Minéralogie
La minéralogie est la science qui étudie les minéraux.
Un minéral est une substance formée naturellement, généralement inorganique, exceptionnellement organique. Un minéral donné est caractérisé par une formule chimique et une structure cristalline, c'est-à-dire respectivement par la nature des atomes qui le composent et leur agencement dans l'espace. La minéralogie concentre les diverses approches d'étude des minéraux sur ces bases théoriques.
Propriétés des minéraux
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.
Nomenclature des minéraux
La nomenclature moderne s’impose dans le courant du XIXe siècle, dans laquelle le nom trouve son origine dans plusieurs raisons :
Aujourd'hui, il existe un organisme international visant à normaliser la définition des espèces minérales : l'Association internationale de minéralogie (IMA).
Prospection
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
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.
Sciences connexes
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.
Exemples de minéraux
Voici une liste non exhaustive de minéraux communs :
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'ulvospinelle, TiFe2O4 : ici le titane a nombre d'oxydation 4+, le fer 2+.
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