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Calcite

forme de carbonate de calcium naturel la plus répandue
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La calcite est un minéral, pouvant être d'origine biochimique (biominéralisation), composé de carbonate de calcium de formule CaCO3, avec des traces de certains métaux de transition[notes 1], certains métaux alcalino-terreux[notes 2] et deux métaux post-transitionnels[notes 3]. L'abondance des cations autres que le calcium explique la richesse des variétés décrites pour ce minéral.

calcite
Catégorie V : carbonates et nitrates[1]
Image illustrative de l’article Calcite
Calcite – Bruniquel Tarn-et-Garonne – (8 x 6 (XX 2.5) cm)
Général
Nom IUPAC Carbonate de calcium
Numéro CAS 13397-26-7
Classe de Strunz
5.AB.05
Classe de Dana
14.1.1.1
Formule chimique CCaO3 CaCO3
Identification
Masse formulaire[2] 100,087 ± 0,006 uma
C 12 %, Ca 40,04 %, O 47,96 %,
Couleur incolore mais peut prendre de très nombreuses teintes claires suivant les impuretés.
Système cristallin Trigonal
Réseau de Bravais Rhomboédrique
Classe cristalline et groupe d'espace Ditrigonale-scalénoédrique
R3m (no 167)
Macle très nombreux types ont été décrits le plus commun sur {0112}.
Clivage sur {1011}
Cassure Spathique (en gradins) à conchoïdale
Habitus rhomboèdres, en prismes allongés, en tablettes très aplaties, ou en scalénoèdres divers souvent très modifiés.
Échelle de Mohs 3
Trait blanc à incolore
Éclat vitreux à nacré
Propriétés optiques
Indice de réfraction nω = 1,640 - 1,660
nε = 1,486
Biréfringence Uniaxe (-) δ = 0,1540-0,1740
Fluorescence ultraviolet dans l'orange, jaune, rose ou le bleu
Transparence Transparent, translucide à opaque.
Propriétés chimiques
Densité de 2,6 à 2,8
Fusibilité se désagrège autour de 800°c et fond autour de 1500°c
Solubilité Dans HCl à froid
Propriétés physiques
Magnétisme aucun
Radioactivité aucune
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
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Polymorphe de l’aragonite et de la vatérite, isostructurale avec la nitratine et l'otavite, la calcite forme une série continue avec la rhodochrosite. Elle est souvent présente dans les roches carbonatées, et dans une moindre mesure dans les roches métamorphiques et les météorites.

Découverte et étymologie

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Connue depuis l’antiquité, la calcite est abondamment décrite et analysée dès le XVIIe siècle, notamment de par les propriétés optiques curieuses du spath d'Islande : la biréfringence de ce cristal, découverte en 1669 par Rasmus Bartholin[3], sera étudiée par Christiaan Huygens (1678), Étienne Louis Malus (1810) et William Nicol (1828). Johann Carl Freiesleben (1774 – 1846) donne en 1836 à la calcite son nom de « chaux », originaire du grec khalx. C'est à partir de ses observations sur les clivages de la calcite (qu'il nommait chaux carbonatée) que René Just Haüy a introduit la notion de « molécule intégrante », plus tard remplacée par celle de maille cristalline, introduite par Gabriel Delafosse. Il passe à ce titre pour l'inventeur, avec Jean-Baptiste Romé de L'Isle, de la cristallographie (voir l'article cristal).

Gîtologie

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Constituant principal de nombreuses roches sédimentaires (calcaires et marnes), c'est un des carbonates les plus abondants. La calcite peut se former à la suite de processus géochimiques de nature inorganique ou biotique lorsque les solutions deviennent sursaturées en bicarbonate de calcium :

Cristallographie

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Calcite, unité cellulaire

La calcite cristallise dans le système cristallin trigonal à réseau rhomboédrique[4] et dans une palette infinie de cristaux. La maille primitive est un rhomboèdre aigu, contenant deux unités formulaires de CaCO3 dont les caractéristiques sont :

  • longueur de l'arête : 6,36 Å
  • angle entre les axes : 46°6'
  • distance entre 2 plans identiques et parallèles à la face de clivage : 3,03 Å
  • volume d'une unité formulaire du cristal : 60,75 Å3

Groupe de la calcite

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Calcite annotée avec autographe du minéralogiste et cristallographe italo-belge Giuseppe Raimondo de Cesàro – Rhisnes, province de Namur, Belgique.

Le groupe de la calcite est composé de minéraux de formule générale ACO3, où «A» peut être un ou plusieurs ions métalliques (+2) tout particulièrement le calcium, le magnésium, le fer, le manganèse, le zinc, le cadmium, le cobalt et le nickel. La symétrie des membres de ce groupe est trigonale.

Synonymie

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Il existe de très nombreux synonymes pour ce minéral[5] :

Propriétés

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Propriétés mécaniques

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La calcite pure est incolore et blanchâtre. Sa masse volumique est de 2,71 g/cm3. Elle est classée de dureté 3 dans l'échelle de Mohs. Sa solubilité dans l'eau pure est de l'ordre de 15 à 20 mg/l. Sa capacité thermique molaire est de l'ordre de 81,8 J mol−1 K−1 (19,57 cal mol−1 °C−1) à 25 °C .

Propriétés chimiques

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La calcite, sous ses formes issues de l'industrie extractive (calcaire, carbonate de calcium) a de très grandes applications industrielles : dans la construction (ciment, chaux, pierres d’ornement...), comme fondant dans la verrerie et dans la métallurgie; elle sert de matière première pour l'industrie chimique, pour la fabrication d'engrais et pour beaucoup d'autres usages.

 
Coupe verticale dans un dépôt de type sebkha de l'Hettangien du chaînon de Saint-Chinian. Dans le rectangle central, l'attaque par HCl permet de différentier la calcite de la dolomite et de constater qu'il y a eu un phénomène de pseudomorphose : remplacement des cristaux et micronodules de sulfate de calcium par de la calcite.

La calcite fait effervescence à l'acide chlorhydrique dilué à froid selon une réaction qui donne des sels de calcium, de l'eau et du dioxyde de carbone, qui est à la pression atmosphérique et à température ambiante, gazeux et volatil[13] :

 

De par sa sa facilité, sa rapidité, et son très faible coût, cette réaction à l'HCL constitue un test de base en pétrologie et minéralogie.

Propriétés optiques

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La calcite est un cristal biréfringent. Les nicols, spaths sciés en deux et recollés avec du baume du Canada, ont longtemps constitué les seuls filtres polariseurs à disposition des physiciens et des minéralogistes.

La calcite pure est incolore ou blanche. La présence de cations autres que le calcium, et notamment de métaux de transition, lui donne une coloration allochromatique jaune, orange, rouge, vert, bleu, brun, gris. Elle peut, selon les impuretés qu'elle contient, présenter les phénomènes de fluorescence, phosphorescence, thermoluminescence, triboluminescence.

  •  
    Calcite – Mine de Batere, Pyrénées-Orientales, France (8 × 6 cm) A: Lumière du jour, B: Ultraviolet
  •  
    Calcite – Sud Maroc – (5,9 cm) A: Lumière du jour, B: Ultraviolet
  •  
    Biréfringence de la calcite.

Luminescence : Mn2+ active tandis que Fe2+ supprime la cathodoluminescence de la calcite.

La calcite est un minéral au clivage net. Elle est incolore ou faiblement colorée en brun en lumière polarisée non analysée (ou lumière dite « naturelle ») avec des irisations au niveau des clivages. Elle possède un pléochroïsme de relief très marqué. En lumière polarisée analysée, la calcite polarise dans les teintes pastel d'ordre trois, principalement dans des couleurs rose et verte. Cette propriété pourrait être à la base de la pierre de soleil, qui aurait permis aux navigateurs danois de s'orienter sans boussole[14].

Galerie France

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  •  
    Calcite Malce polysynthètique - Mine de Batère Pyrénées-Orientales (17 × 13 cm)
  •  
    Calcite sur dolomite - Mine de Talc de Trimouns, Luzenac, Ariège (XX1.5cm)
  •  
    Calcite macle - Fillols Pyrénées-Orientales - (7 × 5,2 cm)
  •  
    Calcite - Gave de Pau, Pyrénées-Atlantique - (XX 3.5 cm)
  •  
    Calcite et sidérite Peyrebrune Tarn (11 × 7 cm)
  •  
    Calcite macle sur {001} - Moux Aude (XX5.1x3.2cm)

Variétés et mélanges

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Variétés

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  • anthraconite, (synonyme : anthracolite, antrakonite) variété bitumineuse de calcite, trouvée essentiellement à Brodten, Travemünde, Lübeck, Schleswig-Holstein, Allemagne[15].
  • argentine, variété lamellaire au lustre argenté, trouvée dans des nombreuses occurrences aux États-Unis[16].
  • baricalcite (synonyme néotype[17]), de formule (Ca, Ba)CO3, est une variété de calcite riche en baryum[18].
  • bruyérite (Tacnet 1956)[19], calcite noire concrétionnée.
  • capreite, variété de calcite décrite par le minéralogiste italien Bellini (1921)[20].
  • cobaltocalcite, variété cobaltifère de calcite de formule (Ca, Co)CO3. Décrite unitalement à Vallone stope, Cape Calamita Mine (Calamita Mine), Capoliveri, Île d'Elbe, Toscane, Italie par le minéralogiste italien Millosevich en 1910[21]. Il existe de nombreuses occurrences dans le monde, Espagne, Italie, Maroc, Zaire...mais aussi en France : Beyrède-Jumet, Vallée d'Aure, Hautes-Pyrénées[22]
  • calcite colloïdale variété de calcite rencontrée dans les tests de foraminifères, qui trouve un intérêt nouveau grâce aux nanotechnologies[23].
  • calcite optique ou spath d'Islande, variété de calcite transparente présentant une forme de biréfringence, la double réfraction.
  • ferrocalcite (synonyme de ferroan calcite des anglo-saxons), calcite ferrugineuse de formule 2[(Ca, Fe)Co3]. Plusieurs occurrences mondiales, Australie, Brésil Chine, Italie, États-Unis mais également très bien représentée en France en Auvergne par plus de 30 gisements[24].
  • hématoconite, (synonyme Haematoconite) variété rouge vif de calcite colorée par des inclusions microscopiques d'hématite, décrite par Johann Friedrich Ludwig Hausmann[25].
  • hislopite Haughton (1859), variété vert vif de calcite, dédiée au missionnaire écossais Stephen Hislop (1816-1873)[26].
  • lublinite, variété de calcite efflorescente, souple, avec une consistance fibreuse, et généralement humide. Décrite par le minéralogiste et pétrographe polonais Józef Marian Morozewicz (1865-1941) en 1907. Le nom dérive de la localité type : Lublin en Pologne[27]. Elle est connue en Autriche, en Hongrie et en France notamment dans l'Ain et la Drôme[28].
Synonymes de lublinite
  • manganocalcite, variété manganésifère de calcite de formule (Ca, Mn)CO3. Décrite initialement à Banská Štiavnica (Selmecbánya; Schemnitz), Štiavnica, Banská Bystrica, Slovaquie. Elle a de très nombreuses occurrences dans le monde notamment en France : Carrière du Rivet, Peyrebrune, Réalmont, Tarn[29].
Synonymes de manganocalcite
  • Mg-rich calcite ou "magnesian calcite" (en anglais), variété riche en magnésium, qui est différente de la dolomite dont un des synonymes est magnésio-calcite. La formule est pour cette variété : (Ca, Mg)CO3. Elle se rencontre aux Bahamas, en Italie, en Chine, au Canada, et aux États-Unis aux Kansas dans une météorite (Leoville CV3 meteorite)[32].
  • patagosite, variété de calcite trouvée dans certains fossiles décrite par le minéralogiste et géologue français Stanislas Meunier en 1917. La patagosite à la propriété d’émettre une « explosion bruyante » si elle est chauffée au rouge dans un tube à essai. Le nom dérive de la racine grecque "Patagos"[33].
  • pelagosite, variété de calcite trouvée dans l'ile de Pelagosa en Dalmatie, Croatie, se présentant comme un enduit sombre sur la dolomite, probable réaction à l'eau de mer.
  • plombocalcite (synonyme :plumboan calcite), variété de calcite riche en plomb de formule (Ca, Pb)CO3. Décrite par Johnston en 1829[34]. Elle se rencontre en Autriche et en Namibie.
  • prasochrome, variété de calcite riche en oxyde de chrome trouvé dans les filons d'altération de la chromite. Décrite par A.H. Chester en 1896[35]. Le nom dérive de la racine grecque "poireau" par référence à sa couleur.
  • prunnerite, encroutement de calcite violette ressemblant à la calcédoine, décrite par Esmark en 1830. Trouvée associé à l’apophyllite dans l’ile Heostoe, (îles Féroé) et dédié au naturaliste Prunner de Cagliari (Sardaigne Italie)[36]
  • strontianocalcite, variété de calcite strontianifère de formule (Ca, Sr)CO3. Décrite par Genth en 1852[37]. Trouvée dans de nombreuses localités, en Autriche, Chine, Espagne, Maroc.
synonymie pour strontianocalcite
    • strontian calcite
    • stronticalcite
  • zincocalcite, variété de calcite zincifère de formule (Ca, Zn)CO3, décrite par Edward Salisbury Dana en 1892[18].

Mélange

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  • magnocalcite (synonyme de dolomitic-calcite des anglo-saxons), mélange de calcite et de dolomite[38].

Les pseudomorphoses

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Glendonite : calcite en pseudomorphose de glaubérite - Camp Verde (Comté de Yavapai, dans l'Arizona ;7 × 4,2 cm).

Il existe plusieurs types de pseudomorphoses de divers minéraux en calcite. Les plus connues se déclinent sous le nom de glendonite David and Taylor (1905)[39]. Ce terme mal attribué désigne des pseudomorphoses, souvent en plusieurs générations, de différents minéraux dont l'ikaïte, la thénantite[40] ou la glaubérite[41]. L’étymologie dérive du topotype : Glendon, New South Wales, Australie.

Il existe plusieurs termes qui peuvent être considérés comme synonymes :

  • fundylite - de la localité "Bay of Fundy", au Canada
  • jarrowite - de la localité de Jarrow, Royaume-unit. Browell (1860)[42]
  • gennoishi - trouvé dans la région de Niigata, au Japon
  • gersternkorner - de l'allemand "Gerste" qui désigne l'orge.
  • Molekryds - trouvé à "Mors Island", Danemark
  • pseudogaylussite - par allusion à sa ressemblance morphologique avec la gaylussite
  • pyramidite - de la localité Pyramid Bay, Amérique du Nord.
  • thinolite - Sud-Ouest des États-Unis - [du grec antique, thinos=rivage]- King (1878)[43]

Gisements remarquables

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En France :

Galerie stéréoscopique

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Notes

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  1. ↑ V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni,Cu, Zn, et Mo
  2. ↑ Mg, Sr et Ba
  3. ↑ Pb et Al

Références

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  1. ↑ La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.
  2. ↑ Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. ↑ Experimenta crystalli islandici disdiaclastici quibus mira et insolita refractio detegitur, Copenhague 1669.
  4. ↑ La classification qui veut la calcite dans un « système cristallin rhomboédrique » est erronée, le terme « rhomboédrique » concernant le réseau et non pas le système cristallin. Voir Une transition de phase « géographique » : l'étrange cas du quartz.
  5. ↑ « Index alphabétique de nomenclature minéralogique » BRGM
  6. ↑ An index of mineral species & varieties, 1955
  7. ↑ Robert Jameson 1832, The Edinburgh encyclopaedia - Volume 13 - Page 520
  8. ↑ Haüy, R.J. (1801) Traité de minéralogie. 1re édition: en 4 volumes avec atlas in fol.;(1801), Paris: 1: 23.
  9. ↑ Dictionnaire des sciences naturelles, par Andrée Jean François Marie Brochant de Villers, Alexandre Brongniart, Frédéric Georges Cuvier, Paris, 1821
  10. ↑ Huygens est sans doute le premier à utiliser cette expression puisqu'il la justifie au début du chapitre 5 de son « Traité de la Lumière », en convenant de son caractère arbitraire.
  11. ↑ Le terme de spath d'Islande apparaît à la p. 75 (article III) de l’Essai d'une théorie sur la structure des crystaux (1784) de René-Just Haüy.
  12. ↑ Cours de minéralogie, par Albert Auguste Cochon de Lapparent, p. 503, 1890
  13. ↑ Jean-François Beaux, Bernard Platevoet, Jean-François Fogelgesang, Atlas de pétrologie, Dunod, , p. 57
  14. ↑ Des physiciens percent le secret des Vikings
  15. ↑ Ref/A. Wittern: "Mineralfundorte in Deutschland", Schweizerbart (Stuttgart), 2001
  16. ↑ Ref/Kirwan, R. (1794) Elements of Mineralogy, second edition: 1: 104.
  17. ↑ Cours de minéralogie Par Albert Auguste Cochon de Lapparent Tome 4 P739 1908
  18. ↑ a et b Edward Salisbury Dana (1892) The System of Mineralogy of James Dwight Dana, 1837–1868, John Wiley & Sons, New York (NY), 6e éd., 1134 p., p. 269
  19. ↑ Guy Tacnet, « La « Bruyérite » », in Revue, Fédération française des sociétés d’histoire naturelle, n°5, 1956, p. 121–127
  20. ↑ Bellini (1921) Società geologica italiana, Rome, Bollettino: 40: 228.
  21. ↑ Millosevich (1910) Rendus, Reale accademia nazionale dei Lincei, Rome: 19: 92.
  22. ↑ - Gourault, C. (1998). "Indice de Beyrède-Jumet (Hautes-Pyrénées)." Le Cahier des Micromonteurs,(2),pp:5-9.
  23. ↑ Processus de cristallisation de plaquettes rhomboédriques à la surface d'un test porcelané de foraminifère actuel. Jean-Pierre Debenay & All...
  24. ↑ Roland Pierrot, Paul Picot, Jean-Jacques Périchaud, Inventaire minéralogique de la France n°1 - Cantal, BRGM et Éditions G. de Bussac, 1971
  25. ↑ Manuel de minéralogie, Volume 2 Par Alfred Des Cloizeaux 1874
  26. ↑ Haughton (1859) Philosophical Magazine and Journal of Science: 17: 16.
  27. ↑ Morozewicz (1907) Kosmos: 32: 487.
  28. ↑ G. Demarcq, 1973, "Guides Géologiques Régionaux : Lyonnais, Vallée du Rhône" , p. 62, Masson.
  29. ↑ Le Cahier des Micromonteurs 2004(4), 13-18
  30. ↑ /Shepard (1865) American Journal of Science: 39: 175
  31. ↑ Breithaupt (1858) Berg.- und hüttenmännisches Zeitung, Freiberg, Leipzig (merged into Glückauf): 17: 53.
  32. ↑ Meteoritics & Planetary Science 40, Nr 4, 1–crossref to last page (2005)
  33. ↑ Bulletin du Muséum national d'histoire naturelle vol. 23 P.210- 1917
  34. ↑ Johnston (1829) Edinburgh Philosophical Journal, Edinburgh: 6: 79.
  35. ↑ A.H.Chester (1896) Dict. Names Min., p.217
  36. ↑ Esmark (1830) Neues Jahrbuch für Mineralogie, Geologie und Paleontologie, Heidelberg, Stuttgart: 71.
  37. ↑ Genth (1852) Proceedings of the Academy of Science, Philadelphia: 6: 114.
  38. ↑ (en) Charles Palache, Harry Berman et Clifford Frondel, The System of Mineralogy of James Dwight Dana and Edward Salisbury Dana, Yale University 1837–1892, vol. II : Halides, Nitrates, Borates, Carbonates, Sulfates, Phosphates, Arsenates, Tungstates, Molybdates, etc., New York (NY), John Wiley & Sons, , 7e éd., 1124 p., p. 154
  39. ↑ Records of the Geological Survey of New South Wales: 8, 161.
  40. ↑ Glendonite — Indikatoren des polarmarinen Ablagerungsmilieus, International Journal of Earth Sciences, Volume 70, Number 2 / juin 1981
  41. ↑ « Index alphabétique de nomenclature minéralogique » BRGM P.138
  42. ↑ Browell (1860) Tyneside Naturalists Field Club, V, 103-4.
  43. ↑ King (1878 USGS Report Geol. 40th Parallel: 1: 508.
  44. ↑ Berbain, C., Favreau, G. & Aymar, J. (2005): Mines et Minéraux des Pyrénées-Orientales et des Corbières. Association Française de Microminéralogie Ed., 39-44.
  45. ↑ Didier Descouens, P. Gatel, « Le Gisement de talc de Trimouns », in Monde et minéraux, n°78, avril 1987, p. 4-9

Voir aussi

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