LégendeLa Renaissance
La Renaissance, époque qui porte bien son nom, connaît un développement accéléré de tous les domaines culturels, sans excepter la minéralogie. La recrudescence des études alchimiques nécessite l'utilisation de produits chimiques extraits de minéraux qui implique, par conséquent, leur connaissance - quoique encore imparfaite. L'amélioration des conditions de vie ainsi que l'accroissement des échanges commerciaux entraînent une demande croissante en matières premières, et conduisent à la réouverture d'anciennes mines et à la découverte de nouveaux gisements.Par ailleurs, la nécessité de classifier les minéraux - une fois dépassé le stade de leur ramassage à des fins de curiosité - dans le but de les réunir, pour les présenter dans des collections, va vivement contribuer à ce que la science minéralogique prenne un véritable essor. L'habitude de collectionner, inhérente à l'homme comme l'atteste la présence d'objets naturels déposés dans des tombes préhistoriques, connaît un regain avec ces "cabinets de curiosités". Elle referme la parenthèse du Moyen âge où seule l'Église sauvait des "curiosités" pour ses pairs de science, de culture et d'art.
Ces "cabinets de curiosités - parfois de véritables expositions encyclopédiques - représentent les ancêtres des actuels muséums d'histoire naturelle. Un exemple est le cabinet du philosophe tchèque Jan Amos Komensky, plus connu sous son nom latin Comenius (1592-1670), qui donna une curieuse définition du muséum dans son ouvrage pédagogique Orbis sensalium pietus. Parmi les nombreux "muséums encyclopédiques", citons également ceux du pharmacien Ferrante Imperato (1550-1631) à Naples, du médecin Ludovico Settala (1552-1631) à Milan, du pharmacien Francesco Calzolari (1522-1609) à Vérone, du naturaliste Ole Worm (1588-1654) à Copenhague et du jésuite érudit Athanasius Kircher (1602-1680) à Rome. Dans ces "cabinets de curiosités", les objets étranges vont progressivement céder le pas à ceux recueillis, non seulement en raison de leur singularité, mais également parce qu'ils sont représentatifs, très partiellement au début, de la Nature. C'est pourquoi selon certains, la fin des collections encyclopédiques correspondrait à la publication de l'Encyclopédie.
Pendant environ 200 ans, de la moitié du XVIe siècle à la moitié du XVIIIe siècle, le musée encyclopédique n'a pas seulement pourvu au plaisir esthétique des nobles dés¦uvrés qu'il surprenait et émerveillait mais il a constitué, avec sa tentative de représenter la Nature à une échelle réduite, le point de départ d'une classification systématique de celle-ci. En ce qui concerne la minéralogie, l'expérience des mines de l'Allemand Georg Bauer (Glachau 1494 - Chemnitz 1555), plus connu sous le nom latinisé de Georgius, a joué un rôle fondamental dans la clarification des hypothèses plus ou moins fantastiques, élaborées au Moyen âge, sur le genèse des minéraux. Toutefois, c'est le Danois Nicolas Sténon (1638-1686) - Nicolaus Steno en latin - qui démontra, sur des cristaux de quartz et d'hématite ramassés pour des collections, la constance des angles des faces cristallines. Il donna ainsi toute sa valeur scientifique à l'observation sur le terrain de Biringuccio sur la forme cubique des cristaux de pyrite.
Le besoin d'ordonner les matériaux de la nature aboutit à des tentatives de classification qui, bien qu'imparfaites à nos yeux, constituent les premiers pas vers l'actuel système de classification des minéraux. Bien évidemment, ce fut d'abord l'aspect extérieur des minéraux et des roches qui suggéra les premiers critères de classification. Ainsi Avicenne distinguait, dès le XIe siècle, les Pierres, les Métaux, les Combustibles et les Sels. Il nous est impossible de faire ici l'inventaire exhaustif des innombrables classifications proposées entre le XVIe siècle et le XVIIIe siècle. Nous mentionnerons, à titre d'exemple, celle adoptée par Agricola dans son traité De natura fossilium de 1546 et celle de Ole Worm pour son muséum de Copenhague, et publiée en 1655, toutes deux étant basées sur l'aspect extérieur des minéraux.
I. FOSSILES SIMPLES
a. TERRAE (argilla, creta, terra medica)
b. SUCCI CONCRETI
I. (sal, nitrum)
II. (alumen)
III. (sulfur, bitumen)
IV. (alumen)
V. (chrysocolla, aerugo, auripigmentum)
c. LAPIDES
I. COMMUNI (magnes, haematites, aetites)
II. GEMMAE (adamas, smaragdus, carbunculus)
III. MARMORA (porphyrites, ophites, parium)
IV. SAXA (arenarium, calcarium)
d. METALLA
I. (aurum, argentum, plumbum)
II. (ferrum)
III. (argentum vivum)
2. FOSSILES MIXTES ET COMPOSITES
a. LAPIS et SUCCUS CONCRETUS
b. METALLUM et TERRA
c. LAPIS et METALLUM in partibus aequa libus
d. LAPIS et METALLUM abundans
e. LAPIS abundans et METALLUM
f. LAPIS et METALLUM et SUCCUS CONCRETUS
À des fins de classification, Agricola prit en considération une série de propriétés objectives externes des matériaux : couleur, poids (à savoir le poids spécifique), transparence, lustre, saveur, odeur, forme, texture, dureté, friabilité, rugosité, solubilité, fragilité, clivage, combustibilité. Les matériaux sont des fossilia , c'est-à-dire des matériaux extractibles, des minéraux, des roches et des fossiles. On parlera d'ailleurs de "fossiles" jusqu'à la fin du XVIIIe siècle pour désigner "tout ce que la Terre contient dans ses entrailles ou qui se trouve dans les fouilles et excavations qu'on y fait".
Cette classification présente l'avantage de se baser sur des données visuelles : elle donne les origines et utilisations, décrit de nouveaux minéraux, formule des hypothèses sur la genèse des minéraux et traite de la métallurgie. Malheureusement, elle ne fait aucune distinction entre les minéraux et les roches, c'est-à-dire entre ce qui est homogène et hétérogène, ou entre les composites et les mélanges mécaniques (Cf. mixtes et composites). Voici une explication des différents termes employés par Agricola :
Les "terrae" (terres) sont des matériaux aux propriétés plastiques.
Les "succi concreti" (substances solidifiées, c'est-à-dire sels) sont ceux qui se dissolvent ou se ramollissent dans l'eau.
Les "lapides" (pierres) sont les matériaux qui ne se ramollissent pas dans l'eau ; dans le feu, ils se transforment en poudre, voire fondent.
Les "marmora" (marbres) sont des pierres pouvant être polies.
Les "metalla" (métaux) sont des liquides (Hg) ou des produits qui, au contact du feu, deviennent liquides (Au, Ag, Pb, Sn, Cu, Bi) ou se ramollissent (Fe).
Les "miste" (mixtes) sont formés de différents corps intimement associés pour constituer un nouveau matériau ; ils peuvent seulement être séparés par le feu (galène, schistes, bitumineux ou cuivre).
Les "compositi" (composites) sont différents corps reconnaissables à l'oeuil nu, séparables manuellement ou par l'eau (association or-quartz, conglomérats).
Établie un siècle plus tard, la classification de Worm n'est guère très différente. Il s'agit d'une tentative de séparer ce qui est homogène, même à l'oeuil nu, comme "mineralia" de "lapides", tout en conservant à part les "metalla", à l'aspect trop différent.
A. Media mineralia
1. Terrae
a. Mechanicae (argile, glaise, etc.)
b. Medicae (lait de lune, terre de Lemmo, etc.)
c. Miraculosae (terra Scancica, Islandica)
2. Salia (sel gemme, salpêtre, alun, vitriol)
3. Sulphura (soufre, arsenic)
4. Bitumina
a. Fossilia (naphte, asphalte, etc.)
b. Marina (ambre, spermaceti)
B. Lapides
1. Minus pretiosi
a. Magni duri (marbre, basalte, grès)
b. Magni molles (calcaire, chaux, pierre ponce, lave, etc.)
c. Minores molles (talc, ammonites, etc.)
d. Minores duri (magnésie, hématites, lapis-lazuli)
2. Pretiosi
a. Majores (diapre, agate, malachite, améthyste, etc.)
b. Minores Gemmae (diamant, rubis, grenat, turquoise, perle, bézoard, etc.)
C. Metalla
1. Metalla proprie dicta (or, argent, cuivre, fer, plomb)
2. Metalla improprie dicta (bismuth, antimoine, mercure)
3. Metallis affinia
a. Naturalia (galène, cadmium natif, pyrite, quartz, etc.)
b. Artificialia (cuivre vert, céruse, minium, scories, verres, etc.)
D'autres auteurs suivaient des méthodes différentes, mieux adaptées à leurs besoins. C'est ainsi que le pharmacien napolitain Ferrante Imperato présentait une classification dont les critères reposaient en partie sur l'utilisation, et en partie sur le comportement. Il divisait ainsi, dans le premier cas, les Terres en cinq catégories :
1. Agricolarum (matériaux pour l'agriculture)
2. Plasticorum et Architectorum (matériaux pour le bâtiment)
3. Fusorum (matériaux pour la métallurgie)
4. Pictorum et Fullonum (matériaux pour la teinturerie)
5. Medicorum (matériaux pour la santé)
et les pierres en sept catégories :
1. Pierres précieuses
2. Pierres figurées (c'est-à-dire fossiles)
3. Pierres combustibles
4. Pierres facilement clivées en lamelles
5. Pierres pouvant être changées en chaux
6. Pierres vitrifiables (fusibles)
7. Pierres sableuses.
Deux personnalités du XVIe siècle méritent d'être citées pour leurs contributions scientifiques à la minéralogie. Vannoccio Biringuccio (ou Biringucci) (Sienne 1480 - Rome 1540) n'était pas un érudit mais un technicien. Son ouvrage De la pirotechnia lui permit de consigner par écrit ses connaissances de directeur de mine et de spécialiste en métallurgie - même s'il se laisse parfois aller à des divagations alchimiques sur la nature des matériaux. Ce livre fournit tant d'informations précises que le sous-titre pourrait en être "non pas pourquoi mais comment". Deux d'entre elles méritent d'être citées. La référence à l'analyse quantitative est constante (une balance figure souvent dans les illustrations). La plus intéressante de ces observations concerne le plomb dont le poids augmente de 8-10% avec la calcination. Il faudra attendre Lavoisier pour en avoir l'explication, mais c'est la première fois que cette donnée quantitative est notée. Une autre observation concerne la pyrite. Celle-ci se trouve "sous une forme cubique, et présente une similitude avec des dés, ou plutôt des parallélépipèdes rectangles parfaitement géométriques. De sorte qu'aucun auteur ne pourrait obtenir un meilleur résultat avec quelque instrument que ce soit".
Il s'agit seulement d'une observation qualitative, mais elle précède d'un siècle celle de Sténon sur la constance des angles des faces cristallines de la pyrite. Agricola, ne rencontra jamais Biringuccio, de plusieurs années son aîné, mais il faut fortement influencé par son ouvrage De la pirotechnia d'où il tira des figures et des sujets qu'il traita d'une manière plus approfondie, et dans un belle langue latine, dans son célèbre traité De re metallica. En raison du caractère plus complet de ce traité par rapport aux précédents, et d'une autre ¦uvre d'envergure, De natura fossilium, Agricola fut surnommé à juste titre le "père de la minéralogie". En effet, son premier ouvrage représentait une parfaite synthèse des connaissances accumulées au cours des siècles passés sur la métallurgie et les techniques minières, et le second était un compendium (c'est-à-dire un abrégé) des connaissances de l'époque sur les minéraux et les roches qu'il rédigea non pas de manière érudite mais en se basant sur sa pratique minière - bien qu'indirecte - des gisements saxons.
Le XVIIe siècle va connaître d'autres figures de premier plan qui marqueront des étapes importantes, parfois fondamentales, dans l'histoire de la minéralogie. Le caractère spectaculaire des formes extérieures des cristaux présentés dans les cabinets de curiosité et dans les collections étonne les visiteurs et intrigue les savants. Certains comme le grand astronome et mathématicien Johannes Kepler (1571-1630) en recherchent la signification métaphysique en associant les polyèdres aux éléments d'Aristote, démentant par là le grand philosophe grec. Ce dernier avait en effet nié la correspondance entre ses "quatre éléments" et les solides de Platon parce que ceux-ci ne pouvaient pas remplir entièrement l'espace, ce qui contredisait la théorie de l'impossibilité du vide dans la nature (excepté avec le cube). Kepler affirme en revanche que le cube, dont les évidentes faces carrées donnent une impression de solidité, représente la terre, que le tétraèdre au faible nombre de plans à angles aigus et à l'allure élancée symbolise le feu, que l'octaèdre bien équilibré désigne l'air, que l'icosaèdre avec ses vingt faces et ses angles obtus reflète l'eau, et que même la quintessence, les corps célestes, trouvent leur représentation dans le pentagonododécaèdre, avec un nombre de faces égal à celui du Zodiaque. Cependant, une chute de neige advenue par surprise un premier janvier ramena ce grand scientifique à l'observation directe des cristaux hexagonaux de neige, et l'amena à formuler une hypothèse sur la constance de l'hexagone en dépit de la grande variété des formes des flocons de neige. Reprenant une idée déjà avancée en 1650 par le médecin italien Girolamo Cardano (1501-1576), idée peut-être inspirée aux deux hommes par les boulets disposés en monticule près des canons dans les châteaux de l'époque, Kepler suppose que les cristaux sont constitués d'une accumulation compacte de petites sphères.
Cette hypothèse sera reprise en 1665 par l'Anglais Hooke puis, en 1690, par le Hollandais Christian Huygens - mais sous la forme d'ellipsoïdes - pour expliquer la double réfraction de la calcite. Il fallut attendre cinquante ans après la publication, en 1619, de Harmonices mundi de Kepler pour arriver au De solido intra solidum naturaliter contento rédigé à Florence par Sténon. Trois mots "non mutatis angulis" apparaissent dans le court préambule d'un traité qui restera inachevé, en particulier en légende des figures qui accompagnent le texte,sous une série de dessins de sections de cristaux de quartz et d'hématite aux formes les plus diverses. Ces trois mots qui signifient la constance des angles annoncent la naissance d'une science, la cristallographie.
Chez les cristaux, l'aspect peut varier mais non ses valeurs angulaires.Voici déjà énoncée la loi de constance de l'ouverture des angles dièdres des cristaux d'une même espèce, qui devra être vérifiée sur un grand nombre d'espèces cristallines et ne sera mise en formule qu'un siècle plus tard par Jean-Baptiste Romé de l'Isle. Il n'est pas inutile de rappeler que les observations de Sténon furent faites sur des cristaux de sa collection dont le grand-duc de Toscane se portera ensuite acquéreur. Cette collection se trouve de nos jours au musée de minéralogie de Florence.
Un an plus tard, en 1670, un autre Danois, Erasmus Bartholin (1625-1698) publie à Copenhague (Hafnia) un volume intitulé Experimenta cristalli islandici . Il y fait connaître la découverte fondamentale de la double réfraction dans le spath d'Islande, cette variété limpide et très transparente de calcite propre à cette île. Cette observation qui devait s'avérer d'une grande importance tant pour les théories sur la nature que pour le comportement optique des cristaux stimula chez l'auteur toute une série de déterminations destinées, d'une part, à reconnaître la nature du minéral et de l'autre, à mesurer les angles du cristal.Lorsque l'on frotte des cristaux comme l'ambre avec un tissu, on constate qu'ils attirent des corps légers. Mis en présence d'acide, il se produit une forte effervescence. Soumis à une importante élévation de la température, il se forme de la chaux vive. Les mesures angulaires ont donné 101° et 79° pour les faces rhombiques et 103°40' pour l'angle dièdre du rhomboèdre.
À ces données expérimentales s'est associée la fierté de constater que cet extraordinaire phénomène de la double réfraction avait été vérifié sur un minerai danois - même s'il ne s'agissait que d'une "colonie" - et non sur des cristaux d'une valeur supérieure comme les pierres précieuses, dont surtout le diamant. L'oeuvre du savant hollandais Christian Huygens (1629-1698) ne sera publiée qu'en 1728, à titre posthume. Celui-ci y exposait la théorie ondulatoire de la lumière. Il expliquait en particulier la double réfraction et le clivage aisé de la calcite en admettant qu'elle était constituée d'une juxtaposition de minuscules ellipsoïdes avec des axes dans un rapport de 1:8. L'Irlandais Robert Boyle (1627-1691), septième fils du comte de Cork, fut un autre grand personnage. Ses centres d'intérêt étaient nombreux ; il suffit de penser à la loi sur les gaz qui porte son nom. Rappelons également ses théories sur la couleur et la transparence des gemmes liées à leur genèse qu'il énonça en 1690 dans son ouvrage Medicina hydrostatica, ainsi que ses mesures systématiques de densité des minéraux : en posant l'eau = 1, il obtint 2 2/3 (contre 2,65) pour le quartz, 5,7 (et non 5,26) pour l'hématite, 4,6 (au lieu de 4,56) pour la magnésioferrite et 1,22 (contre 1,33) pour le jais. La minéralogie a une dette envers le Hollandais Anton Leewenhoeck (1632-1723) non seulement, comme pour toutes les autres sciences naturelles, pour son invention du microscope, mais également pour les observations qui réalisa sur des matériaux où il reconnut la forme cristalline, en particulier la craie. Il mesura les angles entre les plans de ces cristaux et trouva 112° et 68° en formulant l'hypothèse qu'ils étaient composés de tablettes infinitésimales. Mais surtout, il fut le premier - grâce à des procédés ingénieux destinés à exclure les influences externes - à vérifier l'expulsion d'eau, lors du réchauffement, des cristaux de chaux dans la proportion de 1/5 du poids (valeur théorique : 20,43%).
Nous devons également attribuer au XVIIe siècle les recherches du médecin italien Domenico Guglielmini (1655-1710), même si ses résultats ne furent publiés qu'en 1705 dans l'ouvrage De salibus puis dans celui, paru à titre posthume en 1719, Opera omnia. Il vérifia sur différents sels, du sel gemme au nitrate en passant par l'alun et le vitriol, la constance des formes propres à chaque système cristallin, et surtout la constance de leurs angles : "l'inclinaison des plans et des angles demeure néanmoins stable". Sa théorie, reprise un siècle plus tard par Haüy, sur les différents sels qui seraient composés de la juxtaposition de minuscules polyèdres de clivage est également importante. La première moitié du XVIIIe siècle ne connaîtra aucun progrès véritable par rapport au siècle précédent. Le fondateur de la classification systématique en botanique et en zoologie, Linné lui-même (Carl von Linné, latinisé en Linnaeus, 1707-1778), n'apportera aucune contribution à la minéralogie, d'autant que sa tentative d'unifier tous les produits naturels parle de procréation et de croissance végétative des minéraux, une hypothèse pourtant déjà réfutée au siècle précédent par Sténon. Nous pouvons cependant lui accorder le mérite de s'être intéressé à de nombreuses formes cristallines en réalisant des dessins précis et des modèles en bois. Il faudra attendre la seconde moitié du XVIIIe siècle, avec les premières déterminations chimiques et les mesures systématiques goniométriques (c'est-à-dire des angles), pour passer d'une minéralogie purement descriptive à une science quantitative, science qui arrivera, en progressant de manière constante, jusqu'à notre époque.