Qu’est-ce que la minéralogie et pourquoi s’intéresser aux minéraux ?
La minéralogie est la science ayant pour objet les minéraux, leur identification, leur caractérisation et leur description, leur classification et leur origine. Elle étudie les minéraux en tant que constituants associés dans les roches.
Cette discipline est étroitement liée à d’autres, comme la géologie, la pétrologie, la planétologie, ou encore la physique-chimie, et fait également l’objet de nombreuses recherches en industrie. A la croisée de différents domaines d’activités, comprendre et connaitre le monde minéral s’avère donc indispensable.
Le Minerallium du Fonds de Dotation Roullier, s’attache pour sa part à faire découvrir par une visite guidée didactique et interactive le rôle des minéraux pour le fonctionnement de la Vie sur Terre, animaux et plantes, du Big Bang… à notre assiette !
Qu’est-ce qu’un minéral et comment l’identifier ? Quelles sont les principales applications de la minéralogie dans notre environnement ? Comment la minéralogie est-elle née et quels sont les grands moments de son histoire ? Enfin, quelles sont les principales collections, musées et galeries, présentant des collections de minéraux ? Pour essayer d’y voir plus clair, plongez au cœur du monde des minéraux !
La minéralogie, une science multidisciplinaire aux multiples applications
La minéralogie et ses corolaires, physique, chimie et géologie, occupe au fil du temps une place de plus en plus importante dans notre quotidien. En effet, depuis 2015, l’humanité extrait au moins 70 milliards de tonnes de matières minérales chaque année, principalement des profondeurs de la Terre, via des mines, souterraines ou à l’air libre.
Devenue une science multidisciplinaire, la minéralogie s’invite dans de nombreux enjeux d’actualité, de l’origine des planètes aux matériaux « high-tech », en passant par la protection de la nature et de la biodiversité, la préservation du patrimoine culturel ou encore la santé humaine.
Minéraux et industrie
Les minéraux sont présents de façon parfois insoupçonnée, aussi bien dans les objets de notre quotidien que dans les technologies de pointe qui dessinent les usages de demain. Une voiture contient par exemple jusqu’à 150kg de minéraux dans les pneumatiques et les composants plastiques, alors que le papier et les peintures en contiennent jusqu’à 50%. Les propriétés physiques et chimiques alors recherchées sont la dureté, la couleur, la pureté, l’inertie chimique ou encore la conductivité thermique et électrique. Carbonates, silices, talcs, argiles sont les principaux minéraux extraits pour l’industrie dans les mines.
Il ne faut toutefois pas négliger le groupe des minéraux métalliques, qui constituent un secteur économique important. Le plus connu et célèbre est l’or, utilisé non seulement en joaillerie mais également dans certains appareils électroniques, car c’est un excellent conducteur d’électricité et de chaleur. L’usage du cuivre est également en plein essor grâce à sa propriété physique de conduction électrique et chimique de matériau bactéricide dans de nombreux produits médicaux.
Santé et minéraux
Les premières pratiques de soin, aussi loin que l’on puisse remonter, ont fait usage des ressources de la nature environnante, plantes ou… minéraux. Ainsi, dès la préhistoire, des argiles sont utilisées dans un but thérapeutique. Dans l’antiquité, on emploie des sels de fer en emplâtre pour stopper les hémorragies, ou encore des sels de plomb, de soufre, d’antimoine ou d’arsenic. A partir du XVIe siècle, les praticiens emploient de plus en plus régulièrement des substances minérales qu’on découvre indispensables à la vie.
L’essor de l’industrie, depuis le XIXe siècle, accompagné du développement de la chimie moderne, a rendu plus sophistiqués les processus de création des médicaments.
Dans ce cadre, les minéraux sont devenus des matières premières dont sont extraits des éléments chimiques. Aujourd’hui, les minéraux n’ont pas disparu de nos salles de bains et trousses à pharmacie ! Une trentaine d’espèces minérales continuent à être utilisées par l’industrie pharmaceutique et cosmétique pour leurs propriétés physiques et chimiques remarquables (composés chimiques ou propriétés telle la dureté, la couleur, etc.). Dans la composition de nos médicaments, ils permettent de remédier aux reflux gastriques, diarrhées et ulcères. Ils peuvent être utilisés en application sur la peau comme antiseptiques, protecteurs dermatologiques et solaires. Le gypse, un sulfate de calcium, est utilisé depuis l’antiquité pour créer les plâtres !
Au-delà des propriétés chimiques des minéraux, d’autres encore plus étonnantes sont utilisées depuis le début du XXe siècle : certains minerais d’éléments radioactifs sont à la base d’un secteur récent de la médecine, la médecine nucléaire, avec par exemple la radiothérapie, qui consiste à injecter un élément radioactif dans l’organisme, qui va se fixer sur les cellules malades et les détruire.
Identification et propriétés des minéraux
Identifier un minéral est bien plus complexe que de reconnaître un champignon ou un oiseau ! Ce travail constitue en effet une gageure, même pour beaucoup de spécialistes en géologie, et les erreurs sont fréquentes, même si aujourd’hui la technologie nous vient de plus en plus en aide.
L’identification d’échantillons parfois très différents requiert une longue expérience basée sur de patientes collectes, des observations, des recoupements, des discussions, des visites de musée et galerie, des lectures et de la mémorisation. Il faut également étudier et quantifier les propriétés physiques et chimiques de l’échantillon ainsi que son contexte géologique de découverte.
Propriétés physiques et cristallographie
La première étape consiste à étudier les propriétés physiques d’un minéral. Celles-ci sont :
- La couleur, qui dépend des lumières absorbées par le minéral.
- La transparence. Certains minéraux sont parfaitement transparents (comme le cristal de roche par exemple), alors que d’autres sont plutôt translucides ou opaques.
- L’éclat. Certains minéraux renvoient presque intégralement la lumière, tels des miroirs (par exemple l’or, les sulfures, la pyrite). A l’opposé, d’autres comme les argiles sont ternes. L’éclat le plus fréquent dans le monde minéral est toutefois l’éclat vitreux, tel celui du quartz.
- La dureté. Elle s’estime grâce à une échelle dite de Mohs, comprenant 10 degrés, du plus tendre (talc) au plus dur (diamant).
La seconde étape consiste en l’étude des morphologies du minéral. Celle-ci comprend son aspect extérieur (terreux, nodulaire, lamellaire, fibreux) et l’étude de ses cristaux, nommée la cristallographie. On prend alors en compte, entre autres :
- Son habitus (ou aspect). Il s’agit de la manière dont les cristaux se combinent à l’intérieur du minéral. Il peut s’agir de cristaux individuels bien formés et isolés, ou bien de constructions plus complexes et désordonnées (lamellaire, lenticulaire, fibreux, granulaires, etc.).
- Sa structure cristalline, c’est-à-dire les formes géométriques des cristaux, composés de faces, d’arêtes et de sommets. On classe alors les cristaux en sept systèmes cristallins principaux.
Une grande diversité de minéraux
A ce jour, et en fonction des définitions actuelles, on dénombre un peu plus de 4 750 espèces minérales différentes. On découvre quelques dizaines d’espèces nouvelles chaque année. Le plus souvent, il s’agit d’espèces microscopiques confinées à un gisement très particulier, ayant connu des épisodes géologiques uniques expliquant alors leur rareté. Mais le plus important potentiel de découverte d’espèces minérales nouvelles réside dans l’étude de météorites, témoins de minéralogies inconnues à la surface de la Terre.
Un autre monde minéralogique dont l’exploration débute tout juste est constitué par les minéraux de dimensions nanométrique ou peu ou non cristallisés. Ces espèces sont impossibles à détecter avec les instruments de la minéralogie traditionnelle. Leur identification requiert des instruments sophistiques, tels des accélérateurs à rayonnement synchrotron, qui n’ont été développés que récemment. La minéralogie du futur est en marche !
Les grands noms et les grands moments de l’histoire de la minéralogie
Des débuts très anciens…
La minéralogie n’est pas une science morte : en effet, la définition du minéral a constamment évolué au fil des âges. L’homme des temps préhistoriques savait déjà se servir de différents minéraux et les assembler. En Mésopotamie, vers 3 500 avant JC, du cuivre, du zinc, de l’or et de l’argent ainsi que de nombreuses pierres précieuses (malachite, turquoise, lapis-lazuli, opale, agate) étaient utilisés pour les parures, les armes et les ustensiles. Les différentes périodes préhistoriques sont d’ailleurs parfois nommées en relation avec les aptitudes des hommes à utiliser les minéraux de leur environnement : âge de Pierre, âge du Bronze, âges du Fer…
Le philosophe grec Aristote est le premier à écrire une publication scientifique sur les minéraux. Son système minéralogique demeura valable jusqu’au XVIe siècle ! En effet, durant le Moyen-Age en Europe, les connaissances sur les minéraux évoluent peu. Les livres sur le sujet publiés à cette époque, les Lapidaires, constituent souvent des résumés des conceptions anciennes.
…Pour un sujet d’actualité !
A la Renaissance, un renouveau des sciences naturelles s’instaure. Un médecin né en Saxe, Georges Agricola (1494 – 1555), écrit le premier exposé scientifique sur les mines et les minéraux. Il se détourne alors résolument de la démarche alchimiste en vogue au Moyen-Age et propose ses observations personnelles. Il développe une classification systématique des minéraux qui sera valable jusqu’au début du XIXe siècle. L’œuvre d’Agricola fut à l’origine d’un essor si important de cette science qu’il est considéré comme le père de la minéralogie moderne.
Le début de la révolution industrielle du XVIIIe siècle donna une impulsion nouvelle aux sciences naturelles. La demande accrue en matières premières minérales exigeait les fondements scientifiques de développement de l’extraction de minerais et de la mise en valeur de nouveaux gisements. L’abbé René Just Haüy, minéralogiste français (1743 – 1822) propose alors de nouvelles nomenclatures et définitions : c’est la naissance des systèmes cristallins. Ces critères sont ceux que l’on utilise encore aujourd’hui.
En France, la mise en exergue de la minéralogie et sa popularisation est principalement le fait des travaux réalisés au Muséum National d’Histoire Naturelle de Paris (le MNHN), fondé en 1793, héritier des collections du Jardin des Plantes. Celui-ci rassemble de nombreuses collections minéralogiques préexistantes et s’attache à les développer et les exposer dans la Galerie de Minéralogie du musée.
Conclusion
On le voit dans cet article, la minéralogie est une science aux multiples facettes et aux champs d’application des plus vastes. Industrie, santé, chimie des matériaux, BTP, et même agriculture au Minerallium… les minéraux sont tout autour de nous en grand nombre, et leur variété constitue un atout pour répondre à des problématiques très diverses, appartenant à notre quotidien ou à la recherche de pointe.