Les colorations et les formes variées des minéraux constituent une part importante de notre univers visuel, façonnant des surfaces continentales étendues et donnant la couleur caractéristique aux surfaces des planètes et satellites telluriques. Ils sont souvent utilisés comme analogues des pigments synthétiques, permettant d'en estimer la stabilité et la réactivité. La diversité des minéraux donne l'occasion d'aborder la plupart des processus de coloration habituellement rencontrés dans les matériaux inorganiques. Les minéraux à éclat métallique regroupent des métaux natifs, comme l'or ou l'argent, et surtout des sulfures, minéraux semi-conducteurs essentiellement utilisés comme minerais. On peut ainsi citer l'exemple de la pyrite, sulfure de fer que l'on peut rencontrer depuis les roches magmatiques jusqu'aux sédiments actuels.

Au voisinage de ces minéraux opaques, se retrouvent des minéraux semi-conducteurs semi-transparents, dans lesquels les longueurs d'onde les plus courtes seront absorbées, créant des pigments particulièrement efficaces : c'est par exemple le cas du vermillon, sulfure de mercure naturel (cinabre). Cependant, la plupart des minéraux rencontrés dans la nature sont des composés isolants, dont la coloration provient d'éléments de transition, constituants majeurs du minéral ou éléments mineurs en substitution dans la structure.

Les minéraux les plus purs sont ainsi naturellement incolores et sont souvent appréciés pour cette propriété : c'est le cas du quartz ou cristal de roche. Les éléments de transition absorbent la lumière dans des zones spécifiques du spectre visible, en relation avec le degré d'oxydation et le site occupé par les impuretés. Les éléments de la famille du fer sont les colorants les plus efficaces. Les couplages magnétiques entre les éléments de transition présents dans un minéral intensifient les processus d'absorption comme dans le cas des oxydes de fer, pigments efficaces des sols et des sédiments qui en dérivent, mais aussi colorants des matériaux de construction fabriqués à partir de ces matières premières.

Les transferts de charge entre oxygènes et cations de transition donnent naissance à des colorations très intenses en raison de leur caractère autorisé. De tels processus de transferts de charge sont également observés entre cations qui peuvent se trouver sous plusieurs degrés d'oxydation, indiquant une covalence étendue dans les liaisons chimiques. C'est le cas de la magnétite, minéral qui donne leur couleur noire aux basaltes.

Les dégâts d'irradiation sont également une cause importante de coloration, formés par la désintégration des radio-isotopes de courte durée de vie, généralement piégés pendant la croissance du minéral ce qui donne naissance à des zones de couleur. Ces centres ont une stabilité thermique limitée et leur nature chimique a été étudiée dans certains minéraux, comme le quartz ou la fluorine, montrant la présence de groupements moléculaires ou de défauts associés à des impuretés comme les terres rares, les éléments de transition (le fer dans le cas de l'améthyste). Enfin, les causes physiques de la coloration des minéraux donnent les propriétés spécifiques des perles (diffusion de lumière) ou des opales (diffraction par un empilement de particules de taille voisine de la longueur d'onde de la lumière visible).

Pour conclure, les processus de coloration ne dépendent pas de la nature cristalline d'un matériau (rôle des éléments de transition, transferts de charge, dégâts d'irradiation, processus physiques, opalescence). Les verres montrent les mêmes types de couleurs que les minéraux.

Des documents photographiques sont accessibles sur demande à la collection de minéralogie de l'Université Paris 6, Laboratoire de minéralogie-cristallograhie de Paris. Adresse du serveur : http://www.lmcp.jussieu.fr