Minéralogie
Connaître et reconnaître les minéraux Cristallographie, cristallochimie, techniques d'identification
Frédéric Hatert
Ellipses
Avant-propos
3
Table des matières
5
Introduction
8
Définition du cristal8
Définition du minéral9
Chapitre I : Cristallographie géométrique
11
1. La symétrie cristalline11
1.1. Opérations et éléments de symétrie12
1.2. Les 7 systèmes cristallins17
1.3. Les 32 classes cristallines20
1.4. Illustration de morphologies cristallines caractéristiques22
2. Le réseau cristallin24
2.1. Les travaux de René-Just Haüy24
2.2. La théorie réticulaire d'Auguste Bravais26
2.3. Les 14 modes de réseau de Bravais34
2.4. Axes hélicoïdaux et plans de glissement41
2.5. Les réseaux plans43
2.6. Les 230 groupes spatiaux45
3. La notation des faces et la projection stéréographique46
3.1. La notation de Miller46
3.2. La loi de symétrie51
3.3. La projection stéréographique52
3.4. La formule fondamentale du calcul cristallographique57
4. Les édifices cristallins complexes59
4.1. Les macles59
4.2. Les assemblages à axes parallèles62
4.3. Les assemblages épitaxiques63
Chapitre II : Cristallochimie
64
1. Principes de cristallochimie64
1.1. Energie du réseau64
1.2. Volume ionique65
1.3. Coordination67
1.4. Règles de Pauling70
2. Phénomènes cristallochimiques72
2.1. Isotypisme et homéotypisme72
2.2. Solutions solides et isomorphisme76
2.3. Polymorphisme79
3. Structures cristallines types80
3.1. Les éléments natifs80
3.2. Les sulfures82
3.3. Les oxydes et hydroxydes83
3.4. Les halogénures85
3.5. Les carbonates86
3.6. Les sulfates et phosphates87
3.7. Les silicates87
Chapitre III : Identification macroscopique des minéraux
104
1. Critères d'identification macroscopique des minéraux104
1.1. Faciès cristallin et texture105
1.2. Pseudomorphisme106
1.3. Clivages et cassures107
1.4. Dureté et densité108
1.5. Couleur et éclat110
1.6. Autres propriétés organoleptiques111
2. Minéralogie systématique111
2.1. Les éléments natifs112
2.2. Les sulfures et sulfosels114
2.3. Les oxydes et hydroxydes124
2.4. Les halogénures131
2.5. Les carbonates133
2.6. Les sulfates et tungstates139
2.7. Les phosphates, arséniates et vanadates142
2.8. Les silicates144
Chapitre IV : Examen des minéraux au microscope polarisant
162
1. Symétrie optique164
1.1. Propagation de la lumière dans les cristaux isotropes164
1.2. Propagation de la lumière dans les cristaux anisotropes166
1.3. Symétrie optique et symétrie géométrique171
2. Examen des minéraux transparents en lumière transmise174
2.1. Examen en lumière simplement polarisée175
2.2. Examen en lumière polarisée analysée182
2.3. Examen en lumière convergente192
3. Examen des minéraux opaques en lumière réfléchie205
3.1. Examen en lumière simplement polarisée206
3.2. Examen en lumière polarisée analysée213
3.3. Examen en lumière convergente215
3.4. Autres critères de détermination216
Chapitre V : Diffraction des rayons X
221
1. Nature du rayonnement X221
1.1. Production des rayons X222
1.2. Interaction des rayons X et de la matière229
2. La diffraction des rayons X par les cristaux234
2.1. Intensité diffusée par un électron libre235
2.2. Intensité diffusée par un atome235
2.3. Intensité diffusée par un cristal : le facteur de structure238
3. Le réseau réciproque et la sphère d'Ewald242
3.1. Le réseau réciproque242
3.2. La sphère d'Ewald et la sphère limite246
3.3. Diffraction à partir de plans de points réciproques248
4. La symétrie du réseau cristallin250
4.1. Les 11 groupes de Laue250
4.2. Les absences systématiques251
4.3. Position des atomes par rapport aux éléments de symétrie253
5. La méthode des poudres254
5.1. Principe et instruments254
5.2. Identification des composés256
5.3. Affinement des paramètres cristallographiques264
5.4. Affinements structuraux par la méthode de Rietveld266
5.5. Quantification des proportions de phases présentes dans un mélange270
6. Techniques d'étude de monocristaux270
6.1. La méthode de rotation271
6.2. La méthode de Weissenberg277
7. Le diffractomètre à quatre cercles287
7.1. Géométrie du diffractomètre287
7.2. Montage et centrage du cristal289
7.3. Collecte des données290
7.4. Corrections d'absorption et réduction des données292
7.5. Détermination du groupe spatial et de la structure cristalline293
Chapitre VI : Microscopie électronique
295
1. Interactions électrons-matière295
2. Le microscope électronique à balayage297
2.1. Principe du microscope électronique à balayage297
2.2. Préparation des échantillons300
2.3. Les électrons rétrodiffusés302
2.4. Les électrons secondaires305
3. Le spectromètre EDS307
3.1. Production des rayons X307
3.2. Le détecteur EDS308
3.3. Le spectre EDS310
3.4. Le QEMSCAN311
4. La microsonde électronique317
4.1. Principe du spectromètre WDS317
4.2. Principe de la microsonde électronique319
4.3. Préparation des échantillons319
4.4. Analyse chimique quantitative319
Index
324
Bibliographie
330