Parmi les « objets » de
collection 100% naturels, et on ne peut plus anciens !!!, figurent en
bonne place les roches. A la base de leur formation, des « corps
simples » qu’on trouve parfois à l’état
naturel dit « natif » (carbone, or, argent, cuivre …),
mais plus souvent des combinaisons de corps simples, communément
appelés « minéraux », et encore plus fréquemment
des combinaisons de ces minéraux. Ainsi, par exemple, le silicium
est un corps simple inexistant à l’état natif. Mais
la silice (combiné de silicium et d’oxygène) et les
silicates (combinés de silice et de différents métaux)
sont la matière constituante d'une part prépondérante
de l’écorce terrestre. Ces minéraux et combinés
de minéraux se présentent très souvent sous forme
« organisée » dite « cristalline », le
cristal le plus connu du grand public étant le « quartz »
dont il existe un très grand nombre de variétés. Parmi les milliers de minéraux recensés, une vingtaine à peine constituent près de 80% de la masse totale des minéraux de l’écorce terrestre. Parmi ceux-là, le quartz déjà cité, le feldspath (silicate d'aluminium, potassium, sodium ou calcium) et la calcite (carbonate de calcium). Leur histoire : Avant d’être « minéraux », ils ont été très souvent des particules en suspension dans l’eau qui se sont agglomérés (les roches sédimentaires en étant un cas particulier) ; ainsi, par exemple, la chute régulière pendant des milliers d’années d’une goutte d’eau chargée en calcite peut donner naissance à des stalagmites en calcite cristallisée. Mais ce sont également dans les profondeurs de la terre que se forment les cristaux … à hautes températures et sous de fortes pressions . A cet égard, sont également à noter les sédiments ayant été confrontés « tardivement » à ces conditions extrêmes. Enfin, ce sont parfois le passage instantané à l’état solide de gaz volcaniques (phénomène de sublimation) qui donne naissance à certains minéraux (une des origines du soufre). |
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Allotropie,
allotrope : (du grec allos autre et tropos manière)
Fait référence à la possibilité pour certains
corps simples d’apparaître sous des formes cristallines ou moléculaires
différentes du fait d’organisations variées des mêmes
atomes. Appliqué à des corps composé, le même
phénomène se nomme alors « polymorphisme ». Ainsi,
par exemple, le carbone présente plusieurs formes allotropiques aussi
différentes entre elles que le graphite et le diamant. Argile : Constituée de très fines particules issues de la désagrégation de roches (généralement des silicate). C’est donc un matériau sédimentaire dont une particularité est la consistance variable en fonction de sa teneur en eau (on parle de sa « plasticité »). Basalte (le) : Roche magmatique éruptive, c.-à-d. qui s’est refroidi rapidement au contact de l’air ou/et de l’eau au sortir d’un volcan. Il est le principal constituant de la croûte terrestre « océanique ». Sa structure est dite « microlithique, c.-à-d. constituées de petits bâtonnets (taille de l’ordre du millimètre) enveloppés d’une pâte vitreuse. Sa composition : ~ 50% de silice (SiO2), ~15% d’alumine (Al2O3) et autant d’oxyde de magnésium (MgO). Calcaire : Roche sédimentaire, composée principalement de carbonate de calcium (CaCO3) et secondairement de carbonate de magnésium (MgCO3). Calcite : Minéral composé de carbonate naturel de calcium (CaCO3) et de traces de métaux. Sa cristallisation dans le système rhomboédrique est très caractéristique. A l’état pur, la calcite est transparente et présente des propriétés optiques originales (biréfringence du « spath d’Islande »). Corps simples : Substance pure, dont le plus petit constituant est « l’atome », lui-même constitué d’un noyau autour duquel gravitent des électrons. Ils sont au nombre d’une centaine qu’on a l’habitude de classer dans un tableau (dit « tableau périodique de Mendeleïev »). Seuls environ 60 d’entre eux se rencontrent plus ou moins fréquemment à l’état naturel (et seulement une dizaine très fréquemment). Ils se rangent selon 2 grandes catégories (les Métaux et les Non-métaux) et une catégorie intermédiaire (les métalloïdes, à mi-chemin des caractéristiques des 2 premières). [voir Tableau de Mendeleïev] Noms, Symboles et pourcentage dans l'écorce terrestre des corps simples les plus fréquents |
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Corps composés : Les corps simples peuvent
être liés entre eux (on parle de liaisons chimiques) pour former
des corps composés dont le plus petit constituant est la molécule,
assemblage d’atomes. Exemple : l’atome de chlore (Cl) peut créer
avec l’atome de Sodium (Na) un corps composé stable de formule
« ClNa » (molécule de chlorure de sodium, alias notre
… sel de cuisine). Craie : Roche bio-détritique (sédiments de squelettes d’organismes marins), donc presque entièrement constituée de carbonate de calcium (CaCO3). Elle a parfois une forte teneur en argile ou peut être encore dolomitique [à base de bicarbonate de calcium et de magnésium / CaMg(CO3)2]. Cristal, cristallin(e) (structure …) : A part un petit nombre de minéraux dits « amorphes » (sans forme), la plupart d’entre eux ont une structure particulière, propre à chaque minéral et identique en interne comme en externe ; en clair, le plus petit élément composant le minéral a la même forme que le minéral tout entier. La structure cristalline d’un minéral donné se définit par une forme particulière, c.-à-d. propre à ce minéral, limitée par des surfaces planes respectant toujours entre elles des angles précis. On dénombre 7 familles de systèmes cristallins caractérisés notamment par leur(s) centre, axe(s) et plan(s) de symétrie(s) [dans le tableau synthétique suivant, on donne pour chaque système cristallin : le NOM, la Forme de la maille élémentaire, les Symétries, les valeurs comparées des longueurs a, b, c et des angles α, β, γ et quelques exemples de cristaux dans chaque famille] |
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Détritique
: (voir Sédiment) Diagenèse : Ensemble des processus physiques et chimiques avec ou non le concours d’êtres vivants (bactéries par exemple) qui permettent de transformer des sédiments en roches sédimentaires bien compactes. Exemple : le grès issu de l’agrégation de grains de sable. Ductilité : capacité à se déformer sans rompre d'un matériau Ecorce terrestre (croûte …) : Sa profondeur est d’environ 35 km sous un relief plat. A sa surface, on trouve sur 75% des territoires des roches sédimentaires, qui ne représentent pourtant que 5% du volume total des roches. Electronégativité : grandeur mesurant pour un corps simple (ou combinaison de corps simples) son pouvoir d’attraction d’électrons à la base de la formation de liaisons chimiques. Là encore, le tableau périodique de Mendeleïev se révèle d’une grande utilité : sur une ligne horizontale du tableau (dite « période »), l’électronégativité des corps augmente de gauche à droite. De même, l’électronégativité des corps alignés verticalement (appartenant généralement à une même famille dite « groupe») augmente de bas en haut. Ainsi le Fluor (symbole F à droite et en haut du tableau) présente une forte électronégativité, tandis que le Francium (symbole Fr à l’opposé du tableau, en bas et à gauche) est celui des corps simples ayant l’électronégativité la plus faible. La combinaison entre 2 éléments sera d’autant plus facilitée que leur différence d’électronégativité sera plus grande. Feldspaths : Groupe de minéraux le plus important au plan volumétrique de l’écorce terrestre. Ce sont tous des silicates d'aluminium, potassium, sodium ou calcium) qui cristallisent dans les modes monoclinique et triclinique. |
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Gneiss
: Roche d’origine sédimentaire
métamorphique (c.-à-d. ayant subit de fortes pressions et/ou
de très hautes températures). Elle contient souvent du quartz,
du mica et des feldspaths. Granit : Roche magmatique plutoniques, c.-à-d. qui s’est refroidi lentement dans les profondeurs de l’écorce terrestre. Elle est le principal constituant de la partie inférieure de la croûte terrestre « continentale ». On y perçoit des grains visibles à l’œil nu (on parle de structure « grenue ») de mica noir (biotite) et/ou blanc (muscovite), de quartz et de feldspath. Sa composition : principalement des silicates (SiO2…) de sodium (Na), potassium (K) et dans une moindre mesure d’aluminates (Al2O3). Grès : Roche sédimentaire obtenue par agrégation de grains de sables dont le « ciment » est généralement issus de la déshydratation de solutions de sels. D’où l’extrême variété des grès en fonction des types de sels : calcaires (s’il s’agissait de carbonates), siliceux (si c’étaient des silicates), … |
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Ion : Elément
chimique chargé électriquement. Ainsi, un métal,
par la perte d’un ou plusieurs électrons devient un ion positif,
dit |
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Quartz
: Minéral faisant partie des silicates
(SiO4) avec traces de différents éléments
dont des métaux (Al, Ca, Fe, Mg, Na, Ti). Ses grands cristaux
incolores ou colorés ont la forme caractéristique du système
rhomboédrique. On le retrouve à l’état de grains
plus ou moins grands dans plusieurs roches magmatiques
(granit) ou métamorphiques (gneiss)
et même sédimentaires (grès) Sable : Issu de la désagrégation d’une multitude de roches et tout particulièrement du granit, raison pour laquelle il comprend souvent des grains de quartz, de feldspath et de mica. Il peut prendre différentes couleurs : noir quand il intègre des débris de roches volcaniques, blanc quand il comprend par exemple de fines particules de gypse ou des débris de coquillage (calcaire). Schiste : Roches sédimentaire argileuse d’aspect feuilleté susceptible d’avoir subit une transformation métamorphique (c.-à-d. ayant été confrontée à de fortes pressions et/ou de très hautes températures). Dans ce dernier cas, le schiste est beaucoup plus résistant comme l’ardoise, la lauze, le micaschiste ou le gneiss. Sédiment, sédimentaire : Roches composées de débris (qualifiées de « détritiques » par référence à détritus) issus de l’érosion d’autres roches (on parle alors de sédiments « terrigènes ») ou de squelettes d’êtres vivants (on parle alors de sédiments « bio-détritiques »). Par définition, elles s’accumulent à la surface de l’écorce terrestre dont elles occupent 75% de la superficie, mais elles ne représentent que 5% du volume de l’écorce toute entière. Parmi les roches sédimentaires les plus courantes, citons : (terrigènes) sable, grès, argile … et (bio-détritiques) charbon, calcaire … Les sédiments se formant souvent dans les grandes profondeurs des océans et étant parfois touchés par les mouvements tectoniques (dérive des continents à l’origine de la formation des montagnes), ils peuvent avoir été soumis à de très fortes pressions et des hautes températures. De ces phénomènes, résulte la naissance de nouveaux types de roches sédimentaires dites « métamorphiques ». Citons en quelques unes : marbre (à base de calcaire) et schistes (ardoise, micaschiste, gneiss …). Sel : Donnons quelques exemples de « sels » courants parmi les minéraux : carbonate de calcium (composant principale des roches calcaires, CaCO3,), sulfate de calcium (hydraté, dit gypse, CaSO4 2H2O), chlorure de sodium (sel marin, Cl Na), silicate (comprenant le radical SiO2 – Le feldspath, un des composants majeur de la croûte terrestre, est un silicate double d’un ou plusieurs des métaux aluminium/ potassium/ sodium/ calcium). En fait, un sel naît de la réunion d’un ion négatif (anion) et d’un ion positif (cation) (comme Cl - et Na+ pour le sel marin) qui, de ce fait, est électriquement neutre. Silicate : Minéraux (neutre comme tous sels) dont la structure est un composé de silice et d’oxygène (SiO4) et de métaux : aluminium (Al), calcium (Ca), fer (Fe), potassium (K), magnésium (Mg) et sodium (Na). Parmi les silicates les plus connus, on peut citer : le quartz, les feldspaths, le mica, la tourmaline, le béryl, le zircon … Sulfate : Composé neutre (sel) comprenant le radical SO4. Exemple : le gypse, à la base de la fabrication du plâtre, est un sulfate de calcium (hydraté) CaSO4 2H2O. Sulfure : Composé chimique du soufre (symbole S) avec différents matériaux et notamment des métaux : sulfures de … sodium (Na2S), de fer (FeS2 dit Pyrite), de plomb (PbS dit Galène), de zinc (ZnS dit sphalérite) … ce qui est favorisé par l’attirance de l’ion S-2 et des métaux (qui perdent facilement des électrons. Mais, il existe aussi, par exemple, du sulfure d’hydrogène (H2S) et de carbone (CS2). |
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