Formation et structure
La plupart des pierres précieuses et fines sont des minéraux dont nous expliquons ci-après la formation et la structure. L’origine des matières précieuses non minérales, c’est-à-dire organiques – l’ambre, le corail, les perles, par exemple – sera étudiée lors de la description de ces substances.
Formation Les minéraux peuvent se former de différentes manières. Certains se forment à partir de matières en fusion au cœur de l’écorce terrestre, ou bien se développent au sein de laves que des éruptions volcaniques amènent à la surface de la terre (minéraux des roches magmatiques). D’autres résultent de phénomènes de précipitation à partir de solutions, ou sont dus à l’action d’organismes vivants (minéraux des roches sédimentaires). Enfin certains minéraux proviennent de la transformation de minéraux préexistant dans les couches profondes de l’écorce terrestre, sous l’effet d’une élévation de température et de pression (minéraux des roches métamorphiques).
La composition chimique des minéraux est précisée par des formules. Ces données scientifiques ne prennent pas en compte les éléments chimiques accidentellement présents, même lorsqu’ils sont responsables de la couleur du minéral (ainsi tous les béryls sont-ils notés par la même formule cristaliochimique, bien que certains éléments chimiques non mentionnés soient toujours présents en faible quantité dans telle ou telle variété).
Cristallographie Tous les minéraux se développent selon des systèmes cristallins bien définis et sont constitués par une substance bien définie où atomes, ions ou molécules sont assemblés suivant un réseau cristallin régulier. Lorsqu’ils sont bien formés, les individus cristallins sont limités par des faces planes.
La plupart des cristaux sont petits, parfois même de taille microscopique. Mais il existe aussi des spécimens gigantesques; toutefois, en raison de leurs nombreuses inclusions, irrégularités et accidents de croissance, et surtout de leurs dimensions, ces minéraux énormes ne peuvent être utilisés en joaillerie.
La structure interne et le réseau cristallin d’un cristal déterminent ses propriétés physiques, tant mécaniques qu’optiques : forme, dureté, clivage, cassure, poids spécifique, caractère optique, etc.
La plupart des cristaux ne présentent pas une forme régulière, car certaines faces se sont mieux développées que d’autres. Mais les angles des faces demeurent toutefois immuables.
Le faciès cristallin de nombreux minéraux combine généralement dans un même individu diverses formes simples, par exemple l’octaèdre et le cube, ce qui peut rendre difficile l’identification d’un minéral uniquement par son apparence.
La combinaison des faces naturelles d’un minéral est nommée par les minéralogistes «babitus». Par exemple, le grenat se présente généralement sous forme d’un rhombododécaèdre (grenatoèdre), la pyrite sous forme d’un dodécaèdre pentagonal (pyritoèdre). L’aspect général d’un cristal est dit «faciès»; il peut être tabulaire, aciculaire, lancéolé, columnaire (en colonne) ou compact. Il arrive parfois que des minéraux prennent la forme de cristaux qui leur sont étrangers : ce sont des « pseudomorphoses».
Il arrive aussi que deux ou plusieurs cristaux croissent ensemble selon des lois précises : ce sont des cristaux «maclés». Selon que ces individus cristallins sont juxtaposés ou s’interpénétrent, on parle de macles par «contact» ou par «interpénétration».
À côté de ces structures maclées obéissant à des lois cristallographiques précises, il existe bien plus fréquemment de multiples croissances cristallines juxtaposées sans direction préférentielle : ce sont des «agrégats cristallins» ou «agrégats minéraux». Selon le processus de croissance, ils s’organisent en filaments, grappes (botryoïdes), rognons, nodules, en agrégats écailleux (squameux), grenus, lîbroradiés, flabelliformes (en éventail), etc. Les mineurs appellent « plaque » un agrégat cristallin, ensemble de cristaux individuels recouvrant une surface rocheuse. Les cristalliers français nomment « fours » des cavernes dont la surface est couverte de cristaux bien formés.
Parfois, des minéraux bien formés et caractérisés se forment sur les parois internes de cavités sphériques (géodes, druses) d’anciennes bulles de gaz piégées dans des roches magmatiques.
Systèmes cristallins: La cristallographie, ou science des cristaux, classe les cristaux en sept systèmes qui se différencient les uns des autres par leurs éléments de symétrie, ou par la forme de leur maille élémentaire parallélépipédique : les arêtes de la maille définissent les trois axes cristallographiques, qui forment entre eux des angles a, (3, 8, et qui portent comme unités les longueurs a, b, c des arêtes de la maille, (ces axes sont utilisés par les cristallographes pour noter, entre autres, les faces cristallines selon une notation dite de Miller.) Ci-dessous sont indiqués les systèmes cristallins et leurs principales formes, partiellement illustrées. Système cubique. Maille : cube. Axes cristallographiques rectangulaires ; côtés de la maille égaux. Formes cristallines typiques : cube, octaèdre cubique, rhombodécaèdre, dodécaèdre pentagonal, pentagonotrioctaèdre (isocaèdre), hexaoctaèdre.
Système quadratique (ou tétragonal). Maille : prisme droit à base carrée. Axes cristallographiques rectangulaires ; deux côtés de la maille égaux, le troisième plus grand ou plus petit. Formes cristallines typiques : prismes et pyramides tétragonales, trapézoèdre tétragonal, prismes et dipyramides ditétragonales.
Système hexagonal. Maille : prisme droit à base losange à angles au sommet de 60° et 120°, ou à base hexagonale. Deux axes cristallographiques à 120°, le troisième rectangulaire; deux côtés de la maille égaux, le troisième plus petit ou plus grand. Formes cristallines typiques : prismes et pyramides hexagonaux, pyramides et dipyramides dihexagonales.
Système rhomboédrique (ou trigonal). Maille : rhomboèdre. Maille multiple hexagonale : le système rhomboédrique peut être parfois considéré comme une mériédrie hexagonale. Axes cristallographiques identiques à ceux du système hexagonal. Formes cristallines typiques : prismes, pyramides et dipyramides trigonales et hexagonales, rhomboèdre, scalénoèdre ditrigonal. Système orthorhombiaue (ou rhombique). Maille : prisme droit à base rectangle. Axes cristallographiques rectangulaires, côtés de la maille inégaux. Formes cristallines typiques : pinacoïde (bases), prismes et pyramides rhombiques, tétraèdre rhombique, dipyramides rhombiques. Système monoclinique. Maille : prisme oblique à base rectangle. Deux axes cristallographiques rectangulaires, le troisième oblique sur eux. Côtés de la maille inégaux. Formes cristallines typiques : pinacoïdes, prismes obliques.
Système triclinique. Maille parallélépipédique quelconque. Axes cristallographiques obliques les uns sur les autres. Côtés de la maille inégaux. Formes cristallines typiques : pinacoïdes, pédions (une face isolée).