Minéraux et roches 2015-2016 (HLST302)

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Licence 2 Sciences de la Terre
Minéraux et roches 2015-2016 (HLST302)
Planning de l’UE
Cours :
- 10/09, 17/09, 15/09: Minéralogie – 2*3h (Benoit Gibert)
- 24/09 et 25/10 : Roches magmatiques – 2*1,5h (Fleurice Parat)
- 02/10: Roches métamorphiques – 3h (Benédicte Cenki-Tok).
8 séances de TP (lundi et mardi) :
Semaines du 14/09 et 21/09: 2 séances par semaines : TP de minéralogie.
Lundi 05 octobre : contrôle de minéralogie (TP et cours)
Semaines du 28/09 et du 05/10 : TP roches magmatiques
A fixer : contrôle roches magmatiques
Semaines du 12/10 et 01/11 : TP roches métamorphiques
A fixer: contrôle roches métamorphiques
2 sorties sur le terrain :
- Volcanisme de la basse vallée de l’Hérault (Saint Thibéry – cap d’Agde) : Vendredi 23
octobre. RDV 8h30 à l’entrée de l’Université.
- Métamorphisme des Cévennes : les vendredi 6 et 13 Novembre (en demi-groupe)-
RDV 8h30 à l’entrée de l’Université.
Toutes ces informations sont disponibles sur l’espace pédagogique.

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Première partie : Minéralogie (B. Gibert)
Cours 1 : introduction
Définition d’un minéral, d’une roche, des roches sédimentaires, magmatiques et métamorphiques (rappels).
Importance des minéraux et roches en Géosciences :
Les roches et minéraux sont des objets :
- indispensables pour comprendre la formation et l‘évolution de la Terre.
- qui « contiennent » des ressources importantes : éléments chimiques…
- qui « accueillent » des ressources : eau, gaz, pétrole…
Les minéraux : des entités bien définies sur le plan géométrique et chimique.
Cours 2 : les minéraux silicatés, composants essentiels de la Terre.
TP1 : Reconnaissance « macroscopiques » des minéraux.
Caractériser une roche (lui donner un nom, savoir comment elle s’est formée, évaluer ses propriétés et sa
composition chimique) passe nécessairement par la caractérisation des minéraux qui la contiennent. Pour
cela, nous allons voir les différents critères de reconnaissance et caractériser les minéraux essentiels
présents dans les roches magmatiques, métamorphiques et sédimentaires.
Travail sur les critères de reconnaissance. Origine, formation et morphologie des minéraux automorphes: les
systèmes cristallins. Travail sur modèles en bois.
TP2 : suite TP1.
TP3 et 4 : travail en autonomie sur les échantillons. Présentation et discussion de quelques modèles
atomiques de cristaux importants en sciences de la Terre.
Contrôle continu : travail de caractérisation de 4 minéraux et question de cours.

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Propriétés macroscopiques des minéraux.
Les critères de reconnaissance des minéraux sont basés sur les propriétés des minéraux observables à l’œil
nu (échelle « macroscopique »).
Ces propriétés ne dépendent que des 2 aspects fondamentaux des minéraux: leur composition chimique et
leur cristallographie. Ces propriétés macroscopiques résultent donc d’un comportement à l’échelle de l’atome !
Voici les propriétés principales utilisées pour une détermination à l’œil nu:
- la morphologie (croissance, macles, clivages)
- les propriétés mécaniques (dureté, clivages)
- les propriétés optiques (couleur, éclat)
I) La morphologie
Elle s’étudie sur les minéraux automorphes, c’est-à-dire les minéraux dont les faces cristallines sont bien
exprimées (faces planes bien visibles et nombreuses). L’arrangement relatif de ces faces dans l’espace est
alors représentatif de la symétrie des arrangements des atomes dans l’espace, qui sont très variables suivant
les minéraux. La morphologie peut donc constituer pour ces minéraux un critère de reconnaissance.
Dans le cas des minéraux xénomorphes, le cristal s’est développé, mais en étant contraint par son
environnement direct (autres minéraux par exemple). Ses formes ne sont pas représentatives de son
caractère intrinsèque, mais de son environnement. Il est donc inutile de les étudie
I.1 Morphologie: polyèdre associée à la croissance cristalline : Morphologie de croissance
Lorsque les cristaux grandissent librement sans véritables contraintes (dans un fluide par exemple), la
croissance se fait par dépôts successifs d’atomes sur des plans atomiques préférentiels. L’état final
correspond à un solide délimité par des faces planes, un cristal automorphe. La morphologie des cristaux est
plus ou moins typique d’un minéral selon la vitesse de croissance relative des faces les unes par rapport aux
autres. La vitesse de croissance des faces est une propriété à priori anisotrope pour de nombreux cristaux.
Ce processus est complexe et dépend aussi des conditions de cristallisation (vitesse de refroidissement du
fluide, gradients thermiques, etc…).
Exemple de morphologie de cristaux automorphes. Des cristaux différents présenteront des morphologies
plus ou moins typiques.

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Forme isométrique:
cas des cristaux cubiques (isotropes): les faces croissent toutes à la même vitesse!
Cubes de fluorine Grenat (Rhombododécaèdre)
I.2) Morphologie de clivage
La morphologie peut aussi être le résultat de la formation de plans de cassures préférentiels, les clivages,
typiquement observables lorsque le minéral s’est cassé lors de son extraction. Les clivages sont associés
directement à l’arrangement des atomes dans l’espace et aux liaisons chimiques (voir cours). Deux plans
atomiques faiblement liés entre eux, soit parce qu’ils sont très distants l’un de l’autre, soit parce que les
atomes qui les constituent sont faiblement liés entre eux, vont former ces clivages.
Suivant le nombre et la géométrie des clivages, la forme du solide pourra être caractéristique d’un minéral.
Exemple de morphologie de cristaux résultants de plans de clivage. De gauche à droite : 3 clivages parallèles
aux faces du cube (ex. halite), 8 clivages parallèles aux faces octaédriques d’un cube (ex. :fluorine), un plan
de clivage (ex. :micas) et enfin 3 plans de clivage parallèles aux faces rhomboédriques (ex. : calcite).
Clivage des phyllosilicates. Les plans atomiques parallèles aux « feuillets » sont très faiblement liés entre eux
et cassent plus facilement (à gauche, biotite, à droite, muscovite).

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Cas particulier : absence de clivage : aucune direction de cassure privilégiée
Cassure conchoïdale (en cupules) caractéristique des minéraux qui ne présentent pas de clivages :
Quartz, du verre, olivine…
Forme arrondie associée à la propagation d’une onde de choc provoqué par le coup de marteau!
I.3 Morphologie et systèmes cristallins
Considérons la face d’un cristal qui a une vitesse de croissance élevée (ou se casse facilement): toutes les
faces qui lui sont symétriques auront exactement la même propriété par les éléments de symétrie du système
cristallin auquel appartient le minéral. Toutes ces faces symétriques apparaîtront donc suivant une orientation
similaire dans l’espace (mais attention, pas forcément avec la même taille). En observant les faces de
croissance (ou de clivage) de forme similaire d’un cristal, on peut déduire les opérations de symétrie et donc
déduire le système cristallin.
> D’après la morphologie du cristal, on peut déduire ses éléments de symétrie et en déduire son système
cristallin: c’est un excellent critère de reconnaissance!
Exercices sur les modèles en bois et cristaux naturels automorphes: trouver les éléments de symétrie
et les systèmes cristallins correspondants…
Remarque : un même minéral, lorsqu’il est automorphe, peut présenter soit ses morphologies de
croissance, soit ses morphologies de clivage, soit une combinaison des deux. Par exemple, la fluorine
a tendance à croître sous formes de cubes et à se cliver suivant les faces octaédriques de ce cube
(voir échantillons de TP).
La calcite comporte 3 plans de clivage: les
plans se dessinent à l’intérieur du cristal: le
“rhomboèdre de clivage” est visible et les
faces du cristal sont parallèles à ces plans de
clivage.