MINÉRALOGIE

Striations

De nombreux cristaux montrent des faces plus ou moins profondément striées ; ces stries sont formées par des arêtes et des sillons qui résultent d'oscillations entre la croissance de deux formes différentes ou bien de macles de croissance polysynthétiques (cf. infra, Associations de cristaux, agrégats).

Faces vicinales

Les faces principales d'un cristal peuvent présenter dans certaines espèces (quartz, fluorine, topaze...) de légères dénivellations, entourées de véritables arêtes, dont l'orientation ne diffère que très peu de celle de la face principale. Ces « faces vicinales », ayant souvent des indices particulièrement complexes, sont utiles pour reconnaître certaines mériédries et, en particulier, distinguer les cristaux droits et gauches des mériédries énantiomorphes.

Imperfections

Les phénomènes d'adsorption liés à la croissance peuvent être la cause de nombreuses imperfections : cristaux dendritiques (les métaux natifs cubiques, or, argent, cuivre, se présentent souvent en individus squelettiques formés de petits cristaux soudés les uns aux autres) ou vacuolaires ; inclusions fluides et solides.

Les inclusions fluides peuvent être gazeuses ou liquides. Largement répandues, elles permettent de déterminer la température de formation du cristal et la physicochimie du milieu de croissance.

La plupart des cristaux contiennent des inclusions solides. On peut distinguer des inclusions formées avant le cristal ayant servi de support de cristallisation, orientées indifféremment par rapport au cristal, des inclusions de croissance comme, par exemple, les « fantômes » des cristaux de quartz, les « croix noires » de la chiastolite, variété d'andalousite. Des cristaux peuvent se former en englobant des grains de sable ; c'est le cas des rhomboèdres de « calcite de Fontainebleau ». Enfin, d'autres inclusions solides peuvent résulter de phénomènes d'exsolution ou d'épitaxie (croissance orientée d'un minéral sur un cristal d'une espèce différente).

Force de cristallisation

On distingue des minéraux automorphes, capables de développer leur forme cristalline en luttant contre ceux qui les entourent (les grenats, par exemple), et des minéraux xénomorphes, qui se développent dans les espaces restés libres (tectosilicates dans les roches).

Les cristaux sont dits inclus quand ils sont englobés dans la gangue qui les entoure en conservant toutes leurs faces, et libres quand ils sont développés dans des cavités, fissures et géodes (cavités plus ou moins sphériques, tapissées de cristaux).

Taille des cristaux

Une même espèce peut donner des cristaux de taille variable, mais en général les grands cristaux bien formés sont exceptionnels. On peut cependant signaler quelques « monstres «  : microcline de 10 m de diamètre et pesant plusieurs centaines de tonnes (Kaatiala, Finlande) ; biotite de 5 m de diamètre (Evje, Norvège) ; quartz de 4 × 2 m (Oural) ; béryl de 16 t (Albany, États-Unis) ; spodumène de 16 m de longueur, pesant 90 t (Keystone, États-Unis).

Les macles

Les cristaux de nombreuses espèces s'associent parfois suivant des lois définies, en donnant des groupements connus sous le nom de macles. Les macles peuvent être simples (deux cristaux) ou multiples. Si plusieurs individus se répètent alternativement suivant le même plan de macle, on a une macle « polysynthétique », d'aspect souvent lamellaire.

Dans certaines macles, on passe d'un individu à l'autre par rotation (souvent de 180⁰) autour d'un axe dit de macle. Dans d'autres cas, les deux cristaux sont symétriques par rapport à un plan de macle, plan réticulaire commun aux deux cristaux ; ce plan de macle correspond souvent au plan d'accolement des deux cristaux.

Suivant leur mode de formation, on distingue différentes sortes de macles :

– Macles de croissance. Elles résultent de la croissance simultanée des cristaux géométriquement associés. On distingue les macles par accolement, comme celle de l'orthose, de celles par pénétration, comme celle de la staurotite. Ces macles de croissance peuvent former des groupements cycliques d'aspect souvent pseudohexagonal, comme c'est le cas pour l'aragonite.

– Macles de transformation. Lors d'une transformation polymorphique, le cristal peut, sans changer de forme extérieure, se transformer en un agrégat de plusieurs cristaux d'orientation complémentaire.

– Macles mécaniques. Dans de nombreux minéraux, le choc ou la pression détermine une déformation du réseau en faisant prendre à une partie de l'édifice cristallin une nouvelle position qui, par rapport à l'orientation d'origine, correspond à une macle.

Les macles présentent fréquemment des angles rentrants et montrent souvent une pseudosymétrie de degré de symétrie supérieur à celui de l'espèce (l'aragonite, orthorhombique, en macles pseudohexagonales).

Le faciès très caractéristique des macles facilite la reconnaissance de certains minéraux : cassitérite, rutile, cérusite, aragonite, feldspaths...

Faciès des agrégats

Les agrégats dont les grains ont une dimension proche du millimètre sont dits grenus, et micacés s'ils sont formés par de fines lamelles. Si les grains sont trop fins pour être distingués à l'œil ou à la loupe, le minéral est dit massif (cryptocristallin si, à fort grossissement, il se montre formé de grains cristallins).

Les minéraux peuvent être stalactiformes, en masses mamelonnées, réniformes, botryoïdales (en grappes), dont la texture interne est souvent fibreuse, parfois fibroradiée, en agrégats coralloïdes.

Si l'agrégat est formé de nodules plus ou moins sphériques, il va du « pisolitique » à l'« oolitique », en fonction de la diminution de la taille des nodules ; enfin, le faciès peut être terreux, pulvérulent.

Densité

La densité d (densité par rapport à l'eau ou densité usuelle) est le quotient de la masse (ou poids) du corps par la masse (ou poids mesuré au même lieu) d'un égal volume d'eau à 4 ⁰C et à une pression de 760 mm de mercure.

La principale méthode utilisée est celle de la balance hydrostatique : le minéral est suspendu au plateau d'une balance ; on fait l'équilibre, puis on immerge le corps dans un liquide de masse volumique connue ; pour rétablir l'équilibre, il faut ajouter un poids représentant le poids d'un volume de liquide égal au volume du minéral. Il est ainsi possible d'opérer sur 20 à 50 mg de minéral trié, avec des erreurs de 1 à 2 p. 100.

Mais il est parfois impossible de disposer de 20 mg du minéral pur. C'est pourquoi les minéralogistes ont développé des méthodes sans pesées : on immerge un fragment de minéral dans un liquide de même densité, obtenu par mélange de différentes liqueurs lourdes ; si le corps reste en suspension, sa densité est égale à celle du liquide. On utilise le bromoforme (d = 2,89), l'iodure de méthylène (d = 3,32), la liqueur de Clerici (formiate et malonate de thallium ; d = 4,5).

Diagrammes de Debye-Scherrer

Utilisés couramment, les diagrammes de poudre, véritables « empreintes digitales » des espèces minérales, ne suffisent pas toujours à déterminer avec certitude une espèce ; il faut en effet songer aux solutions solides dont les termes extrêmes peuvent donner les mêmes diagrammes. De plus, des espèces différentes peuvent fournir des diagrammes presque identiques. Enfin, des minéraux en grains très fins dans des roches ou des minerais ne peuvent être extraits en quantité suffisante pour réaliser ces diagrammes. Il faut alors utiliser la diffraction électronique et les méthodes optiques de détermination.

Analyses thermiques

L'analyse thermique différentielle (A.T.D.) et l'analyse thermopondérale (cf. analyse thermique), aujourd'hui couramment employées aussi bien en minéralogie qu'en chimie et en métallurgie, consistent à étudier un échantillon chauffé avec une vitesse de montée en température définie.

Dans l'analyse thermique différentielle, on enregistre à chaque instant la différence de température entre l'échantillon et un corps de référence chauffé simultanément. Les variations brusques de cette différence marquent des transformations exo- ou endothermiques, et se traduisent par des crochets sur la courbe enregistrée. La température à laquelle se produisent les transformations, leur intensité, leur sens et leur vitesse (position, surface, forme des crochets enregistrés) constituent les caractéristiques thermiques du minéral. Les effets endothermiques résultent de la perte d'eau de cristallisation, d'hydroxyle, d'anhydride carbonique ou de la destruction de la structure ; les effets exothermiques signifient oxydation ou recristallisation. Les courbes obtenues sont caractéristiques pour un grand nombre de minéraux. Cette méthode est particulièrement utilisée pour étudier les minéraux des argiles.

L'analyse thermopondérale est une technique complémentaire qui permet de mesurer en fonction de la température et du temps les variations du poids d'un minéral au cours de la chauffe.

Microsonde électronique de Castaing

Cet appareillage (1957) a révolutionné les possibilités de la minéralogie, de même que celles de la métallurgie. Il permet d'analyser quantitativement une « prise » de un cent-millionième de milligramme avec une limite de détection proche du cent-milliardième de milligramme. On peut ainsi déterminer des espèces en grains très fins, incluses dans des roches ou des minerais, étudier facilement les phénomènes de diffusion et les anomalies de répartition des éléments majeurs ou en traces.