Dureté des gemmes

La dureté des minéraux, donc d'une grande partie des pierres gemmes, ne peut être défInie précisément du point de vue physique, car elle dépend d'un certain nombre de caractéristiques liées à la cohésion.
Bien qu'elle résulte essentiellement de la structure, c'est à dire de la répartition des atomes dans le réseau cristallin et des liaisons entre ces derniers, d'autres facteurs physiques et chimiques, comme l'altération et les transformations, la présence d'inclusions, liquides ou gazeuses, ou d'éléments étrangers en traces, ou encore de macles ou d'intercroissances cristallines, jouent un rôle.
La dureté étant une propriété qui dépend des liaisons interatomiques, certains minéraux présentent une valeur de dureté différente selon la direction considérée. Le cas le plus spectaculaire est celui de la cyanite (disthène), mais cette particularité est également présente chez le diamant ou d'autres gemmes. On entend par dureté la résistance d'un corps solide à la destruction de sa structure. Il existe de nombreuses méthodes pour l'évaluer.
Pour les gemmes, on utilise surtout la simple rayure ou l'abrasion. Dans le premier cas, il s'agit d'une comparaison des duretés relatives des minéraux. En pratique, le test consiste à essayer de rayer un minéral avec un autre : celui qui raye l'autre a la dureté la plus élevée. L'échelle de référence des duretés le plus souvent utilisée est celle de Mohs, qui comporte dix minéraux possédant chacun une dureté distincte et une trace blanche. Ces minéraux sont classés en dix niveaux de dureté croissante.
L'augmentation de la dureté n'est cependant pas linéaire: les différences entre les niveaux sont faibles pour les minéraux les moins durs, et elles augmentent à l'autre extrémité de l'échelle. Comme il s'agit d'un test qui peut laisser des marques permanentes, il faut faire attention aux faces cristallines ou facettes des pierres polies. À la place de minéraux, il est possible d'utiliser divers objets, telle une pièce en cuivre, pour des duretés jusqu'à 3, un canif jusqu'à 5, et une lime jusqu'à 7.
Les minéraux d'une dureté supérieure à 6 rayent le verre. Dans certains cas, en particulier pour le lapidaire, il peut être important de connaître l'aptitude d'une pierre à se laisser tailler. On peut ainsi définir la dureté comme la résistance à l'usure. Une méthode permettant de déterminer cette résistance a été mise au point par Rosival, qui a pu montrer que la résistance à l'abrasion (donc, également, la dureté) n'est souvent pas la même d'une face à l'autre d'un cristal.
Les expériences de Rosival ont grandement contribué au développement de techniques modernes de polissage des pierres à l'aide d'abrasifs naturels ou synthétiques.
Pour donner quelques exemples de la vie quotidienne, un ongle a une dureté de 2, un penny de cuivre environ 3, la lame d'un couteau 5, un verre à vitre 5.5, et une lime en acier de 6,5.

Echelle de Mohs :

Dureté Pierre Dureté absolue
1 Talc (Mg3Si4O10(OH)2) 1
2 Gypse (CaSO4·2H2O) 3
3 Calcite (CaCO3) 9
4 Fluorine (CaF2) 21
5 Apatite (Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)) 48
6 Orthose (KAlSi3O8) 72
7 Quartz (SiO2) 100
8 Topaze (Al2SiO4(OH-,F-)2) 200
9 Corindon (Al2O3) 400
10 Diamant (C) 1500

Densité

Densitomètre

La densité est un critère très important pour l'identification des minéraux. Presque tous les manuels ou guides de minéralogie spécialisés comportent des tableaux avec les valeurs des densités. Cette caractéristique permet à la fois de distinguer les différentes espèces de gemmes entre elles sans les endommager, et de reconnaître, dans de nombreux cas, les gemmes vraies des contrefaçons.
Les densités de quelques gemmes et métaux avaient déjà été déterminées par les Arabes al-Biruni et al Kahasini, il y a plus de mille ans. La densité leur servait en effet à distinguer les vraies gemmes ou à déterminer la teneur en certains métaux. Une méthode plus moderne est celle proposée par Haüy, en 1801.
Théoriquement, on peut calculer la densité d'un minéral de façon très précise si sa composition chimique exacte et sa structure cristalline sont connues.
Les erreurs sont en relation avec la déformation du réseau, la présence de traces ou d'altérations. Il existe différentes méthodes pour déterminer la densité des pierres gemmes. Le choix dépend surtout de l'équipement technique disponible, de l'habileté manuelle et, bien sur, de la façon dont se présente l'objet à identifier. En pratique, la méthode de suspension s'est montrée la plus rapide d'emploi.
Elle consiste à déterminer la densité relative d'une gemme par rapport à un liquide de densité connue (liqueur dense), de type bromoforme, tétrabromure d'acétylène, iodure de méthylène, dilué, le cas échéant, avec de l'alcool, de l'éther, de l'acétone ou du benzol. On plonge la gemme taillée ou le fragment à identifier dans un bocal en verre contenant une liqueur de densité connue. Si la gemme coule, sa densité est supérieure à celle du liquide, si elle flotte à la surface, sa densité est plus faible. Si la gemme reste en suspension, sa densité est identique à celle de la liqueur.
Avec un jeu de liqueurs de densités variées, il est aisé de déterminer rapidement la densité de toute une série de pierres. Pour une détermination plus précise, il faut diluer, à l'aide du solvant adapté, ou concentrer la liqueur jusqu'à ce que le minéral reste en suspension. Ensuite, on détermine la densité du liquide, qui est aussi celle de la gemme, à l'aide d'un aréomètre ou d'un pycnomètre.
La détermination précise de la densité se fait à l'aide d'un double pesage, une fois dans l'eau, une fois dans l'air.
La différence en poids permet de calculer le volume et la densité selon la formule suivante: ml . densité de l'eau densité du minéral = mt x densité de l'eau/mt-mt, où mt représente le poids de l'échantillon dans l'air et mt · son poids dans l'eau. La densité de l'eau est de 0,9982 g/cm3 à une température de 20 oC.
Les détails pratiques de cette méthode figurent dans de nombreux manuels de minéralogie

Clivage et cassure

Le clivage se définit, de façon simplifiée, comme la propriété que possèdent certains minéraux de se laisser débiter suivant des faces planes dans une ou plusieurs directions préexistantes.
C'est un critère suffisamment efficace pour identifier toute une série de gemmes. Un clivage facile diminue beaucoup la valeur d'une pierre précieuse. Du reste, la réussite du façonnage d'une gemme dépend largement d'une bonne connaissance du clivage.
Le lapidaire doit ainsi déterminer l'angle le plus favorable entre celuici et le plan de la coupe ou de la taille, puis estimer et éliminer les clivages pouvant apparaître, lors de la taille ou du polissage, sous l'effet de la chaleur ou de la pression. Le clivage, déterminé par la structure interne du cristal, constitue une caractéristique constante pour chaque espèce minérale.
Les plans selon lesquels un minéral se clive correspondent à la direction de moindre résistance (cohésion), donc à celle où les liaisons entre les différentes unités de la structure élémentaire du cristal sont les plus faibles. On distinguera, pour les besoins pratiques du lapidaire, différentes catégories de clivage, depuis le clivage absolument parfait, en passant par bon, assez net, peu net, jusqu'à mauvais. Les groupes·des pierres précieuses et des pierres fines ne comportent pas de minéraux ayant un clivage parfait ou assez net.

Clivage et cassure

La nature de l'éclat peut parfois donner une indication sur la qualité du clivage. Ainsi, un éclat nacré indique que le clivage est bon, tandis qu'un éclat vitreux est signe d'un clivage mauvais.
On observe parfois un phénomène qui produit en pratique le même effet que le clivage, si ce n'est qu'il s'accentue avec l'altération. Il s'agit de plans de dislocation ("parting"), qui peuvent être liés, entre autres, à la présence de macles ou d'inclusions orientées, situées soit dans des plans particuliers, soit sur les faces de croissance.
Parmi les gemmes pouvant présenter ce phénomène, on trouve le corindon (selon le plan/OOOl/) ou le pyroxène, faciès diallage (selon /l00Il. En conclusion, on remarquera que le clivage qui est indiqué pour un minéral donné peut être plus ou moins bien exprimé, et même ne pas apparaître.

Obsidienne cassure conchoïdaleCASSURE

Les minéraux qui ne se clivent pas facilement présentent néanmoins des cassures.
On distingue trois principaux types de cassures caractéristiques dans les pierres précieuses: la cassure conchoïdale (opale, quartz), la cassure irrégulière (pyrite) et la cassure esquilleuse (néphrite, grenats).



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