Minéral

Minéral

 Un minéral est un élément ou un composé chimique formé dans la nature, habituellement par des processus inorganiques. Les minéraux peuvent être composés d'un seul élément comme le carbone (DIAMANT) ou l'OR, ou de plusieurs éléments. La plupart des minéraux se caractérisent par une composition chimique particulière exprimée par une formule chimique indiquant le nombre et les types d'atomes. Ces atomes sont disposés dans un schéma tridimensionnel ordonné formant une matière cristalline. Certains solides (dont les verres naturels) et certains liquides (dont l'eau et le mercure) n'ont pas de disposition atomique ordonnée et sont appelés non-métaux.

Le CHARBON, le PÉTROLE et l'ambre ne possèdent pas de composition chimique définie ni de structure atomique ordonnée; ce ne sont donc pas des minéraux, bien qu'on les classe parmi les RESSOURCES MINÉRALES. Les perles, le CORAIL et les coquilles sont composés de carbonate de calcium cristallin et sont considérés comme des minéraux biosynthétiques parce qu'ils ont été formés par des organismes vivants. Les composés formés en laboratoire (synthétiques) sont aussi non minéraux, même si leurs propriétés chimiques et leur structure peuvent être identiques aux minéraux naturels. Il existe environ 3000 espèces minérales connues et environ 80 espèces sont découvertes chaque année.

Pour établir une nouvelle espèce, toutes les données sur le minéral, soit ses propriétés chimiques, structurelles, physiques et optiques, doivent être approuvées par la commission des nouveaux minéraux et des nouveaux noms de minéraux de l'Association internationale de minéralogie. Cette association décide aussi si les noms proposés sont acceptables. Il y a différentes façons de nommer les minéraux : en l'honneur d'une personne (p. ex. weloganite, d'après sir William E. LOGAN), d'une localité (athabascaite) ou d'une institution (mcgillite), en fonction de sa composition chimique (cobaltite) ou encore d'une propriété particulière, telle sa couleur (azurite) ou sa forme (cylindrite).

Plusieurs noms dérivent de mots latins ou grecs décrivant leurs traits caractéristiques, comme l'albite (albus, mot latin signifiant « blanc ») ou la rhodonite (rhodon, mot grec signifiant « rose »). Toutes les données scientifiques accumulées sur les minéraux nouvellement nommés sont publiées dans un journal reconnu à l'échelle internationale, comme le Canadian Mineralogist, afin d'en assurer la diffusion mondiale.

Les minéraux se présentent sous forme de composantes de roches et, moins couramment, en concentrations dans les roches. Les minéraux individuels sont facilement reconnaissables dans les roches à texture grossière (p. ex. le granite), mais pas dans les roches à grain fin (p. ex. la lave et les schistes). Les concentrations de minéraux varient de petites occurrences à des gisements importants et sont formés par divers processus, dont la solidification de solutions à teneur minérale dans les ouvertures des roches (p. ex. fissures et cavités), la précipitation d'eau riche en minéraux, comme celle des sources et des lacs salins, la solidification de gaz pendant les éruptions volcaniques. Dans chaque cas, les minéraux se forment à une température et une pression permettant aux atomes de se regrouper dans le magma (roche fondue), et aux solutions ou aux gaz de se regrouper dans le motif structural de base formant les minéraux.

Structurellement, les minéraux sont groupés en sept systèmes cristallins, chacun donnant lieu à des formes géométriques particulières, soit cubique (isométrique), tétragonale, hexagonale, trigonale, orthorhombique, monoclinique et triclinique. Ces systèmes dérivent de sept formes de base ressemblant à une boîte, chacune étant composée d'atomes disposés d'une manière précise et ordonnée. Durant la formation du cristal, les motifs structuraux de base s'alignent symétriquement dans trois directions pour produire un solide cristallin. S'il y a suffisamment d'espace pendant la formation, un cristal à faces géométriques lisses, reflétant sa structure interne, peut se former; habituellement, les conditions de formation ne sont pas idéales et les minéraux se forment en masses de cristaux généralement microscopiques ou en d'autres granulats (fibreux, poudreux, feuilletés, globulaires, etc.).

 Les minéraux sont définis et identifiés selon leur composition chimique et leur structure. Une analyse chimique peut aller d'un test pour détecter la présence d'un ou de quelques éléments à une analyse quantitative complète. La technique employée est parfois simple (essai de flamme) ou peut nécessiter l'utilisation d'instruments perfectionnés (microsonde électronique, spectrographe optique). Il arrive toutefois que les minéraux soient identifiés sans avoir recours à un équipement de laboratoire complexe. Les propriétés les plus marquantes sont celles qui ont une influence sur l'apparence.

Forme ou habitus

 La forme ou l'habitus se rapporte à la forme particulière d'un minéral. Elle peut être fibreuse (AMIANTE), lamellaire ou écailleuse (MICA), en plaquettes (BARYTINE) ou globulaire (hématite). Les formes cristallines, comme les cubes et les octaèdres (fluorine et magnétite), les rhomboèdres (calcite) et les prismes hexagonaux (quartz et béryl) sont aussi facilement reconnaissables.

Couleur

 La couleur, si elle est constante comme dans les minéraux métalliques (or, CUIVRE, chalcopyrite), peut également être un signe révélateur. D'autres minéraux (p. ex. spinelle, fluorine, corindon) peuvent se présenter sous différentes couleurs. La couleur dans les minéraux provient des atomes ou de défauts structuraux (centres colorés) qui absorbent certaines portions du spectre lumineux; la portion non absorbée étant réfléchie ou transmise à l'oeil sous forme de couleur. La couleur du minéral en poudre (sa rayure) est plus fiable que celle du minéral intact. La rayure est produite en frottant le minéral sur une plaque de porcelaine poreuse. La sphalérite jaune, brune ou noire a une rayure de couleur blanc crème; celle de l'hématite brune rougeâtre ou noire est rouge foncé. Certains minéraux produisent une couleur fluorescente lorsqu'ils sont exposés à la lumière ultraviolette, comme la scheelite blanche, un minerai de TUNGSTÈNE qui émet une fluorescence bleuâtre. Cette propriété est d'ailleurs utilisée dans la PROSPECTION de ce minerai. Les minéraux qui continuent d'émettre une fluorescence après le retrait de la source de lumière ultraviolette sont appelés phosphorescents.

Lustre

Le lustre soit le reflet de la lumière des surfaces minérales, est métallique ou non métallique. Divers termes servent à décrire le lustre métallique, tels que vitreux, adamantin (brillant), résineux, cireux ou huileux, soyeux, nacré ou terreux (mat). Le lustre caractérise plus souvent un minéral que sa couleur.

Transparence et opacité

 La transparence et l'opacité dépendent de la capacité du minéral à transmettre ou à absorber la lumière. Les minéraux métalliques, puissants absorbeurs de lumière, sont opaques. Les minéraux transparents transmettent la plus grande partie de la lumière incidente; ces minéraux sont de nature à produire des PIERRES PRÉCIEUSES. Les minéraux translucides absorbent et transmettent la lumière; les objets vus à travers eux apparaissent flous. Certaines espèces de minéraux peuvent être transparentes ou presque opaques, selon les impuretés et les défauts structuraux qu'elles contiennent.

Gravité spécifique

La gravité spécifique est la densité ou le poids d'une substance, comparé au poids d'un volume égal d'eau (de gravité spécifique 1). La galène, un minerai de plomb, a une densité de 7, c'est-à-dire sept fois plus lourde que l'eau. Le poids atomique des éléments formant le minéral et l'empilement atomique (disposition des atomes, soit éloignés, soit rapprochés) ont une incidence sur la gravité spécifique. Dans les graviers des cours d'eau, les minéraux sont séparés par leur gravité spécifique, les plus lourds se concentrant au fond.

Dureté

 La dureté, soit la capacité relative d'un minéral à résister à l'abrasion ou à l'érosion, est parmi les propriétés diagnostiques les plus utiles. L'échelle de Mohs est employée pour déterminer la dureté approximative d'un minéral. Cette échelle consiste en dix minéraux étalons classés par ordre croissant de dureté : TALC, 1; GYPSE, 2; calcite, 3; fluorine, 4; apatite, 5; orthose, 6; quartz, 7; topaze, 8; corindon, 9; diamant, 10. Chacun de ces minéraux rayera ceux dont la dureté est plus faible et sera rayé par ceux dont la dureté est plus élevée sur l'échelle. Le zircon, qui raye le quartz mais pas la topaze, a une dureté de 7,5. La dureté d'un minéral dépend de la force des liaisons, ou puissance électrique, maintenant les atomes ensemble; la rayure rompt ces liaisons.

Fractionnement

 Le fractionnement ou le clivage, brisure uniforme et lisse qui se produit entre les plans des atomes, est causé par la faiblesse dans la force liant les plans parallèles d'atomes les uns aux autres. Les minéraux peuvent se fendre dans un ou plusieurs sens, ou pas du tout. Le clivage est décrit selon le nombre et le sens des plans de clivage et la douceur de la surface de clivage (parfait, bon, moyen, faible). Le mica a un clivage parfait dans un sens et peut se séparer en lamelles. La galène a trois sens de clivage formant des angles droits entre eux; chaque surface de clivage est parallèle à une face cubique et on dit alors que le clivage est cubique. La cassure, une brisure traversant les plans d'atomes donnant une surface non planaire et irrégulière, se produit dans les minéraux qui n'ont pas de plans de faiblesse distincts. Tous les minéraux présentent un type de fracture; les minéraux qui se clivent dans un ou plusieurs sens peuvent se casser dans d'autres sens. La cassure est de forme conchoïdale, ou en forme de coquille (quartz, verre), esquilleuse ou dentelée (cuivre natif), céroïde (jade) ou irrégulière (FELDSPATH).

Ténacité ou cohésivité

 La ténacité ou la cohésivité est la résistance des minéraux à la rupture. Les minéraux « durs » (jade) sont tellement difficiles à casser qu'il faut habituellement les scier. Les minéraux friables s'émiettent ou sont réduits en poudre sous un choc; le diamant, le plus dur des minéraux connus, et le talc, le plus tendre, sont cassants. D'autres minéraux se déforment plus facilement qu'ils ne se cassent : un minéral malléable (or) peut être martelé en feuille; un minéral sectile (ARGENT) peut être taillé en copeaux; un minéral ductile (cuivre) peut être étiré pour la fabrication de câbles; un minéral flexible (GRAPHITE) peut être plié, et un minéral élastique (mica) reprend sa forme après avoir été plié.

Magnétisme et radioactivité

 Le magnétisme et la radioactivité, propriétés manifestées par seulement quelques minéraux communs, se détectent facilement. Le magnétisme est la réaction d'un minéral dans un champ magnétique. La magnétite est fortement attirée par un aimant; la pyrrhotite et l'ilménite le sont moins. Les minéraux radioactifs (uraninite, thorite) contiennent des atomes instables (URANIUM, thorium) qui émettent des radiations détectables par un scintillomètre ou un compteur Geiger. Dans les minéraux métamictes (bétafite, allanite), la radioactivité entraîne la destruction de la structure atomique interne et les minéraux deviennent non cristallins.

Propriétés optiques

 Les propriétés optiques se rapportent au comportement de la lumière qui traverse un minéral. La lumière se déplace plus lentement dans les minéraux que dans l'air et le degré de lenteur varie d'un minéral à l'autre. En raison de cette perte de vitesse, la lumière change de trajectoire ou est réfractée. Le degré de lenteur, l'indice de réfraction, peut être formulé comme le rapport entre la vitesse de la lumière dans l'air et sa vitesse dans un minéral donné. Par exemple, la lumière se déplace à 299 330 kilomètres à la seconde (km/s) dans l'air (indice de réfraction 1), mais ralentit à 123 916 km/s dans le diamant (la lumière se déplace 2,41 fois plus vite dans l'air); donc, l'indice de réfraction du diamant est 2,41.

Tous les minéraux, à l'exception de ceux du système cubique (isométrique), séparent le rayon lumineux incident en deux rayons lorsque celui-ci se déplace en empruntant certaines directions cristallographiques. Chaque rayon est ralenti à différents degrés; ainsi, chaque rayon a son propre indice de réfraction et le minéral a deux indices de réfraction dans certaines directions. Les minéraux de ce genre sont des anisotropes optiques; les minéraux ayant seulement un indice de réfraction sont des isotropes. Pour déterminer l'indice de réfraction, les minéralogistes utilisent le microscope (polarisant) pétrographique et les gemmologues, le réfractomètre.

Diffractométrie aux rayons X

 La diffractométrie aux rayons X est la méthode universelle employée en laboratoire pour identifier un minéral. Cette technique utilise une source de rayons X, une caméra cylindrique, dont l'intérieur est revêtu d'une bande de pellicule photographique, et une petite quantité de la poudre minérale montée sur un tube à l'intérieur de la caméra. Un faisceau de rayons X frappe le minéral, qui réfléchit (diffracte) les rayons X à partir de différentes séries de plans parallèles d'atomes; les rayons réfléchis sont captés sur la pellicule en une série de lignes concentriques d'intensité variable. Ces lignes représentent la distance entre les plans atomiques, et les degrés d'intensité sont liés au type d'atomes et à leur distribution dans le plan atomique. Comme les distances et les degrés d'intensité des lignes (diagramme de diffraction) sont particuliers à chaque espèce de minéral, la pellicule donne une « empreinte digitale » du minéral analysé. Un minéral inconnu est identifié en comparant son diagramme à un diagramme étalon.

Classification des minéraux

 La classification moderne des minéraux est basée sur leur composition chimique. Chaque classe chimique est subdivisée en groupes et en familles selon la ressemblance de leurs structures et, à un degré moindre, leurs propriétés chimiques. Les minéraux de chaque groupe ont des propriétés similaires et ont été formés dans des environnements géologiques semblables.

Éléments natifs

Parmi la vingtaine de minéraux formés d'un seul élément, on compte les métaux (or, argent), les semi-métaux (arsenic, bismuth, ANTIMOINE) et les non-métaux (SOUFRE ou carbone, comme le graphite et le diamant).

Sulfures et sulphosels

Un minéral sulfureux est composé de sulfure et d'un ou plusieurs éléments métalliques (comme la galène et la chalcopyrite) ou de soufre et d'un élément semi-métallique (réalgar). Un sulphosel, ou sulfure double, est composé de soufre et d'éléments métalliques et non métalliques (pyrargyrite). Les sulfures et les sulphosels sont habituellement opaques, ont un lustre métallique, une dureté s'échelonnant de 1 à 6 et se présentent couramment sous forme de veines. Cette classe comprend les minéraux métalliques importants.

Oxydes et hydroxydes

Les oxydes minéraux sont composés d'oxygène et d'un ou plusieurs éléments métalliques ou semi-métalliques (hématite). Si l'hydrogène est également présent, comme dans la goethite, le minéral est classé comme un hydroxyde. Les oxydes ont ordinairement une structure et des propriétés chimiques simples.

Haloïdes

Ce sont des minéraux composés d'éléments halogènes (fluor, chlore, brome, iode) et d'un métal (halite ou SEL de table, fluorine). Les haloïdes sont habituellement tendres, friables et de couleur claire, certains sont solubles dans l'eau. Les haloïdes forment un groupe important de minéraux industriels qui comprend, entre autres, l'halite, la sylvite (une source de potasse), la chlorargyrite (minerai d'argent) et la fluorine.

Carbonates, nitrates et borates

Les minéraux de ces classes ont la même unité structurelle de base (le radical) qui consiste en trois atomes d'oxygène disposés dans un triangle équilatéral. Dans chaque classe, un type d'atome différent est situé au centre du triangle : la position centrale dans les carbonates est occupée par un atome de carbone et le radical est CO₃; dans les nitrates, par l'azote (radical NO₃) et dans les borates, par le bore (radical BO₃). Chaque unité triangulaire est combinée de la même manière par des atomes d'éléments métalliques. Les carbonates sont les plus communs; la calcite et la dolomite sont les principaux constituants du CALCAIRE et du marbre. Les carbonates sont généralement tendres et solubles dans les acides; les nitrates sont solubles dans l'eau et sont présents seulement dans les régions arides.

Sulfates, phosphates, chromates, arséniates et vanadates

Les minéraux de ces classes ont le même type de motif structural de base (radical), les tétraèdres (forme pyramidale) possèdent un atome d'oxygène à chacun des quatre coins et un atome caractéristique de la classe à l'intérieur. Dans les sulfates, l'atome intérieur est le soufre et le radical est SO₄; les autres sont le phosphore dans les phosphates (PO₄), le CHROME dans les chromates (CrO₄), l'arsenic dans les arséniates (AsO₄) et le vanadium dans les vanadates (VO₄). Les atomes d'éléments métalliques unissent les tétraèdres pour former les minéraux. La barytine et le gypse sont d'importants sulfates; l'apatite, un important phosphate.

Molybdates et tungstates

Le radical dans les minéraux de ces classes est le tétraèdre de quatre atomes d'oxygène entourant un atome de MOLYBDÈNE dans les molybdates (MoO₄), ou de tungstène dans les tungstates (WO₄). Ces tétraèdres sont déformés par de gros atomes à l'intérieur.

Silicates

Minéraux contenant du silicium et de l'oxygène, qui forment plus de 90 p. cent de la croûte terrestre et environ un quart des espèces connues de minéraux (voir SILICA). Le motif structural des silicates est le tétraèdre de silicium-oxygène (SiO₄). Les silicates sont classées en six groupes selon les façons dont les tétraèdres sont unis les uns aux autres : dans les nésosilicates, les tétraèdres de base (SiO₄) sont soudés ensemble par des atomes et autres éléments (comme le zirconium dans le zircon); dans les sorosilicates, des paires de tétraèdres partagent un atome de coin et les unités en forme de « noeud papillon » sont combinées par des atomes d'autres éléments (p. ex. l'hémimorphite); dans les cyclosilicates, qui ont une structure cyclique, chaque tétraèdre partage un atome d'oxygène de coin avec deux tétraèdres adjacents (p. ex. le béryl); dans les inosilicates, qui ont une structure en chaîne, chaque tétraèdre partage trois atomes d'oxygène avec deux tétraèdres adjacents et les chaînes sont alignées et unies par des atomes et autres éléments (p. ex. le pyroxène); dans les phyllosilicates, qui ont une structure lamellaire, chaque tétraèdre partage trois atomes d'oxygène avec d'autres tétraèdres (p. ex. les micas); dans les tectosilicates ou silicates de charpente, les quatre atomes d'oxygène de chacun des tétraèdres sont partagés (p. ex. le quartz).

Voir aussi COMMISSION GÉOLOGIQUE DU CANADA.