Minéralogie

Plusieurs propriétés et méthodes permettent de caractériser un minéral. Pour étudier un minéral donné, le minéralogiste exploitera, entre autres :

• sa structure cristalline à l'état solide (le plus souvent étudiée à l'aide de la diffraction des rayons X) ;
• sa composition chimique (souvent analysée à la microsonde électronique) ;
• ses propriétés mécaniques : densité ou masse volumique, dureté, clivage, cassure, fracture, toucher ;
• ses propriétés optiques : couleur, trace, éclat, transparence, indice de réfraction, analyse interférentielle à l'aide de rayons X ;
• les liaisons entre les atomes, qui peuvent être notamment : covalentes, ioniques, métalliques, de van der Waals ;
• ses propriétés chimiques : photoluminescence, réactivité avec les acides, coloration sous la flamme ;
• sa phase (solide, liquide ou gazeuse) ;
• sa solubilité (dans l'eau et dans les acides) ;
• ses propriétés électriques et thermiques.

La nomenclature moderne s’impose dans le courant du XIX^e siècle, dans laquelle le nom trouve son origine dans plusieurs raisons :

• une propriété caractéristique (exemple la magnétite) ;
• le nom de l'élément chimique dominant (exemple la calcite) ;
• le nom d'un savant (exemple la dolomite, dédiée à Déodat de Dolomieu) ;
• sa couleur (exemple l'azurite) ;
• une localité (exemple l’autunite a été découverte près d'Autun, Saône-et-Loire).

Aujourd'hui, il existe un organisme international visant à normaliser la définition des espèces minérales : l'Association internationale de minéralogie (IMA).

Des minéraux sont susceptibles d'être découverts dans les sources suivantes :

• les mines et les carrières, qui sont les terrains de prédilection pour la recherche des minéraux ;
• les météorites, qui tombent par milliers sur Terre chaque jour ;
• en laboratoire et grâce à l'informatique, les chercheurs trouvent des combinaisons théoriques de minéraux composites, qui constituent actuellement l'essentiel des découvertes.

Les huit éléments qui constituent à eux seuls près de 90 % de la texture de la croûte terrestre s'associent pour former les minéraux. Les minéraux silicatés et la silice prédominent dans la plupart des roches communes, excepté le calcaire.

L'échelle de dureté de Mohs fut inventée en 1812 par le minéralogiste allemand Friedrich Mohs afin de mesurer la dureté des minéraux. Le numéro 1 étant le moins dur et le numéro 10 le plus dur.

• 1. Le talc
• 2. Le gypse
• 3. La calcite
• 4. La fluorine
• 5. L'apatite
• 6. L'orthose
• 7. Le quartz
• 8. La topaze
• 9. Le corindon
• 10. Le diamant

• 
  Cristaux de talc
• 
  Gypse
• 
  Calcite
• 
  Fluorine
• 
  Apatite
• 
  Orthose
• 
  quartz
• 
  topaze
• 
  Rubis (forme de corindon)
• 
  Diamant

La minéralogie travaille en collaboration avec d'autres sciences :

• la prospection, qui consiste à rechercher sur le terrain les minéraux ;
• la géochimie, qui étudie les éléments chimiques constitutifs de l'écorce terrestre ;
• la pétrographie, qui étudie les roches (dont les minéraux sont les constituants) ;
• la géologie, qui consiste à étudier les modes de gisement et les conditions de formation des minéraux ;
• la minéralogie descriptive, qui étudie le minéral lui-même ;
  • la microminéralogie, qui fait partie de la minéralogie descriptive et donc qui étudie les minéraux de taille millimétrique ;
• la cristallographie, qui étudie la structure des cristaux ;
• les techniques instrumentales de la chimie, pour déterminer la formule chimique d'un minéral ;
• les techniques instrumentales de la physique, pour étudier un certain nombre de propriétés du minerai, avec :
  • la diffraction de rayons X, pour déterminer la disposition des atomes constitutifs du minéral, à savoir, la maille, le motif et le réseau cristallin,
  • la microscopie en lumière polarisée, pour déterminer la nature exacte du minerai,
  • la goniométrie, pour mesurer les angles que font entre elles les diverses faces du cristal et permettre son identification,
  • la mesure des propriétés électriques, magnétiques, optiques et fluorescentes pour aller plus loin dans la différenciation des minerais ;
• la science des matériaux, qui étudie structure et propriétés de composés d'intérêt technologique qui très souvent sont des phases minérales ;
• l'informatique, qui permet de produire les programmes facilitant l'étude et la mise au point de combinaisons théoriques de nouveaux minéraux.

Chalcopyrite, un sulfure.

Un Saphir, un oxyde.

Goethite, un hydroxyde.

Cryolite, une Halogénure.

Malachite, un carbonate.

Gypse, un sulfate.

Phénacite, un Nésosilicate.

Spodumène, un Inosilicate.

Mica, un Phyllosilicate.

Quartz, un Tectosilicate.

Voici une liste non exhaustive de minéraux communs :

• Sulfures
  • Arsénopyrite : FeAsS
  • Bornite (Érubescite) Cu₅FeS₄
  • Chalcopyrite : CuFeS₂
  • Chalcocite : Cu₂S
  • Cinabre : HgS
  • Énargite Cu₃AsS₄
  • Galène : PbS
  • Molybdénite : MoS₂
  • Orpiment : As₂S₃
  • Pyrite : FeS₂
  • Pyrrhotite : FeS
  • Réalgar : AsS
  • Sphalérite : ZnS
  • Stibine : Sb₂S₃
• Oxydes et hydroxydes
  • Corindon : Al₂O₃
  • Hématite : Fe₂O₃
  • Ilménite : FeTiO₃
  • Magnétite : Fe₃O₄
  • Pléonaste : MgAl₂O₄
  • Rutile : TiO₂
  • Spinelle : MgAl₂O₄

Les oxydes de la forme XY₂O₄ sont regroupés sous l'appellation « spinelles » où souvent (mais pas toujours) X est un métal 2+ et Y un métal 3+ (hématite, pléonaste par exemple). Un contre-exemple est l'ulvöspinelle, TiFe₂O₄ : ici le titane a nombre d'oxydation 4+, le fer 2+.

• Halogénures
  • Fluorine : CaF₂
  • Halite : NaCl
• Carbonates
  • Aragonite : CaCO₃ (orthorhombique)
  • Calcite : CaCO₃ (trigonal-rhomboédrique)
  • Dolomite : CaMg(CO₃)₂
  • Magnésite : MgCO₃
  • Rhodochrosite : MnCO₃
  • Sidérose : FeCO₃
• Sulfates
  • Anhydrite : CaSO₄
  • Barytine : BaSO₄
  • Gypse : CaSO₄, 2H₂O
• Silicates
  • Nésosilicates
    • Andalousite : Al₂SiO₅ (orthorhombique)
    • Fayalite : Fe₂SiO₄
    • Forstérite : Mg₂SiO₄
    • Disthène : Al₂SiO₅ (triclinique)
    • Sillimanite : Al₂SiO₅ (orthorhombique)
  • Inosilicates
    • Aegirine: NaFe₃+Si₂O₆
    • Diopside : CaMgSi₂O₆
    • Enstatite : Mg₂Si₂O₆
    • Hédenbergite : CaFeSi₂O₆
    • Spodumène : LiAlSi₂O₆
    • Trémolite : Ca₂Mg₅Si₈O₂(OH)₂
  • Phyllosilicates
    • Chrysotile : Mg₃Si₂O₅(OH)₄
    • Kaolinite : Al₂Si₂O₅(OH)₄
    • Muscovite : KAl₃Si₃O₁₀(OH)₂
    • Phlogopite : KMg₃AlSi₃O₁₀(OH)₂
    • Pyrophyllite : Al₂Si₄O₁₀(OH)₂
    • Talc : Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂
  • Tectosilicates
    • Albite : NaAlSi₃O₈
    • Anorthite : CaAl₂Si₂O₈
    • Microcline : KAlSi₃O₈ (triclinique)
    • Orthose (orthoclase) : KAlSi₃O₈ (monoclinique)
    • Quartz : SiO₂ (trigonal à basse température ; hexagonal à haute température)
    • Sodalite : aluminosilicate de sodium chloré (cubique)

• Ronald L. Bonewitz, Margareth Carruthers, Richard Efthim, Roches et minéraux du monde, Delachaux et Niestlé, 2005, 360 p. (traduction de l'ouvrage anglo-saxon, publié par Dorling Kindersley Limited, London, 2005). (ISBN 2-603-01337-8)
• François Farges, À la découverte des minéraux et pierres précieuses, collection l'Amateur de nature dirigée par Alain Foucault sous l'égide du Muséum national d'histoire naturelle, édition Dunod 2013 complétée en 2015, 208 p. (ISBN 978-2-10-072277-8).
• Rupert Hochleitner, 300 roches et minéraux, Delachaux et Niestlé SA, Paris, 2010, traduction et adaptation française par Jean-Paul Poirot de l'ouvrage Welcher Stein ist das ? paru aux éditions Franckh-Kosmos Verlags-GmbH & Co, à Stuttgart en 2010, réédition 2014, 255 p. (ISBN 978-2-603-01698-5).
• Jannick Ingrin, Jean-Marc Montel, Minéralogie, cours et exercices, Dunod, 2014, 280 p. (ISBN 9782100711871).
• Alfred Lacroix, Minéralogie de la France et de ses anciens territoires d'Outremer, description physique et chimique des minéraux, étude des conditions géologiques et de leurs gisements, en 6 volumes, Librairie du Muséum, Paris, 1977, réédition de l'ouvrage initié à Paris en 1892 et conclu partiellement en 1910 pour le quatrième tome. (ISBN 978-2-902-433-01-8).
• Annibale Montana, R, Crespi, G. Liborio, Minéraux et roches, éditions Fernand Nathan, Paris, 1981, 608 p.
• Henri-Jean Schubnel, avec Jean-François Pollin, Jacques Skrok, Larousse des Minéraux sous la coordination de Gérard Germain, Librairie Larousse, Paris, 1981, 364 p. (ISBN 2-03-518201-8).