Les Roches et Minéraux.

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1 Les Roches et Minéraux. Introduction La presque totalité de notre planète est constituée de roches et de minéraux (la montagne, le fond des mers, la terre, l eau, le sable ). Il en existe de nombreuses sortes et nous en utilisons chaque jour sans même nous en rendre compte. Ces roches et minéraux ont été transformés et ils ont changé de forme et d aspect. Depuis le commencement de l histoire de l humanité, on utilise les roches et les minéraux de façon incontournable pour le développement des sociétés (âge de la pierre, âge du bronze, âge du fer ). L étude de ces roches et minéraux est une science qui s appelle la géologie. Définitions Les roches (pierres) : Matière constitutive de l écorce terrestre, formée généralement d un agrégat de minéraux et présentant une homogénéité de composition, de structure et de mode de formation. Il en existe de nombreuses sortes. Les minéraux : Un minéral est une substance inorganique ou non vivante contrairement aux plantes et aux animaux qui sont organiques. Un minéral est composé d un élément chimique ou d un ensemble de plusieurs éléments. Ce sont des substances solides qui apparaissent naturellement dans la croûte terrestre et qui peuvent avoir différentes formes. Il existe cependant des minéraux liquides : l eau, le pétrole et le mercure. Les minerais : Ce sont des minéraux utiles exploités économiquement et industriellement comme le fer, le cuivre, l aluminium, le plomb, Les différents types de roches Les roches magmatiques : elles sont le résultat de la solidification du magma. Elles proviennent de la «roche liquide» qui remonte de l intérieur de la terre et qui durcit en se refroidissant. Il en existe deux sortes : * les intrusives (qui durcissent avant d atteindre la surface). * les extrusives (qui durcissent en atteignant la surface). 1

2 Les roches sédimentaires : Elles sont constituées de matières emportées par le vent, la pluie, l érosion qui se déposent en couches et durcissent. Ils en existent de trois sortes : roches conglomérats, gré ). *les détritiques (formées de fragments d autres *les chimiques (se forment à partir de minéraux dissous dans l eau par la cristallisation suite souvent à l assèchement d étendue d eau). *les organogènes (leur matière provient de restes d organismes vivants combinés à des minéraux). Les roches métamorphiques : se forment quand de nouveaux minéraux apparaissent dans une roche déjà existante. Métamorphique signifie qui subit une transformation. Donc la roche, par l effet de la chaleur, de la compression, subit un changement. Elle peut changer de structure, de couleur (par exemple, le calcaire devient marbre sous l effet de la chaleur). Les différents types de minéraux : Selon les scientifiques, il en existe prés de différents que l on peut répertorier selon différents critères. Pour classer espèces, on se base sur leur composition chimique, la symétrie de leur réseau cristallin et la finesse de leur structure. Ainsi, on obtient les 9 classes suivantes : I II III IV V VI VII VIII IX Eléments natifs Sulfures (séléniures, tellurures, arséniures, antimoniures et bismuth ures) Halogénures Oxydes et hydroxydes Carbonates (avec nitrates, borates) Sulfates (avec molybdates, chromates et tungstates) Phosphates (avec arséniates et vanadates) Silicates Substances organiques Mais pour les classer il faut d abord les identifier. 2

3 Identification des roches L'identification des roches est assez difficile. Pour bien identifier une roche, il faut connaître : le lieu précis où la roche a été prise, l'origine des roches qui entourent celle-ci, le relief de cet endroit (plaine, montagne, vallée,...), la composition en minéraux ou en sédiments, son effervescence, sa dureté, sa coloration, sa texture, sa masse volumique. Cette clef d'identification repose essentiellement sur les caractéristiques observables à l'oeil nu. Elle permet de différencier les principales catégories (ignées, sédimentaires, métamorphiques) de roches. Si vous êtes chanceux, vous serez même peut-être capable de mettre un nom sur votre échantillon. Il existe ce que l on appelle une clé d identification : c est un ensemble de questions qui permettent selon les réponses de classer son échantillon dans une des catégories connues. Exemple : Est-ce que la roche présente des fossiles? Est-ce que l'échantillon présente des trous, des cavités, des vides ou des vacuoles de plus de 1 mm de long? Est-ce que l'échantillon présente des éléments (cristaux, cailloux,...) dont la longueur est supérieure à 5 mm? Est-ce que la roche présente principalement des cristaux ou des grains de couleurs différentes? Identification des minéraux Les minéraux possèdent des propriétés physiques qui permettent de les distinguer entre eux et qui deviennent des critères d'identification. Ces critères sont précieux, tant pour le spécialiste, que pour le collectionneur amateur. 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. 3

4 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, et 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), soyeux (comme la soie), 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 (pour autant que la dureté de la plaque est supérieure à celle du minéral - voir dureté). 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'autres 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. Pas étonnant qu'on utilise le talc dans les poudres pour la peau. La calcite est rayée par une pièce de cuivre d un cent, alors qu'une lame de canif, en acier, saura rayer tous les minéraux de dureté inférieure à 5, mais ne pourra rayer les feldspaths 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. 4

5 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 gr/cm3, soit 2,7 fois plus lourd qu'un volume égal d'eau. Certains, par contre, 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. Le quartz commun cristallise dans le système hexagonal. On aura des cristaux à six côtés, et, dans les formes pyramidales, on aura une pyramide à six faces à chaque extrémité. 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, alors qu'il ne se brisera jamais selon ses faces cristallines. Ainsi, si on frappe (un bon coup de marteau!) un cristal de pyroxène ou d'amphibole (voir les silicates au point 2.1.4), 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, muriatique, 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. Un excellent moyen de vérifier l'authenticité des bijoux de rhodochrosite ou de malachite! Propriétés optiques Les propriétés optiques constituent un élément diagnostique fondamental dans l'identification d'un minéral. Mais la détermination de ces propriétés relève plutôt du spécialiste. En géologie, 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 au microscope, comme font les biologistes avec des tissus ou des microorganismes. Chaque groupe de minéraux possède ses propriétés optiques, c'est à dire 5

6 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. Où peut-on les trouver? La nature inanimée représente le règne minéral. La terre entière étant composée de roches, on en trouve presque partout. Tout ce que nous voyons sur la terre et qui n est pas vivant se compose de minéraux et de roches. Pour ce qui est des minéraux, on en trouve à la surface de la terre, d autres sont extraits du sous-sol. Que ce soit la montagne, la mer, la terre, tout se compose de roches de pierre ou de sel minéraux. Quelques exemples dans la vie de tous les jours Nous utilisons depuis toujours les richesses de la terre, donc les roches et minéraux, pour confectionner une grande variété de choses en voici quelques exemples : La pierre, le ciment (craie), le béton (ciment + graviers) pour construire nos maisons et nos buildings. Les ardoises pour la couverture des toits. L argile cuite donnera des briques. Les revêtements de nos sols sont en grande partie composés de minéraux. Le sable vitres, miroir, les verres,... Le fer Les fourchettes, les poignées de portes, les armes, Pour nous chauffer nous utilisons aussi du pétrole, du gaz Pour se déplacer, les voitures ont besoin aussi du pétrole. De nos jours, les nouvelles technologies utilisent aussi le cristal (qui est un minéral) dans de nombreuses applications telles que les cristaux liquides pour des microprocesseurs (électricité passe plus librement), le quartz pour les horloges et nos machines à calculer aussi sont souvent à base de cristaux liquides. 6

7 Quelques généralités indissociables quand on parle des roches et minéraux Lorsque l on parle de géologie, nous ne pouvons pas ne pas parler même un bref instant des fossiles, des cristaux, des pierres précieuses. Les fossiles sont des restes d animaux, de plantes qui ont existé il y a longtemps et qui ont laissé dans la roche des traces imprimées, des empreintes figées à jamais. Les cristaux sont des minéraux qui se forment en suivant un «ordre» comme, par exemple, les briques quand on construit un mur. Avec une certaine régularité, ils prennent alors de superbes formes géométriques aux faces parfaitement lisses. Les pierres précieuses sont aussi des minéraux mais ils sont d une dureté particulière, d une couleur intense et surtout ces pierres sont assez rares. Plus elles sont rares, plus elles sont chères. Certaines sont magnifiques sous leurs formes naturelles, d autres doivent être taillées et polies. Il est aussi une pierre importante, plus exactement une stèle en basalte noire, dont il faut parler. Sur cette stèle, se trouve gravé un décret datant de Ptolémée V, soit de 196 avant JC, qui est retranscrit en trois écritures : grecque, démotique et hiéroglyphique. C est la pierre de Rosette. De la rencontre de ce document et d un jeune homme à l intuition géniale, Jean-François Champollion, va naître l égyptologie. La traduction des hiéroglyphes est rendue possible grâce à cette pierre. Une expérience de cristallisation : Prenons trois cuillères à soupe de sel que l on verse dans une casserole d eau. Le sel se dissout il fond. Si on laisse évaporer l eau lentement, des cristaux de sel vont se former. C est ce qu on appelle la cristallisation du sel. Conclusion Les roches et les minéraux sont des éléments indispensables à notre évolution et ce depuis tout temps. Que l on parle de confort, de technologie, de progrès scientifique mais aussi d équilibre alimentaire, car nous avons besoin de minéraux dans notre organisme pour vivre, les roches et les minéraux sont omniprésents. Donc il faut être conscient de ce qui nous entoure pour ne pas «abîmer» nos chances et gaspiller notre capital de richesse pour pouvoir continuer à progresser et à avancer. La beauté des pierres n est que la face visible d une nature trop souvent oubliée. 7

8 Bibliographie - Roches et minéraux, collection Qui? Pourquoi?, éd. Chantecler, Anvers Le monde minéral, éd. Nathan Paris Tout en images, éd. Casterman Le petit Larousse Grand Format, éd. Larousse Paris k fr.wikipedia.org/wiki/projet:roches,_fossiles,_gemmes_et_minéraux.html - 27k Kerry Hermans 5 ème primaire

9 Table des matières : - Introduction. - Définitions : * Les roches. * Les minéraux. * Les minerais. - Les différents types de roches : * Magmatiques. * Sédimentaires. * Métamorphiques. - Les différents types de minéraux. - Identification des roches. - Identification des minéraux : * Couleur. * Eclat. * Trait. * Dureté. * Densité. * Forme cristalline. * Clivage. * Effervescence. * Propriétés optiques. - Où peut-on les trouver? - Quelques exemples dans la vie de tous les jours. - Quelques généralités indissociables quand on parle des roches et minéraux. - Expérience de cristallisation. - Conclusion. - Bibliographie. 9