L'échelle de Mohs fut inventée en 1812 par le minéralogiste allemand Friedrich Mohs afin de mesurer la dureté des minéraux. Elle est basée sur dix minéraux facilement disponibles.
Comme c'est une échelle ordinale, on doit procéder par comparaison (capacité de l'un à rayer l'autre) avec deux autres minéraux dont on connaît déjà la dureté. Cette échelle n'est ni linéaire ni logarithmique.
Les dix minéraux de l'échelle de Mohs
| Dureté | Minéral | Composition chimique | Structure cristalline |
|---|---|---|---|
| 1 | Talc, friable sous l'ongle | Mg3Si4O10(OH)2 | triclinique |
| 2 | Gypse, rayable avec l'ongle | CaSO4·2H2O | monoclinique |
| 3 | Calcite, rayable avec une pièce en cuivre | CaCO3 | rhomboédrique |
| 4 | Fluorine, rayable (facilement) avec un couteau | CaF2 | cubique |
| 5 | Apatite, rayable au couteau | Ca5(PO4)3(OH-, Cl-, F-) | hexagonale |
| 6 | Orthose, rayable à la lime, par le sable | KAlSi3O8 | monoclinique |
| 7 | Quartz, raye le verre | SiO2 | rhomboédrique |
| 8 | Topaze, rayable par le carbure de tungstène | Al2SiO4(OH-, F-)2 | orthorhombique |
| 9 | Corindon, rayable au carbure de silicium | Al2O3 | rhomboédrique |
| 10 | Diamant, rayable avec un autre diamant | C | cubique |
Dureté de quelques gemmes
| Dureté | Minéral |
|---|---|
| 2 | Ambre |
| 2,5-3,5 | Serpentine |
| 3 | Perle |
| 3-4 | Corail |
| 3,5-4 | Malachite |
| 4,5-5 | Larimar |
| 5-5,5 | Obsidienne |
| 5,5 | Brazilianite |
| 5-6 | Lapis-Lazuli |
| 5-6 | Turquoise |
| 5,5-6,5 | Opale |
| 6-6,5 | Feldspath (Amazonite, Hécatolite, Héliolite, Orthose) |
| 6-6,5 | Tanzanite |
| 6,5-7 | Spodumène (Hiddénite, Kunzite) |
| 6,5-7 | Péridot |
| 6,5-7 | Jade (Jadéite, Néphrite) |
| 6,5-7 | Quartz fibreux (Œil de faucon, Œil de taureau, Œil de tigre) |
| 6,5-7 | Quartz à inclusions (Aventurine) |
| 6,5-7 | Quartz Jaspe (Héliotrope, Jaspe léopard) |
| 6,5-7 | Quartz Calcédoine (Agate, Chrysoprase, Cornaline, Onyx, Sardoine) |
| 7 | Quartz (Améthyste, Amétrine, Citrine, Cristal de roche, Prasiolite, Quartz fumé, Quartz rose) |
| 6,5-7,5 | Zircon |
| 6,5-7,5 | Grenat |
| 7-7,5 | Tourmaline |
| 7,5-8 | Spinelle |
| 7,5-8 | Béryl (Aigue-Marine, Bixbite, Emeraude, Goshénite, Héliodore, Morganite) |
| 8 | Topaze |
| 8,5 | Chrysobéryl (Alexandrite, Chrysobéryl, Œil de chat) |
| 9 | Corindon (dont Rubis ou Saphir) |
| 9,5 | Moissanite |
| 10 | Diamant |
Quelques exemples
L'ongle a une dureté de 2,2 et raye donc le gypse mais pas la calcite.
Une lame de cuivre a une dureté autour de 3.
Le bronze d'un radiateur a une dureté aux alentours de 4.
L'acier normal a une dureté de 5,5, comme le verre de vitre.
L'acier trempé a une dureté de 6,4.
Le carbure de silicium, assez récemment découvert, est beaucoup plus dur que le corindon mais bien moins que le diamant. Sa dureté se situerait à 9,5.
Certains minéraux ont une dureté variable selon la surface ou la direction où s'exerce la pression. Ils sont anisotropes. L'exemple le plus frappant est celui du disthène, qui a une dureté de 8 dans une direction et de 4 dans une autre.
De nouveaux matériaux, plus durs que le diamant et qui pourraient bien le remplacer dans de nombreuses activités industrielles, sont en cours de développement : carbonitrure de bore cubique (c BC2N), des nitrures de carbone tridimensionnels (C3N4) ou encore les nanobaguettes de diamants agrégées (ADNR).
Échelles complémentaires
Il existe aussi une échelle comportant 15 classes, destinée à remédier au manque de régularité de l'échelle de Mohs. Il existe plusieurs échelles de dureté expérimentales dont les degrés sont déterminés expérimentalement par indentation (au moyen d'un poinçon de diamant de forme déterminée). On pourra citer par exemple l'échelle de Knoop, l'échelle de Brinell, l'échelle de Rockwell, etc. qui sont appliquées en fonction des matériaux étudiés. Il existe enfin des classifications absolues en fonction de paramètres physiques précis (module de compressibilité ou module de cisaillement).
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