat demande un peu de pratique. N’oubliez pas de distinguer l’éclat de la couleur.

Différents types d’éclat non métallique sont décrits dans le tableau 1.

Tableau 1. Six types d’éclat non métallique.
Eclat	Apparence
Adamantine	Sparkly
Earthy	Dull, argileux
Pearly	Pearl-like
Resineux	Comme les résines, comme la sève des arbres
Siliceux	Aspect doux avec de longues fibres
Vitreux	Glasseux

Pouvez-vous associer les minéraux de la figure 4 au lustre correct du tableau 1 ?

Streak

La strie est la couleur de la poudre d’un minéral. La strie est une propriété plus fiable que la couleur car la strie ne varie pas. Les minéraux qui sont de la même couleur peuvent avoir une strie de couleur différente. De nombreux minéraux, comme le quartz de la figure 3, n’ont pas de strie.

Pour vérifier la strie, grattez le minéral sur une plaque de porcelaine non émaillée (figure 5). La pyrite jaune-or a une strie noirâtre, un autre indicateur que la pyrite n’est pas de l’or, qui a une strie jaune-or.

Gravité spécifique

La densité décrit la quantité de matière dans une certaine quantité d’espace : densité = masse/volume.

La masse est une mesure de la quantité de matière dans un objet. La quantité d’espace qu’occupe un objet est décrite par son volume. La densité d’un objet dépend de sa masse et de son volume. Par exemple, l’eau contenue dans un verre à boire a la même densité que l’eau contenue dans le même volume d’une piscine.

La gravité spécifique d’une substance compare sa densité à celle de l’eau. Les substances qui sont plus denses ont une gravité spécifique plus élevée.

Dureté

La dureté est la force avec laquelle un minéral résiste à ce que sa surface soit grattée ou percée. En travaillant avec des échantillons manuels sans outils spécialisés, la dureté des minéraux est spécifiée par l’échelle de dureté de Mohs. L’échelle de dureté de Mohs est basée sur 10 minéraux de référence, du talc, le plus doux (dureté de Mohs de 1), au diamant, le plus dur (dureté de Mohs de 10). Il s’agit d’une échelle relative, ou non linéaire. Une dureté de 2,5 signifie simplement que le minéral est plus dur que le gypse (dureté Mohs de 2) et plus mou que la calcite (dureté Mohs de 3). Pour comparer la dureté de deux minéraux, voyez quel minéral raye la surface de l’autre.

Tableau 2. Échelle de dureté de Mohs
Dureté	Index Minéraux	Objets courants
1	talc
2	gypse	2.5-ongle
3	calcite	3.5-cuivre pur, non terni
4	fluorite
5	feldspath	5 à 5.5-acier inoxydable
		5,5 à 6-verre
6	apatite	6 à 6.5-lime en acier dur
7	quartz
8	topaz
9	corindon
10	diamant

Avec une échelle de Mohs, n’importe qui peut tester la dureté d’un minéral inconnu. Imaginez que vous ayez un minéral inconnu. Vous constatez qu’il peut rayer la fluorine ou même le feldspath, mais que l’apatite le raye. Vous savez alors que la dureté du minéral est comprise entre 5 et 6. Notez qu’aucun autre minéral ne peut rayer le diamant.

Clébration et fracture

La rupture d’un minéral rompt ses liaisons chimiques. Comme certaines liaisons sont plus faibles que d’autres, chaque type de minéral est susceptible de se briser là où les liaisons entre les atomes sont plus faibles. Pour cette raison, les minéraux se brisent de manière caractéristique.

Clivage

Le clivage est la tendance d’un minéral à se briser le long de certains plans pour obtenir des surfaces lisses. L’halite se brise entre les couches de sodium et de chlore pour former des cubes aux surfaces lisses (figure 6).

Un minéral qui se brise naturellement en surfaces parfaitement planes présente un clivage. Tous les minéraux ne présentent pas de clivage. Un clivage représente une direction de faiblesse dans le réseau cristallin. Les surfaces clivées peuvent être distinguées par la façon dont elles reflètent uniformément la lumière, comme si elles étaient polies, lisses et régulières. Les propriétés de clivage d’un minéral sont décrites en termes de nombre de clivages et, s’il y a plus d’un clivage, les angles entre les clivages. Le nombre de clivages est le nombre ou les directions dans lesquelles le minéral se clive. Un minéral peut présenter 100 surfaces de clivage parallèles les unes aux autres. Cela représente un seul clivage car les surfaces sont toutes orientées dans la même direction. Les nombres possibles de clivages qu’un minéral peut avoir sont 1, 2, 3, 4 ou 6. Si plus d’un clivage est présent, et qu’un appareil pour mesurer les angles n’est pas disponible, il suffit d’indiquer si les clivages se croisent à 90° ou non 90°.

Pour voir un clivage minéral, tenez le minéral sous une lumière forte et déplacez-le, déplacez-le encore, pour voir comment les différentes faces reflètent la lumière. Une direction de clivage apparaîtra comme un éclat lisse, brillant, uniformément brillant de la lumière réfléchie par un ensemble de surfaces parallèles sur le minéral.

Le mica a un clivage dans une direction et forme des feuilles (figure 7).

Les minéraux peuvent se cliver en polygones. La fluorine forme des octaèdres (figure 8).

Une des raisons pour lesquelles les pierres précieuses sont belles est que les plans de clivage donnent une forme de cristal attrayante avec des faces lisses.

Fracture

La fracture est une cassure dans un minéral qui n’est pas le long d’un plan de clivage. La fracture n’est pas toujours la même dans un même minéral car la fracture n’est pas déterminée par la structure du minéral.

Les minéraux peuvent avoir des fractures caractéristiques (figure 9). Les métaux se fracturent généralement en bords déchiquetés. Si un minéral se fend comme du bois, il peut être fibreux. Certains minéraux, comme le quartz, forment des surfaces courbes lisses lorsqu’ils se fracturent.

Tous les minéraux présentent une fracture. La fracture est une cassure qui se produit dans des directions qui ne sont pas des directions de clivage. Certains minéraux, comme le quartz, n’ont pas de clivage du tout. Lorsqu’un minéral sans clivage est brisé par un marteau, il se fracture dans toutes les directions. On dit que le quartz présente une fracture conchoïdale. La fracture conchoïdale est la façon dont un morceau de verre épais se brise avec des crêtes concentriques et incurvées sur les surfaces cassées. Cependant, certains cristaux de quartz ont tellement de défauts qu’au lieu de présenter une fracture conchoïdale, ils présentent simplement une fracture irrégulière. La fracture irrégulière est un terme standard pour les fractures qui ne présentent aucune des qualités des autres types de fracture. Dans l’introduction à la géologie, les principaux types de fractures à retenir sont les fractures irrégulières, que la plupart des minéraux présentent, et les fractures conchoïdales, que l’on voit dans le quartz.

Forme cristalline

Tous les minéraux sont cristallins, mais seuls certains ont la possibilité de présenter les formes de leurs cristaux, leurs formes cristallines. Dans un laboratoire d’introduction à la géologie, de nombreux minéraux ne présentent pas leur forme cristalline. Si un minéral dispose d’espace pendant sa croissance, il peut former des cristaux naturels, dont la forme reflète la géométrie du réseau cristallin interne du minéral. La forme d’un cristal suit la symétrie de son réseau cristallin. Le quartz, par exemple, forme des cristaux à six côtés, montrant la symétrie hexagonale de son réseau cristallin. Il y a deux facteurs de complication à retenir ici : (1) les minéraux ne forment pas toujours de beaux cristaux lors de leur croissance, et (2) une face de cristal est différente d’une surface de clivage. Une face de cristal se forme pendant la croissance du minéral. Une surface de clivage se forme lorsque le minéral est cassé.

Autres caractéristiques d’identification

Il existe des propriétés qui n’aident à distinguer qu’un petit nombre de minéraux, ou même un seul minéral. Un exemple d’une telle propriété particulière est la réaction effervescente de la calcite à une solution faible d’acide chlorhydrique (5% HCl). La calcite pétille ou s’effervesce lorsque la solution de HCl la dissout et crée du gaz CO2. La calcite est facile à identifier, même sans tester la réaction au HCl, par sa dureté, son éclat et son clivage.

Une autre propriété particulière est le magnétisme. On peut le tester en voyant si un petit aimant réagit au minéral. Le minéral le plus commun qui est fortement magnétique est la magnétite. Une propriété particulière qui apparaît dans certains échantillons de feldspath plagioclase est sa tendance à présenter des stries sur les surfaces de clivage. Les stries sont des lignes parfaitement droites, fines et parallèles. Un grossissement peut être nécessaire pour voir les stries sur les surfaces de clivage du plagioclase. D’autres propriétés spéciales peuvent être rencontrées sur une base minérale à minéral.

Certains minéraux ont d’autres propriétés uniques, dont certaines sont énumérées dans le tableau 3. Pouvez-vous nommer une propriété unique qui vous permettrait d’identifier instantanément un minéral qui a été décrit assez longuement dans ce chapitre ? (Indice : il se trouve très probablement sur votre table à manger.)

.

.

Tableau 3. Certains minéraux ont des propriétés inhabituelles qui peuvent être utilisées pour l’identification.
Propriété	Description	Exemple de minéral
Fluorescence	Minéral brille sous la lumière ultraviolette	Fluorite
Magnétisme	Le minéral est attiré par un aimant	Magnétite
Radioactivité	Le minéral émet un rayonnement qui peut être mesuré avec un compteur Geiger	Uraninite
Réactivité	Des bulles se forment lorsque le minéral est exposé à un acide faible	Calcite
Odeur	Certains minéraux ont une odeur distinctive	Soufre (odeur d’œuf pourri)	. œufs pourris)
Goût	Certains minéraux ont un goût salé	Halite

Classification des minéraux

Les minéraux sont classés selon leurs propriétés chimiques. À l’exception de la classe des éléments natifs, la base chimique de la classification des minéraux est l’anion, l’ion chargé négativement qui apparaît généralement à la fin de la formule chimique du minéral. Par exemple, les sulfures sont basés sur l’ion sufur, S2-. La pyrite, par exemple, FeS2, est un minéral sulfuré. Dans certains cas, l’anion d’une classe minérale est polyatomique, comme (CO3)2-, l’ion carbonate. Les principales classes de minéraux sont :

• silicates
• sulfures
• carbonates
• oxydes
• halogénures
• sulfates
• phosphates
• éléments natifs

Silicates

Selon l’anion polyatomique, (SiO4)4-, qui a une forme tétraédrique. La plupart des minéraux de la croûte terrestre et du manteau sont des silicates. Tous les minéraux silicatés sont constitués de tétraèdres de silicium et d’oxygène (SiO4)4- dans différents arrangements de liaison qui créent différents réseaux cristallins. Vous pouvez comprendre les propriétés d’un minéral silicate, telles que la forme du cristal et le clivage, en sachant quel type de réseau cristallin il possède.

• Dans les nésosilicates, également appelés silicates insulaires, les tétraèdres de silicate sont séparés les uns des autres et complètement liés à des atomes non silicates. L’olivine est un silicate insulaire.
• Dans les sorosilicates ou silicates appariés, comme l’épidote, les tétraèdres de silicate sont liés par paires.
• Dans les cyclosilicates, également appelés silicates annulaires, les tétraèdres de silicate sont joints en anneaux. Le béryl ou l’émeraude est un silicate annulaire.
• Dans les phyllosilicates ou silicates en feuille, les tétraèdres sont liés aux trois coins pour former des feuilles plates. La biotite est un silicate en feuille.
• Dans les inosilicates à chaîne unique, les tétraèdres du silicate sont liés en chaînes uniques. Les pyroxènes sont des inosilicates à chaîne unique.
• Dans les inosilicates à double chaîne, les tétraèdres de silicate sont liés en chaînes doubles. Les amphiboles sont des inosilicates à double chaîne.
• Dans les tectosilicates, également appelés silicates de charpente, tous les coins des tétraèdres de silicate sont liés aux coins d’autres tétraèdres de silicate, formant une charpente complète de tétraèdres de silicate dans toutes les directions. Le feldspath, le minéral le plus courant de la croûte terrestre, et le quartz sont tous deux des silicates à charpente.

Sulfures

Ils sont basés sur l’ion sulfure, S2-. On peut citer la pyrite, FeS2, la galène, PbS, et la sphalérite, ZnS sous sa forme pure de zinc. Certains sulfures sont exploités comme sources de métaux tels que le zinc, le plomb, le cuivre et l’étain.

Carbonates

Ces derniers sont basés sur l’ion carbonate, (CO3)2-. La calcite, CaCO3, et la dolomite, CaMg(CO3)2, sont des minéraux carbonatés. Les minéraux carbonatés ont tendance à se dissoudre relativement facilement dans l’eau, en particulier dans l’eau acide, et l’eau de pluie naturelle est légèrement acide.

Oxydes

Ils sont basés sur l’anion oxygène, O2-. Les exemples incluent les oxydes de fer tels que l’hématite, Fe2O3 et la magnétite, Fe3O4, et la pyrolusite, MgO.

Halides

Sulfates

Ceux-ci ont l’ion sulfate polyatomique, (SO4)2-, comme anion. L’anhydrite, CaSO4, est un sulfate.

Phosphates

Ceux-ci ont l’ion phosphate polyatomique, (PO4)3-, comme anion. La fluorapatite, Ca5(PO4)3F, qui rend vos dents dures, est un minéral phosphaté.

Éléments natifs

Ceux-ci ne sont constitués que d’un seul élément. L’or (Au), le cuivre natif (Cu), ainsi que le diamant et le graphite, qui sont faits de carbone, sont tous des minéraux à éléments natifs. Rappelons qu’un minéral est défini comme étant d’origine naturelle. Par conséquent, les éléments purifiés et cristallisés en laboratoire ne sont pas qualifiés de minéraux, sauf s’ils ont également été trouvés dans la nature.

Tableaux de classification des minéraux

Dans les tableaux 1 à 3, la dureté est mesurée sur l’échelle de dureté de Mohs. En lisant les tableaux, vous pouvez cliquer sur les images des minéraux pour voir une version plus grande de la photo.

.

.

.

.

Tableau 1. Éclat non métallique-Couleur légère
Couleur typique	Dureté	Clivage/Fracture	Nom du minéral	Photo du minéral
inchromatique	7	fracture conchodiale	quartz
variable	7	fracture conchodiale	chalcédoine (chert, etc.)
rose ou blanche	5-6	2 plans à angle droit	orothoclase. (feldspath)
blanc	5-6	2 plans à angles droits	Na-plagioclase (feldspath)
blanc à gris	5-6	2 plans à angles droits	Ca-plagioclase (feldspath)
variable	4	4 plans	fluorite
incolore ou blanc	3	3 plans aux angles impairs	calcite
rose ou blanche	3	3 plans à angles impairs	dolomite
incolore ou blanc	2.5-3	3 plans à angles impairs	halite
incolore ou blanc	2.5	1 plan	muscovite
incolore ou blanc	2	2 plans à angle droit	gypse
variable	1	1 plan	talc
blanc	< 1	inégale. (se transforme en poudre)	kaolinite

.

.

Tableau 2. Eclat non métallique – Couleur sombre
Couleur typique	Dureté	Clivage/Fracture	Nom du minéral	Photo du minéral
verte	5-6	irrégulière	olivine
rouge	5-6	irrégulier	garnet
rouge	3-6	irrégulier	hématite
vert foncé	3-6	2 plans à angle droit	pyroxène
noir	4.5-6	2 plans à angles impairs	hornblende (amphibole)
noir	2.5	1 plan	biotite
vert	2	1 plan	chlorite

.

.

.

Tableau 3. Éclat métallique
Couleur typique	Dureté	Cleavage/Fracture	Nom du minéral	Photo du minéral
noir ou gris foncé	6	irrégulier	magnétite
jaune brique	6	irrégulier	pyrite
jaune cuivré	4	irrégulier	chalcopyrite
argent	3	3 plans à angles droits	galène

Comment identifier les minéraux

Premièrement, vous avez besoin d’une bonne lumière et d’une lentille à main ou d’une loupe. Une loupe à main est une petite loupe à double lentille qui a un pouvoir d’agrandissement d’au moins 8× et peut être achetée dans certaines librairies et magasins de nature.

Les minéraux sont identifiés sur la base de leurs propriétés physiques, qui ont été décrites dans la section précédente. Pour identifier un minéral, il faut l’observer de près. Au premier coup d’œil, la calcite et le quartz se ressemblent. Tous deux sont généralement incolores, avec un éclat vitreux. Cependant, leurs autres propriétés sont complètement différentes. Le quartz est beaucoup plus dur, assez dur pour rayer le verre. La calcite est molle et ne raye pas le verre. Le quartz n’a pas de clivage minéral et se fracture de la même manière irrégulière que le verre. La calcite a trois directions de clivage qui se rencontrent à des angles autres que 90°, elle se casse donc en morceaux solides avec des côtés parfaitement plats, lisses et brillants.

Lorsque vous identifiez un minéral, vous devez :

1. Le regarder attentivement sur toutes les faces visibles pour voir comment il réfléchit la lumière
2. Tester sa dureté
3. Identifier son clivage ou sa fracture
4. Nommer son éclat
5. Evaluer toute autre propriété physique nécessaire pour déterminer l’identité du minéral

Dans les tableaux des minéraux qui accompagnent cette section, les minéraux sont regroupés selon leur éclat et leur couleur. Ils sont également classés en fonction de leur dureté et de leur clivage ou fracture. Si vous pouvez identifier plusieurs de ces propriétés physiques, vous pouvez identifier le minéral.

Une leçon simple sur la façon d’identifier les minéraux est vue dans cette vidéo.

Vérifiez votre compréhension

Répondez à la ou aux questions ci-dessous pour voir si vous comprenez bien les sujets abordés dans la section précédente. Ce court questionnaire ne compte pas pour votre note dans la classe, et vous pouvez le reprendre un nombre illimité de fois.

Utilisez ce questionnaire pour vérifier votre compréhension et décider si (1) vous devez étudier la section précédente plus en profondeur ou (2) passer à la section suivante.

.