DEFINITION DE LA MINERALOGIE

['homme. Les efforts du Bavant doiveni tendre sans cesse à remplacer la notion fles corps concrets par celle d'abstractions bien choisies el .1 résumer les rapports mutuels de ces abstractions dans la grande idée à'ordre, en formulant, à l'aide du langage rigoureux des mathématiques, le> lois harmoniques qui présidenl à toute nue catégorie de phénomènes similairi s.

C'esl ainsi que la .Minéralogie commence par substituer, à la notion des minéraux utiles, celle des substances minéralisées. De là elle s'élève aux idées déforme cristalline, de propriétés physiques, de composition el de structure interne; alors naît pour elle le devoir de nous apprendre |>ar quelles lois la forme el les propriétés des corps sonl liées entre elles el à la nature des substances composantes. Or si l'on peut espérer d'atteindre \m tel résultat, ce ne saurait être, évidemment , en se cantonnant, de propos délibéré, dans le domaine limite que nous avons défini. C e.->i pourquoi, tout en nous conformant, dans la pariie descriptive du Cours, aux règles consacrées par l'usage, nous nous affranchirons, dans la partie théorique, de ces étroites restrictions. Non- raisonnerons d'une manière générale, comme si tous les corps minéraux devaient rentrer dans notre cadre et, quand les objets naturels ne nous fourniront pas d'éléments suffisants pour la solution de certains problèmes, nous ne devrons pas craindre de les aller chercher dans 1 étude des produits de nos laboratoires.

La Minéralogie a été classée parmi les sciences physiques. Il est certain que les procédés auxquels elle a recours sont le plus souvent ceux de la Physique, et c'est dans le matériel de cette science qu'elle puise la plupart de ses instruments de recherche, goniomètre, microscope, appareils de polarisation, etc. Sa liaison avec la Chimie n'esl pas moins intime et, puisque les branches de nos connaissances doivent être groupées en raison de la nature des aptitudes qu'elles réclament, il faut reconnaître qu'on a sagement fait d'associer l'enseignement île la Minéralogie à celui des deux sciences dont elle emprunte si fréquemment le secours. D'autre part, la connaissance des minéraux, à l'aide d'un ensemble de caractères extérieurs, dont l'appréciation exige avant tout ce qu'on appelle du coup d'œil, rentre essentiellement dans les procédés des sciences naturelles. Au contraire, la Cristallographie, par le degré de précision qu'elle a conquis, militerait de figurer au nombre des sciences exactes, au même titre (pie la Mécanique. Nulle science ne résume donc en elle-même, autant que la Minéralogie, les caractères propres aux trois catégorie- principales des connaissances relatives a la matière. Tant il est vrai que ces catégories ne sonl que des branches du grand arbre de la Philosophie naturelle, comme on l'appelait si justement autrefois; et (pie toute science, débutant par l'observation, se perfectionnant par l'expérimentation, peut espérer d'atteindre a cet état, où les phénomènes matériels, résumés dans les notions de masse, d'espace et de temps, finissent par être susceptibles d'une expression mathématique.

INTRODUCTION

L'ESPECE EN MINERALOGIE

Noi - léflni la Minéralogie : l'histoire naturelle des espèces minérales.

Il convient donc avant tout d'indiquer ce que c'est qu'un minéral et de montrer comment on peut constituer des espèces, par le groupement convenable d'individus similaires.

Ton- les objets matériels, à quelque règne qu'ils appartiennent, résultent de l'association de substances, que la Chimie finit par résoudre en éléments indécomposables et qui, pour ce motif, ont été appelés corps simples. Le nombre des itorps simples actuellement connus paraît être d'environ 7>à<So, parmi lesquels près de la moitié n'ont qu'une importance tout à fait secondaire, ce qui réduit à une quarantaine le nombre des éléments réellement répandus dans la nature.

La Chimie nous enseigne aussi que, si les corps simples peuvent se mélanger en toutes quantités, ils ne peuvent s'associer, sous forme de combinaisons douées de stabilité et d'individualité, que suivant certaines proportions bien définies. Ainsi la quantité a d'un corps A, qui peut s'unir sans résidu à une quantité b d'un corps B, pour former un certain composé bien déterminé, doit

être telle, que le rapport - soit constant, quelles que soient les valeurs de a et

de b. l>e plus, si a s'unit à b pour former un composé défini, et qu'une autre mbinaison, différente de la première, soit possible entre les deux corps A et B,

le rapport des quantités associées dans la nouvelle combinaison sera soit — 7 111 no

soit —p. n étant un nombre entier. C'est-à-dire que les quantités de l'un des

corps qui s'unissent a une quantité lixe de l'autre, pour former des composés différents, -ont multiples de l'une d'entre elles.

deux loi-, dite- des proportions définies et des proportions multiples, ont naturellement conduit les chimistes à un isager les corps simples comme formés d'atomes, i est-à-dire de particules, qui seraient les derniers éléments dans lesquela le- corps pussent se résoudre. Si l'on admet. >■(■ qui semble ou ne peut plus légitime, que l'union de deux corps -impie- doive se faire par la juxtaposition d un certain nombre d'atomes de l'un el de l'autre, on comprend aisément qui cette union m- puisse avoir lieu que suivant des quantités définies, qui • les poids respectifs des groupes d'atomes constituants. De même on conçoit que. -i un atome d'un corps -Huit a un ou plusieurs atomes d'un autre corps pour former une première combinaison, la combinaison suivante, s'il eu te, doit exiger deux ou plusieurs atonn - du premier corps, c'est-à-dire nue quantité multiple de la précédente.

La eption des .itou,,, semble d'ailleurs pleinemenl justifiée el même

imposée par 1 étude de- propriétés physiques des corps. L'élasticité et la dila-

L'ESPECE EN MINERALOGIE 5

tabilité par la chaleur, en particulier, ne paraissenl explicables < j n<- si 1 on considère li"- objets mal iriels comm ■ forra Is de particules, séparées les unes des autres par des distances donl la petitesse échappe, il est vrai, .1 toute mesure, mais donl 1rs variations setraduisenl par les déformations que les corps — * » 1 1 1 susceptibles d'éprouver. Quanl à l'objection souvent formulée au nom des mathématiques el d'après laquelle la matière doil être divisible à l'infini, elle nous semble, dans l'espèce, assez facile à lever. Il esi bien vrai que l'étendue se it comme indéfiniment divisible; c'est-à-dire que, mie portion de cette étendue étant donnée, il est toujours possible d'en imaginer une plus petite. A ce point de vue, et en tant que douce d'étendue, la matière est bien divisible à l'infini. Mais ce n'es! pas cette matière abstraite que les chimistes el les minéralogistes onl en vue: c'esl la matière concrète, donnant naissance .1 des objets - de propriétés observables el mesurables. < > i- il n'y a rien de contradictoire à admettre que cette matière concrète ait une limite extrême de division, exprimée par les atomes, et au delà de laquelle l'individualité d un corps ne pourrait plus exister.

Nous laisserons d'ailleurs de cote la question de -avoir -i ces derniers éléments de la matière sont eux-mêmes doués d'étendue, ou si. connue le veulent les dynamistes, ce sont de simples points matériels, où se concentrent les forces de diverses natures, donl la manifestation nous fait connaître ce que nous appelons la matière. Conicntons-nous d'avoir établi qu'il est. dans 1 étal actuel de la science, difficile de se refuser à considérer un corps homogène comme formé de particules atomiques identiques, tenues à des distances définies li - mie- des autres.

Ces particules atomiques sont-elles simples, ou chacune d elle- résulte-t-elle du groupement de plusieurs atomes identiques? Diverses raisons fonl nettement pencher la balance en faveur de la seconde hypothèse. I' abord, la chimie nous apprend qu'il n'existe pas de combinaisons hydrogénées où il entre moins I d ux particules d'hydrogène à la fois. Ensuite il est des gaz, connue le soufre sublimé, dont la densité devient, à Soo degrés, triple de ce qu elle était à 1 000 degrés, et ce changement est accompagné d'un dégagement de chaleur, autorisant la supposition que plusieurs particules se sont condensées en une seule. C'est aussi un dégagement de chaleur qui marque, soit le passage de l'étal gazeux a l'état liquide, soit la solidification des corps, de telle sorte qu'il est légitime de considérer la molécule élémentaire d'un corps solide comme plus condensée et plus complexe que celle du même corps à l'étal gazeux 1). De la sorte, tout corps défini et homogène, même s'il est simple, s'offre à nous surtout s'il s'agit d'un solide) comme constitué par des molécules identique-, dont chacune est un édifice atomique et forme, selon toute vraisemblance, un polyèdre géométrique. Ces molécules sont les derniers éléments aux-

1 Voir P. Groth, Festrede, Munich, 1888.

6 INTRODUCTION

quels mu corps puisse être réduit par division, sous peine de perdre son individualité i .

Partant de là. il esl aisé de reconnaître la différence qui sépare les corps u minerait: des corps organisés. Les uns et les antres sont des édifices moléculaires, c'est-à-dire des assemblages de molécules. Mais tandis que les corps organisés comportent, le plus souvent, plusieurs espèces de molécules, - inorganiques n'en admettenl qu'une seule. Enfin, et c est

là le caraeti re essentiel, chez ces derniers, {'architecture de l'édifice moléculaire esl la même dans toutes les parties du corps, au lieu que, «lie/, les organismes, les diverses portions de l'édifice sont distinctes par leur nature et leurs fonctions. ! [me, entre ces portions diverses, une hiérarchie, maintenue par une force d'ordre supérieur qui s'appelle la vie, et en vertu de laquelle chaque organe plit la fonction <pii lui a été réservée dans l'ensemble du mécanisme animal ou végétal. L'individu est donc susceptible d'une définition précise. Né d'un germe, il pourvoit à sa croissance et à son entretien, par une suite continue de destructions et de recompositions, en faisant constamment appel au a du dehors. Il n'est pas une de ses parties qui ne subisse un incessant renouvellement et. quand la puissance directrice ou cause substantielle qui coordonne les mouvement- destructeurs et réparateurs de l'édifice cesse d'avoir •■ suffisante, l'édifice se détruit, ses matériaux se dispersant pour entrer dans de nouvelles combinaisons plus simples. .Mais auparavant l'individu a pourvu, par un acte spécial, à la continuation de sou espèce, et des u - de sa substance suivront à leur tour la même évolution. Tout autre esl le cas des corps minéraux. Quelle que soit la quantité de l'un d'entre eux que l'on considère, pourvu qu'il soit homogène, non seulement - les molécules constituantes sont identiques, mais l'architecture moyenne -• la même dans toutes ses parties. Toutes sont composées delà ',. par une simple juxtaposition de molécules. Aucune d elles n exerce, relativement aux autres, de prépondérance ni de fonctions spéciales. L'individu minéral n a pas de forme ou de dimensions qui lui soient propres ou, du moins, u\ éléments ne peuvent être définis que par la forme et les dimensions de la molécule physiqui . qui échappe à I observation directe et dont le degré de symétrie seul peut nous être révélé par le mode de cristallisation. La différence n- entre (\i\w individu- de même espèce résulte uniquement de ce

ra long-tempe que les molécules échappaient, par leur petitesse, ù toute mesure.

isidérations, tirées delà théorie des gaz et de celle des phéni snes électriques,

• mi conduit a/ calculer do moins le diamètre de la sphère représentative de chaque molécule, lire la distance de deux molécules voisines. Pour I exprimer en millièmes de micron ou millionièmes de millimètre, il faut multiplier l'unité par un coefficient qui serait o,i5 jour I'IimIi ' pour le chlore, i.n pour l'argent, i,35 pour le fer, 1,70 pour le

silicium. Dans les conditions ordinaires de température el de pression, an litre de gaz <l<>it n un nombre de molécules égal •< '■■

M Pellal s /un, CXLIV, p. goa) que le rayon d'un ion

menl le même que celui de l'atome, pourrait être évalué à 7* millio- ■

L'ESPÈCE EN MINERALOGIE 7

que, dans l'un deux, il y a plus de molécules juxtaposées que dans l'autre. M lis les propriétés sont identiques dans tous les deux et n'éprouvent aucune modification par l'addition ou l'enlèvement d'un nombre quelconque de molécules de même nature. L'individu n'a pas, à proprement parler, de phases dans son existence. Il ne naît point d'un germe, il ne se nourrit pas, il ne tend pas vers une fin spéciale. Formé, soit brusquement, soit à plusieurs reprises, par la juxtaposition de particules identiques, il esl destiné à demeurer le même, invariable dans sa nature comme dans sa structure, aussi longtemps qu'aucune variation dans les circonstances extérieures ne sera venue détruire son équilibre.

Toutefois cet équilibre est loin d'être le repos absolu. La physique moderne nous porte à admettre que chaque particule d'un corps est animée d'un mouvement en rapport avec son état calorifique. Si le corps est solide, la particule vibre autour de son centre de gravité'; s'il est liquide, ce mouvement se transforme en rotation ; enfin, dans le cas des gaz, le centre de gravité luimême es! animé d'un rapide mouvement de translation. Seulement cet état de mouvement esl lié à la température extérieure et ne change pas tant que cette dernière demeure invariable.

En résumé, V uniformité et la stabilité de l'édifice moléculaire, lorsqu'il n'y a pas de variations dans les circonstances du milieu ambiant, tels sont les caractères essentiels des corps minéraux, où la cause substantielle se réduit aux seules forces d'attraction et d'affinité, qui assurent la permanence de la molécule, c'est-à-dire de l'édifice atomique.

Cela posé, l'espèce en Minéralogie semblerait pouvoir être définie par la molécule chimique. L'identité spécifique comporterait alors :

i° Identité de nature, c'est-à-dire d'espèce, des atomes simples constituants.

'i° Identité du nombre absolu des atomes de chaque espèce.

3" Identité dans l'arrangement de ces atomes autour du centre de gravit'' de la molécule, c'est-à-dire dans la forme du polyèdre moléculaire.

Tous les corps minéraux pour lesquels ces trois sortes d'éléments seraient les mêmes pourraient être dits de même espèce.

Malheureusement la science ne nous fournit pas le moyen d'atteindre directement les molécules; et d'ailleurs ce que nous avons dit précédemment, sur les condensations qui peuvent survenir au cours du refroidissement d'une même vapeur, montre que la molécule chimique, pour un corps donné, n esl un élément invariable que par rapport à certain ensemble de circonstances physiques

Si donc ce qu'on peut appeler {'espèce minérale ne se montre pas susceptible d'une définition rigoureuse, il en est de même a fortiori de l'espèce minéralogique. A cet égard, il convient de se souvenir que la minéralogie, à ses déduits, était une science naturelle et que si, pour l'établissement des espèces, elle avait recours à des procédés analogues à ceux de la botanique et de la zoologie,

INTRODUCTION

<-lle était privée du critérium fondamental que ces deux sciences mettent en œuvre, celui de la Gliation directe.

Dans ces conditions, il convient de se borner à définir l'espèce minéralogique en disant qu'on comprend sons cette désignation l'ensemble des corps minéraux entre lesquels l'analyse chimique ne révèle anémie différence appréciable, en même temps que les propriétés de ces corps ne trahissent aucun j nom'ene de polymérisation, et laissent soupçonner, d'autre part, une structure identique jusque dans les derniers éléments. Quant aux variétés, elles Itéraient, soil des divers arrangements que peuvent recevoir, selon les circonstances, des matériaux élémentaires identiques, soil delà présence habituelle d'une petite quantité de matières étrangères, suffisante pour impriune physionomie particulière a un corps, sans altérer pour cela son individualité spécifique.

11 arrive souvent que les caractères extérieurs introduisent, entre les variétés d'une m.'-me espèce, des différences beaucoup plus sensibles que celles qui renl certaines espèces réellement distinctes. Par exemple, entre le cristal de roche et le silex, tous deux variétés du quartz, ou bien encore entre les deux variétés de calcitc qui portent les noms de spath d'Islande et de travertin, il y a certainement plus de différence qu'on n'en observe entre la calcite ou carbonate de chaux et la dolomie ou carbonate double de chaux et de magnésie. Il ireusement, à travers toutes les diversités de tonnes que peuvent offrir les combinaisons constituer- par un même groupe d'atomes, il y a certaines propriétés physiques, telles que la densité, la dureté, la fusibilité, qui se reprosent avec constance et permettent souvent de reconnaître l'identité d'espèce

uiir a l'analyse chimique.

Cette analyse n'en demeure pas moins le fondement primordial de la détermination des espèces ; car seule elle peut nous révéler la nature et nous faire soupçonner le nombre de- atome- constituants. On voit par là combien est intime l'union de la Minéralogie avec la Chimie minérale, union nettement revue par CrOnstcdt, au milieu du xvin' siècle, et affirmée plus tard avec tant d'éclat par Berzélius. La Minéralogie ne peut pas plus se passer de la Chimie que la Géologie ne peut renoncer au secours de la Minéralogie et de la Paléontologie. Mai- cette union n'implique pas la confusion des science-, et nous ! jà dit qu'en raison de la diversité 'les méthodes, il était avantageux que leurs domaines respectifs fussent distincts. Taudis que le chimiste est surtout un expérimentateur, le minéralogiste esl principalement physicien et naturaliste': physicien par le- instruments qu'il manie, naturaliste parce que I ssifications qu'il établit doivent tenir grand compte de ces affinités natu-

relles d'allure et de gisement, donl l'observation peut seule nous donner la connaissance.

Mai- -i le minéralogiste Be rep — Bur la Chimie du soin de déterminer la nature des molécules, toutes les fois que les caractères extérieurs et les réac-