Minéralogie et cristallographie

Si l’on excepte le quartz, les argiles sont les minéraux les plus abondants de la lithosphère. En effet: les roches sédimentaires sont les roches les plus abondantes en volume à la surface de la lithosphère; les shales dominent les roches sédimentaires; les argiles sont les principaux constituants des shales.

Dans le cycle géologique, les minéraux argileux sont restreints aux couches externes. Ils sont principalement formés à partir de minéraux préexistants, par réactions de la croûte terrestre au contact de l’hydrosphère ou de l’atmosphère. Les argiles sont généralement absentes dans les roches de haut température (roches magmatiques et métamorphiques à des T > 500°C). Par contre, elles sont abondantes dans les sols, sédiments, roches sédimentaires ainsi que dans les zones d’altération hydrothermale.

Il n’existe pas de définition unique du terme “ argile ”. Le mot “ argile ” englobe deux connotations, l’une liée à la taille des grains et l’autre à la minéralogie. La définition dépend de la discipline concernée. Le géologue ou le pédologue considèrent comme “ argile ” tout minéral de faible granulométrie, la limite étant fixée à 2 ou 4 microns selon les cas. Les ingénieurs s’attachent plutôt aux propriétés de plasticité des matériaux argileux quelque soit leur taille. Les céramistes regroupent les matériaux selon leur comportement au chauffage...

Ce cours aborde les opérations de symétrie dans les cristaux, essentielles pour comprendre leur structure et leurs propriétés. Les étudiants découvriront les différents types d'opérations, telles que la rotation, la réflexion et l'inversion, ainsi que les éléments de symétrie associés. À travers des exemples concrets, ils apprendront comment ces opérations influencent la forme et la classification des cristaux, ainsi que leur agencement atomique. Ce cours est fondamental pour quiconque s'intéresse à la cristallographie et à la minéralogie.

Roches composées principalement de silicates en feuillets (Phyllosilicates) d’ Al, plus ou moins hydratés. Les plus abondants des roches sédimentaires: 50% des sédiments (69 % des sédiments continentaux). Constituants principaux des sols. Formées de particules fines, de l'ordre du µm; techniques d'étude et de caractérisation délicates (RXD, MEB, ATD)

Nous savons tous que la matière peut exister sous trois états, solide, liquide ou gazeux. La température et la pression sont les deux principaux facteurs qui règlent l'état sous lequel se trouve la matière. Le diagramme qui suit se nomme un diagramme de phases; c'est celui de l'eau. Il illustre de façon simple les relations entre états de la matière et température-pression.

Le tableau qui suit présente la proportion des éléments chimiques les plus abondants dans la croûte terrestre. On y voit que deux éléments seulement, Si et O, comptent pour près des trois quarts (74,3%) de l'ensemble des matériaux. Il n'est donc pas surprenant qu'un groupe de minéraux composés fondamentalement de Si et O avec un certain nombre d'autres ions et nommés silicates, compose à lui seul 95% du volume de la croûte terrestre. A noter que cette répartition n'est applicable qu'à la croûte terrestre. On considère que le noyau est composé presqu'uniquement de fer et de nickel, ce qui est bien différent de ce qu'on présente ici. Lors de la formation de la terre, les éléments légers, comme l'oxygène et le silicium ont migré vers l'extérieur, alors que les éléments plus lourds, comme le fer, se sont concentrés au centre.

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.

Encore un cran au-dessus des molécules, on a les minéraux. Ceux-ci sont constitués d'atomes et de molécules, et se définissent sur deux critères indissociables: la composition chimique et la structure atomique. En simplifiant, on peut dire que le minéral, c'est la matière ordonnée. Le minéral halite est un exemple simple qui illustre bien la dualité de la définition de l'espèce minérale. Sa composition chimique est NaCl, le chlorure de sodium (le sel de table!). Le minéral halite possède une structure atomique déterminée qu'on dit cubique. On l'appelle cubique parce que l'arrangement des atomes, en alternance régulière entre les Cl et les Na, forme une trame cubique comme le montre ce modèle (schéma de gauche).

Nous savons tous que les matériaux de notre planète sont constitués d'éléments chimiques, comme l'hydrogène, l'oxygène, le fer, le nickel, etc.... Il y en a 106 dans le tableau périodique des éléments de Mendeleef.

Les évaporites sont des sels précipités par évaporation ou concentration à partir de fluides variés dans des complexes géodynamiques continentaux ou marins.

La dégradation mécanique résulte des écarts de température (jour/nuit) et thermoclastie : il y a une absorption inégale des radiations par les différents minéraux (noirs et blancs) dilatation différentielle et éclatement des roches. Cette dégradation peut aussi provenir de la pénétration des eaux dans les roches poreuses : la tension importante autour des minéraux va provoquer l’éclatement.