Echelles de dureté

• Weinrich Minerals ^©
  Talc Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂ 1 10 0 5
• Weinrich Minerals ^©
  Gypsum Ca(SO₄)(H₂O)₂ 2 +1 30 +20 1 +1 15 +10
• Weinrich Minerals ^©
  Calcite Ca(CO₃) 3 +1 135 +105 9 +8 100 +85
• Weinrich Minerals ^©
  Fluorite CaF₂ 4 +1 160 +25 21 +12 150 +50
• Matteo CHINELLATO ^©
  Fluorapatite Ca₅(PO₄)₃F 5 +1 480 +320 48 +27 430 +280
• Weinrich Minerals ^©
  Orthoclase K(AlSi₃O₈) 6 +1 560 +80 72 +24 560 +130
• Quartz SiO₂ 7 +1 1100 +540 100 +28 820 +260
• Topaz Al₂SiO₄F₂ 8 +1 1500 +400 200 +100 1200 +380
• Corundum Al₂O₃ 9 +1 2000 +500 400 +200 2000 +800
• Diamond C 10 +1 10000 +8000 1400 +1000 7000 +5000

Qu'est-ce que la dureté relative ?

En minéralogie, la dureté ne signifie pas que le minéral est "solide" (qu'il ne casse pas si on le fait tomber), mais qu'il est résistant aux rayures.

Le principe de l'échelle de Mohs

Créée en 1812 par le minéralogiste allemand Friedrich Mohs, cette échelle classe 10 minéraux de référence du plus tendre (le plus facile à rayer) au plus dur (le plus difficile). C'est une échelle relative : le minéral de niveau 2 raye celui de niveau 1, le 3 raye le 2, et ainsi de suite.

Les 10 minéraux de référence

Voici la liste officielle à retenir (avec des objets du quotidien pour tester) :

1. Talc se raye avec l'ongle, toucher gras
2. Gypse se raye avec l'ongle
3. Calcite se raye avec une pièce en cuivre
4. Fluorite se raye facilement avec un couteau
5. Apatite se raye difficilement avec un couteau
6. Orthose raye le verre, se raye avec une lime en acier
7. Quartz raye le verre et l'acier
8. Topaze raye le quartz
9. Corindon raye presque tout sauf le diamant - ex: Saphir ou Rubis
10. Diamant le plus dur, ne peut être rayé que par un autre diamant

Différence entre Dureté et Ténacité ?

La confusion entre la Dureté et la Ténacité est l'erreur la plus commune.
La Dureté est la résistance à la rayure alors que la Ténacité est la résistance aux chocs.
Exemple :

• Le Diamant est le plus dur (indice 10), mais il est "fragile". Si vous tapez dessus avec un marteau, il volera en éclats.
• À l'inverse, le Jade est moins dur mais extrêmement tenace (difficile à briser).

Comment effectuer un test de dureté proprement ?

Pour identifier un minéral inconnu :

1. Choisissez une surface fraîche : Évitez les zones altérées ou sales.
2. Appliquez une pression ferme : Utilisez la pointe d'un minéral de référence ou d'un outil (pointe de dureté).
3. Vérifiez le résultat : Essuyez la "poussière" produite. Parfois, le minéral tendre laisse une trace de poudre sur le dur, ce qui peut ressembler à une rayure. Si la marque s'efface, il n'y a pas de rayure.
4. L'échelle de terrain (Outils courants) :
   • Ongle : ~2,2
   • Pièce de cuivre : ~3
   • Lame de couteau / Clou en acier : ~5,5
   • Verre : ~5,5
   • Lime en acier : ~6,5

Les limites de l'échelle de Mohs

L'échelle de Mohs est qualitative et non quantitative. L'écart entre chaque niveau n'est pas régulier. Par exemple, la différence de dureté entre le Corindon (9) et le Diamant (10) est bien plus grande qu'entre le Talc (1) et le Corindon (9) !

Qu'est-ce que la dureté absolue ?

Pour pallier le manque de précision de Mohs, les scientifiques utilisent la dureté absolue, mesurée au scléromètre, avec les échelles Rosiwal ou Knoop.
Exemple :

• Si le Quartz (7) a une valeur de 100, le Corindon (9) est à 400.
• Le Diamant (10), lui, bondit à 1500. Cela montre l'extraordinaire singularité du diamant dans le monde minéral.

L'anisotropie de la dureté

La dureté d'un minéral peut varier selon la direction de la rayure par rapport à ses axes cristallographiques. C'est ce qu'on appelle l'anisotropie.
Exemple :

• Le cas d'école : La Cyanite (Disthène). Sur un même cristal, sa dureté est de 4,5 dans le sens de la longueur des cristaux, et de 6,5 à 7 perpendiculairement.
• Même le diamant présente une légère anisotropie, ce qui permet aux diamantaires de le tailler en utilisant de la poudre de diamant orientée sur les axes les plus durs pour "attaquer" les faces plus tendres.

Relation entre structure atomique et dureté

La dureté dépend directement de trois facteurs :

1. La liaison chimique : Les liaisons covalentes (partage d'électrons, comme dans le diamant) sont beaucoup plus dures que les liaisons ioniques ou métalliques.
2. La densité atomique : Plus les atomes sont proches les uns des autres, plus le minéral est dur.
3. La valence : Des ions à charge élevée créent des liaisons plus fortes.

Pourquoi le test de Mohs est-il délaissé en laboratoire moderne ?

Bien qu'utile sur le terrain, il est jugé "destructeur". En gemmologie, on préfère utiliser l'indice de réfraction ou la spectroscopie pour identifier une pierre sans l'abîmer. Pour les mesures de précision en métallurgie ou minéralogie avancée, on utilise les tests de Vickers ou de Knoop, qui mesurent l'empreinte laissée par une pointe de diamant sous une charge précise examinée au microscope.

En résumé

• Pour le collectionneur (Mohs) : "Je peux tester ma pierre avec mon ongle ou mon couteau."
• Pour l'acheteur de bijoux (Rosiwal) : "Le diamant est 140 fois plus résistant à l'usure du temps que le saphir (corindon), même s'ils n'ont qu'un point d'écart sur Mohs."
• Pour le scientifique (Vickers / Knoop) : "J'ai besoin de chiffres précis pour certifier la pureté et la résistance structurelle de ce cristal."

Pour les métaux (Dureté par pénétration)

• Échelle Rockwell (HR) : C'est sans doute la plus utilisée dans l'industrie. Elle mesure la profondeur d'enfoncement d'un pénétrateur. Il existe plusieurs sous-échelles selon le matériau :
  • HRC : Pour les aciers durs (pénétrateur cône de diamant).
  • HRB : Pour les métaux plus mous comme le laiton ou l'aluminium (pénétrateur bille d'acier).
• Échelle Brinell (HB) : Utilise une bille d'acier ou de carbure. Elle est idéale pour les matériaux dont la structure n'est pas homogène (comme la fonte) car l'empreinte est large.
• Échelle Webster : Une pince portative utilisée spécifiquement pour tester rapidement la dureté des profilés d'aluminium sur les chantiers.

Pour les plastiques et élastomères

Les échelles de métaux ne sont pas adaptées aux matériaux "mous" ou élastiques.

• Échelle Shore (A, D, OO...) : Mesure la résistance à la pénétration d'un ressort.
  • Shore A : Pour les caoutchoucs souples et élastomères.
  • Shore D : Pour les plastiques rigides.
• Échelle Barcol : Utilisée principalement pour les matériaux composites (fibre de verre) et les plastiques très durs.

Pour le bois

Le bois étant un matériau fibreux, on utilise des tests spécifiques :

• Échelle Janka : La référence internationale. Elle mesure la force nécessaire pour enfoncer une bille d'acier de 11,28 mm à moitié dans le bois.
• Échelle Monnin (ou Chalais-Meudon) : Très utilisée en France et en Europe. Elle mesure la profondeur d'une empreinte laissée par un cylindre d'acier.

Pour les revêtements et peintures

Ici, on ne cherche pas à mesurer la structure profonde, mais la dureté de la surface ou du film.

• Échelles Persoz et König : On mesure le temps d'amortissement d'un pendule qui oscille sur la surface. Plus le pendule s'arrête vite, plus le revêtement est "mou".
• Dureté au crayon (Échelle de Wolf-Wilburn) : On utilise des crayons de dessin de différentes duretés (de 9B à 9H) pour voir lequel raye le vernis.
• Échelle Buchholz : Mesure la résistance à l'indentation des films de peinture.

Méthodes dynamiques (Rebond)

Ici, on ne cherche pas à mesurer la structure profonde, mais la dureté de la surface ou du film.

• Échelle Leeb (HL) : Utilisée pour les tests portables sur de grosses pièces. On projette une bille et on mesure la vitesse de rebond. Plus le matériau est dur, plus la bille rebondit vite.
• Scléroscope Shore : Une méthode ancienne où l'on mesure la hauteur de rebond d'un petit marteau à pointe de diamant.