Roches et minéraux

Le granite d’un trottoir, le calcaire d’une cathédrale, l’ardoise d’un toit : les roches sont partout, et chacune raconte une histoire géologique différente. Elles forment la croûte terrestre et sont constituées de minéraux, eux-mêmes faits d’atomes ordonnés en cristaux. Plus de 6 000 espèces minérales sont reconnues par l’Association internationale de minéralogie, mais une vingtaine seulement constituent l’essentiel des roches courantes.

Minéral ou roche : la différence

Un minéral se reconnaît à ses propriétés : forme des cristaux, couleur, éclat, dureté, clivage (manière de se casser selon des plans), densité, couleur de la poudre (trait). Les feldspaths et le quartz sont les minéraux les plus abondants de la croûte continentale. Les éléments les plus abondants de la croûte sont l’oxygène et le silicium, d’où la prédominance des silicates.

Les trois familles de roches

1. Les roches magmatiques

Elles se forment par refroidissement et cristallisation d’un magma.

• Roches volcaniques (ou effusives) : le magma refroidit rapidement en surface, les cristaux n’ont pas le temps de grossir. Grain fin, parfois verre. Exemples : basalte (la roche la plus répandue à la surface du globe, puisqu’elle forme le plancher océanique), andésite, ponce, obsidienne.
• Roches plutoniques (ou intrusives) : le magma refroidit lentement en profondeur, pendant des milliers à des millions d’années, et forme de grands cristaux visibles à l’œil nu. Exemples : granite, gabbro, diorite. On les observe en surface quand l’érosion a enlevé les roches qui les recouvraient, comme en Bretagne ou dans le Massif central.

Voir aussi la fiche volcans.

2. Les roches sédimentaires

Elles se forment à la surface, par accumulation de débris ou de dépôts, généralement au fond de l’eau, puis par compaction et cimentation (diagenèse). Elles se présentent en couches (strates) et sont les seules à contenir régulièrement des fossiles.

Elles ne représentent qu’environ 5 % du volume de la croûte, mais couvrent environ les trois quarts de la surface des continents. Le Bassin parisien est formé de roches sédimentaires ; Paris a été largement bâtie avec le calcaire lutétien extrait de son propre sous-sol.

3. Les roches métamorphiques

Elles résultent de la transformation à l’état solide d’une roche préexistante soumise à une forte pression et/ou une haute température, en profondeur, notamment lors de la formation des montagnes. Les minéraux se réorganisent, souvent en feuillets.

Le cycle des roches

Les roches se transforment les unes en les autres au fil des temps géologiques, sous l’action de l’érosion et de la tectonique :

1. un granite exposé en surface est altéré et érodé ; ses grains de quartz sont transportés par les rivières jusqu’à la mer ;
2. ce sable se dépose, s’enfouit et devient un grès (roche sédimentaire) ;
3. entraîné en profondeur lors d’une collision de plaques, le grès se transforme en quartzite (roche métamorphique) ;
4. plus profond encore, il peut fondre et donner un magma, qui cristallisera en une nouvelle roche magmatique.

Ce cycle, décrit dès la fin du XVIIIe siècle par le géologue écossais James Hutton, est entretenu par la tectonique des plaques et par l’énergie solaire, qui fait fonctionner l’érosion par l’eau et le vent. Il prend des dizaines à des centaines de millions d’années.

L’échelle de dureté de Mohs

Proposée en 1812 par le minéralogiste allemand Friedrich Mohs, elle classe dix minéraux de référence : chacun raye ceux qui le précèdent.

L’échelle est relative, non proportionnelle : le diamant est bien plus de deux fois plus dur que l’apatite. Le diamant et le graphite (la mine des crayons) sont tous deux du carbone pur ; seule leur structure cristalline diffère, ce qui illustre l’importance de l’arrangement des atomes (voir atome).

Roches et minéraux dans la vie quotidienne

• Construction : calcaire et argile pour le ciment, granite, ardoise, sable et gravier pour le béton, gypse pour le plâtre.
• Énergie : charbon, pétrole et gaz sont des roches ou des fluides d’origine sédimentaire ; l’uranium est extrait de minerais.
• Technologie : quartz pour le verre et les puces électroniques (silicium), lithium, cobalt et terres rares pour les batteries et les aimants des éoliennes.
• Alimentation : le sel de cuisine est un minéral, la halite.
• Joaillerie : gemmes comme le diamant, le rubis, le saphir, l’émeraude (variété de béryl).

Questions fréquentes

Quelle est la différence entre une roche et une pierre ?

« Pierre » est un terme courant, sans définition scientifique, qui désigne un fragment de roche ou une roche utilisée (pierre de taille, pierre précieuse). « Roche » est le terme géologique.

Comment reconnaître un granite d’un basalte ?

Le granite est clair (gris, rose, blanc), avec des cristaux bien visibles de quartz, de feldspath et de mica noir ou argenté. Le basalte est sombre, presque noir, à grain très fin, parfois percé de petites bulles de gaz.

Le charbon est-il une roche ?

Oui : c’est une roche sédimentaire d’origine organique, formée par l’enfouissement et la transformation de végétaux, surtout pendant le Carbonifère, il y a plus de 300 millions d’années (voir échelle des temps géologiques).

Pourquoi y a-t-il des fossiles dans les roches sédimentaires seulement ?

Parce que ces roches se forment en surface, à basse température, en enfouissant progressivement les restes d’êtres vivants. Les roches magmatiques naissent d’un magma qui détruirait tout organisme, et le métamorphisme efface généralement les fossiles.