De la formation dans les profondeurs terrestres à la collecte en surface : comprendre la science des minéraux.
Un minéral est un solide naturel, inorganique, possédant une composition chimique définie (ou variant dans un intervalle précis) et une structure cristalline ordonnée. Cette définition, adoptée par l'IMA (Association Minéralogique Internationale), exclut les verres volcaniques (obsidienne), les substances d'origine biologique (perle, ambre) et les produits synthétiques, même si le langage courant les inclut parfois.
On recense aujourd'hui plus de 5 900 espèces minérales, et une cinquantaine de nouvelles sont découvertes chaque année. Cependant, une douzaine d'espèces seulement — les « minéraux formateurs de roches » — composent 99% de l'écorce terrestre : quartz, feldspaths, micas, olivine, pyroxènes, amphiboles, calcite, dolomite.
Lorsque le magma (roche en fusion entre 700 et 1 300 °C) refroidit, les minéraux cristallisent suivant la série de Bowen. Les premiers à cristalliser sont les olivines et les pyroxènes (hautes températures), suivis des amphiboles, des micas et des feldspaths, puis enfin du quartz (basses températures). La vitesse de refroidissement détermine la taille des cristaux : lent = gros cristaux (granite), rapide = cristaux fins (basalte) ou pas de cristaux du tout (obsidienne).
Quand des roches existantes sont soumises à de fortes pressions et températures (sans fondre), leurs minéraux se réorganisent pour former de nouvelles espèces plus stables. C'est ainsi que le calcaire se transforme en marbre (calcite recristallisée), que l'argile devient schiste puis gneiss, et que de nouveaux minéraux comme le grenat, la staurotide ou la sillimanite apparaissent.
L'évaporation de solutions saturées produit des minéraux évaporitiques (halite, gypse, sylvite). Les circulations de fluides chauds dans les fractures de la croûte terrestre déposent des minéraux hydrothermaux (quartz, fluorite, calcite, sulfures métalliques). L'altération chimique en surface génère des minéraux secondaires (argiles, oxydes de fer, malachite, azurite).
L'identification des minéraux repose sur un ensemble de propriétés mesurables : la dureté (résistance à la rayure, échelle de Mohs), l'éclat (vitreux, métallique, adamantin, nacré, soyeux, mat), le trait (couleur de la poudre), la cassure ou clivage, la densité spécifique, la transparence et le système cristallin. Ces critères, combinés, permettent d'identifier la grande majorité des espèces sur le terrain sans équipement de laboratoire.