Du point de vue physique, la dureté des minéraux n'est pas définie avec précision. c'Est un ensemble de propriétés basées sur la cohésion des minéraux. Dans une grande mesure, elle dépend de la clivabilité. La dureté est la plus faible dans le sens parallèle au plan de clivage. Un grand rôle est joué par l'écartement entre les particules structurelles ( des différences considérables existent par exemple chez certain minéraux tels que le graphite et le diamant ) et le rayon des atomes ou des ion ( les minéraux à petits atomes ou ions sont plus durs. exemple les silicates et minéraux contenant de l'aluminium et de l'oxygène d'un coté, les carbonates et sulfates de l'autre ). Néanmoins la dureté, en particulier lorsqu'il s'agit d'une détermination rapide sur le terrain est une des propriétés les plus importantes pour le diagnostic. On considère la dureté d'un minéral comme la résistance qu'il offre à la pénétration d'un autre corps. Dans la pratique minéralogique on utilise des échelles de dureté comparatives, la plus courante est l'échelle de Mohs qui comporte dix degrés et qui n'est composée que de poussière blanche. Les minéraux y sont rangés selon leur plus ou moins grande dureté mais les différences dans la dureté des échantillons voisins ne sont pas égales. Ces écarts sont réduits au bas de l'échelle, très grands au sommet ( tableau ci-dessous )
tableau: Dureté absolues et relatives des minéraux.
Des méthode plus exactes, fondées par exemple sur la résistance à l'abrasion ( méthode de Rosiwal ), ou à l'enfoncement d'une pointe de diamant, ne sont utilisées que pour tester des métaux ou la céramique.
Rosiwal
Cette méthode comparative, consiste a rayer la surface d'un minéral avec la pointe d'un autre de l'échelle et réciproquement. On utilise pointe parce que la dureté en est un peu plus grande que celle d'une surface, si bien que des minéraux de même dureté peuvent se rayer avec leur pointe. Le minéral qui raye est n'est pas rayé est donc plus dur et il faut descendre à un échelon inférieur jusqu'à ce que l'on obtienne une rayure et un frottement mutuels. La pression quand on raye n'a pas besoin d'être forte, mais ferme. La pointe ou l'arête dont on se sert pour rayer doit être acérée. On essuie la rayure et, pour un meilleur contrôle, on l'examine à la loupe.
Mais le procédé n'est pas pratique quand on travaille sur le terrain.
Les minéraux peuvent se former dans des conditions divers et de manière différentes. Dans la nature ils se présentent rarement isolément, ils forment en général un groupement caractéristique de tel ou tel processus de formation. Ces ensembles sont dits paragenèse ( para= à côté, genèse= formation ).
La connaissance de la paragenèse des minéraux est très importante en minéralogie car elle permet de prévoir la présence d'un certain minéral ou d'exclure l'existance d'autres minéraux
Elle fait partie des caractères de détermination les plus importants mais n'est pas toujours absolument fiable.Un certain nombre de minéraux présentent en effet des tons et même des couleurs très différentes. Chez certains minéraux, ces différences de coloration déterminent des variétés différentes ; par exemple, le quartz, quartz enfumé, quartz rose, cristal de roche, l'améthyste .Chez beaucoup de minéraux la couleur est typique et a décider de leur nom; exemple le grenat, le bleu ciel de la lazurite, le vert de la chlorite. La couleur de certain minéraux est même devenue le symbole d'une certaine nuance; exemple le vert malachite, vert émeraude, bleu turquoise. Selon l'origine de la couleur la minéralogie classique répartit les minéraux en quatre groupes:
Incolores
Achromatique, les rayons lumineux les traversent sans l'absorption dans la partie visible du spectre; exemple cristal de roche, diamant.
Colorés
Idiochromatique, La couleur résulte de la présence d'atomes d'un certain élément, partie du minéral; exemple bleu azurite = cuivre
a couleur empruntée
Alochromatiques, La couleur résulte de la présence d'atomes d'un élément dont le minéral contient des traces, comme cela existe par exemple pour certaines variétés de quartz, d'halite, de béryl, de tourmaline. La coloration peut provenir de la présence de centres colorés produits par un défaut dans la structure cristalline sans mélange d'autres éléments; exemple quartz enfumé, diamant, un cas particulier de coloration résulte d'inclusions d'autres minéraux, par exemple les inclusion de chlorite et d'hématite dans le jaspe.
On rencontre souvent chez les minéraux à couleur empruntée différentes anomalies résultant des caractères du cristal ou de sa structure ( coloration en raie ou en zone ). Quelquefois on observe même des changements de coloration suivant l'éclairement. c'Est le cas par exemple de l'alexandrite, verte à la lumière du jour, rose violacé à la lumière artificielle. On observe aussi un changement de coloration quan on tourne le cristal exemple: Zoïzite, tanzanite, cordièrite . Ce phénomène est appelé pléochroisme.
Apparemment colorés
Pseudochromatique, des effets colorés se produisent dans le cristal par suite de phénomènes optique; par exemple, fracture,réfraction,courbure,dispersion ou interférence des rayon lumineux. c'Est ainsi que sur les fissures ou les plans de clivage de minéraux transparent on peut observer des irritations résultant de la décomposition de la lumière. Cette irritation peut être aussi provoquée par la mince pellicule incolore, ou colorée, d'oxydes sur certain minéraux à éclat métallique tels que la chalcopyrite, la bornite, le scintillement ( astérisme ) observé à la suite d'une taille convenable du diopside ou du corindon résulte du reflet de la lumière dans les minuscules corpuscules orientés dans le cristal dans un sens déterminé. Dans le saphir, il est provoqué par des aiguilles de rutile qui le traversent sous un angle de 120°, c'est pourquoi il forme sur le cabochon une étoile à six pointe.
Il faut progresser avec circonspection quand on veut déterminer la couleur d'un minéral et en particulier quand on veut définir s'il s'agit d'une couleur ou d'une coloration. Déterminer les nuances des couleurs est dans une certaine mesure une opération subjective. on constate souvent des différences quand on observe un même minéral à la lumière du jour ou à la lumière artificielle. La couleur doit être étudiée que sur des surfaces fraîches
Couleur de la poudre ( la trace )
La couleur de la poudre des minéraux est un excellent caractère d' identification pour distinguer les minéraux colorés et les minéraux à couleur empruntée. On peut la déterminer d'une manière très simple, relativement précise, en particulier pour les minéraux non transparents ou semi-transparent très colorés. c'Est d'après la couleur de la poudre que certains minéraux ont été baptiser, par exemple l'hématite rouge sang, la xanthoconite jaune. La poudre peut être obtenue en rayant le minéral avec un objet acéré ou, pour une détermination plus précise en le frottant avec un morceau de porcelaine non glacée. On frotte le minéral sur la surface rugueuse et la trace obtenue peut être encore frottée avec l'arête du morceau de porcelaine, ce qui en accentue la nuance. La couleur de la poudre ressort très bien sur la surface blanche. Mais comme la porcelaine dans l'échelle de Mohs a une dureté de 6 à 6,5, il faut écraser, et réduire en poudre dans un mortier d'agate , soit sur une plaque d'acier et ensuite seulement les frotter sur la porcelaine. Les minéraux à couleur empruntée ont en général une poudre blanche ou à peine colorée.
C'est la propriété des minéraux de laisser passer la lumière. Les pierres précieuse doivent la posséder
On peut lire même au travers d'une épaisse couche du minéral ex: Cristal, topaze, diamant, calcite
semi-transparents, l'écriture lue à travers le minéral n'est pas net ex:quartz rose, émeraude
translucides, le minéral est traversé par la lumière même sous une forte épaisseur ex: soufre, quartz laiteux
opaque, ne laisse pas passer la lumière même en couche mince ex: pyrite, magnétite
C'est la propriété du minéral de réfléchir la lumière suivant l'indice de réfraction, l' absorption de la lumière, les caractères de la surface étudiée ( lisse ou rugueuse ). l'Eclat d'un minéral augmente avec l'élévation de l'indice de réfraction, diminue avec l'absortion de la lumière et la rugosité de la surface. Il ne dépend pas de la couleur. On distingue l'éclat:
Métallique:
c'est le plus fort éclat caractéristique des minéraux non transparents; exemple galène, magnétite, on parle parfois d'éclat semi-métallique, celui des minéraux transparents ou semi-transparents à indice de réfraction de 2,6 à 3 exemple; cinnabarite, cuprite.
Adamantin:
c'est le plus fort éclat des minéraux transparents et translucides à indice de réfraction 1,92 et plus, résultant de la réfraction totale de la lumière exemple; Diamant, zircon
Vitreux:
C'est un éclat qui rappelle le verre. Il est caractéristique des minéraux transparents et translucides dont l' indice de réfraction est 1,3 à 1,9 exemple; Corindon, quartz
Gras:
Il rappelle l'éclat d'un papier gras, ce qui est dû souvent à l'inégalité de la surface de l'échantillon étudié. Il est caractéristique de l'opale et de la cordiérite.
Nacré:
Typique des minéraux transparents ou semi-transparent à bon clivage en feuillets ou lamelles, exemple; Gypse, stilbite.
Soyeux:
Caractéristique des minéraux fibreux tels que l'asbete et de la crocidote.
mat:
degré d' éclat le plus faible, caractéristique des minéraux d'apparence terreuse, exemple; kaolinide, aragonite.
On détermine l'éclat à la lumière du jour sur des surfaces, non oxydées. Le même minéral n'a pas toujours le même éclat. Dans les agrégats grenus, l'éclat est moins fort que dans les cristaux indépendants. Un collectionneur expérimenté sait déterminer avec une relative précision l'éclat d'un minéral par comparaison avec un choix d'éclats différents qu'il a lui-même échelonnés.
Le clivage avec la dureté est la propriété d'un minéral de se défaire selon des directions déterminées. Avec la dureté, le clivage fait partie d'un grand ensemble de caractères qui détermine la cohésion du minéral. Le clivage est un bon d'identification, en particulier pour les minéraux qui ne sont pas morphologiquement parfaitement développés. Il dépend de la structure interne du cristal et il est constant pour un minéral donné.
Les plans de clivage sont orientés dans le sens de la moindre cohésion, c'est -à-dire dans le sens des liaisons les plus faibles entre chaque unité de la structure cristalline.
On l'observe facilement en frappant le minéral voir ci-contre. On peut parfois obtenir par la taille un corps limité de tous les côtés par des plans de clivage. Chez certains minéraux, la qualité de tous les plans de clivage est la même ( ex: halite,calcite ), chez d'autres, la qualité de ces plans est différente, ce qui signifie que le minéral se clive plus facilement selon certains plans ( ex: aragonite). De nombreux minéraux doivent leur nom à leur clivage caractéristique; l 'orthose se clive droit, le plagioclase en travers oblique, l'euclase se clive bien.
Dans la pratique, on distingue les degrés de clivage suivants:
excellent:
Le minéral se clive en fine lamelles dans un sens ex:gypse, chlorite
très bon ou parfait:
Le minéral se clive en forme régulières délimitées par les plans de clivage ex:calcite
bon:
Le minéral se clive pas parfaitement droit ex:pyroxène, feldspath
imparfait:
les plan de séparation ont en général une surface inégal ex:souffre
très imparfait:
il n'y a pas de clivage on parle de cassure conchoïdale ex:quartz inégale ex:pyrite rugueuse ex:or,argent friable ex:grenat terreuse ex:aluminium
On peut également apprécier le degré de clivage d'après la force nécessaire pour le provoque. Un clivage parfait s'accompagne d'un éclat nacré des plans de clivage, un bon clivage d'un éclat vitreux. Le clivage est le plus évident sur des lamelles minces. En déterminant au moins approximativement l'angle des plans de clivage, il est possible de distinguer certains minéraux semblables, tels que l'amphibole (120°) et le pyroxéne (90°).
Le magnétisme actif n'est manifesté pratiquement que par la magnétique, on peut l'observer chez la pyrrhotite, l' hématite et la wolframite. Mais un aimant puissant attire un grand nombre de minéraux renfermant fer,manganèse, nickel. d'Autre minéraux tels que la cassitérite, manifestent un certain magnétisme mais on y trouve en général des inclusions microscopiques de minéraux ferromagnétiques. Dans la pratique, on utilise le magnétisme pour séparer le sable les cailloux du fer.
Les minéraux qui contiennent de l'uranium, du thorium et du radium, comme la tobernite, l' uraninite, se caractérisent par des propriétés radioactives. Ils émettent un rayonnement invisible, en même temps que ce forme progressivement des isotopes. l'Uraninite contenant une certaine proportion d' oxyde Uranium et de plomb, est un exemple typique de minéral radioactif.
On mesure la radioactivité avec le compteur Geiger-Müller, on observe une décomposition métamicte, c'est a dire une décomposition qui ne modifie pas l'aspect extérieur du cristal mais sa structure interne, ces minéraux deviennent progressivement opaques, noirs, le clivage diminue, ils prennent un éclat gras et résineux, leur cassure devient conchoïdale .