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L'ESPECE MINÉRALE
Par JJ Chevallier
En 2024, après une de mes conférences à Sainte-Marie-aux-Mines, une auditrice,Anne-Caroline m’avait abordé pour me demander ce qui distinguait l'espèce minérale des autres.
Cette question nécessite une explication assez longue, mais cette jeune femme semblait disposée à m’écouter. J’ai donc pris le temps de lui expliquer en détail.
Toutefois, j’ai promis de lui envoyer un document écrit sous forme de fichier PDF, car en 2003 sur une ancienne version du site j'avais déjà fait cette page, dont j'avais fait un PDF, que l'on distribuait à nos clients.
Alors que je triais des documents ce matin, je suis tombé sur ce PDF et, comme le temps n’était pas propice au jardinage, j’ai décidé de le transformer en un article plus complet et agrémenté d’illustrations.
Abstract
A mineral species is defined by two inseparable criteria:
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Chemical composition, which specifies the nature and proportions of the constituent elements, and
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Crystal structure, the ordered three‑dimensional arrangement of atoms.
Even when two minerals share the same composition, structural differences can produce entirely different properties—for example, diamond and graphite.
Variability and Mineral Varieties
Minerals often exhibit natural variability due to the physical and chemical conditions of their formation (pressure, temperature, chemical environment, crystallization rate). This variability may involve differences in chemical substitutions, crystal habit, or color. When these differences are consistent, they define mineral varieties, which remain part of the same species. Examples include:
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Amethyst, a purple variety of quartz colored by iron impurities and irradiation.
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Sapphire, a colored variety of corundum influenced by trace elements (Fe, Ti, V, Cr).
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Adularia, a variety of orthoclase showing a characteristic optical effect known as adularescence.
Importance of Crystal Structure
The internal arrangement of atoms determines physical properties such as hardness, density, cleavage, and optical behavior. Minerals crystallize in one of seven crystal systems (cubic, tetragonal, hexagonal, trigonal, orthorhombic, monoclinic, triclinic).
Chemical Composition of the Earth’s Crust
The continental crust is dominated by a small number of chemical elements representing more than 99% of its atomic composition. The most abundant are: oxygen, silicon, aluminum, iron, calcium, sodium, potassium, magnesium, titanium, and hydrogen.
Silicates, built from the SiO₄ tetrahedron, are the predominant mineral group because of the abundance of oxygen and silicon.
Choice of Units
Elemental abundance can be expressed by mass, volume, or number of atoms. Expressing composition by atomic proportion reveals broader geochemical patterns and structural relationships, such as the overwhelming dominance of oxygen in crustal minerals.
La physique et la chimie
La notion d’espèce minérale
Contrairement aux sciences du vivant, la minéralogie ne définit pas une espèce sur des critères biologiques tels que la reproduction, l’évolution ou la génétique. Une espèce minérale est, par convention, caractérisée par l’association de deux propriétés fondamentales :
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sa composition chimique, c’est‑à‑dire la nature et les proportions des éléments chimiques qui la constituent ;
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sa structure cristalline, c’est‑à‑dire l’organisation tridimensionnelle régulière des atomes dans le réseau cristallin.
Ces deux paramètres sont indissociables, car ils déterminent non seulement l’identité d’un minéral, mais aussi ses propriétés physiques, optiques et mécaniques. Par exemple, le carbone peut cristalliser sous forme de diamant ou de graphite : ces deux espèces sont chimiquement identiques mais leurs structures cristallines, radicalement différentes, leur confèrent des propriétés totalement opposées.
Variabilité et notion de variété minérale
Cette définition n’est toutefois pas parfaitement rigide. Les minéraux ne sont pas des entités uniformes : ils montrent souvent une variabilité naturelle, liée aux conditions physico‑chimiques de leur formation (pression, température, composition du fluide ou du magma, environnement géologique, cinétique de cristallisation…). Cette variabilité peut se traduire par :
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des variations de composition chimique, souvent par substitution d’un ion par un autre de taille ou de valence proche (exemple : Fe²⁺ ↔ Mg²⁺ dans les olivines) ;
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des différences de morphologie cristalline, influencées par l’espace disponible ou la vitesse de croissance ;
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des variations de couleur, dues à des impuretés, à des défauts du réseau ou à des phénomènes d’irradiation naturelle.
Lorsque ces différences sont systématiques dans un contexte donné, il devient pertinent de définir des variétés minérales. Il s’agit de formes particulières d’une même espèce, distinguées par un caractère notable mais ne justifiant pas la création d’une nouvelle espèce.
Quelques exemples classiques incluent :
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Améthyste : variété violette du quartz, colorée par des impuretés ferriques (F3+) et des défauts induits par irradiation.
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Saphir : variété multicolore du béryl (bleu – rose – orange – violet – vert – jaune et leurs nuances, colorés par des oxydes d’éléments chimiques « parasites », fer (Fe) – Titane (Ti) – Vanadium (V) – Chrome ( Cr).
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Adulaire : variété d’orthose (feldspath potassique) présentant un habitus particulier et un effet optique caractéristique, l’adularescence.
Ces variétés témoignent de la richesse des environnements géologiques et de la complexité des processus conduisant à la cristallisation des minéraux.
Par exemple dans la croûte terrestre
Les éléments chimiques constituant la croûte terrestre
La croûte terrestre continentale, d’une épaisseur moyenne d’environ 30 kilomètres, est relativement bien connue du point de vue géochimique grâce à de nombreuses analyses de roches et d’études géophysiques. Dix éléments chimiques représentent à eux seuls près de 99,3 % de sa composition.
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Éléments chimiques les plus abondants (en nombre d’atomes) et leurs caractéristiques géochimiques
La structure cristalline
Les atomes — ou groupes d’atomes — s’organisent dans l’espace selon une disposition périodique : ils se répètent à intervalles réguliers le long de directions déterminées. Si l’intervalle demeure constant pour toutes les directions parallèles entre elles, il peut en revanche varier d’une orientation à l’autre.
En 1890, Ievgraf Stepanovitch Fedorov démontre qu’il existe 230 réseaux cristallins possibles, appelés par la suite groupes d’espace. Toutefois, en tenant compte des lois de symétrie et des propriétés physiques observables des cristaux, ce nombre peut être réduit à 32 classes cristallographiques, classification qui demeure la base du système utilisé aujourd’hui.
Les formes externes des cristaux ne présentent généralement pas une régularité parfaite, car leur croissance est limitée par les conditions physico‑chimiques de leur environnement. Néanmoins, un principe fondamental subsiste : les angles dièdres entre faces équivalentes sont constants, en particulier l’angle de 120°, propriété qui constitue la première loi de la cristallographie, énoncée en 1783 par Romé de l’Isle. Ainsi, pour une même espèce minérale, les angles dièdres correspondants restent identiques, indépendamment du développement ou de la morphologie des faces.
La forme géométrique d’un cristal reflète celle de ses mailles élémentaires, c’est‑à‑dire les parallélépipèdes fondamentaux dont l’empilement tridimensionnel reconstitue l’édifice cristallin. Cet empilement, bien que théoriquement continu dans le volume, s’interrompt à la surface du cristal, donnant l’apparence de faces planes.
En 1848, Auguste Bravais établit qu’il n’existe que sept types de mailles cristallines élémentaires, aujourd’hui connues sous le nom de systèmes cristallins. Cette théorie sera confirmée en 1911 grâce aux travaux de Max von Laue sur la diffraction des rayons X par les cristaux, qui ont permis d’accéder à la structure atomique interne.
Une maille cristalline est entièrement définie par :
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trois paramètres de longueur : a, b, c ;
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trois paramètres angulaires : α, β, γ ;
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les éléments de symétrie qu’elle possède.
Ces paramètres permettent de caractériser de manière rigoureuse la structure interne de tout cristal.
Bibliographie
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Geology Science — Mineral identification and mineral definition.
https://geologyscience.com -
ZPAG — Ressources sur la minéralogie et les variétés minérales.
https://www.zpag.net -
Université de Mila (univ‑mila) — Minéralogie, cristallographie, géochimie.
https://univ-mila.dz -
Université Batna 2 (univ‑batna2) — Ressources en géosciences.
https://univ-batna2.dz -
Earth’s Crust Composition, Sandatlas (2025).
https://sandatlas.org/composition-of-the-earths-crust/ -
Mineral – Classification, Properties, Types, Encyclopaedia Britannica (2026).
https://www.britannica.com/science/mineral-chemical-compound/Classification-of-minerals -
Mineral, Wikipedia.
https://en.wikipedia.org/wiki/Mineral -
Classification of Mineral Species, Fonds de Dotation Roullier.
https://www.fondsdedotationroullier.org/en/the-minerallium/classification-of-mineral-species/ -
Mineralogy Database, Webmineral.
https://webmineral.com -
Mineralogy | Crystallography, Petrology & Geochemistry, Britannica (2026).
https://www.britannica.com/science/mineralogy
Créé en 2003 remis en ligne 09-03-2026