Article rédigé par
JEAN PIERRE ULMET, ancien professeur au département de physique de l’INSA de Toulouse, volontaire du Muséum de Toulouse

Nos ancêtres y voyaient des outils taillés à la main. Nous y voyons aujourd’hui des matières premières stratégiques, devenues indispensables à de nombreuses industries. Entre ces deux regards, un point commun : le minéral. Mais qu’est-ce qu’un minéral, au juste ? Et pourquoi ces éléments qui nous semblent si ordinaires peuvent-ils devenir aussi précieux — et aussi fascinants ?

Des premiers métallurgistes à la microélectronique

Dès l’aube de l’humanité les roches ont été utilisées par les premiers hommes pour fabriquer des outils (par exemple le silex, le quartz, l’obsidienne…). C’est seulement plus tard, à l’époque néolithique, que les minéraux commencèrent à être utilisés prirent de l’importance comme matière première pour extraire les métaux : c’est la naissance de la métallurgie qui, au travers des millénaires, allait prendre l’importance que l’on sait… Les minéraux, composants des roches, sont le résultat de processus physico-chimiques complexes et variés au sein de la croûte terrestre. Leur âge peut être extrêmement variable pouvant aller de seulement quelques années pour les minéraux de néoformation à des millions voire des milliards d’années pour les plus anciens. Ils sont connus du grand public, et particulièrement des collectionneurs et joailliers pour leur esthétique, mais leur importance économique pour l’industrie et les technologies de pointe (microélectronique par exemple) est de premier plan…

Les minéraux : des atomes bien ordonnés

Les minéraux sont des solides composés des éléments chimiques naturels disponibles sur notre Terre. Ces éléments, au nombre de 94, sont représentés par leur symbole chimique sur le tableau périodique de Mendeleïev, un très grand chimiste de la fin du XIX^e siècle (1834-1907) connu principalement pour son travail sur la classification périodique des éléments. Figurent aussi sur ce tableau les éléments obtenus artificiellement par réactions nucléaires (article à venir : De la Torbernite aux Centrales Nucléaires).

Une espèce minérale est essentiellement définie par la nature et les proportions des éléments qui la composent ; elle est donc caractérisée par une formule chimique. Les multiples combinaisons des éléments aboutissent à près de 6000 espèces minérales différentes (on en découvre encore une dizaine chaque année…).

La plupart des minéraux sont cristallisés, c’est-à-dire que les atomes qui les constituent sont disposés suivant un certain arrangement géométrique régulier (symétrie cristalline) tridimensionnel.

Les formes si esthétiques des cristaux des minéraux sont d’ailleurs intimement liées à cet arrangement. Il n’existe que sept façons d’arranger les atomes en cristaux réguliers, ce sont les systèmes cristallins suivants :

Les 7 systèmes cristallins
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Hommage à l’abbé René-Just Haüy

La Minéralogie ou l’art de décrire les différences

Outre son type de cristallisation, un minéral se caractérise par une multitude de propriétés physiques et chimiques :

• Sa structure cristalline (généralement étudiée par diffraction des rayons X), le type des liaisons entre atomes : c’est essentiellement le domaine de la cristallographie.
• Sa composition chimique (souvent déterminée à la microsonde électronique).
• Ses propriétés chimiques : réactivité à certains produits, solubilité, coloration à la flamme…
• Ses propriétés électriques et thermiques.
• Ses propriétés mécaniques : densité, dureté, cassure…
• Ses propriétés optiques : couleur, trace, éclat, transparence, indice de réfraction.

Nommer les minéraux

La nomenclature moderne s’est imposée dès le XIX^e siècle et le nom qui est attribué aux espèces minérales peut avoir plusieurs origines (liste non exhaustive) :

• Une propriété remarquable (ex. la magnétite car cet oxyde de fer est naturellement magnétique).
• Le nom de l’élément chimique dominant (ex. la magnésite car riche en magnésium).
• Le nom d’un savant (ex. la descloizite, dédiée à Alfred Des Cloizeaux).
• Sa couleur (ex. l’azurite, carbonate de cuivre d’un bleu intense).
• Une localité ou une région (ex. l’ardennite silicate complexe a été découverte dans les Ardennes belges).

Lorsqu’une espèce minérale nouvelle est décrite par sa composition et ses principales propriétés, un nom est proposé, en général par ses découvreurs (les noms se terminent généralement en ite, mais pas toujours…). Un organisme international, l’Association Internationale de Minéralogie (IMA), reconnaît ou non la validité de ce minéral suivant des critères de description habituellement utilisés et veille entre autres à ce qu’il n’ait pas été déjà décrit sous un autre nom.

Des minéraux de toute beauté…

Lorsqu’ils ont pu cristalliser librement au sein des cavités des roches (géodes), les minéraux sont appréciés pour la perfection des formes, la couleur et la limpidité de leurs cristaux. Les variétés les plus belles et de plus grande dureté sont utilisées en joaillerie (diamant, émeraude, rubis, saphir, etc.).

Comment trouver des minéraux à exploiter ?

Tout un pan de la minéralogie en étroite association avec la géologie, la pétrographie (étude des roches), la géochimie et d’autres sciences de la Terre, étudie les conditions de formation et de dépôt des minéraux avec pour application la prospection et l’exploitation. Ils ont en effet une importance économique majeure lorsqu’ils sont présents dans certaines roches et à certains endroits, car ils constituent alors des minerais d’où sont extraits les métaux et autres substances destinés à nos multiples usages industriels et, de plus en plus, à nos technologies de pointe. Suivant les types de gisements les minerais peuvent être exploités à « ciel ouvert » en carrières ou dans des mines souterraines. Notons au passage que dans les Pyrénées, à Luzenac, est exploitée la plus grande carrière de talc au monde (carrière de Trimouns).

Certains métaux sont rares et il est nécessaire de traiter chimiquement des quantités importantes de minerais pour les extraire, comme pour l’or. Depuis quelques années il y a une ruée mondiale sur des métaux tels que les « terres rares » et le lithium, liée à la demande rapide de certaines technologies telles que les véhicules électriques (problème des batteries) et les aérogénérateurs (éoliennes). La possession de ces métaux stratégiques et un enjeu de pouvoir pour certaines nations et donne lieu à de rudes guerres économiques.

Cependant, il ne faut pas oublier que certaines ressources minérales ne sont pas disponibles à l’infini et que les exploitations minières sont souvent accompagnées de terribles dégâts sur le plan environnemental dont des atteintes irréversibles à la biodiversité…