Un minéral très dense et un minéral peu dense.

Comment mesurer la densité d’un minéral?

La densité est une propriété utile pour identifier un minéral. Elle permet de comparer sa masse à son volume et peut rapidement écarter une identification incorrecte.

Pour un collectionneur, la méthode la plus pratique consiste à utiliser une balance, de l’eau et le principe d’Archimède. Elle fonctionne particulièrement bien avec les pierres compactes, non poreuses et non montées.

La densité d’un minéral en bref

Élément	À retenir
Formule	Masse ÷ volume
Unité courante	g/cm³
Méthode simple	Déplacement d’eau
Méthode recommandée	Pesée hydrostatique
Balance idéale	0,01 g ou mieux
Principal problème	Bulles d’air
À éviter	Minéraux poreux, solubles ou sur matrice
Utilité	Comparer le résultat à la densité connue d’un minéral

Qu’est-ce que la densité d’un minéral?

La densité indique combien de matière se trouve dans un volume donné.

Deux minéraux de même taille peuvent ainsi avoir des masses très différentes. Le quartz possède une densité d’environ 2,65, tandis que la galène se situe autour de 7,5. À volume égal, la galène paraît donc beaucoup plus lourde.

La formule est :

Densité = masse ÷ volume

Exemple :

26,5 g ÷ 10 cm³ = 2,65 g/cm³

Pourquoi mesurer la densité?

La densité permet surtout de vérifier si un spécimen est compatible avec le minéral supposé.

Par exemple :

Minéral	Densité approximative
Gypse	2,3
Quartz	2,65
Calcite	2,71
Fluorite	3,18
Diamant	3,52
Corindon	Environ 4,0
Pyrite	5,0 à 5,2
Hématite	Environ 5,2
Galène	Environ 7,5
Or natif	Environ 19,3

Si une pierre supposée être du quartz possède une densité de 4,0, quelque chose ne correspond pas.

Une densité de 2,65 ne prouve toutefois pas qu’il s’agit de quartz : plusieurs minéraux peuvent avoir des valeurs proches.

Quel matériel faut-il?

Pour la méthode hydrostatique :

une balance précise à 0,01 g;
un verre ou un récipient rempli d’eau;
un fil très fin;
un support permettant de suspendre la pierre.

Pour les très petites pierres, une balance à 0,001 g est préférable.

Méthode 1 : déplacement d’eau

Cette méthode convient surtout aux spécimens assez gros.

1. Peser le minéral

Supposons une masse de :

26,5 g

2. Mesurer le volume initial d’eau

Exemple :

50 mL

3. Immerger complètement le minéral

Le niveau monte à :

60 mL

Le volume du minéral est donc :

60 − 50 = 10 cm³

Puisque 1 mL correspond à 1 cm³.

4. Calculer la densité

26,5 ÷ 10 = 2,65 g/cm³

Cette valeur correspond bien à celle du quartz.

Pourquoi cette méthode est-elle limitée?

Lire précisément une différence de volume de seulement quelques millilitres est difficile.

Si une pierre déplace 2 mL d’eau et que la lecture est fausse de 0,5 mL, l’erreur devient considérable.

Pour les petites pierres, la pesée hydrostatique est donc préférable.

Méthode 2 : pesée hydrostatique

C’est la méthode que je recommande pour la plupart des pierres compactes.

1. Peser la pierre sèche

Exemple :

26,50 g

2. Poser un récipient d’eau sur la balance

Remettez la balance à zéro.

3. Suspendre la pierre dans l’eau

La pierre doit être entièrement immergée, mais elle ne doit toucher ni le fond ni les parois.

Supposons que la balance affiche :

10,00 g

Cette valeur correspond approximativement à la masse de l’eau déplacée et donc à un volume d’environ :

10,00 cm³

4. Calculer

26,50 ÷ 10,00 = 2,65

La densité mesurée est donc proche de celle du quartz.

Pourquoi la balance affiche-t-elle un poids si la pierre est suspendue?

La pierre pousse l’eau vers le bas.

Cette force est transmise au récipient puis à la balance. La valeur affichée correspond à la poussée exercée par le volume d’eau déplacé.

C’est le principe d’Archimède.

Autre formule utilisée en pesée hydrostatique

On peut également peser la pierre dans l’air puis mesurer son poids apparent lorsqu’elle est suspendue dans l’eau.

La formule devient :

Densité relative = masse dans l’air ÷ (masse dans l’air − masse dans l’eau)

Exemple :

Masse dans l’air :

26,50 g

Masse apparente dans l’eau :

16,50 g

Calcul :

26,50 ÷ (26,50 − 16,50)

26,50 ÷ 10 = 2,65

Comment éviter les erreurs?

Quelques détails changent complètement le résultat.

Éliminer les bulles d’air

Une bulle collée à la pierre augmente artificiellement le volume déplacé et donne une densité trop faible.

Secouez très légèrement le spécimen sous l’eau avant de noter la valeur.

Ne pas toucher le récipient

La pierre ne doit jamais toucher le fond ou les parois.

Sinon, une partie de son poids sera directement transmise au récipient et la mesure sera fausse.

Utiliser un fil très fin

Le fil déplace lui aussi de l’eau.

Pour plus de précision, immergez d’abord le fil à la profondeur utilisée, puis remettez la balance à zéro avant d’y attacher la pierre.

Répéter la mesure

Effectuez idéalement trois mesures.

Par exemple :

2,64

2,65

2,66

Un résultat stable est beaucoup plus crédible qu’une mesure unique.

Peut-on mesurer un minéral sur matrice?

Oui, mais le résultat correspondra à tout le spécimen.

Un cristal de fluorite posé sur du quartz donnera une densité moyenne combinant la fluorite, le quartz et les autres matériaux présents.

La méthode est donc surtout utile sur un morceau relativement homogène.

Peut-on mesurer une pierre polie?

Oui.

Une pierre polie est même souvent idéale, car sa surface lisse retient peu de bulles d’air.

Elle doit simplement être non montée et résistante à l’eau.

Peut-on mesurer une pierre montée sur un bijou?

Non, pas correctement.

La masse et le volume du métal seraient inclus dans la mesure.

Le résultat ne représenterait donc pas la densité de la pierre seule.

Quels minéraux ne faut-il pas mettre dans l’eau?

Évitez cette méthode avec les minéraux :

solubles dans l’eau;
fortement poreux;
friables;
très fragiles;
sensibles à l’humidité.

L’halite, par exemple, se dissout dans l’eau et ne doit pas être testée ainsi.

En cas de doute sur un spécimen important, mieux vaut ne pas l’immerger.

Pourquoi les pierres poreuses donnent-elles de mauvais résultats?

Les pores peuvent retenir de l’air ou absorber de l’eau.

Le volume mesuré devient alors difficile à interpréter et peut changer pendant le test.

La pesée hydrostatique fonctionne surtout avec des minéraux compacts.

Exemple : quartz

Une pierre supposée être du quartz pèse :

42,40 g

Lorsqu’elle est suspendue dans l’eau avec la balance remise à zéro, l’affichage est :

16,00 g

Calcul :

42,40 ÷ 16,00 = 2,65

Le résultat est parfaitement compatible avec le quartz.

Exemple : galène

Un spécimen métallique pèse :

75 g

La masse d’eau déplacée mesurée est :

10 g

Calcul :

75 ÷ 10 = 7,5

Une densité proche de 7,5 est compatible avec la galène et permet déjà d’écarter de nombreux minéraux métalliques moins denses.

La densité suffit-elle pour identifier un minéral?

Non.

Elle doit être combinée avec d’autres propriétés :

dureté;
clivage;
éclat;
trace;
couleur;
forme cristalline.

Prenons la calcite et le quartz.

La calcite possède une densité d’environ 2,71 et le quartz environ 2,65. Ces valeurs sont trop proches pour permettre une identification fiable avec une balance domestique.

Leur dureté les sépare cependant immédiatement : environ 3 pour la calcite contre 7 pour le quartz.

La densité permet-elle de savoir si une pierre est naturelle?

Pas forcément.

Une pierre synthétique peut posséder la même composition et pratiquement la même densité que son équivalent naturel.

La densité permet surtout de déterminer si le matériau est compatible avec l’identification annoncée.

Elle ne permet pas toujours de déterminer comment ce matériau s’est formé.

Questions fréquentes

Quelle est la densité du quartz?

Environ 2,65.

Quelle est la densité de la calcite?

Environ 2,71.

Quelle est la densité de la fluorite?

Environ 3,18.

Quelle est la densité de la pyrite?

Environ 5,0 à 5,2.

Quelle est la densité de la galène?

Environ 7,4 à 7,6.

Quelle est la densité de l’or?

Environ 19,3 pour l’or pur.

Quelle balance utiliser?

Une balance précise à 0,01 g convient à la majorité des spécimens de taille moyenne. Pour les petites pierres, privilégiez 0,001 g.

Quelle est la meilleure méthode?

Pour une pierre compacte et résistante à l’eau, la pesée hydrostatique est généralement la méthode domestique la plus pratique et la plus précise.