Les minéraux des roches sédimentaires (macroscopie)

Dans cette page :

Introduction : origine des minéraux dans les roches sédimentaires
Propriétés des minéraux
Principaux minéraux dans les roches sédimentaires
Quelques références utiles

Introduction : origine des minéraux dans les roches sédimentaires

Les minéraux présents dans les roches sédimentaires sont très variés. Ils peuvent être :

Issus de l’érosion de roches préexistantes : ce sont des minéraux détritiques terrigènes (on parle de lithoclastes quand il s’agit de débris de roche). L’étude de ces minéraux peut par exemple apporter des informations sur le transport ou sur les milieux de sédimentation.
Néoformés = de néogenèse = minéraux authigènes ou automorphes : ils cristallisent par réarrangement d’éléments chimiques au cours de la diagenèse. Leur étude permet donc d’obtenir des informations sur les conditions de la diagenèse.

Presque tous les minéraux stables dans les conditions de surface* peuvent être présents sous forme de grains détritiques dans les roches sédimentaires. En pratique, cependant, seul un petit nombre de minéraux constituent la grande majorité des grains.

* Ordre de stabilité des minéraux aux conditions de surface (P, T, H₂O, O₂), des plus stables aux moins stables : Oxydes de fer et d’aluminium (comme l’hématite Fe₂O₃, la gibbsite Al(OH)₃) -> Quartz -> Minéraux argileux -> Muscovite -> Feldspaths alcalins -> Biotite -> Amphiboles -> Pyroxènes -> Plagioclases riches en Ca -> Olivine

Propriété des minéraux

On utilise couramment des propriétés comme l’éclat (‘luster), la couleur, la transparence (‘diaphaneity or transparence’), la forme cristalline, la trace (‘streak’), la dureté (‘hardness’), et le clivage pour identifier et distinguer les différents minéraux. D’autres propriétés, dont le magnétisme et l’effervescence (‘acid reaction’) sont parfois des critères diagnostiques.

(Pour plus d'information, voir la page consacrée aux tests d'identification des minéraux)

Principaux minéraux dans les roches sédimentaires

1. Minéraux silicatés

Quartz (SiO₂)

Du fait de sa grande résistance, le quartz est très courant dans les roches sédimentaires.

Principaux critères pour l’identifier : symétrie hexagonale, éclat vitreux, dureté élevée (7), absence de clivage et fracture conchoïdale. Il apparaît couramment limpide ou translucide, mais pas toujours. Dans les roches sédimentaires, il est parfois confondu avec de la calcite ou avec des feldspaths.

Variétés macrocristallines de quartz : citrine (jaune/orangé), améthyste (violet), rose, fumé (jaune-marron à noir) et laiteux (blanc laiteux).

Parmi les variétés microcristallines de quartz, on trouve la calcédoine (‘chalcedony’), comprenant l’agate (forme rubanée), et l’onyx (avec des bandes blanches et grises). Le jaspe (‘jasper’) (rouge fer), le chert (gris clair), et le silex (‘flint’) (couleur souvent sombre et terne) sont des variétés granulaires microcristallines de quartz.

Tableau 1 : Propriétés physiques du quartz.

Dureté : 7	Densité : 2,65	Clivage/fracture : aucun clivage, fracture conchoïdale
Eclat/transparence: vitreux/transparent	Trace : blanche	Couleur : le plus souvent incolore, également blanc, laiteux, moins souvent mauve, rose, jaune, marron ou noir.

Minéraux argileux (‘clay minerals’) - Phyllosilicates

Les minéraux argileux comprennent de nombreuses espèces différentes. La plupart sont des silicates d’aluminium ou de magnésium hydratés qui se forment par altération.

Les minéraux argileux se répartissent en trois groupes principaux : les groupes de la smectite, de l’illite et de la kaolinite. La glauconite est une variété d'illite verte riche en Fer présente dans certains sédiments et roches sédimentaires (très courante par exemple dans certains grès).

La composition des argiles est très variable, ce qui explique que l'écriture des formules chimiques précises est souvent problématique.

Ce sont des minéraux tendres, donnant des roches très tendres, de couleur très variable. Les minéraux argileux sont « avides » d’eau, ce qui explique pourquoi les argiles collent à la langue. Ils deviennent généralement poudreux quand ils se dessèchent. Les différents types de minéraux argileux ne peuvent pas être distingués à l’œil nu en macroscopie.

Tableau 2 : Propriétés physiques des minéraux argileux.

Dureté : faible (1 à 2,5)	Densité : 2 à 2,8	Clivage /fracture: parfait mais rarement visible
Eclat/transparence: terne / terreux	Trace : blanche	Couleur : blanc, gris, verdâtre.

Micas - Phyllosilicates

Ces minéraux sont issus de roches métamorphiques et sont ensuite transportés vers les bassins sédimentaires. Étant fragiles, ils sont souvent très endommagés et décolorés, ce qui les rend moins reconnaissables dans les roches sédimentaires où ils apparaissent sous forme de petites paillettes.

Le groupe du mica est constitué de plusieurs minéraux, les principaux étant la biotite et la muscovite. Tous les micas sont des phyllosilicates (silicates en ‘feuillets’ flexibles), qui présentent donc un excellent clivage bien visible sur les échantillons de grande taille. Ils se caractérisent également par un éclat vitreux, et ils sont translucides.

Muscovite ou mica blanc

La muscovite est le minéral le plus répandu dans la famille des micas, et le plus résistant à l’altération. Son aspect feuilleté, et sa couleur blanc-argentée permettent de l’identifier.

Tableau 3 : Propriétés physiques de la muscovite.

Dureté : 2 à 2,5	Densité : 2,8	Clivage /fracture: parfait
Eclat/transparence: parfois nacré, vitreux/translucide	Trace : blanche	Couleur : blanc argenté, parfois gris-brun

Biotite ou mica noir

La biotite est le nom donné à une série de micas de couleur foncée. Parmi les principaux critères d’identification, on trouve bien sûr le clivage caractéristique, l'éclat vitreux, la couleur et parfois la forme des cristaux (pseudohexagonaux).

La biotite est le plus souvent noire mais peut être brune ou beige ou, plus rarement, d'autres couleurs. Elle peut être confondue avec d'autres micas, notamment la chlorite. La composition est variable et ne peut pas être déterminée sans analyse.

Tableau 4 : Propriétés physiques de la biotite.

Dureté : 2,5 à 3	Densité : 2,9 - 3,1	Clivage /fracture : parfait
Eclat/transparence: vitreux/transparent à opaque	Trace : blanche	Couleur : noire, noir verdâtre, brun-noir

Feldspaths (‘feldspars’)

Les feldspaths sont les minéraux les plus abondants dans la croûte terrestre. Deux types peuvent être distingués : la série des feldspaths alcalins et la série des plagioclases. Leurs compositions varient mais peuvent être décrites par la formule générale (Ca,Na,K)(Si,Al)₄O₈.

Dans les roches sédimentaires, ils sont souvent décolorés (disparition du fer), et deviennent friables, voire pulvérulents : ils se transforment en poussière (si on les gratte par exemple avec un crayon).

2. Minéraux carbonatés

Les minéraux carbonatés sont divisés en trois groupes principaux en fonction de leur structure cristalline ou de leur composition : le groupe de la calcite, de la dolomite et de l’aragonite.

Calcite CaCO₃

On peut identifier la calcite par sa dureté modérée (3), son clivage rhomboédrique et l’effervescence marquée à l’HCl (dilué et à froid). Elle peut être confondue avec la dolomite ou l'aragonite. Cependant, la dolomite ne réagit pas aussi facilement à HCl et l'aragonite est orthorhombique. La calcite peut également être distinguée de la dolomite en utilisant un colorant rouge, l'alizarine, qui donne à la calcite une couleur rosâtre.

La calcite est un minéral très répandu. Elle est souvent d’origine organique (observée par exemple dans les coquilles). Il existe plusieurs variétés de calcite, possédant des propriétés particulières et portant un nom spécifique. Le spath d'Islande (‘Island spar’), par exemple, est un type de calcite très limpide.

Tableau 5 : Propriétés physiques de la calcite.

Dureté : 3	Densité : 2,71	Clivage/fracture: rhomboédrique parfait (101) /conchoïdale
Eclat/transparence: vitreux/transparent à translucide	Trace : blanche	Couleur : incolore à blanche, peut également être diversement colorée par des impuretés

Aragonite CaCO₃

Rare et presque impossible à déterminer à l'œil nu. Peut facilement être confondue avec la calcite. Dans des conditions de subsurface, elle se transforme très lentement en calcite (l'aragonite est stable dans des conditions de haute température/haute pression).

Tableau 6 : Propriétés physiques de l’aragonite.

Dureté : 3,5 à 4	Densité : 2,94	Clivage/fracture: bon (010), mauvais (110) / subconchoïdale
Eclat/transparence: vitreux/transparent à translucide	Trace : blanche	Couleur : incolore, blanche, jaune pâle à beige

Dolomite CaMg(CO₃)₂

La dolomite est caractérisée par une forme et un clivage rhomboédrique typiques. Elle fait légèrement effervescence à l’HCl dilué à froid lorsqu'elle est réduite en poudre, mais pas sur un échantillon intact. Lorsqu'elle est blanche, elle peut être confondue avec la calcite.

Tableau 7 : Propriétés physiques de la dolomite.

Dureté : 3,5 à 4	Densité : 2,85	Clivage/fracture: rhomboédrique parfait (101) / subconchoïdale
Eclat/transparence: vitreux/transparent à translucide	Trace : blanche	Couleur : présente généralement des teintes de rose, blanc, marron, noir, vert ou gris. Peut être incolore.

3. Minéraux évaporitiques (sels)

Halite ou sel gemme NaCl

L’identification de la halite est basée sur sa faible dureté (2,5), sa couleur (blanche ou transparente), son goût salé et son clivage cubique. Les spécimens classiques sont des cubes blancs transparents et limpides. La halite peut être déliquescente (elle absorbe l'eau et se liquéfie quand l’humidité est forte). Différentes couleurs sont possibles.

Tableau 8 : Propriétés physiques de la halite.

Dureté : 2,5	Densité : 2,16	Clivage /fracture: perfect cubic / conchoïdale
Eclat/transparence: vitreux/transparent à translucide	Trace : blanche	Couleur : incolore et transparente, ou colorée par des impuretés par des nuances de rouge, de bleu, de violet ou autres.

Gypse CaSO₄, 2H₂O – Minéral sulfaté

Sa faible dureté (2), la présence de trois clivages, la forme des cristaux (tabulaires, lamellaires) et sa couleur (grise ou blanche) distinguent le gypse. Ce minéral forme souvent des macles. Il est parfois confondu avec l'anhydrite.

Le gypse est souvent massif mais peut former des cristaux granulaires (‘gypse saccharoïde’), aciculaires ou prismatiques. Les cristaux de gypse typiques sont tabulaires, d’épaisseur variable, formant souvent des gerbes ou des masses allongées. Lorsque le gypse précipite dans le sable humide, des ‘roses des sables’ peuvent se développer.

Tableau 9 : Propriétés physiques du gypse.

Dureté : 2	Densité : 2,32	Clivage /fracture: basal parfait / conchoïdale
Eclat/transparence : vitreux, nacré/transparent à translucide	Trace : blanche	Couleur : incolore, blanche, variable

Anhydrite CaSO₄ – Minéral sulfaté

L'anhydrite est un minéral orthorhombique avec trois clivages bien développés à 90° les uns des autres. Son aspect est souvent massif et à grain fin. L'anhydrite peut ressembler à la calcite ou au gypse, mais se distingue facilement de la calcite par sa densité plus élevée et du gypse par sa dureté. L'anhydrite est un minéral évaporitique souvent associé au gypse, au soufre, à la halite, à la calcite ou à la dolomite.

Tableau 10 : Propriétés physiques de l’anhydrite.

Dureté : 3 à 3,5	Densité : 2,98	Clivage /fracture: cubique parfait, en lattes
Eclat/transparence : nacré, vitreux/translucide	Trace : blanche	Couleur : incolore

4. Autres minéraux

Pyrite FeS₂ – Sulfure

La pyrite se distingue par sa forte densité, son éclat métallique, sa couleur jaune laiton et sa dureté élevée (6 à 6,5). On la confond parfois avec la chalcopyrite et la marcassite, qui ont toutes deux des couleurs légèrement différentes. La pyrite est également appelée ‘or des fous’, mais a une couleur cuivrée plus métallique que l'or. De plus, la pyrite a une trace noir verdâtre, tandis que l'or a une trace jaune. Dans les roches sédimentaires, elle est souvent associée à une matière organique abondante (roches de couleur foncée).

Tableau 11 : Propriétés physiques de la pyrite.

Dureté : 6 à 6,5	Densité : 5,1	Clivage /fracture : mauvais/subconchoïdale
Eclat/transparence: métallique/opaque	Trace : noir verdâtre à gris vert	Couleur : jaune dorée

Barytine ou barite BaSO₄ – Minéral sulfaté

La barytine est marquée par une densité élevée, une couleur blanche ou claire, une forme cristalline distinctive et par deux clivages principaux à 90°. L’habitus de la barytine est complexe et variable. Les cristaux tabulaires peuvent se combiner pour former des ‘roses’ ou de la barytine ‘crêtée’. Les rosettes individuelles sont courantes. Les ‘roses’ de barytine ressemblent un peu aux ‘roses des sables’ (formées de gypse). La barytine est également courante sous forme de concrétions, de veines ou de lits massifs.

Tableau 12 : Propriétés physiques de la barytine.

Dureté : 3 à 3,5	Densité : 4,5	Clivage /fracture : parfait/inégale
Eclat/transparence : vitreux, nacré/transparent à translucide	Trace : blanche	Couleur : blanche, grise, incolore

Minéraux phosphatés

Le groupe des phosphates contient de nombreux minéraux, mais la plupart sont extrêmement rares. L'apatite est le seul exemple courant. Elle peut être de différentes couleurs, mais la couleur vert olive est la plus courante.

Tableau 13 : Propriétés physiques de l’apatite.

Dureté : 5	Densité : 3,2	Clivage /fracture : bon/conchoïdale
Eclat/transparence : sub-résineux/transparent à translucide	Trace : blanche	Couleur : verte, jaune, variable

Quelques références utiles :

https://opengeology.org/Mineralogy/ (et plus spécifiquement la page nommée '15 Mineral Descriptions')
https://www.mindat.org/
Voir l'album photo sur les Roches et minéraux ou mon site photo spécialisé

Pour aller sur ma chaîne Youtube :

Cliquez ICI, ou ICI pour voir des vidéos consacrées à la pétrologie des roches sédimentaires.

#haut de page

Date de dernière mise à jour : 22/04/2024