Chronique 9 : Les Grenats de l’île de Groix

Un article de P. Thiran

Carte de l’île de Jacques Lapaire

 

L’île de Groix

L’île de Groix est située le long de la côte sud de la Bretagne à 7 km de Lorient. L’île s’étend face à la côte sur 8 km de long et jusqu’à 3 km de large; elle occupe une superficie de 15 km2.

A la différence du continent armoricain, essentiellement constitué de roches magmatiques (granites), la quasi totalité des roches de l’île sont d’origine métamorphique. Au sein de ces roches se sont formés des minéraux, dont l’apparition requiert des conditions de température et de pression élevées, ce qui est le cas des grenats.

L’île renferme une des rares réserves géologiques d’Europe, située au sud-est de l’île entre la « Pointe des Chats » et la localité de Locmaria. Outre un remarquable inventaire de roches métamorphiques de diverses origines, la réserve est riche en placers à grenats, dont l’importance fluctue au gré des courants marins.

 

Les affleurements rocheux de la Réserve

Il est maintenant établi que les roches métamorphiques de Groix sont les témoins du fonctionnement d’une zone de subduction, lequel se déroula durant le Dévonien, pendant la formation de la chaîne hercynienne.

Sur l’ensemble de l’île, 80% des affleurements sont constitués de micaschistes. Ces micaschistes ont pour origine des argilites, qui ont été transformées (métamorphisées) sous une température de 450°C et une pression de 12 kbar. Ces conditions de température et de pression ont été obtenues à une profondeur de 36 km lors de la subduction, plus précisément lors de l’enfoncement d’une plaque contenant ces argilites, sous une autre. Ces argilites sont elles-mêmes le produit de la décomposition de feldspaths et de micas détachés par érosion d’un ancien massif de granite.

Il y a d’autres affleurements rencontrés dans la Réserve.

 

Les schistes bleus

Les schistes bleus ou schistes à glaucophane, appelés aussi glaucophanites. Ces schistes proviennent de la transformation de basaltes effectuée aussi sous une température de 450°C et une pression de 12 kbar, lors du même phénomène de subduction. Ces schistes contiennent essentiellement de la glaucophane. De couleur bleue, la glaucophane est un silicate à chaîne double de la famille des amphiboles; il se présente ici sous forme de grosses fibres. Ces schistes contiennent aussi de l’épidote verdâtre, appelée pistachite. La présence d’un « boudinage » de la glaucophanite de taille métrique, intercalée dans les micaschistes, est remarquable.

 

Schistes Bleus, Photo de Philippe Thiran

Les schistes verts

Les schistes verts, dont la couleur verte est due à la présence de minéraux verts (chlorite, hornblende, actinote), ont également pour origine des basaltes métamorphisés mais à des conditions de température et de pression plus basses: 400°C et 4 kbar. Ces conditions ont été obtenues à une profondeur de 12 km au lieu de 36 km pour les schistes bleus.

La présence des minéraux verts, qui sont des silicates hydratés, suppose que la transformation en schistes verts s’est effectuée à la remontée des roches après leur enfoncement et en présence d’eau. En quelque sorte, ces schistes verts sont des schistes bleus, hydratés et « rétromorphisés ».

 

Schistes Verts, Photo de Philippe Thiran

Les quartzites roses

Les quartzites roses, beaucoup moins abondants, ont une origine bien différente. Ils proviennent d’un métamorphisme de radiolarites, c-a-d de roches constituées à l’origine par l’accumulation d’organismes marins microscopiques: les radiolaires. La couleur rose émane de la présence de manganèse qui a donné naissance à un grenat typique: la spessartite.

 

Quartzites Roses, Photo de Philippe Thian

 

Les Grenats

Vu l’abondance et la diversité de ses grenats, l’île de Groix aurait pu s’appeler l’île aux Grenats. Les grenats, désignés en minéralogie sous le vocable « Groupe des grenats » sont des minéraux typiques du métamorphisme. Ce sont des silicates alumineux de Fe, Mg, Mn et Ca, à la structure cristallochimique similaire. Ils cristallisent dans le système cubique, idéalement sous la forme du dodécaèdre; leur formule chimique générale peut s’écrire: (Fe,Mn,Mg,Ca)3Al2[SiO4]3.

A Groix, on trouve l’almandin(Fe), la spessartite(Mn), le pyrope(Mg) et le grossulaire(Ca). En réalité, les grenats de l’île sont un mélange de ces grenats-types, sauf sur les quartzites où la spessartite domine.
En outre, dans un grenat donné, la composition varie du cœur à la bordure.

De dureté comprise entre 6,5 et 7,5 il résiste bien à l’altération, contrairement à la glaucophane, et ceci d’autant plus qu’il est stable dans une gamme étendue de température (350 à 1000°C) et de pression (4 à 100 kbar).

Les grenats présentent une grande diversité de couleur qui s’étend de l’incolore au rouge très foncé en passant par l’orange et le vert avec toutes les nuances de ces couleurs. Ainsi, l’almandin est le plus souvent rouge-foncé, la spessartite orange et l’andradite (Ca) vert-jaune.

 

Grenats, Photo de Philippe Thiran

 

Grenats Spessartite, Photo de Philippe Thiran

 

Les grenats suscitent l’intérêt de différentes parties

D’abord celui des joailliers et ce, depuis l’Antiquité où on les considérait comme talismans protecteurs. Ensuite, comme pièces d’orfèvrerie depuis l’Empire Romain jusqu’à nos jours.

Comme ils sont beaucoup plus répandus que les corindons, ils ont été et sont encore utilisés de nos jours comme poudre abrasive aux multiples usages.

Plus récemment, les géologues se sont rendus compte que les grenats apparaissant dans un grand nombre de roches métamorphiques, leur variation de composition interne permettaient de reconstituer les conditions physico-chimiques des terrains qui les contenaient. En particulier, sur le degré d’enfouissement des roches dans les phénomènes de subduction. C’est le cas sur l’île de Groix.

Enfin, aucun grenat rencontré à Groix, n’est de qualité « gemme », ce qui a fait dire à la Conservatrice, que ce fait est une chance pour la sauvegarde de la Réserve!

 

Notes

Note 1. Il va de soi qu’aucun prélèvement de quoi que ce soit n’est autorisé dans la Réserve, mais à proximité, à l’est de la Pointe des Chats, la plage des Sables Rouges se couvre régulièrement d’une épaisse couche de grenats qui y sont amenés par les courants marins.

Quelques Grenats de la Plage des Sables Rouges Photo de René Vandenbosch

 

Sources bibliographiques :

–  Explications fournies par Catherine Robert, conservatrice de la Réserve, lors d’un stage géologique du Muséum de Bruxelles, organisé dans le Morbihan en août 2013.

– Grenats, le cahier des Micromonteurs, numéro 129-3/2015,

– Jacques Lapaire, rédacteur du bulletin des arénophiles-AFA.

 

  Credits photographiques :

 – Jacques Lapaire pour la carte de l’île.

– l’auteur pour les autres illustrations 2 à 7

– René Vandenbosch pour la 8.

 

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Chronique 8 : Les émeraudes de Colombie

Un article de P. Thiran

 

Les ressources minérales de la Colombie

L’émeraude est la ressource minérale emblématique de la Colombie. Non seulement ce pays en est le premier producteur mondial avec une part de marché de 55 à 60 %, mais aussi la qualité des émeraudes produites est universellement reconnue comme supérieure et incomparable.

Les autres ressources minérales importantes de la Colombie sont: le charbon, l’or et le nickel.

Définition de l’émeraude

L’émeraude est une pierre gemme, qualifiée de précieuse avec le diamant, le rubis et le saphir. Les autres gemmes, comme l’aigue-marine, l’améthyste, la topaze, ….sont qualifiées de pierres fines, au lieu de pierres semi-précieuses dans le passé.

Son nom provient du grec smargdos, qui jadis se rapportait à un certain nombre de pierres vertes. Il désigne actuellement une « pierre verte lumineuse » et se traduit plus simplement par émeraude.

L’émeraude du point de vue minéralogique

Du point de vue minéralogique, l’émeraude est la variante verte du béryl. Celui-ci est un silicate d’aluminium et de béryllium, qui cristallise dans le système hexagonal. Il prend généralement la forme d’un prisme à base hexagonale, comme le montre la photo ci-dessus. Sa dureté varie entre 7,5 et 8, soit entre celle du quartz et de la topaze.

Sa coloration vert intense s’explique par la présence de chrome et parfois de vanadium, dans les deux cas sous forme d’impuretés dans le réseau cristallin du béryl lequel est naturellement blanc ou incolore. D’autres impuretés comme de la matière carbonatée sont parfois piégées lors de la cristallisation.

La coloration des minéraux a de multiples causes résumées dans la note 1. Pour la plupart, elle provient de l’absorption sélective de la lumière blanche.

L’origine de l’extraction de l’émeraude

L’extraction de l’émeraude a débuté en Haute Egypte, dans la région d’Assouan, dès le XIII° siècle avant notre ère. Ultérieurement, ces mines ont été nommées  «Les Mines de Cléopâtre  », lesquelles sont encore exploitées aujourd’hui, mais les gemmes extraites sont de piètre qualité.

En Colombie, l’extraction des émeraudes a débuté ça et là, au V° siècle avant notre ère, par les tribus  Muisca, qui occupaient le nord de l’Amérique du Sud.

Ce n’est qu’après la conquête de la région par les Espagnols, que des gisements ont été découverts et exploités dans diverses mines réparties dans le pays.

Actuellement, l’exploitation est concentrée dans trois centres miniers: ceux des  municipalités de Chivor, de Muso et de Pita, situés dans le département de Boyaca, à une centaine de km au nord-est de Bogota, dans la Cordillère Orientale.

Les émeraudes de Colombie, un contexte géologique unique

Les émeraudes s’y trouvent dans un contexte géologique unique d’origine sédimentaire: des schistes argileux dans lesquels les éléments constitutifs de l’émeraude ont été mobilisés par une solution hydrothermale.

Dans les gisements des autres pays, listés dans la note 2, elles se rencontrent dans des pegmatites (roches à gros cristaux) le plus souvent granitiques.

 

La taille « émeraude »

En raison de sa fragilité, une taille particulière a été mise au point. Elle consiste à couper et facetter les quatre angles de la gemme de manière à la rendre moins vulnérable aux chocs. Cette taille est surnommée « taille émeraude ».

Les pierres transparentes de couleur claire sont aussi parfois taillées en brillant, tandis que les pierres troubles ne sont taillées qu’en cabochon, voire en boule de collier.

Les émeraudes artificielles

Comme pour les autres pierres précieuses, l’homme s’est ingénié à les fabriquer artificiellement. On parle alors de « pierres synthétiques ».  Les techniques de production sont actuellement si parfaites qu’il n’est pas possible de les distinguer à l’oeil nu. Elles possèdent, en effet, les mêmes propriétés chimiques et physiques.

Le point de départ des procédés de synthèse est la préparation d’une poudre dont la composition chimique est celle de la pierre à synthétiser à laquelle on ajoute le ou les éléments colorants. Cette poudre est versée dans un creuset où elle est portée à  haute température et à haute pression selon le procédé. La matière en fusion est ensuite tirée hors du bain. La cristallisation s’amorce généralement au départ d’un cristal germe.

Pour l’émeraude, on applique la méthode dite de  « dissolution hydrothermale », dans laquelle une solution aqueuse avec les matières premières correspondantes est soumise à hautes pression et température.

Pour les distinguer des pierres naturelles, il est nécessaire de les confier à un laboratoire équipé des équipements requis, dont le réfractomètre, ce qui signifie qu’en cas d’achat il est indispensable de requérir un certificat d’authentification par un laboratoire reconnu.

La fabrication artificielle d’une pierre est à ne pas confondre avec l’imitation  de celle-ci, comme expliqué dans la note 3.

 

L’émeraude a un prix

Le prix d’une émeraude de grande qualité est du même ordre que le prix d’un diamant, soit 2 à 3000 euros par carat, l’unité de référence en joaillerie qui égale 0,2 g.

Les photos ci-dessous montrent trois bagues d’émeraudes de taille différente.

 

Notes

Note 1. La Coloration des Minéraux.

Selon des recherches toujours en cours, six causes ont été identifiées:

– la coloration « allochromatique », comme celle de l’émeraude,

– « idiochromatique », où la couleur est apportée par un élément de la composition chimique du minéral. C’est le cas de l’azurite, carbonate de cuivre, où l’élément cuivre apporte sa couleur bleu azur.

–  la présence de « centres colorés », centres créés par une irradiation naturelle ou artificielle. A noter que la couleur disparait souvent par la chaleur, comme dans le cas de l’améthyste qui, par chauffage, devient jaune ou verte.

– les autres causes font appel à une connaissance approfondie des liaisons chimiques.

 

Note 2. Les Gisements d’émeraude, hors Colombie.

Le Brésil est aussi riche en beaux gisements, de même que les USA en Caroline du Nord, et plus récemment en Zambie. La Russie possède également des gisements situés dans l’Oural, mais les émeraudes y sont de qualité moyenne.

Enfin, plus près de chez nous, l’Autriche dans le massif des Hohe Tauern, produit des prismes de plusieurs cm plus ou moins gemmes.

 

Note 3. Synthèse versus Imitation.

Les imitations de pierres précieuses sont des copies de celles-ci, obtenues par reconstitution ou recomposition à l’aide de pierres naturelles ou artificielles. Elles ne possèdent ni les propriétés chimiques et physiques, ni la structure cristalline et  sont, de ce fait, plus facilement reconnaissables.

Ainsi, une émeraude « imitée »se composera d’un triplet « quartz-couche colorée verte-quartz ».

 

Sources bibliographiques

  – Guide des pierres précieuses, fines et ornementales, par Walter Schumann, Delachaux et Niestlé, 1994,

 – Quand la Pierre se fait précieuse, musées royaux d’Art et Histoire, 1995,

– Bulletins de l’Association Géologique du Brabant Wallon, mai 2002 et janvier 2012,

– Roches et Minéraux du monde, par Ronald Bonewitz, Delachaux et Niestlé, 2014,

– Minéraux, le guide des passionnés, par Julien Lebocey, Les Editions du Piat, 2019.

 

Crédits photographiques et source des émeraudes 

– Les quatre photos sont de Pierre Louis. Les émeraudes appartiennent à la famille de l’auteur.

 

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Chronique 7 : Les minéraux et les sables radioactifs

Un article de P. Thiran

 

Préambule

Les explications concernant la radioactivité ont été volontairement simplifiées et certaines valeurs comme celles relatives aux normes sont susceptibles d’être modifiées. Actuellement, la physique quantique intervient dans les explications de ce phénomène.

Certains minéraux et quelques sables sont dits radioactifs, parce qu’ils possèdent la propriété physique appelée Radioactivité. Sommairement, celle-ci consiste en la transformation ou la désintégration spontanée de certains atomes avec émissions de rayonnements spécifiques et énergétiques. On parle alors de radioactivité naturelle, la radioactivité artificielle étant due à l’intervention de l’homme. Dans la suite, il ne sera question que de la première. Bien que ce phénomène existe depuis la naissance de l’univers et est la source principale de la chaleur interne de notre planète, elle ne fut mise en évidence qu’à la fin du 19° et au début du 20° siècle.

La découverte de la radioactivité

C’est d’abord, le physicien français Henri Becquerel qui découvrit que des sels d’uranium émettaient des radiations inexplicables. Ensuite, Pierre et Marie Curie mirent en évidence l’origine atomique du phénomène. Sa compréhension plus précise fut apportée par le physicien néo-zélandais Ernest Rutherford lequel souligna le rôle du noyau de l’atome et qualifia les rayonnements émis. Ce sont ces derniers qui nous concernent directement, vu leur impact biologique. Pour leur compréhension, il est nécessaire de se référer à la structure de l’atome et à la composition du noyau, lesquelles sont expliquées sommairement dans la note 1.

Le noyau atomique d’un élément radioactif

Dans la plupart des noyaux atomiques, le nombre de neutrons est égal à celui des protons ; de tels noyaux sont dits stables. Toutefois, pour certains noyaux, ce nombre excède celui des protons, ce qui crée une instabilité au sein de celui-ci, en particulier pour ceux de l’uranium et du thorium, source principale des radioéléments naturels. La transformation ou désintégration d’un de ces noyaux se produit spontanément et statistiquement à tout moment. Elle se poursuit en cascade jusqu’à l’obtention d’un noyau stable. Un exemple est donné dans la note 2.

Les trois types de rayonnements émis

  • alpha : consiste en l’expulsion du noyau de deux protons et deux neutrons, soit un noyau d’Hélium (deuxième élément atomique),
  • bêta : est caractérisée par l’expulsion d’un électron suite à une mutation d’un neutron en proton,
  • gamma : est une émission d’ondes électromagnétiques de fréquence et d’intensité supérieures aux rayons X.

Ces rayonnements sont émis à grande vitesse et sont dotés d’énergie. Leur pouvoir de pénétration est propre à chacun de ceux-ci :

  • l’alpha ne pénètre que dans quelques cm d’air et est stoppé par du papier bristol blanc,
  • le bêta pénètre plus profondément, soit quelques m d’air, et est stoppé par quelques mm d’aluminium,
  • le gamma est le plus pénétrant et n’est stoppé que par une épaisseur minimum de 5 cm de plomb.

La durée de vie d’un élément radioactif

Une autre caractéristique importante de la radioactivité est le temps durant lequel un radioélément reste dangereux.

Celui-ci est mesuré par la demi-vie qui exprime le temps moyen au bout duquel la moitié des noyaux d’un radioélément sont transformés ou désintégrés, ce qui signifie que sa radioactivité décroit progressivement. Ce temps est une constante pour un radioélément donné ; il varie de quelques secondes à des millions d’années.

En résumé, l’activité radioactive d’une source est caractérisée par :

  • la nature du rayonnement émis,
  • son énergie,
  • sa durée de vie,
  • son intensité, soit le nombre de désintégrations par seconde.

En outre, l’intensité est aussi fonction de la distance par rapport à la source radioactive. Elle décroit en fonction du carré de celle-ci. Ainsi en s’écartant de 3 m, l’intensité est divisée par 9.

La mesure de l’impact radioactif

Tout ce qui précède n’a pour but que de comprendre comment arriver à mesurer l’impact d’une source radioactive sur le corps humain et d’indiquer les précautions à prendre pour s’en protéger, en particulier par ceux qui s’intéressent aux minéraux et sables radioactifs. Pour la mesure de cet impact, deux paramètres sont pris en considération : l’intensité et la dose. La dose est la quantité d’énergie absorbée par unité de masse, soit la dose absorbée.

Pour les tissus vivants, l’effet biologique est aussi fonction du type de rayonnement. Pour en tenir compte, on a introduit la notion de la dose équivalente, baptisée dose efficace, laquelle est utilisée pour définir les niveaux de radioactivité et les normes. Elle s’exprime en sievert, le nom de son inventeur, (en pratique en milli ou micro-sievert) tandis que l’intensité est mesurée par le Becquerel, (en pratique par ses multiples). L’appareil de mesure le plus couramment utilisé est le compteur Geiger.

Appareil compteur Geiger, photo de Ph. Thiran

L’appareil compteur Geiger

Celui de la photo permet le comptage des désintégrations, la mesure des doses efficaces, et la différentiation de ces mesures par type de rayonnement. Il est étalonné en coups/sec pour l’intensité et en micro-sievert/heure pour les doses reçues par le corps humain c’est à dire la mesure de la dose efficace. Les doses qui nous atteignent sont de l’ordre de quelques milli-sievert par an. Elles sont la somme de la radioactivité qui nous entoure, laquelle varie selon les régions de 1 à 4 mSv/an (dose naturelle) et est essentiellement due au radon (voir note 3), et de celle liée à l’activité humaine laquelle est principalement due aux examens médicaux, qui représente en moyenne 2 mSv/an. Pour les individus, la norme est généralement de 5 mSv/an plus la dose naturelle, tandis que pour les professionnels, la norme fixe une limite horaire de 10 micro-sievert et annuelle de 20 milli-sievert. A noter qu’une dose ne devient source de troubles dans le corps humain qu’à partir d’une valeur de 1 Sv.

La radioactivité des minéraux et sables

La radioactivité des minéraux et sables est intimement liée à la présence d’uranium (U) et/ou de thorium (Th). Ces deux éléments sont présents de manière diffuse dans la croûte terrestre (de l’ordre de 3 g/t pour le premier et 12 g/t pour le second). Ils se retrouvent dans tous les types de roches. Les minéraux radioactifs sont soit des composés chimiques de l’U et/ou du Th, soit des minéraux incluant un ou des radioéléments. La plupart sont de couleurs vives, de taille centimétrique ou millimétrique ; certains sont fluorescents.

Les uranifères

Les composés de l’uranium, appelés les uranifères, sont les plus nombreux. Ceci est dû à sa facilité de combinaison chimique avec l’oxygène, le carbone, le soufre, la silice, le phosphore, le vanadium…. Selon Mindat, il y aurait actuellement 281 minéraux uranifères considérés comme validés par l’I.M.A. (International Minéral Association).

Parmi ceux-ci, figurent des minéraux comme :

  • oxydes et hydroxydes : l’uraninite, le plus riche en U et de couleur noir, la becquerelite, la masuite, la schoepite, …
  • phosphates : l’autunite (fluorescente) et la torbernite, fréquemment rencontrés en France, …
  • vanadates : la carnotite, …
  • silicates : les cuprosklodowskite, kasolite, soddyite, urophane, …

Le thorium

Bien que le thorium soit présent dans de nombreuses roches et a une concentration plus élevée dans la croûte terrestre que l’uranium, les minéraux à base de thorium sont beaucoup moins nombreux : 25 seraient considérés comme validés par l’I M A.

Parmi ceux-ci :

  • oxydes : la thorianite,
  • phosphates : la monazite, source principale,
  • silicates : la thorite.

 Les photos ci-dessous illustrent certains de ces minéraux.

 

7- Becquerelite

Becquerelite, collection et photo de P. Louis

6- Géode d'uranifères

Géode d’uranifères, collection et photo de P. Louis

4- Torbernite

Torbernite, collection et photo de P. Louis

5- Cuprosklodowskite

Cuprosklodowskite, collection et photo de P. Louis

Autunite

Autunite, collection et photo de P. Louis

2- Uraninite

Uraninite, collection et photo de P. Louis

Modified by CombineZP

Cupro et Schoepite, collection et photo de P. Louis

 

L’uranium et le thorium se substituent aussi à des atomes de minéraux et rendent ces derniers radioactifs. Ainsi, dans le zircon (silicate de zirconium), certains atomes sont remplacés par celui d’uranium. Ceci explique le niveau relativement élevé de la radioactivité des granites en Bretagne, par exemple. Ces minéraux proviennent essentiellement de sites miniers fermés ou en exploitation.

Les sites miniers radioactifs

Parmi les sites qui ne sont plus exploités, deux sont célèbres :

  • Jachymov en Tchéquie, qui permit la découverte du radium par les Curie au départ de la pechblende,
  • Shinkolobwe en RDC, la plus riche mine d’U au monde avec l’uraninite comme minerai primaire, fut la source principale d’U pour les premières applications civiles et militaires de l’énergie nucléaire.

La France puisa son combustible nucléaire dans de multiples petits gisements situés dans le Massif Central, le massif Armoricain et les Vosges. Leurs installations d’exploitation ont été démantelées. Actuellement, c’est le Kazakhstan qui est le producteur principal. Il est suivi par le Canada, l’Australie et la Namibie. L’ensemble de ces producteurs représente environ 80% de la production mondiale dont environ 40% pour le Kazakhstan.

 

La radioactivité de certains sables

En ce qui concerne la radioactivité de certains sables, elle provient de l’érosion des roches contenant des minéraux radioactifs, de résidus d’exploitations minières, de contaminations des sols et des eaux suite à un accident nucléaire. Dans les plages des bords de mer, de lac et dans les rivières, on trouvera des grains de zircon, de monazite, de thorianite,… tandis que dans les stériles miniers, ce sera de la torbernite, de l’autunite (facilement détectable car elle est fluorescente), de l’urophane … Les plages reconnues sont celles Guarapari au Brésil, de Amritapuri dans le Kérala en Inde, de l’Espiguette dans les bouches du Rhône en France. Les sources thermales de Ramsar en Iran sont aussi reconnues comme ayant une radioactivité élevée.

Les deux images ci-dessous illustrent deux sables provenant de stériles miniers.

Sable d’Autinite collection Ph. Thiran, photo P.Louis.

 

Sable de Tobernite collection Ph. Thiran, photo P.Louis.

 

En conclusion

Il est faisable de s’intéresser aux minéraux et sables supposés radioactifs en tenant compte des facteurs suivants :

  • la diminution de l’intensité des rayonnements par la distance et par l’interposition d’écrans,
  • la durée de l’exposition, après avoir mesuré la dose efficace reçue par unité de temps, (micro-sievert par heure),
  • l’aération du stockage.

Et pour autant que l’on ait la possibilité de mesurer la radioactivité résiduelle, après avoir pris les mesures de protection.

 

Notes

Note 1. Tel que suggéré par des philosophes grecs 450 ans avant notre ère, l’atome était encore au début du XX° siècle considéré comme le plus petit élément de la matière. Le physicien danois Niels Bohr proposa le premier une structure de l’atome, dans laquelle, autour du noyau, gravitent des électrons sur différentes orbites. Le noyau lui-même est un agrégat de deux petites particules : le proton et le neutron et est chargé positivement. Les électrons étant chargés négativement, l’atome est électriquement stable. 92 atomes naturels ont été recensés et classifiés par le physicien russe Mendeleev dans son célèbre tableau. Le premier est l’hydrogène, suivi de l’hélium, et le 92° est l’uranium précédé du thorium (90°).

Note 2.  Ainsi, pour l’uranium, ce n’est qu’au bout d’une cascade de 14 désintégrations qu’est obtenu un noyau stable, celui du plomb. Le radium et le radon, deux éléments importants le premier médicalement, le second par sa nature gazeuse, sont produits dans cette cascade.

Note 3.  La nature gazeuse du radon le rend particulièrement dangereux. Inhalé, il attaque les poumons avec les particules alphas qu’il émet en se désagrégeant. Comme il émane spontanément du sol, il est donc essentiel d’éviter sa concentration, notamment dans les caves. D’où la nécessité d’aération de celle-ci.

Sources bibliographiques

  • Physique Nucléaire, extrait du cours de Physique de 6° Secondaire,  Y. Verbist, L. Nachtergaele et E. Thiran,  2018,
  • Articles sur la radioactivité, extraits de bulletins du GEST, Robert Six, 2009 à 2015,
  • Minéraux uranifères, hors-série 2009 de la revue Minéraux et Fossiles,
  • Data base de Mindat, site web <www.mindat.org>, novembre 2021,
  • List of Minerals recognized by I.M.A., site web <www.ima-mineralogy.org>, novembre 2021,

 

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Chronique 6 : Les sables volcaniques

Un article de P. Thiran

 

Préambule

Cette chronique se rattache à la chronique 5 – Pourquoi s’intéresser aux sables et les collectionner?-, dont la relecture facilitera celle de la présente chronique.

 

Que sont les tephras

Les volcans sont émetteurs de matières solides, de différentes dimensions, appelées – téphras – à coté de matières liquides plus ou moins visqueuses appelées – laves -.

Les tephras se distinguent par leurs dimensions et sont classés selon leur granulométrie:

  • les blocs et les bombes, supérieure à 64 mm
  • les lapilli, comprise entre 64 et 2 mm
  • les cendres, inférieure à 2 mm, ce qui correspond à la granulométrie du matériau – sable -.

C’est pourquoi les arénophiles s’intéressent aussi aux cendres volcaniques qu’ils ont baptisées – sables volcaniques -. Cet intérêt se justifie parce que leur contenu reflète la composition du magma et de son encaissant, et présente une diversité de fragments de roches et de minéraux, lesquels sont parfois cristallisés.

 

Les roches et minéraux dans les cendres volcaniques

Parmi les fragments de roches, on trouvera du basalte, de l’andésite, de la rhyolite, des ponces et des obsidiennes.

Quant aux minéraux, le plus fréquemment rencontré est l’olivine, solution solide d’un silicate ferro-magnésien, dont le pôle ferrique est la fayalite et le pôle magnésien la fostérite. Viennent ensuite les pyroxènes (augite) et les amphiboles (hornblende), les feldspaths (sanidine), les micas (muscovite,biotite), le quartz et le soufre.

Les différentes origines de ces minéraux

  • la cristallisation “fractionnée” dans le magma, qui donne naissance en premier lieu au groupe de l’olivine,
  • les cristallisations secondaires dans les dépôts des éjectas,
  • l’arrachement hors des roches par l’érosion,
  • les apports de l’encaissant lors de la remontée du magma.

 

Où récolter les sables volcaniques

  • autour des cratères et sur les flancs des volcans,
  • sur les aires des retombées,
  • sur les plages le long des mers et les rives des lacs,
  • autour des geysers et des évents des champs hydrothermaux.

Autour de ces derniers, c’est la geyserite, un dioxyde de silice, minéral le plus abondant, généralement entouré de soufre.

A noter que sur les aires de retombées et les plages, il est difficile d’identifier le volcan à l’origine des dépôts. Il peut s’agir en effet, de retombées directes d’un volcan voisin, mais aussi de dépôts éoliens de cendres de volcans éloignés. Dans ces dépôts, les cendres ont une granulométrie fine inférieure à 0,5 mm, et quasi uniforme.

 

Les sables volcaniques en image

Contrairement à ce que l’on pourrait penser, les sables volcaniques ne sont pas uniformément noirs ou gris comme les cendres basaltiques (photo 1).

 

Ainsi, les cendres rhyolitiques sont blanchâtres (photo 2).

Avec les minéraux, ils offrent une palette de couleurs qui comprend notamment le jaune ou le vert transparent des olivines, les nuances de noir et d’orangé des obsidiennes, le blanc plus ou moins jaunâtre des ponces, ainsi que d’autres mélanges colorés illustrés par les images de sables volcaniques ci-après:

  • le sable “vert” de la plage Kalae de l’île hawaïenne de Big Island, constitué à plus de 90% d’olivine jaune-vert translucide, (photo 3),

  • le sable noir piqueté d’or de la plage de Saõ Felipe sur île de Fogo de l’archipel du Cap-Vert, (photo 4),

  • le sable d’obsidienne orangée de la carrière Jraber en Arménie, (photo 5),

  • le sable de pyroxènes noirs et verts translucides du golfe de Salerne en Italie (photo 6),

  • le sable blanc des ponces du Mont Pilato sur l’île de Lipari de l’archipel des Eoliennes (photo 7),

  • le sable coloré de la plage de Monterrico au Guatemala (photo 8).

 

Sources bibliographiques :

– Volcanologie, par Jacques-Marie Bardintzeff, 6° édition, en particulier pour ce qui concerne les retombées,

– Le Sable et ses mystères, par Jacques Lapaire et Paul Miéville, pour ce qui concerne les sables volcaniques et les lieux de récolte.

 

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Chronique 5 : Pourquoi s’intéresser aux sables et les collectionner?

Un article de P. Thiran

 

Avant-Propos

Selon les souvenirs de chacun, le sable rappelle des plages en bord de mers ou de lacs, des dunes à l’arrière de plages, des déserts et leurs dunes, des sablières voire des chantiers de construction. Quant à collectionner des sables, les motivations sont diverses: souvenirs de lieux de vacances, témoins des plages ou des dunes  d’une région ou d’un pays, création d’une palette de couleurs de nuances infinies, observation et étude du contenu minéral et/ou organique.

Définition du sable

L’origine du sable a été expliquée dans la chronique 4. On en déduit que le sable peut se définir comme un assemblage meuble de fragments de roches, de minéraux et d’organismes vivants fossilisés. Ces fragments sont appelés grains. En tant que matériau, le sable est défini par la granulométrie de ses grains qui est comprise entre 2 et 0,063 mm (voir note 1). Au-dessus de 2 mm, on parle de graviers, puis de galets et de blocs; en dessous de 0,063 mm, de limon et d’argile. A partir de cette définition, les arénophiles considèrent que, parmi les éjectas des volcans, ceux appelés cendres dont la fraction dite sableuse a une granulométrie similaire, font aussi partie des sables de collection. (voir note 2)

Où se trouve le sable

Les dépôts de sable se rencontrent principalement aux bords et sur les fonds des mers et océans, et dans les déserts sous forme de dunes principalement. Ils se rencontrent aussi sur les rives des lacs et des rivières, dans le lit de celles-ci, dans certaines carrières (les sablières), dans les stériles miniers et les régions volcaniques. Deux modes de transport créent ces dépôts: l’hydraulique par les cours d’eau et les courants marins, et l’éolien par le vent. Le transport peut atteindre des milliers de km. Il altère la forme et l’aspect des grains. Ainsi selon la distance et le mode de transport, les grains seront d’une part, anguleux, émoussés (partiellement usés) ou arrondis, et d’autre part, mats ou brillants. Un grain arrondi et mat sera toujours la preuve d’un transport éolien, tandis que les autres formes et aspects le seront d’un transport hydraulique. Dans les deux modes, le degré d’usure augmente avec la distance et la brillance des grains de plage avec les mouvements successifs des courants marins.

Le contenu des sables

Le contenu des sables est très varié. Ainsi, sur une plage en bord de mer, on trouvera ici des fragments de roches et de minéraux, là des débris de coquillages, ailleurs un mélange des deux. On trouvera également des morceaux de coraux, de bryosoaires, d’organes d’invertébrés comme des antennes de crustacés, des squelettes d’éponges ou spicules, des piquants d’oursins ou radioles et surtout des organismes unicellulaires entiers: les foraminifères. Se rencontrent également des morceaux de verres  colorés, plus ou moins polis, des billes de peintures réfléchissantes utilisées pour le marquage routier et autres déchets solides. En outre, le contenu peut varier au gré des saisons, notamment en fonction des courants marins.

La photo 1 montre un sable de plage formé de minéraux et la 2 de fragments polis de coraux et d’autres invertébrés (gastéropodes et bivalves).

 

Image 1 : sable de plage détritique Photo et coll. Ph. Thiran

 

Image 2 : sable de plage organique Photo et coll. Ph. Thiran

 

Dans les rivières par contre, le contenu sera entièrement minéral et les dunes des déserts ne contiendront que du quartz.

Un sable de rivière, aux grains anguleux, est illustré sur la photo 3 et un sable  de dune de désert, aux grains arrondis et mats, sur la photo 4.

 

Image 3 : sable de rivière Photo et coll. Ph. Thiran

 

Image 4 : sable de dune de désert Photo et coll. Ph. Thiran

 

Quels sont les minéraux susceptibles de se retrouver dans les sables?

Ce sont des minéraux qui résistent à l’abrasion par leur dureté, à la décomposition par l’eau et les acides faibles par leur composition. Ce sont donc les minéraux durs qui ont le plus de chance de se retrouver dans les sables. Exception faite toutefois pour les micas, groupe de minéraux tendres, trouvés le plus souvent dans les cours d’eau. Par ordre de fréquence décroissante, citons le quartz qui constitue souvent plus de 90% du contenu minéral. Ensuite les minéraux lourds comme la magnétite et les grenats, et, malgré leur légèreté, les micas blancs et noirs. Puis d’autres minéraux lourds comme les béryls, les spinelles et les zircons.

La photo 5 montre un sable à grenats roses, à magnétite noire et saphirs bleus.

 

Image 5 : sable de plage à minéraux lourds Photo et coll. Ph. Thiran

Le contenu organique du sable

Quant au contenu organique, l’intérêt se porte principalement sur les foraminifères que l’on trouve entiers dans les sables marins du monde entier, grâce à leur petite taille et à la bonne conservation de leur test. Il en existe plusieurs milliers d’espèces avec une diversité infinie de forme. C’est donc un plaisir pour les arénophiles de les observer et les collectionner. Etant donné leur existence en continu depuis environ 500 millions d’années, ils constituent des repères stratigraphiques de choix pour les géologues.

Des foraminifères, appelés numulites, sont montrés sur un sable de plage à la photo 6.

 

Image 6 : sable de plage à foraminifères Photo et coll. Ph. Thiran

 

Quelques plages sont devenues célèbres grâce au contenu de leur sable

– plages de Vendée tapissées de divers types de grenats dans les tons roses, oranges et rouges, parmi lesquels se cachent des saphirs bleus,

– plages de l’île d’Elbe couvertes d’hématites et de magnétites noires,

– plages d’Hawaï, couvertes d’olivines jaune-vert translucides, dont une de Big Island est illustrée sur la photo 7,

– plages des îles de l’archipel d’Okinawa où s’étalent des foraminifères étoilés dits “Stars Sands” que s’arrachent les collectionneurs.

 

Image 7 : sable de plage à olivine Photo et coll. Ph. Thiran

 

Certains cours d’eau d’Auvergne charrient des minéraux lourds dont des béryls, des corindons et des zircons. Celui de la photo 8 charrie notamment des zircons, grains brillants rouges et brun-clair.

 

Image 8 : sable de rivière à minéraux lourds Photo et coll. Ph. Thiran

 

Les sables recueillis sur les fonds marins sont étonnamment riches en invertébrés fossilisés, bien souvent complets qu’il s’agissent de bivalves ou de gastéropodes, et en foraminifères variés. Un de ces sables est illustré sur la photo 9.

 

Image 9 : sable de fond marin Photo et coll. Ph. Thiran

 

 

Quant à l’intérêt de collectionner des sables, diverses motivations sont évoquées au début de cette chronique.

En outre, l’amateur de minéraux et/ou de fossiles peut ainsi se constituer une collection peu encombrante mais limitée quant au nombre de différents éléments  et qui nécessite l’usage d’un microscope binoculaire pour l’observation.

Notes

Note 1 – Erratum Chronique 4 – le Cycle Géologique du Sable. Concernant la granulométrie des grains, il convient de lire que celle-ci est comprise entre 0,063 et non 0,63 et 2 mm.

Note 2 – Référence: Volcanologie, par Jacques-Marie Bardintzeff, 6° édition, chapitre 8 : Granulométrie des retombées.

Note 3 – les sables ont été photographiés par l’auteur de cet article et font partie de sa collection personnelle. Le grossissement des grains est compris entre 15 et 20.

 

Sources bibliographiques:

  • Le Sable et ses mystères, par J. Lapaire et P. Melville, 2012.
  • Le Cahier des Micromonteurs-Spécial Sables, n° 104, 02/2009.
  • Atlas des Sables, volume 1 et 2, par J. Lapaire, 2017 et 2020.

 

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Philippe Thiran, l’auteur de ce post, se tient à disposition de ceux qui voudraient échanger à propos des notions géologiques présentées. Vous pouvez nous contacter pour avoir ses coordonnées personnelles.

 

Découvrez l’article de Futura Sciences sur le sable

 

Chronique 4 : Le cycle géologique du sable

Découvrez dans cet article le cycle géologique des roches et du sable, un article de P. Thiran.

Le cycle géologique des Roches

Du point de vue de la géologie, le sable s’inscrit dans le cycle géologique des Roches, tel que schématisé ci-dessous.

Cycle conçu et dessiné par Robert Six

 

Ce cycle se résume comme suit:

  • au début de l’existence de notre planète, la croûte terrestre était une masse silicatée en fusion, qui par refroidissement, donna naissance aux Roches Magmatiques, comme les basaltes d’une part et les granites d’autre part.
  • avec le temps, sous l’action des conditions météorologiques (vent et pluie), ces roches se sont altérées ou érodées. Leurs débris ont alors constitués les Roches Sédimentaires Meubles dont font partie les graviers, les sables, les argiles, selon la granulométrie de ces débris.
  • par la suite, ces sédiments meubles ont subi des modifications, appelés diagenèse, qui les ont transformés en Roches Sédimentaires Indurées ou solides, comme les calcaires et les grès.
  • à leur tour, ces roches sédimentaires indurées ont pu subir d’importantes modifications sous l’action d’élévations de température et /ou de pression. Ceci se produit lors de mouvements (tectoniques) de la croûte terrestre provoquant par exemple l’enfouissement de ces roches. Il en résulta alors des roches dites Roches Métamorphiques, dont les plus connues sont les schistes.
  • ces deux types de roches indurées vont par la suite, subir les effets des agents météorologiques et du transport. Les débris générés vont reconstituer des sédiments meubles, refermant ainsi la boucle du cycle.

Le sable

Parmi les roches sédimentaires meubles, le sable se caractérise par des grains indépendants, de granulométrie comprise entre 0,63 et 2 mm. Ce sable est dit détritique ou d’origine minérale.

Le phénomène d’altération qui donne naissance aux sables détritiques, est appelé arénisation, terme qui provient du latin arena, signifiant sable. Elle consiste en la dégradation de roches sous l’action du vent et de la pluie, suivie de l’action du transport (éolien ou hydraulique) des débris de roches, lequel use, polit ou déforme les grains. Le quartz (oxyde de silicium) est l’élément prépondérant, grâce à sa dureté et sa résistance aux agents chimiques. L’image 2 montre un sable résultant de l’altération d’un granit et l’image 3, un sable d’altération d’un grès.

 

Image 2 : Grains de sable grossis x 15  Photo et coll. Ph. Thiran

 

Image 3 : Grains de sable grossis x 15  Photo et coll. Ph. Thiran

 

Mais le sable a également pour origine les restes solides de la fossilisation des formes animales les plus élémentaires: les invertébrés marins. Ces derniers ont la particularité de s’entourer d’une carapace, appelée test ou coquille, de nature calcaire ou siliceuse. Cette carapace subsiste après la disparition des parties organiques. Les parties solides, comme les piquants des oursins, les squelettes des éponges, les antennes des crustacés,…subsistent également. L’image 4 montre un sable ainsi constitué sur un fond marin.

 

Image 4 : Grains de sable grossis x 10  Photo et coll. Ph. Thiran

 

Dans le cycle des roches, les roches meubles se transforment en roches sédimentaires indurées.

Le cycle géologique du sable

Pour le sable, cette transformation se déroule comme suit:

  • dans un premier temps, les grains charriés par voie hydraulique ou par le vent s’accumulent et constituent des dépôts soit en milieu marin, ce qui forme des bassins de sédimentation, soit en milieu terrestre et constituent des déserts et leurs dunes, des dépôts de loess, …
  • s’opère ensuite le tassement des sédiments sous le poids des couches successives, l’élimination de l’eau entre les grains et la consolidation de l’ensemble par cémentation et/ou cristallisation.
  • ce processus conserve les traces de formation comme la stratification due aux différents dépôts ou par la présence de fossile.

 

Les sables créent ainsi deux catégories de roches sédimentaires indurées

  • les calcaires à base de calcite (carbonate de calcium), sont soit détritiques soit organiques c’est-à-dire à base d’invertébrés fossilisés,
  • les grès, sont à base de grains de silice.

Les images 5 et 6 illustrent respectivement un calcaire fossilifère et un grès.

 

Image 5 : Calcaire fossilifère  Photo et coll. Ph. Thiran

 

Image 6: Grès rouge des Vosges  Photo et coll. Ph. Thiran

 

 

Le sable apparait donc comme un produit recyclable indéfiniment, ou dans le langage actuel, un produit renouvelable et durable.

Les sables charriés par le Rhin en sont un bon exemple. Ceux-ci, en effet, proviennent actuellement de l’altération des granites du massif alpin et des grès vosgiens, ces granites et ces grès étant nés jadis de débris de roches venus d’ailleurs.
Les sables qui sont actuellement charriés, vont se déposer en mer du Nord où ils constituent un nouveaux bassin de sédimentation qui finira par s’indurer et le cycle se répétera … à l’échelle des temps géologiques. Ce sable est illustré à l’image 7.

 

Image 7 : Grains de sable grossis x 15  Photo et coll. Ph. Thiran

 

 

 

Sources bibliographiques :

  • Le Sable, secrets et beauté d’un monde minéral, par J.Ayer, M.Bonifazi et J.Lapaire, Museum de Neuchâtel, 2002.
  • Articles sur les roches, par Robert SIx, bulletins du Groupe d’Etudes des Sciences de la Terre, 2014.
  • Dictionnaire de géologie, de A. Foucault et J-F Raoult, 7° éd. Dunod, 2010.

 

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Chronique 3 : Le nom des minéraux

Minéral Minéral Cuprosklodowskite - Kolwézi - Katanga - RDC

Un article de P. Thiran

Avant-Propos

L’objet de cette chronique est de jeter un peu de lumière sur l’origine du nom attribué à chaque minéral.

On peut, en effet, s’interroger à la lecture du nom du minéral aux fines aiguilles vertes transparentes, représenté ci-dessus : la Cuprosklodowskite, une terminologie plutôt réservée à une dictée de Bernard Pivot ou à un exercice d’élocution.

Les noms originaire de l’Antiquité

Certaines dénominations remontent à l’Antiquité, comme le Cinabre, minerai de mercure, auquel le philosophe grec Théophraste, au 3° siècle avant notre ère donna le nom de Kinnabaris. (note 1). Le naturaliste romain, Pline l’Ancien, donna le nom de Galena au minerai de plomb, lequel se nomme actuellement Galène, sulfure de plomb. Ultérieurement, le nom des minéraux découverts fut attribué pour toutes sortes de raisons, allant du patois de mineurs au patronyme d’une personnalité en rapport ou non avec la minéralogie.

L’I.M.A.

Heureusement, pour mettre de l’ordre dans cette nomenclature hétéroclite, fut créé en 1958 une institution internationale: l’International Minéral Association – I.M.A.

Sa mission est de revoir chaque dénomination, la modifier au besoin dans un but de cohérence, vérifier si le minéral est bien distinct des autres, attribuer un nom aux nouveaux soit découverts soit exhumés des caves d’un musée par exemple, retirer un nom erroné ou qui fait double emploi…

Ainsi, dans un souci de spécificité, toutes les terminaisons par le suffixe – ine – ont été remplacées par le suffixe – ite – afin d’indiquer clairement qu’il s’agit bien d’un minéral, ce suffixe provenant du grec – lithos – qui signifie  – pierre.

Il s’ensuit que le total des minéraux reconnus par l’IMA varie régulièrement. Au 1 mars 2021, le nombre publié  est de 5688  unités.

Pour y voir plus clair, certains spécialistes ont imaginé de trier les étymologies par catégorie.

Quelques exemples

Ce qui suit, donne un aperçu de ces travaux, en commençant, par exemple, par l’étymologie de quelques minéraux connus: le quartz, la calcite, le gypse, la fluorite, et la baryte.

– le Quartz provient de l’allemand quars , probable contraction d’un ancien terme de mineurs germaniques au 16° siècle: querertz .

– la Calcite, du latin calx, chaux, attribué en 1845 par Karl Haidinger minéralogiste autrichien,

– le Gypse, du latin gypsum signifiant plâtre,

– la Fluorite, du latin fluere, s’écouler, par allusion à son utilisation comme fondant en métallurgie, attribué en 1797 par le naturaliste italien Carlo Napione,

– la Baryte, du grec barus, lourd, par allusion à sa forte densité, attribuée en 1800 par Ludwig Karsten, minéralogiste allemand.

 

Minéral Calcite miel, Mont-Marchienne, Belgique
Calcite miel, Mont-Marchienne, Belgique, collection et photo de Philippe Thiran

 

Minéral Gypse aciculaire,Lublin,Pologne _ Philippe Thiran
Gypse aciculaire, Lublin, Pologne, coll. et photo de Philippe Thiran

 

Minéral Cristaux de Fluorine,Otavi,Namibie
Cristaux de Fluorine, Otavi, Namibie, coll. et photo de Philippe Thiran

 

 

 

Quelques noms éponymes de lieux situés en France et en Belgique

– l’Autunite (phosphate d’uranium), de la ville d’Autun  (Saône et Loire), minéral radioactif et  très fluorescent de couleur verte sous lumière U.V. Il fut exploité en plusieurs endroits de France, comme matière première des centrales nucléaires françaises,

– la Bauxite (oxyde d’aluminium), des Baux de Provence  (Bouches du Rhône), source principale d’aluminium,

– la Montmorillonite, silicate complexe, important constituant des sols, de la ville de Montmorillon  (Vienne),

– la Trimounsite, (silicate de titane), de la carrière de talc de Trimouns, la plus grande du monde, située à 1800 m au-dessus du village de Luzerac dans l’Ariège (Pyrénées).

 

Minéral Autunite, St.Priest-la-Prugne,Loire,France_Philippe Thiran
Eclairage naturel, Autunite, St.Priest-la-Prugne, Loire, France, coll. et photo de Philippe Thiran

 

Minéral Eclairage fluorescent Autunite, St.Priest-la-Prugne,Loire,France,
Eclairage fluorescent Autunite, St.Priest-la-Prugne, Loire, France, coll. et photo de Philippe Thiran

 

– l’Ardennite (silicate complexe), découverte à Salmchâteau dans les Ardennes belges,

– l’Ottrélite (alumino-silicate), du village de Ottré (Vielsalm) dans la province de Luxembourg, Belgique,

– la Kolwézite, (carbonate de cuivre et de cobalt) de la localité minière de Kolwési, province du Katanga, R.D.Congo.

 

Minéral Kolwésite fibro-radiée (verte) sur Calcite-cobaltifère (rose), Philippe Thiran
Kolwésite fibro-radiée (verte) sur Calcite-cobaltifère (rose), coll. et photo de Philippe Thiran

 

Quelques noms en rapport avec la personne qui a découvert ou analysé la première ou en l’honneur d’une personnalité

– la Becquerelite, hydroxyde d’uranium, dédié au chimiste et physicien français Henri Becquerel, qui découvrit par hasard la radioactivité,

(note 2)

– la Cuprosklodowskite, silicate d’uranium, dédié à Marie Curie, polonaise née Maria Sklodowska, qui découvrit le Radium et l’appliqua à la médecine. Elle fut aussi la première femme à recevoir le Prix Nobel en 1911,

– la Curite, hydroxyde d’uranium, dédié à Pierre Curie, physicien français, époux de Maria Sklodowska,  pionnier en radioactivité avec son épouse,

– la Carnotite, vanadate d’uranium, dédié à Marie-Adolphe Carnot, chimiste français, auteur du Traité d’analyses des substances minérales  en 1904,

– l’Haüyne, silicate complexe de roches volcaniques, dédié à René-Just  Haüy, célèbre scientifique français du 18° siècle, considéré comme le père de la cristallographie,

– la Lacroixite, phosphate anhydre, dédié à Alfred Lacroix, minéralogiste français du 19° siècle, célèbre pour son traité sur la Minéralogie de France et de ses colonies, paru à la fin du siècle.

 

Minéral Minéral Cuprosklodowskite - Kolwézi - Katanga - RDC
Cuprosklodowskite – Kolwézi – Katanga – RDC,  coll. et photo de Pierre Louis

 

Minéral Cristaux d'Haûyne sur Syénite,Laacher See,Eifel, Philippe Thiran
Cristaux d’Haûyne sur Syénite, Laacher See, Eifel, coll. et photo de Philippe Thiran

 

– la Buttgenbachite, nitrate de chlore, dédié à Henri Buttgenbach, éminent professeur de minéralogie à l’université  de Liège, qui publia en 1947 un ouvrage de référence les Minéraux de Belgique et du Congo Belge,

– la Cornétite, phosphate de cuivre, dédié au géologue belge Jules Cornet, qui s’illustra en découvrant à la fin du 19° siècle, l’immense richesse minérale du Haut-Katanga de la R.D.C. (note 3)

– la Césarolite, hydroxyde de plomb, dédié à Guiseppe Césaro, professeur à l’université de Liège au début du 20°siècle, qui s’illustra par des recherches et des descriptions de la cristallisation de centaines de minéraux, (note 4)

– la Deliensite, sulfate d’uranium, dédié en 1997 à Michel Deliens, docteur en minéralogie à l’Institut des Sciences Naturelles de Belgique, qui s’illustra par de nombreuses publications dont le recensement de 176 minéraux secondaires de l’uranium en 1993,

– la Vandenbrandéite, hydroxyde d’uranium, dédié en 1932 au géologue belge Pierre Van den Brand, qui mit en évidence les gisements de transition entre les uranifères et les cupro-cobaltifères comme le gisement de Kalongwe, région de Kolwézi, Katanga, R.D.C.

 

Minéral 8-Cornétite fibro-radiée, R.D.C, Pierre Louis
Cornétite fibro-radiée, R.D.C, coll. et photo de Pierre Louis

 

– la Valentinite, oxyde d’antimoine, dédié à Basil Valentin, alchimiste allemand du 16° siècle, qui découvrit les propriétés de l’antimoine.

 

 

 

Notes

Note 1: Ce minerai, sulfure de mercure, s’exploitait alors dans la région minière du Laurion, au sud d’Athènes, dont les ressources minérales en argent, cuivre et plomb, contribuèrent, à la puissance d’Athènes durant la période Classique de l’Antiquité (5° siècle BC).

Note 2: Becquerel rangea dans un tiroir des plaques photographiques et des sels d’uranium pour des recherches sur la fluorescence. Quand il voulut réutiliser ses plaques, il découvrit qu’elles étaient devenues inutilisables car impressionnées et, ce, à l’abri de la lumière. Il s’agissait d’un nouveau rayonnement: la radioactivité.

Note 3: Pour ce relevé, Jules Cornet était seulement armé d’un bloc-notes et d’une paire de jumelles. Il observa qu’aux endroits où les locaux exploitaient du minerai de cuivre, la végétation avait complètement disparu. Il rechercha alors des points hauts et de là repéra les endroits dénudés qu’il supposa recouvrir des gisements de cuivre. Ce fut bien le cas.

Note 4: Extrait du cours de cristallographie de G. Cesaro de 1902 tel qu’utilisé par ses étudiants.

 

Extrait du cours de cristallographie de G. Cesaro de 1902

 

 

Sources bibliographiques :

 – La grande Encyclopédie des Minéraux, Pierre Bariand, Grund, 1987,

 – Minerals with a French Connection, Fr. Fontain et R. Martin, Association Minéralogique du Canada,2017,

 – Les minéraux de Belgique, F. Attert, M.Deliens, A.Fransolet et E.Van Der Meersche, Institut des Sciences Naturelles de Belgique, 2002,

 – Minéraux, le guide des passionnés, J.Lebocey, Edition du Piat, 2019,

 – List of all Minerals recognized by I.M.A., site Web <www.ima-mineralogy.org>, mars 2021,

 – Data base de Mindat, site Web <www.mindat.org>, mars 2021,

 – Liste I.M.A. des Minéraux de Belgique 2018, J.Lapaire, contributeur I.M.A.

 

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Chronique 2 (2/2) : La genèse des minéraux

Un article de P. Thiran

Avant- Propos

Dans la première partie de cette chronique, il était expliqué comment notre planète contenait  1500 espèces minérales il y a 2,5 Mrda. Cette seconde partie va montrer comment apparurent 2700 minéraux supplémentaires  pour  atteindre le total actuel de 5200 espèces identifiées et reconnues officiellement.

 

Le “Great Oxydation Event”

Ce nouvel apport, le quatrième, est dû au “Great Oxydation Event”, comme le qualifie Robert M. Hazen, géophysicien au Carnegie Institution, qui est considéré comme pionnier de l’évolution de la minéralogie terrestre.

Il y a 2,5 Mrda, l’atmosphère terrestre était privée d’oxygène, ce dernier élément étant engagé seulement sous forme d’eau et gaz carbonique. A partir de cette époque, commença à intervenir l’interaction entre le vivant (ou l’organique) et le minéral,  laquelle va être à la base de l’apparition de nouveaux minéraux.

Les minéraux sources d’énergie

Dans un premier temps, ce sont les minéraux existants qui vont permettre le développement des premières formes de vie, les bactéries, en leur apportant l’énergie nécessaire grâce à leurs propriétés chimiques. Au cours de ce processus, se créèrent d’immenses dépôts de fer rubannés, (alternance d’oxydes de fer rouges et de silice blanche) appelés itabirites, qui se déposèrent au fond des océans et qui constituent 90 % des gisements de fer actuellement en exploitation, notamment en Australie. La poursuite du développement de la vie bactérienne amena un nombre suffisant de cyanobactéries ( ou algues bleues) à la surface des océans pour progressivement apporter de l’oxygène dans l’atmosphère par absorption du gaz carbonique ( CO2)  et rejet d’oxygène sous l’action de la lumière solaire, c’est à dire par photosynthèse.

Parmi les traces de cette activité bactérienne qui subsistent de nos jours, on peut voir dans le sud du Maroc de vastes dépôts de Stromatolites, constructions laminées de carbonates.

 

Stromatolite, Anti-Atlas, Maroc – Philippe Thiran

N.B. Les cyanobactéries  sont encore actives de nos jours.

 

L’oxygène source de développement pour les végétaux

La présence d’oxygène dans l’air permit le développement de végétaux sur les terres émergées qui, à leur tour contribuèrent, par photosynthèse de leur chlorophylle, à l’accroissement de l’oxygène dans l’atmosphère terrestre. Progressivement, la teneur en oxygène s’accrût, mais il fallut environ 2 Mrda pour atteindre la valeur actuelle de 21%. La formation de nouveaux minéraux se réalisa progressivement en fonction de la disponibilité de l’oxygène dans l’atmosphère terrestre. En effet, pour former des composés oxydés stables, les éléments comme le fer, le nickel, le cuivre, le cobalt, le manganèse, le plomb, l’uranium, … ont besoin d’une quantité d’oxygène  qui leur est propre. Par exemple, avec le cuivre, se forma d’abord l’oxyde rouge, la cuprite, et ultérieurement les minéraux plus oxydés, comme l’azurite bleue et la malachite verte.

C’est selon une chronologie similaire, qu’apparurent successivement les composés minéralogiques de complexité croissante des éléments atomiques cités ci-dessus.

Des minéraux richement colorés

Contrairement aux minéraux des phases précédentes qui étaient de couleur sombre, parfois brillante comme les sulfures, les minéraux de cette quatrième phase sont richement colorés:

  • les uranifères offrent une palette de couleurs fascinantes,
  • des composés du cuivre des verts et des bleus attrayants,
  • certains du cobalt du pourpre brillant,
  • d’autres du plomb du rouge orangé ou du vert jaunâtre,
  • et beaucoup d’autres que l’on peut admirer dans les publications ou les expositions sur la minéralogie

 

Géode d’uranifères, Shinkolobwe, Katanga, RDC – Philippe Thiran

 

Azurite sur Malachite, USA – Philippe Thiran

 

Erytrite, Sneeberg, Allemagne – Philippe Thiran

 

Vanadinite, Mibladen, Maroc – Philippe Thiran

 

Les minéraux aujourd’hui

De nouveaux minéraux, à base d’oxydes de fer et de manganèse apparaissent encore de nos jours, dans les argiles sous l’action de bactéries. Enfin, il a peut-être des minéraux qui n’ont pas encore été découverts. Cette hypothèse est soutenue par le fait que certaines exploitations minières ont révélé des composés minéralogiques que l’on n’a pas trouvés ailleurs.

Ce qui précède amène à considérer que le nombre de 5200 minéraux officiellement reconnus est probablement provisoire.

A noter enfin, que sur la planète Mars on n’a trouvé jusqu’à présent qu’environ 500 minéraux  et 300 sur la Lune, en raison de l’insuffisance de chaleur interne et d’eau sur ces deux planètes.

 

Pyromorphite, Guangxi, Chine – Philippe Thiran

 

 

Sources bibliographiques pour les 2 parties.

  – The Story of the Earth, Robert M.Hazen, Penguin Books, 2013,

  – Mineral Evolution, Robert M.Hazen, The Mineralogical Record, volume 46, Nov.Dec. 2015,

  – Ce que disent Les Minéraux, Patrick Cordier et Hugues Leroux, Belin, 2008,

  – Roches et Minéraux du Monde, Ronald L. Bonewitz, Delachaux et Niestlé, 2014,

  – 101 Minéraux et Pierres Précieuses, Jean-Claude Boulliard, Dunod, 2016,

  – L’Evolution des Minéraux, Pierre Gatel, Le Cahier des Micromonteurs, Hors-série Mars 2018.

 

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La minéralogie comme la volcanologie sont des sciences qui évoluent avec le temps au fur et à mesure de l’avancée de la recherche et des connaissances. Ce qui est vrai à un instant T peut être remis en cause le lendemain.

Philippe Thiran, l’auteur de ce post, se tient à disposition de ceux qui voudraient échanger à propos des notions géologiques présentées. Vous pouvez nous contacter pour avoir ses coordonnées personnelles.

 

 

Chronique 2 (1/2) : La genèse des minéraux

Un article de P. Thiran

Définition d’un minéral

Un minéral se définit globalement comme un assemblage d’atomes qui  est structuré selon un des sept systèmes dits cristallins définis par René Just Haüy à la fin du XVIIIème siècle.

Il se définit également par sa composition chimique qui lui confère des propriétés de réactivité avec d’autres éléments.

A ce jour, il y a sur notre planète plus de 5200 minéraux distincts identifiés et reconnus par l’IMA ( International Mineralogical Association).

 

Le premier minéral

Leur histoire commence bien avant la formation de notre système solaire, soit il y a plus de 4,6 milliards d’années (Mrda).

Lorsqu’après le Big Bang (14,5 Mrda) et la formation du premier système stellaire, la température et la pression qui régnait dans l’Univers, diminuèrent  suffisamment ( jusqu’à environ 4000°C et 50 kbar), le premier minéral, le diamant, se forma par assemblage d’atomes de carbone préexistants.

Diamant brut 74 carats, kimberley, afrique du Sud – James Elliott, Fine Mineral International

Suivirent des alliages fer-nickel, des minéraux réfractaires comme le corindon (oxyde d’aluminium) et le rutile (oxyde de titane), des composés ferro-magnésiens comme les spinelles et le groupe olivine.

Au total une douzaine de minéraux qui, selon les auteurs sont appelés “primitifs”, “ancestraux”, voire “grains présolaires”.

 

D’une douzaine de minéraux à 250

Un deuxième apport de nouveaux minéraux eut lieu lors de la formation de notre système solaire il y a 4,5 Mrda comprenant le soleil et son ensemble de planètes dont la nôtre.

Comme les autres systèmes stellaires, le nôtre s’est formé par concentration de gaz d’hydrogène et d’hélium, et de poussières interstellaires contenant les minéraux primitifs. Les deux gaz deviennent le combustible du soleil, tandis que les poussières s’agglomèrent pour former des corps solides: les astéroïdes qui incluent les météorites, les plus petits d’entre eux.

C’est l’accrétion ou agglomération des astéroïdes qui va donner naissance aux planètes.

Les chocs provoqués par cette opération ont fait fondre et cristalliser une partie des minéraux primitifs ce qui a donné naissance à de nouveaux minéraux dont le Zircon (silicate de zirconium, très résistant et faiblement radioactif).

 

Zircon, Mogok, Myammar – Pierre Louis

 

Ce dernier devient le plus vieux minéral terrestre. Il a été trouvé dans des gneiss en Australie et en Antarctique et a été  daté de 4,3 Mrda.

A ce stade de formation de la Terre, on dénombre un total de 250 minéraux.

 

La multiplication des minéraux grâce aux phénomènes volcaniques

Ce sont des phénomènes volcaniques intenses qui ont présidé à la mise en place de la structure actuelle de notre planète et qui ont contribué à un troisième apport substantiel de minéraux.

Initialement les minéraux pré-existants s’étaient localisés dans le manteau,  à l’exception du fer et du nickel qui s’étaient concentrés dans le noyau.

Par la suite, des zones de la partie supérieure du manteau sont entrées en fusion partielle, créant des magmas riches en Péridotites (roches de minéraux ferro-magnésiens) et aussi de la Kimberlite (roche magmatique contenant le diamant).

 

Bombe à péridotite, Eifel, Allemagne – Philippe Thiran

 

Des éruptions volcaniques se succédèrent amenant les minéraux des magmas qui avaient cristallisé comme ceux du groupe de l’Olivine, les pyroxènes, les amphiboles (comme l’Hornblende), les micas (comme la Muscovite ou mica blanc), les feldspaths, le Quartz ( oxyde de silicium).

Hornblende dans pegmatite, France – Philippe Thiran

 

Mica blanc ou muscovite, Brésil – Philippe Thiran

 

Quartz sur ankérite, France – Philippe Thiran

 

Ces éruptions amènent aussi de la vapeur d’eau et des gaz sulfurés, initialement dissouts dans le manteau, lesquels contribuent à la formation de divers hydrates, hydroxydes, sulfures et sulfates (comme  la Blende et la Galène, sulfures de zinc et de plomb respectivement).

 

Blende et galène, Moresnet, Belgique – Philippe Thiran

 

Des intrusions magmatiques entrainent des éléments comme le béryllium, le bore, le fluor, le lithium,  … qui forment des béryls (comme l’émeraude), des tourmalines (comme la variété noire ou schorl), des topazes aux couleurs variées, du Spodumène (source de lithium),…

 

Emeraude dans sa gangue, Chivor, Colombie – Pierre Louis

 

Tourmaline Schorl dans pegmatite, Arizona, USA – Philippe Thiran

 

Les mouvements des plaques tectoniques entrainent, par métamorphisme,  l’apparition de nouveaux silicates dont les Grenats, le métamorphisme étant la transformation d’un minéral par élévation de température et/ou de pression.

 

Grenats emboités, Madagascar – Philippe Thiran

 

En particulier, les phénomènes de subduction, soit l’enfoncement de plaques l’une sous l’autre jusqu’à grande profondeur, entrainent également la transformation des minéraux présents dans ces plaques, les minéraux transformés étant  regroupés sous la dénomination d’Ophiolites.

L’ensemble de ces actions conduisit à un apport de 1250 nouveaux minéraux, ce qui donna, sur notre planète, un total de 1500 minéraux vers 2,5 Mrda.

 

La seconde partie de cette chronique expliquera comment notre planète contient actuellement environ 5200 minéraux distincts.

 

Sources Bibliographiques pour les deux parties :

– The Story of the Earth, Robert M.Hazen, Penguin Books, 2013,
– Mineral Evolution, Robert M.Hazen, The Mineralogical Record, volume 46, Nov.Dec. 2015,
– Ce que disent Les Minéraux, Patrick Cordier et Hugues Leroux, Belin, 2008,
– Roches et Minéraux du Monde, Ronald L. Bonewitz, Delachaux et Niestlé, 2014,
– 101 Minéraux et Pierres Précieuses, Jean-Claude Boulliard, Dunod, 2016,
– L’Evolution des Minéraux, Pierre Gatel, Le Cahier des Micromonteurs, Hors-série Mars 2018.

La minéralogie comme la volcanologie sont des sciences qui évoluent avec le temps au fur et à mesure de l’avancée de la recherche et des connaissances. Ce qui est vrai à un instant T peut être remis en cause le lendemain. Philippe Thiran, l’auteur de ce post, se tient à disposition de ceux qui voudraient échanger à propos des notions géologiques présentées. Vous pouvez nous contacter pour avoir ses coordonnées personnelles.

Chronique 1 : Les volcans il y a 100 ans

sylvain chermette

Un article de P. Thiran

Avant – Propos

Cette première chronique se doit d’être consacrée aux volcans. Plus précisément que disait-on ou qu’enseignait-on sur ceux-ci, il y a 100 ans soit au début du XX° siècle. Mes références  sont les cours de géologie donnés par le géologue Jules Cornet, professeur de géologie à l’Ecole des Mines du Hainaut de 1897 à 1926. Auparavant Jules Cornet s’était distingué en déterminant l’extension du bassin cuprifère du Katanga, armé seulement d’une paire de jumelles et d’un bloc notes. Comme professeur, il publia différents ouvrages destinés aux élèves en géologie et aux ingénieurs des mines. Celui qui me sert ici, s’intitule “Géologie”, publié en 1910. Il s’adresse particulièrement aux candidats Ingénieurs des Mines.

Les volcans y sont traités dans un chapitre intitulé: “Phénomènes éruptifs”.

Semeru Java Indonésie Crédit : Philippe Thiran

 

Les croyances de la formation d’un volcan

Le volcan y est d’abord considéré comme une preuve de l’existence de “matières fondues” sous la croûte terrestre. Il est ensuite défini comme une montagne conique qui s’est construite autour de matériaux projetés. Le sommet de cette montagne est en forme de dépression, appelée cratère. Au fond de celui-ci, apparaît un conduit, appelé cheminée, d’où sortaient les  projections qui devaient provenir de ces masses fondues sous la croûte terrestre.

Concernant la provenance de celles-ci, appelées magmas, du latin masse épaisse de consistance pâteuse, deux théories s’affrontaient:

– soit d’un “grand réservoir” de roches liquides, sous l’écorce terrestre,

– soit de “foyers” de roches fondues d’étendue limitée.

Cette dernière avait la préférence de J.Cornet, car comment expliquer autrement les différences de produits éjectés par des volcans voisins?

Et qui de l’ascension de magmas dans  la cheminée? On supposait qu’elle était due à des explosions de gaz qui s’étaient dissous dans les magmas, lors de la formation de la Terre.

Les types de volcans

On distinguait alors trois types de volcans:

  •  “l’ordinaire”, qui débutait par une phase explosive qui commençait  en faisant sauter le bouchon  d’obturation de la cheminée en phase de repos. Cette première phase  se poursuivait par de la sortie de laves via la cheminée, ces laves débordant rarement les bords du cratère. Le Vésuve et l’Etna étaient cités comme exemples.
  • “l’explosif”, qui est dominé par les phénomènes explosifs parfois très puissants (le mont Pelé en Martinique, le Krakatau dans les Indes orientales,…) et pour lequel l’écoulement des laves est soit accessoire soit inexistant,
  • le “tranquille”, caractérisé par l’absence d’explosions et l’épanchement de laves dont les volcans des Iles Sandwich (Hawaï) : le Kilauea et le Mauna Loa, en étaient un parfait exemple.

Il était aussi question de “montagnes volcaniques” de structure “stratoïde” (les stratovolcans) et ceux dit “homogène ou massif” (les mono volcans), ainsi que d’“éruptions fissurales” qui consistaient en “déluges” de laves, la plupart datant du Tertiaire et ayant donné naissance notamment à ce que nous appelons les  Trapps de Deccan.

 

Semeru Java Indonésie

La répartition des volcans dans le monde

Leur répartition sur le globe terrestre était aussi examinée.

Un premier constat: ils ne sont pas distribués de manière uniforme, mais suivant des “zones de faible largeur et longueur importante”, les dites zones coïncidant avec les grandes “zones de dislocations” de l’ère tertiaire.

Second constat: le bord du Pacifique est jalonné de volcans. Il est appelé “le grand cercle de feu du Pacifique”.

On constate aussi de “grands alignements”, comme celui de la zone atlantique: Islande, Açores, Canaries, îles du Cap Vert, …

Les matériaux projetés d’un volcan

Quant à la nomenclature des matériaux projetés, elle  est essentiellement qualitative :

Ainsi les bombes volcaniques sont des “paquets de lave” prenant parfois une forme hélicoïdale par rotation dans l’air.

Les scories, aussi des paquets de lave, refroidis à l’air, de forme irrégulière.

Les lapilli, une “grenaille de lave” solidifiée dans l’air.

Les cendres ou “poussières volcaniques”, de la lave finement pulvérisée par les explosions.

 

Enfin, très étonnante compte tenu des moyens de communication de l’époque, est la connaissance de grandes éruptions avec leur date et le volume rejeté:

– l’explosion (cataclysmique) du Tambora sur l’île de Sumbava est renseignée comme ayant eu lieu en 1815 et ayant rejeté un volume de 150 km3 de cendres.

– celle du Krakatau, en 1883, dont 18 km3 de matériaux furent envoyés dans les airs.

Pour info, deux anecdotes

1) Sur quoi s’est basé J. Cornet pour repérer les gîtes de Cuivre au Katanga.

Il avait observé qu’à l’endroit où la population locale exploitait le minerai de Cu qui apparaissait en surface (comme la “Montagne Verte” à Tsumeb), la végétation avait disparu. Il en déduisit la relation avec la présence de cuivre. C’est ainsi que se plaçant sur des points élevés, il repéra les emplacements dénudés. Ce qui par la suite s’est bien avéré comme signalant la présence de minerais de Cu. C’est ce qui arrive aujourd’hui à ceux qui abusent de la bouillie bordelaise,(solution à base de Cu) qui est utilisée comme fongicide pour lutter contre le mildiou. Le sol se sature en Cu (très lentement absorbé) et la végétation dépérit puis disparait.

2) La fécondité scientifique de cette époque dont:

  • le “Photon” et la nature corpusculaire de la lumière par Albert Einstein,
  • le “Quantum d’énergie” et la naissance de la physique quantique par Max Planck,
  • la radioactivité par Marie Curie,
  • la relativité restreinte par A.Einstein.
Rinjani Lombok Crédit : Philippe Thiran

 

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