Pr. Salah Bouhlel
Cours Géologie Faculté des Sciences de Tunis Unversité Tunis El Manar Salah Bouhlel  
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Chapitre 5 : Propriétés Physiques des minéraux

 

 

 

Les minéraux possèdent des propriétés physiques qui permettent de les distinguer entre eux et qui deviennent des critères d'identification. Ce qui attire d'abord l'oeil, c'est bien sûr la couleur et la forme cristalline des minéraux, mais il y a bien d'autres propriétés. Plusieurs de ces propriétés peuvent être observées sans l'aide d'instruments et sont d'une grande utilité pratique.

 

Couleur

 

Il y a une grande variété de couleurs chez les minéraux, mais c'est là un critère qui est loin d'être absolu.

 

Des spécimens de couleurs différentes peuvent représenter le même minéral, comme le quartz qui présente plusieurs variétés selon la couleur qui va de l'incolore limpide (cristal de roche), au blanc laiteux, au violet (améthyste), au rouge (jaspe), au noir enfumé, au bleu, etc., alors que des spécimens qui ont tous la même couleur peuvent représenter des minéraux tout à fait différents, comme ces minéraux à l'éclat métallique qui ont tous la couleur de l'or: la pyrite qu'on appelle l'or des fous, la chalcopyrite qui est un minerais duquel on extrait le cuivre, ... et l'or. Il faut noter que la couleur doit être observée sur une cassure fraîche, car l'altération superficielle peut modifier la couleur, particulièrement chez les minéraux à éclat métallique.

 

Éclat

 

L'éclat des minéraux, c'est l'aspect qu'offre leur surface lorsqu'elle réfléchit la lumière. On distingue deux grandes catégories:

 

-          l'éclat métallique, brillant comme celui des métaux,

-          l'éclat non métallique que l'on décrit par des termes comme vitreux (comme le verre), gras (comme si la surface était enduite d'huile ou de graisse), adamantin (qui réfléchit la lumière comme le diamant), résineux (comme la résine), etc.

 

 

Trait

 

Une propriété qui a trait à la couleur, mais qui est un peu plus fiable et dont le test est facile à réaliser, c'est le trait. Il s'agit en fait de la couleur de la poudre des minéraux. Cette propriété se détermine sur la trace laissée par le minéral lorsqu'on frotte ce dernier sur une plaque de porcelaine non émaillée (la dureté de la plaque est supérieure à celle du minéral). Par exemple, l'hématite, un minéral dont on extrait le fer, possède une couleur noire en cassure fraîche mais un trait brun rougeâtre sur la plaque de porcelaine. La pyrite, de couleur jaune or, laisse un trait noir.

 

 

 

 

 

Dureté

 

La dureté d'un minéral correspond à sa résistance à se laisser rayer. Elle est variable d'un minéral à l'autre. Certains minéraux sont très durs, comme le diamant, d'autre plutôt tendres, comme le talc, un des principaux constituants de la fameuse "pierre de savon". Les minéralogistes ont une échelle relative de dureté qui utilise dix minéraux communs, classés du plus tendre au plus dur, de 1 à 10. Cette échelle a été construite par le minéralogiste autrichien Friedrich Mohs et se nomme par conséquent l'échelle de Mohs.

 

Sur cette échelle, on a quelques points de repères. Des minéraux comme le talc et le gypse sont si tendres qu'ils sont rayés par l'ongle. Une lame de canif, en acier, saura rayer tous les minéraux de dureté inférieure à 5, mais ne pourra rayer les feldspath et le quartz. Un morceau de corindon, très dur, un minéral qu'on utilise dans les abrasifs, pourra rayer le quartz, mais sera rayé par un diamant.

 

 

 

 

Densité

 

La densité des minéraux est une propriété mesurable; elle est une constante physique qui caractérise un minéral donné. Beaucoup de minéraux ont une densité qui se situe autour de 2,7 g/cm3, soit 2,7 fois plus lourd qu'un volume égal d'eau. Mais certains ont une densité relativement faible, comme le sel qui a une densité de 2,1; d'autres se situent à l'autre extrême, comme la galène (sulfure de plomb) avec une densité de 7,5 et l'or dont la densité est de 19,3.

 

 

Forme cristalline

 

La forme cristalline est souvent ce qui donne la valeur esthétique d'un minéral. Chaque minéral cristallise dans un système donné, ce qu'on appelle un système cristallin. Un minéral donné reproduira toujours les mêmes formes régies par ce système. Par exemple, la halite cristallise dans le système cubique. La calcite cristallise dans le système rhomboédrique, un système où les trois axes sont de longueur égale et où les angles entre les axes sont identiques, mais différents de 90°.

 

 

Clivage

 

Le clivage est une propriété très importante des minéraux. Il correspond à des plans de faiblesse dans la structure cristalline. Puisqu'il s'agit de plans de faiblesse, un minéral va donc se briser facilement le long des plans de clivage.

 

Ainsi, si on frappe (un bon coup de marteau) un cristal de calcite, de pyroxène ou d'amphibole, on obtiendra toujours les mêmes angles entre les faces des morceaux, quelle que soit la dimension de ces derniers. Par exemple, la calcite possède un clivage rhomboédrique, avec des plans à 75° et 105°. Par contre, si on brise un cristal de quartz qui est un minéral sans clivage, on obtient des fragments avec des cassures très irrégulières (comme si on brisait un tesson de bouteille). Les micas se débitent en feuilles grâce à leur clivage selon un plan unique.

 

 

Effervescence

 

Les minéraux de la classe des carbonates sont décomposés chimiquement par les acides (acides chlorhydrique, acétique); cette réaction chimique dégage des bulles de gaz carbonique, un phénomène qu'on qualifie d'effervescence (un bouillonnement). Selon les minéraux carbonatés, cette effervescence se produit, sur la masse minérale même ou sur la poussière, à froid ou à chaud.

 

 

Propriétés optiques  (voir Travaux pratiques)

 

Les propriétés optiques constituent un élément diagnostique fondamental dans l'identification d'un minéral. Les moyens techniques permettent d'amincir des tranches de minéraux collées sur des lamelles de verre si minces (30 micromètres) qu'elles deviennent tout à fait transparentes. On peut alors étudier ces minéraux aux microscope. Chaque groupe de minéraux possède ses propriétés optiques, c'est à dire qu'ils transmettent différemment la lumière et qu'ils produisent des couleurs caractéristiques lorsqu'ils sont observés en lumière polarisée, ce qui, en bout de ligne, permet de les identifier.


 

 

III - LE FACIES CRISTALLIN, MACLES, TEXTURES CRISTALLINES

 

1.    Le faciès cristallin

 

On désigne sous le nom de faciès cristallin la morphologie sous laquelle se présente un individu minéral.

 

La plupart des espèces minérales ont un faciès cristallin prépondérant. Souvent, ce faciès est un élément important de reconnaissance. On distingue communément les faciès cristallins suivants :

 

Isométrique :

 

Les dimensions des cristaux sont sensiblement égales suivant les trois directions de l'espace : galène, blende, magnétite, grenats...

 

Tabulaire :

 

Cristaux développés suivant deux directions ; d'après l'épaisseur des cristaux, on distingue les faciès aplatis, folliacés, micacés : barytine, wulfenite, mica, autunite...

 

 

Allongé :

 

Cristaux développés suivant une seule direction , d'après le rapport longueur /diamètre, on aura des faciès prismatiques (quartz, stibine), columnaires (manganite, tourmaline), aciculaires (scolecite, millerite), capillaires (asbeste).

 

Il existe des faciès intermédiaires : lamellaire : aplati et allongé (disthène, gypse) ; en tonnelet (corindon) ; rhomboédrique ou scalénoédrique (carbonates du groupe de la calcite) , lenticulaire (gypse), etc...

 

Striations : de nombreux cristaux montrent des faces plus ou moins profondément striées (stries perpendiculaires à l'allongement des faces latérales des prismes de quartz, stries de la tourmaline, de la pyrite). Grossies, ces stries se montrent formées par des arêtes et des sillons qui résultent d'oscillations entre la croissance de deux formes différentes. D'autres stries peuvent provenir de mâcles de croissance polysynthétiques (cas des feldspaths plagioclases) ou de mâcles mécaniques (calcite et dolomite des calcaires métamorphiques).

 

 

2- Macles

 

Deux cristaux d'un même minéral peuvent s'accoler ou s'interpénétrer symétriquement par rapport à un plan, ou avec rotation de l'un deux autour d'un axe. Ce mode d'association suivant une loi cristallographique définie constitue une macle.

 

 

Les macles se traduisent souvent par la présence d'angle dièdre rentrant, qui n'apparaissent jamais dans un cristal isolé. Parmi les minéraux présentant des macles caractéristiques, citons l'orthose, albite, augite, gypse et quartz

 

Si une macle associe plusieurs cristaux en disposition alternée par rapport aux plan de macles, elle est dite polysynthétique et donne au minéral un aspect finement lamellaire parfois perceptible à l'œil nu (plagioclase, calcite).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Géodes

 

On donne le nom de géodes à des cavités plus ou moins sphériques, généralement tapissées de cristaux.

 

 

4. Tailles des cristaux

 

Une même espèce peut donner des cristaux de taille très variable suivant les conditions de cristallisation. La taille des cristaux varie généralement de quelques microns à quelques centimètres.

 

Les cristaux de grande taille "dits géants" décimétriques à métriques sont rares. Ils proviennent souvent de pegmatites ou de gîtes d'altération.

 

 

5. Textures des agrégats cristallins

 

Les agrégats peuvent être monominéraux (les marbres), mais le plus souvent ils sont polyminéraux (les granites). Les termes descriptifs appliqués aux agrégats sont très nombreux.

 

On désigne par texture la manière dont sont groupés les éléments d'un agrégat minéral.

 

 

 

Textures cristallines. - On distingue différents types d'après la forme des grains.                   

 

Textures massives. - Ce sont des masses minérales ne montrant pas de faces cristallines

 

Texture granulaire : formée de grains sensiblement isométriques (calcaire cristallin).  

 

Texture plane : les cristaux élémentaires sont aplatis ; des cristaux plats, des lames minces, des écailles s'empilent les uns sur les autres.

 

 

 

La texture est appelée laminaire, si les lames sont assez grandes, épaisses,  (gypse, disthène).

 

La texture est appelée lamellaire si les lames sont assez minces (certaines hématites),

 

La texture est appelée écailleuse si les lamelles se détachent en écailles,

 

La texture est appelée micacées si les lames sont larges, très minces et couchées à plat (micas). 

 

 

Texture linéaire : pour des agrégats de cristaux allongés, on distingue :

 

la texture bacillaire si les individus ont des dimensions comparables à celles d'une baguette (tourmaline, aragonite) ;

 

la texture aciculaire si les cristaux sont semblables à des aiguilles, (actinote, stibine),

 

la texture fibreuse si les cristaux sont semblables à des fibres : (asbeste, certaines malachites).

 

Des cristaux rayonnant autour de certains points donnent une texture radiée.

 

La texture réticulée est formée par un agrégat de cristaux entrecroisés dans des directions variées (rutile). 

 

 

 

Formes extérieures des agrégats.

 

Ces formes sont parfois caractéristiques et il est bon de connaître les termes qui les définissent      :

 

Réniforme : en forme de rein, la texture interne peut être radiée ou concentrique (hématite, barytine).

 

Mamelonnée surface formée de portions de sphères aplaties (calcédoine,

inalachite) (fig. )

 

Botryoidale : en grappe grossière (calcédoine).

 

Globulaire : en portions de sphères isolées (wavellite).

 

Nodulaire: en forme de nodules plus ou moins arrondies (barytine).

 

Dendritique : en forme de branche (cuivre natif, or, dendrites manganésifères) .

 

Stalactitique : en colonnes, cylindres ou cônes allongés, semblables aux stalactites de calcite des grottes. La structure interne peut être grossièrement cristalline, parfois formée de cristaux radiés ou de couches concentriques (calcédoine, hydroxydes de fer, de manganèse, malachite).

 

Pisolitique : agglomérat de sphères plus ou moins parfaites (Bauxite).

 

 

 

6. Les associations et paragenèses minérales

 

Dans les roches comme dans les gisements métalliques, les possibilités d'apparition des différentes espèces minérales dépendent des conditions du milieu d'où la fréquence d'associations caractéristiques de ces conditions.

 

On emploie. le terme de paragénèse pour désigner une association minérale résultant d'un processus géologique ou géochimique donné.

 

Une association minérale peut comprendre plusieurs paragénèses non contempoaines, juxtaposées. C'est le cas par exemple des associations fréquentes de pyrite et de chalcopyrite avec la limonite et la malachite provenant de phénomènes d'oxydation bien postérieurs à la formation des sulfures.

 

Des paragénèses peuvent être très répandues ,  c'est le cas des associations minérales donnant les roches communes (quartz, orthose et biotite des granites par exemple), ou exceptionnelles (cryolite, sidérite, galène et blende du gîte d'Ivigtut au Groenland).

 

Certaines associations minérales ne peuvent être rencontrées car elles sont contraires aux lois physicochimiques (quartz et leucite par exemple).

 

 

 

 

 

Liste des cours disponibles  
  1) Minéralogie Générale (IGS3)

2) Gîtes Minéraux (Gîtes météllifères et Métallogénie) (ST3 RME ET IGS4

4) Géochimie des isotopes stables S1 du M1 (= géochimie Isotopique II dans le programme affiché)

5) Substances Utiles (industriel minerals) et ressources énergétiques pour LAGTE2 (en construction)

6) Atlas des minéraux des minerais (LAGTE2, ST3, IGS4)

7) Atlas métallographie sous miccroscope à lumière réfléchie (ST3 RME, IGS4 et autres...)

8) Inclusions fluides pour la métallogénie et la géologie des bassins sédimentaires et des réservoirs (ST3 RME, IGS 4 et MASTERS ST)


 
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