CoursGéologie

Outil interactif · 10 minéraux

Échelle de Mohs : comparer la dureté des minéraux

Parcourez les dix minéraux de référence, comparez deux duretés et simulez un test de rayure. Les numéros sont des rangs : ils ne mesurent pas un rapport de dureté.

Les dix minéraux de référence

Les cases sont espacées de façon égale pour lire l’ordre, du talc au diamant. Cet espacement n’est pas une distance de dureté : le pas entre le corindon et le diamant n’a pas le même sens physique que le pas entre le talc et le gypse.

Quartz, dureté 7 sur l’échelle de Mohs.

Groupe de cristaux de quartz incolores, prismatiques, terminés par des pyramides.

Quartz, Tibet. L’irisation visible sur une face est un reflet, pas une autre espèce.

Photographie : JJ Harrison, CC BY-SA 2.5, via Wikimedia Commons. Image redimensionnée, sans autre modification.

Rang 7 · Tectosilicate

Quartz

Dureté de Mohs : 7 — formule SiO₂

Propriétés

  • Il raye le verre et l’orthose. Un quartz n’est pas plus dur qu’un autre quartz : leur essai mutuel reste ambigu.
  • Pas de clivage. La cassure est conchoïdale. Les cristaux montrent souvent un prisme hexagonal terminé par des pyramides.
  • Améthyste, citrine, quartz laiteux ou enfumé sont des variétés. Leur couleur ne change pas le rang 7.

Utilisations

  • Verre, abrasifs, oscillateurs piézoélectriques.
  • Pierre gemme et constituant majeur de nombreuses roches.

Comparer deux minéraux

Le minéral le plus haut dans l’échelle peut théoriquement rayer l’autre. À dureté égale, aucun des deux ne l’emporte.

Quartz est plus dur

Quartz, au rang 7, est au-dessus de Calcite, au rang 3. Quartz peut théoriquement rayer Calcite. L’écart compte 4 rangs sur une échelle ordinale : c’est un classement, pas un multiple de dureté.

Simuler un test de rayure

Choisissez un minéral et un repère de terrain. Le résultat suit les rangs indiqués. Il reste une simulation pédagogique, pas une mesure faite sur votre échantillon.

Environ 5,5 pour une plaque de verre ou une lame, selon le National Park Service. La composition du verre fait varier ce repère.

Verre peut rayer Apatite

Verre est à environ 5,5, au-dessus de Apatite (rang 5). Le matériau de référence peut théoriquement rayer l’échantillon. Cet ordre de rangs classe les matériaux : il ne mesure pas un multiple de dureté.

L’ongle, la pièce et le verre sont des ordres de grandeur. Une face altérée est plus tendre que le cristal frais. Des impuretés, un agrégat ou une roche à plusieurs minéraux faussent la lecture. La dureté peut aussi varier un peu selon la direction du cristal.

Une vraie rayure est une rainure qui reste après essuyage. La poudre du matériau le plus tendre laisse une trace qui s’enlève : ce n’est pas une rayure.

Estimer une plage de dureté

Quatre questions suffisent pour encadrer un intervalle. Répondez « Je ne sais pas » lorsqu’un essai n’a pas été fait. La plage ne nomme pas le minéral.

L’échantillon est-il rayé par l’ongle ?

Repère vers 2,5.

Est-il rayé par une pièce de cuivre ?

Repère vers 3,5.

Peut-il rayer le verre ?

Repère vers 5,5.

Peut-il rayer le quartz ?

Le quartz est au rang 7.

Aucune plage pour l’instant

Répondez à au moins une question par Oui, Non ou Je ne sais pas. Chaque réponse resserre une plage de dureté. Elle ne nomme pas le minéral.

Qu’est-ce que la dureté ?

La dureté d’un minéral est sa résistance à la rayure. On la juge en essayant de creuser une face fraîche avec un matériau de rang connu. Ce n’est ni la résistance au choc, ni le clivage, ni la difficulté à broyer un échantillon.

Un minéral plus haut dans l’échelle peut théoriquement rayer un minéral plus bas. À rang égal, aucun des deux n’est plus dur : l’essai reste ambigu. La poudre du plus tendre peut laisser une trace qui s’efface. Une rayure vraie est une rainure qui demeure après essuyage.

Le principe de l’échelle de Mohs

En 1822, le minéralogiste Friedrich Mohs a classé dix minéraux de référence, du talc au diamant. Chaque minéral raye ceux qui le précèdent. L’échelle est ordinale : elle range, elle ne mesure pas une quantité. Les dix cases de l’outil sont donc espacées de la même façon pour être lues. Cet espacement n’est pas un écart constant de dureté absolue.

Les mesures de laboratoire, Vickers ou Knoop, montrent des sauts très inégaux. Le passage du corindon au diamant est sans commune mesure avec le passage du talc au gypse. Soustraire deux numéros de Mohs, ou les diviser, ne donne pas un rapport de dureté.

Le rang 6 est l’orthose, un feldspath potassique. L’USGS parle parfois de feldspath pour ce même cran, et de saphir pour le rang 9. Le saphir et le rubis sont des variétés de corindon : la couleur ne change pas le rang.

Tableau des dix minéraux

Dureté, nom et composition. L’apatite est un groupe, pas une espèce unique.
DuretéMinéralFormule
1TalcMg₃Si₄O₁₀(OH)₂
2GypseCaSO₄·2H₂O
3CalciteCaCO₃
4FluoriteCaF₂
5ApatiteGroupe de minéraux phosphatés
6OrthoseKAlSi₃O₈
7QuartzSiO₂
8TopazeAl₂SiO₄(F,OH)₂
9CorindonAl₂O₃
10DiamantC

Formule générale des apatites courantes : Ca₅(PO₄)₃(F,Cl,OH), pour la fluorapatite, la chlorapatite et l’hydroxylapatite.

Réaliser un test de rayure

  1. Choisir une face fraîche, non altérée, et un coin du minéral ou de l’outil.
  2. Appuyer fermement et tracer un court trait. Essayer dans les deux sens lorsque les rangs sont proches : le minéral contre le verre, puis le verre contre le minéral.
  3. Essuyer la poudre. Si la marque disparaît, le matériau le plus tendre a seulement déposé sa trace. Si une rainure reste, il y a eu rayure.
  4. Situer l’échantillon entre deux repères. Les objets courants ne remplacent pas un minéral de référence quand le résultat est douteux.
  • Ongle — Environ 2,5. L’ongle varie légèrement d’une personne à l’autre.
  • Pièce de cuivre — Environ 3,5, comme la pièce de cuivre des manuels. Les pièces actuelles n’ont pas un alliage constant : ce n’est pas un étalon.
  • Verre — Environ 5,5 pour une plaque de verre ou une lame, selon le National Park Service. La composition du verre fait varier ce repère.
  • Quartz — Rang 7, le même que le quartz de l’échelle. Un cristal de quartz frais est un meilleur repère qu’un objet du quotidien.

Limites de la méthode

L’ongle change un peu d’une personne à l’autre. Une pièce moderne n’est pas du cuivre pur, et deux verres n’ont pas la même composition. Ces repères donnent un ordre de grandeur, pas une valeur certifiée.

L’altération, les impuretés et la taille des grains adoucissent souvent la surface. Une roche est un assemblage : rayer le granite ne donne pas la dureté d’un seul minéral. La direction du cristal peut aussi modifier légèrement la dureté. Le disthène, absent de cette échelle, en est l’exemple classique, avec des valeurs très différentes selon la direction.

Le guide de la page propose donc une plage, jamais un nom d’espèce. Plusieurs minéraux occupent le même rang, et la dureté n’est qu’un caractère parmi d’autres.

Questions fréquentes

L’échelle de Mohs est-elle linéaire ?

Non au sens d’une mesure physique. C’est une échelle ordinale : chaque minéral raye ceux des rangs inférieurs. Les rangs sont espacés de la même façon pour être lus, mais l’écart de dureté absolue n’est pas le même d’un cran à l’autre. Le passage du corindon au diamant est sans commune mesure avec le passage du talc au gypse.

Une dureté 8 est-elle le double d’une dureté 4 ?

Non. 8 et 4 sont des rangs. Leur différence dit seulement que la topaze est au-dessus de la fluorite et peut la rayer. Elle ne dit pas de combien de fois la topaze est plus dure. Les essais Vickers ou Knoop, qui mesurent une dureté absolue, ne sont pas des multiples des numéros de Mohs.

Le test de rayure identifie-t-il le minéral ?

Il estime une plage de dureté. Beaucoup d’espèces partagent un même rang, et la dureté n’est qu’une propriété parmi le clivage, l’éclat, la trace, la densité ou la réaction à l’acide. Une plage compatible avec le quartz n’est pas une identification du quartz.

Le diamant peut-il se fendre alors qu’il est le plus dur ?

Oui. La dureté est la résistance à la rayure. Le diamant possède un clivage octaédrique : un choc bien placé peut le fendre. Dureté, ténacité et clivage sont des propriétés distinctes.

L’ongle, la pièce et le verre sont-ils des étalons ?

Ce sont des repères de terrain, pas des étalons. L’ongle varie d’une personne à l’autre, autour de 2,5. Une pièce dite de cuivre vaut environ 3,5 dans les manuels, mais les alliages modernes s’en écartent. Une plaque de verre se situe souvent vers 5,5, selon sa composition. En cas de doute, un minéral de référence tranche mieux qu’un objet du quotidien.

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    Élément natif du diamant, au rang 10.

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Références

  • USGS — Natural Gemstones, Mineral gemstones — La dureté est la résistance à la rayure. Friedrich Mohs a publié son échelle en 1822. L’USGS donne le talc (1), le gypse (2), la calcite (3), la fluorite (4), l’apatite (5), le feldspath (6), le quartz (7), la topaze (8), le saphir (9) et le diamant (10). Le saphir est une variété de corindon.
  • National Park Service — Mohs Hardness Scale — Les dix minéraux de référence, avec l’orthose au rang 6 et le corindon au rang 9, et des objets de terrain : ongle vers 2,5, pièce de cuivre vers 3,5, lame ou plaque de verre vers 5,5.
  • Mineralogical Society of America — Handbook of Mineralogy — Formules et propriétés des espèces. L’apatite y est un groupe de phosphates, pas une espèce chimique unique.