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En collaboration avec Yves Lulzac,
Ingénieur géologue minier
LA DÉTERMINATION DES MINÉRAUX
Détermination est le terme employé par les minéralogistes et les géologues pour identifier un minéral.
"S'il est facile pour un minéralogiste, même débutant, d'identifier un minéral comme une pyrite, du soufre ou une fluorite, il n'en est pas de même pour la majorité des espèces souvent peu rencontrées et peu connues. La détermination des espèces minérales est une entreprise qui, souvent, peut se révéler difficile. Elle nécessite à la fois une très bonne connaissance de la minéralogie et des minéraux, mais le plus souvent nécessite aussi l'utilisation de petit matériel ou d'instruments de mesures spécifiques à la minéralogie et à la gemmologie. Enfin une bonne documentation très étoffée, permettra d'interpréter mesures et observations afin de déterminer avec précision l'espèce de l'échantillon que l'on considère."
La classification des minéraux est basée, d'abord sur leur composition (chimie) ensuite sur leur structure physique (cristallographie). Ce qui amène à classer ensemble des minéraux qui ne se ressemblent pas. Ainsi le diamant sera classé avec le graphite, leur composition chimique étant la même C (carbone), pourtant leur aspect diffère énormément ceci étant lié à leur structure, assemblage des atomes de carbone. L'or et le soufre appartiennent eux aussi à la même classe, il sont tous composés d'un seul élément chimique.
La détermination visuelle ne permet d'identifier qu'un faible nombre d'espèces souvent très connues. On dira que la détermination à l'œil est réservée à des espèces très typiques et souvent rencontrées.
Alors comment faire pour les autres ?
Il y aura lieu d'utiliser certains instruments, car les critères chimiques et physiques qui les caractérisent ne sont pas perceptibles avec nos seuls sens. Il faudra alors effectuer des observations ou des mesures à l'aide de ces instruments. Selon que l'on est minéralogiste amateur débutant, ou plus chevronné, ou encore étudiant à l'Université, expert privé, ou chercheur, on n'utilisera pas les mêmes instruments.
Pourquoi ?
Il y a deux raisons majeures. La première tient à l'aspect financier, le coût d'instruments de laboratoire sophistiqués est très élevé. La seconde est liée au niveau de connaissances scientifiques. Posséder des instruments sophistiqués est à la portée de n'importe quel amateur pourvu qu'il soit fortuné, mais les connaissances scientifiques requises pour utiliser ces appareils nécessitent de longues études.
"Quels sont les critères les plus simples qui pourront aider un minéralogiste amateur ?"
ASPECT VISUEL A LA LOUPE :
L'observation à la loupe : c'est l'instrument qui ne devrait jamais quitter la poche du minéralogiste, elle sera aplanétique afin de ne pas déformer l'image. Le grossissement standard étant X10. L'idéale est la loupe pliante. On observera l'échantillon sous son aspect visuel pour rechercher les critères de forme, couleur, éclat, transparence, clivage, inclusions.
ODEUR :
L'odeur :
Certains minéraux émettent une odeur caractéristique :
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le soufre a une odeur particulière.
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l'arsénopyrite sur une cassure fraîche, odeur d'ail.
DURETE :
La dureté et l'échelle de Mohs : c'est elle qui vous permettra de déterminer la dureté du minéral en faisant des tests comparatifs avec les minéraux de référence. Il est assez facile de se constituer une échelle de Mohs, il suffit de réunir quelques échantillons des différents minéraux de cette échelle, on se passera du talc puisqu'il n'y a pas de minéraux de dureté inférieure à 1 sauf l'eau, et l'on pourra aussi, au début, se passer du diamant (10). On trouve aussi dans le commerce des "crayons" à dureté, ce sont des tiges métalliques dans lesquelles on a serti un fragment de chaque minéral de référence. Moins volumineuses que la boite contenant des échantillons elle se prête mieux à la détermination sur le terrain. On trouve parfois des "crayons" de duretés intermédiaires, en particulier 6.5 et 7.5.
TRACE :
La trace sur la plaque de porcelaine ou sur le papier : L'on recherche la couleur que la poudre du minéral laissera sur l'envers d'une plaque de porcelaine (le coté granuleux, non verni).
Exemple : l'hématite gris/noir, la trace sera rouge sang ; la goethite, minéral noir aussi, aura un trait jaune ocre. La couleur de la trace n'est donc pas forcément la même que celle du minéral.
Pour les minéraux plus durs que la porcelaine, la solution est de les réduire en poudre dans un creuset d'acier et frotter la poudre sur la porcelaine.
Les minéraux les plus tendres (graphite, molybdénite, etc.) devront être frottés sur une simple feuille de papier.
MAGNETISME :
Le magnétisme : Un aimant de petit volume mais assez puissant, vous permettra de détecter la présence du fer (Fe) dans un échantillon. L'aimant sera monté au bout d'un fil de nylon ou de coton, on le tiendra au bout de ce fil sans bouger lorsqu'il sera stable on approchera l'échantillon si l'aimant bouge (tourne sur lui même ou se déplace vers l'échantillon) on est alors en présence d'un minéral contenant du fer.
CLIVAGE :
Le clivage : Propriété du minéral à se briser en donnant des surfaces planes, très souvent miroitantes, régulières dues à des plans de faiblesse dans la structure atomique.
Photo : Fluorite où l'on voit parfaitement les plans de faiblesse de l'octaèdre.
CASSURE :
La cassure : Propriété du minéral à se briser en donnant des surfaces irrégulières ou conchoïdale avec l'aspect d'un intérieur de coquillage.
Photo : Fracture conchoïdale de quartz
ECLAT :
L'éclat : Aspect de la surface du minéral qui réfléchi la lumière, éclat métallique et éclat non métallique dans lequel on distingue
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vitreux : c'est l'éclat le plus répandu, on le trouve chez le 2/3 des minéraux.
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gras : on ne peut l’appliquer à des plans de clivage qui ont le plus souvent des surfaces réfléchissantes. Un éclat gras est plutôt applicable à un fragment de quartz qui en est l’exemple typique.
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nacré : comme pour l'éclat gras et pour les mêmes raisons on ne peut l’appliquer à des plans de clivage, l’exemple typique est la nacre.
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soyeux : se rencontre chez les agrégats fibreux.
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mat : se dit d'un minéral qui n'a pas d'éclat.
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résineux
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adamantin : comme le diamant.
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cireux
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perlé
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gras
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terne
Éclat cireux du talc
Éclat métallique de l'hématite
Éclat nacré de la dolomite
ATTENTION : Si vous décidez d'acheter du matériel de laboratoire, renseignez-vous et surtout méfiez-vous des instruments à très bas prix qui très vite ne vous donneront pas satisfaction par leur imprécision, notament pour tous les appareils optiques.
"L'amateur plus averti et aussi plus fortuné pourra compléter son "laboratoire" avec du matériel plus élaboré et plus onéreux à l'achat."
LA STÉRÉOSCOPIE AGRANDIE :
Le microscope binoculaire : Il permettra des grossissements allant jusqu'à 100 fois ou plus. Cependant les grossissements très puissants ne sont guère utiles sauf en de rares occasions, par exemple pour déceler de très petites inclusions dans les pierres gemmes taillées. Un grossissement de l’ordre de 30 maximum est généralement amplement suffisant
La vision stéréoscopique de cet appareil affinera l'observation et fera découvrir des micros "jardins minéraux" où les associations d'espèces permettront beaucoup de déductions. Pour quelques centaines d'euros en plus on pourra même s'offrir, un trinoculaire qui permettra de fixer sur le papier ou l'écran l'image via un appareil photo ou une caméra.
Le plus important concerne l’éclairage qui doit être très puissant (fibre optique en général) que ce soit en éclairage en réflexion ou en transmission.
LA DENSITÉ :
La densité : La densité est un nombre sans dimension, égal au rapport de la masse d'une substance homogène à la masse du même volume d'eau pure à la température de 3,98 °C. Au voisinage de cette température, la masse volumique de l'eau reste sensiblement constante, on n'a donc pas besoin de déterminer la température avec une grande précision, ce qui ne serait pas le cas aux autres températures. La masse volumique et la densité de l'eau sont maximales à 3,98 °C à la pression atmosphérique normale.
Plutôt que les liqueurs de densité, extrêmement toxiques, je préconise l'utilisation d'une balance spécifique que les plus ingénieux pourront confectionner relativement simplement, pour un usage d'amateur, et surtout pour un prix abordable. Schéma de montage sur la page densité.
LA MICROCHIMIE :
La micro chimie : Elle est destinée à des amateurs très avertis, elle nécessite l'emploi de substances dangereuses à manipuler, tels les acides ou les bases. D'autre part elle nécessite une formation intellectuelle à la chimie, afin d'interpréter les différentes réactions. Elle reste cependant un excellent moyen de confirmer les autres observations.
La recherche d'effervescence par exemple à l'aide de l'acide chlorhydrique.
Les acides, bases et autres produits chimiques, concentrés peuvent provoquer des brûlures sur la peau et les muqueuses, l’utilisation doit toujours se faire par des personnes formées et équipées (blouse, gants, lunettes), et sous hotte.
Petit rappel de base concernant les produits chimiques : certains produits chimiques sont incompatibles, ce qui signifie que mis en contact, ils peuvent provoquer l'émanation de vapeurs toxiques, déclencher une réaction violente incontrôlée, un incendie ou une explosion. Cela implique, d'une part qu'on ne peut pas mélanger n'importe quoi avec n'importe quoi, mais aussi, et c'est très important, qu'on ne peut pas stocker n'importe quel produit à côté de n'importe quel produit ! Par exemple on ne stocke pas les bases fortement concentrées à proximité des acides fortement concentrés ; on ne stocke pas des acides à proximité d'eau de Javel, et dans le même ordre d'idée, on ne stocke en aucun cas l'acide nitrique concentré à proximité de matières organiques telles que les hydrocarbures et les solvants organiques !
A chacun de bien se renseigner sur les incompatibilités chimiques de chaque produit en sa possession.
! ATTENTION DANGER !
MICROSCOPIE POLARISANTE :
On peut se procurer pour pas trop cher (moins de 1500 euros) un bon microscope polarisant avec ses accessoires. C’est un instrument indispensable si l’on veut tenter de déterminer les minéraux non métalliques d’une manière sérieuse.
Mais son emploi nécessite un certain apprentissage, actuellement difficile d’accès dans notre pays car cet instrument est maintenant remplacé par des appareillages lourds, très onéreux et nécessitant aussi un sérieux apprentissage.
Mais cela peut sans doute se faire dans d’autres pays où ce microscope est encore utilisé.
POLARISATION :
Le polariscope : Apporte des informations sur les caractéristiques optique d'une pierre gemme ou d'un minéral transparent à translucide.
La lumière transmise est analysée par deux filtres polarisants croisés qui permettent lors d'une rotation à 360° de déterminer les minéraux :
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isotropes, uniréfringents, tels diamant, grenat, spinelle, verre naturel, système cubique... ;
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anisotropes, biréfringents, tels béryl, corindon, quartz, tourmaline, tanzanite... ;
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amorphes, opale, agate... ;
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voir les tensions internes qui peuvent créer une fausse biréfringence ;
Le conoscope : C'est l'accessoire du polariscope pour visualiser les axes des pierres biréfringentes en gemmologie.
FILTRES :
Les filtres : Les filtres mis au point par le Dr W. Hanneman et Alan Hodgkinson sont nombreux, ils s'utilisent généralement pour des pierres spécifiques, rubis, émeraudes, tanzanites.
Le plus connu est le Chelsea.
Nous nous cantonnerons à ces quelques techniques de base et autres observations, qui restent à la portée des amateurs.
Ceux qui voudraient plus de précisions sur d'autres appareils ou méthode peuvent soit consulter la littérature, ou me contacter.
DOCUMENT ANNEXE :
Le tableau Densité / Dureté du docteur Lionel Robertson professeur de physique :
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