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1 Caractéristiques les plus marquantes.


A. Système cristallin cubique à faces centrées

                                                                                    

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

. cube: a = b = c
  α = β = γ = 90°
. Les trois axes du dièdre de référence sont orthogonaux, les uns par rapport aux autres; les arêtes de la maille sont toutes égales.
. La FLUORITE de formule CaF2, où pour chaque atome de Ca, il existe 2 atomes de F, a une structure " cubique".
. Les ions Ca2+ occupent les sommets et les centres des faces d'un cube de 5,45Ä de côté.
  chaque ion Ca2+ est relié à 8 ions F- (disposés comme les sommets d'un cube).
  chaque ion F- est entouré de 4 ions Ca2+ (qui occupent les sommets d'un tétraèdre).
. La maille élémentaire contient 4 ions Ca2+ et 8 ions F-.
. Le Ca peut être substitué partiellement par yttrium et/ou par des lanthanides (cérium, europium,...) ou "terres rares" (voir annexe).
  L'introduction des terres rares peut parfois être assez conséquente dans des FLUORITES d'origine pegmatites granitiques.

                                          

                                                                                             fluorite verte  Hunan  China

                                                                                                                                                                              

Les cubes de FLUORITE peuvent présenter des faces à croissance plus rapide que les autres d'où une morphologie spéciale de certains cubes!

 

                                          

                                                                               fluorite verte "recristallisée"  Hunan  China

 

 

B. Forme des cristaux (principalement hexaèdres et octaèdres)

- hexaèdres

                                             

                                        

 

 

 

 

                                                      

 

 

 

 

 

  - correspond à un cube formé de 6 faces carrées. Les angles entre les faces font 90°.
  - cristaux le plus souvent libres.
  - automorphes (minéral se présentant sous la forme d'un cristal parfait, ou au moins limité par des faces cristallines planes).
  - faces habituellement brillantes.
  - développement classique à basse température (BT).
  - présence d'europium (lanthanide).

                                          

                                                                           fluorite violette + blende (sphalérite ZnS)   Tennessee

 

- octaèdres

                                                                    

          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  - constitué de 8 faces triangulaires équilatérales, chacune intersectant les 3 axes cristallographiques à égales distances.
  - souvent maclés.
  - faces toujours ternes.
  - développement à haute température (HT); fentes alpines, pneumatolytiques, pegmatites.
  - absence d'europium.

                                          

                                                                                   fluorite violet vert octaèdrique  China

 

On observe chez certains cristaux, par transparence ou fluorescence, un coeur octaèdrique et une enveloppe externe hexaèdrique.
Cela s'explique par un refroidissement de la solution mère lors de la cristallisation.

 

                                          

                                                                                         fluorite violette à âme  Asturies  Espagne

 

- macles

. selon 2 hexaèdres: interpénétrations fréquentes.
. par accolement (individus cubiques ou octaédriques).
. interpénétrations de cristaux ayant généralement eu des vitesses de croissance différentes.

                                           

                                   

                                                                          fluorite verte " recristallisée" maclée   Hunan  China

 

- dodécaèdriques

12 faces; exceptionnel.

 

- pseudomorphoses

Lorsque le quartz SiO2 est associé à FLUORITE, celle ci tend à disparaître et laisse des empreintes en creux dans le quartz!
La FLUORITE est très souvent pseudomorphosée en quartz, calcédoine, mois fréquemment en minéraux argileux ou oxydes de fer ou Mn.

De nombreux cristaux sont constitués d'une combinaison de 2 ou 3 formes, plus rarement de 4, 5 ou 6 formes.

Rappel de quelques formes engendrées dans le monde minéral:
- hexaèdre, octaèdre, dodécaèdre (vues plus haut).
- rhombododécaèdre ou 12 faces rhombiques (losangiques).
- tétrahexaèdre ou 24 faces triangulaires isocèles.
- tétragonotrioctaèdre ou 24 faces losangiques.
- hexaoctaèdre ou 48 faces triangulaires.

La FLUORITE peut avoir des inclusions solides ou fluides.
- solides comme pyrite FeS2, chalcopyrite CuFeS2, galène PbS, blende ZnFeS, déposées en surface lors de la croissance du cristal.
- fluides: gaz, eau ou liquides organiques, piégés dans la masse.

 

                                          

                                                                   fluorite bleue blanche + pyrite + quartz  Le Burg  Tarn

 

C. Couleur

- mystères des centres colorés

  . La couleur de la FLUORITE est fonction d'états d'excitation électronique associés à des imperfections atomiques!
    Ces différents défauts dans la structure du cristal sont créés par une irradiation naturelle comme la radioactrivité par exemple
    ou par une irradiation artificielle: rayons x. Le résultat est l'apparition de "lacunes" ou ions manquants, ou bien des
    "interstitiels" ou ions additionnels.

  . Dans le fluorure de calcium CaF2 pour que l'ensemble soit électriquement neutre 1 ion Ca2+ est accompagné de 2 ions F-.
    Si un ion F- n'occupe pas la place qu'il devrait tenir (cette lacune peut se produire pendant la croissance du cristal ou sous
    l'effet d'une radiation très énergétique) et à fin de respecter l'électroneutralité de l'ensemble, un "électron libre" vient
    remplacer le F- manquant ► un nouveau centre est créé, c'est le centre F (vient de Farbe = couleur).
    Cet électron peut atteindre certains états excités sous l'effet d'une longueur d'onde (dans le visible ou dans l'ultraviolet).
    Il peut absorber de l'énergie et la réémettre!   
    La couleur du cristal et sa fluorescence seront fonction de son état d'excitation.
    Si la FLUORITE est pure, elle est incolore et transparente.

  . La destruction par la chaleur des centres colorés, en laboratoire, entraîne une perte de couleur irréversible.

  . En plus des centres F, il existe un grand nombre de centres colorés dont les:
    - centres V (association d'une lacune d'ion + et d'un trou positif).
    - centres H (association d'un ion interstitiel et d'un trou positif).
    - centres Z (association d'un ion étranger de valeur différente avec un électron).voir annexe2
      Fluorine et autres halogénures de F.Cesbron.....

 

- causes de la coloration

  . A chaque couleur de l'arc en ciel correspond une longueur d'onde spécifique ►du violet (onde courte) en passant par indigo,
    bleu, vert, jaune,orange, rouge (onde longue).
    La FLUORITE présente une palette de couleurs très variée, couvrant tout le spectre de l'arc en ciel! il suffit de voir:
    incolore, blanc, gris, violet, pourpre, bleu, bleu ciel, bleu vert, bleu violet, vert, jaune, orange, rouge, rose, brun, noir.

    Les causes des couleurs sont complexes:
    - irrégularités dans la structure cristalline
    - présence d'inclusions radioactives
    - présence de matières organiques
    - substitution dans le réseau cristallin

  . La FLUORITE incorpore facilement des impuretés de type cation ou ion + (terres rares).
    Dans la FLUORITE, le problème de la coloration n'est pas simple, car différentes terres rares peuvent être présentes
    simultanément, tandis qu'il existe aussi de nombreux défauts: lacunes d'ions, ion F- en position interstitielle, ions OH- ou O2-
    en remplacement d'ions F- etc...

  . Le centre F de la FLUORITE est un électron e piégé lors d'une irradiation dans un site laissé vacant par le départ d'in ion Cl-
    ou F- et provenant d'un défaut ou d'une impureté, en laissant derrière lui un trou positif.
    Cet électron possède différents niveaux d'énergie possibles.
    Lors d'un chauffage ultérieur (apport d'énergie important) cet électron
e va quitter ce centre F instable, pour se fixer à nouveau sur
    un trou +.
    La coloration va disparaître. On observe aussi des associations de centres F.

  . D'après F.Cesbron certaines couleurs sont thermiquement stables, d'autres sont thermiquement instables.

 

- explications de colorations par quelques exemples

  . couleurs mauve-violette à violet foncé
    dues à la présence de colloïdes de calcium dispersés dans le cristal et formés à la suite d'une irradiation.
    Dans le cas d'antozonite, FLUORITE violet foncé presque noir, et typique des gisements d'uranium, il se dégage, lorsqu'elle
    est fracturée, une odeur caractéristique d'ozone O3, le fluor F libéré réagissant avec l'air humide pour donner O3 et HF
    selon la réaction  F2 + O2 + OH2 ► 2HF + O3.
    L'antozonite est toujours associée à des minerais radioactifs.

 

                                         

                                                                               fluorite violet noir  antozonite  Espagne

 

  . couleur bleue
    La présence de colloïdes de Ca de grande taille peut donner une coloration bleue intense; il existe également une autre cause.
    dans la FLUORITE bleue clair, par exemple, c'est la présence de centres colorés F créés par irradiation et ce d'autant plus
    facilement que des impuretés comme O2- et OH-, ainsi que des défauts structuraux sont présents dans la structure car ils
    sont susceptibles de fournir des électrons.
    Ces centres F sont associés à des ions voisins Y3+ remplaçants des ions Ca2+.
    La couleur bleue clair peut s'affadir par exposition à la lumière solaire.
    Si on décolore, par chauffage, la FLUORITE bleue de Valzergues (Aveyron), il est possible de lui redonner sa couleur
    par irradiation (rayons X ou γ).

 

                                          

                                                                             fluorite bleu clair + quartz   Le Burg  Tarn

 

  . couleur verte
    La couleur verte est due à la présence d'ions samarium Sm2+. Le samarium, habituellement sous la forme Sm3+
    ne donne aucune coloration, mais s'il est réduit en Sm2+ sous l'influence d'une irradiation, il donne la couleur verte!
    Le chauffage provoque l'oxydation de Sm2+ en Sm3+ et la disparition de cette coloration fréquente dans les FLUORITES
    d'origine hydrothermale.

 

                                          

                                                                                           fluorite vert clair   Hunan   China

 

  . couleur rose
    due à la présence d'un centre coloré + un complexe YO2 associant un ion Y3 et un ion moléculaire O3-.
                                                                                                                                                     2
    Par chauffage, est dissocié en 2 ions normaux O2- et disparition de la couleur.

 

                                          

                                                                                               fluorite rose  Durango   Mexique

 

  . couleur jaune
    due à la présence d'un centre coloré (ion moléculaire O3- remplaçant 2 ions F- voisins).
    L'oxygène peut être facilement introduit dans les cristaux pendant le processus de croissance hydrothermal.
    Cette couleur reste actuellement, impossible à obtenir artificiellement.

 

                                          

                                                                          fluorite jaune miel  Arbouet  Pyrénées Atlantique

 

  . La coloration est synchrone de la cristallisation; il peut y avoir des arrêts et des reprises de croissance successifs avec
    des couches d'impuretés (comme yttrium par exemple) incorporées pendant la croissance du minéral et qui entraînent
    une destruction locale de la perfection du réseau cristallin.
    ex: succession de couleurs dans un même cristal blanc-vert...

 

                                          

                                                                                      fluorite blanc vert   Var  France

 

  . Il peut y avoir une couleur empruntée ou alochromatique. Cela résulte de la présence d'atomes d'un élément dont le minéral contient des
    traces ou bien, d'un centre coloré produit par un défaut dans la structure cristalline sans mélange d'autres éléments.
    ex: FLUORITE mauve-violette

 

                                          

                                                                            fluorite mauve violet clair   Pyrénées Atlantique

 

  . Lorsqu'elle est exposée à la lumière et aux intempéries, la FLUORITE a tendance à perdre facilement sa couleur.

 

D. Lumière

    - La FLUORITE est transparente à translucide, c'est à dire laisse passer la lumière ou une lumière affaiblie.
    - La FLUORITE a un éclat vitreux; l'éclat est la propriété du minéral à réfléchir la lumière; celui de la FLUORITE
      rappelle le verre. Il ne dépend pas de la couleur.
    - La FLUORITE est fréquemment associée au quartz SiO2 (lumière).
    - La FLUORITE est optiquement isotrope; quelque soit la direction de la propagation des rayons lumineux, l'indice de
      réfraction est constant et inférieur à celui du verre.
      L'indice de réfraction varie avec la couleur des minéraux:
      - indice faible = déficience en F
      - indice fort = excès de Ca

    - La luminescence est la transformation de certaines espèces d'énergies (mécanique, chimique, thermique, rayons invisibles)
      en énergie lumineuse. C'est une lumière froide.
    - On parle de fluorescence lorsque la luminescence est obtenue lors d'une exposition à la lumière UV.
      Les causes résident dans certains dérangements du réseau cristallin (impuretés, défauts..).
    - La FLUORITE est souvent fluorescente et peut être fortement "fluo". Elle peut présenter une fluorescence bleue
      dans le visible, due à des traces d'ion europium.
      Généralement fluorescence bleue ou violette sous l'action des UV.
      Une impureté peut rendre un minéral fluorescent même s'il ne l'est pas naturellement.
    - La FLUORITE peut être phosphorescente après chauffage ou une exposition au soleil ou aux UV.
    - La triboluminescence est une luminescence obtenue par frottement (fluorite, blende).
    - La thermoluminescence est une luminescence qui se produit quand les minéraux sont chauffés. Vert pour la FLUORITE.
    - La photoluminescence est une luminescence obtenue quand on éclaire un minéral ou lorsqu'on le soumet à des
      rayons invisibles.

      Autres minéraux fluorescents: schelite CaWO4, willémite Zn2SiO4, calcite CaCO3, eucryptite, scapolite, diamant, opale,
      autunite, aragonite, barytine, calcédoine, gypse, talc....

 

 

2 Autres caractéristiques.

- Paragenèse

  De nombreux minéraux peuvent se retrouver en associations particulières que l'on appelle paragenèses, à cause de
  processus génétiques semblables.
  Certains minéraux s'excluent mutuellement ex: sel gemme et feldspaths. Connaître les paragenèses est précieux pour
  identifier les minéraux.
  La FLUORITE, la barytine et la galène sont très souvent associées dans certaines roches.

  - dans gîtes filoniens (hydrothermaux).
    PbS (galène), BaSO4 (barytine), BaCO3 (withérite), ZnS (sphalérite), FeS2 (pyrite), SiO2 (quartz), CuFeS2 (chalcopyrite).

  - dans gîtes pegmatitiques.
    Ca5[F (PO4)3] (apatite), SnO2 (cassitérite), (Na,Li,Ca)(Fe2,Mg,Mn,Al)3Al6[OH4 (BO3)3Si6O18] (tourmaline).

  - dans gîtes sédimentaires
    CaCO2 (calcite), CaMG(CO3)2 (dolomite).

- Gisement

  France: Puy de dôme, Aveyron, Tarn, Haut Rhin, Alpes...
  Haut Palatinat, Harz, Saxe...
  Mexique, Chine, Illinois, Suisse, Cornouailles, Kola (Russie), Mongolie, Australie, Bulgarie, Asturies (Espagne), Italie,
  Canada...

- Propriétés générales: résumé

  . La teneur en fluor, dans l'écorce terrestre, est de 0,06 à 0,07% ou 600g/tonne!
    Dans les eaux des océans, elle est beaucoup plus faible.
  . Densité: assez lourde, de 3,1 à 3,6 (lorsque la teneur en terres rares est élevée).
  . Dureté: 4; on peut la rayer avec une lame; fragile; > à celle de la calcite (3).
    La dureté est de 4 sur les faces de l'exaèdre et > à 4 sur les faces d'un octaèdre.
    Rappel de l'échelle des duretés: 1►talc, 2►gypse, 3►calcite, 4►fluorite, 5►apatite, 6►orthose, 7►quartz, 8►topaze,
                                                       9►corindon, 10►diamant
  . La FLUORITE se dissout assez facilement (utilisée comme fondant dans l'industrie métallurgique) voir chapître suivant.
  . Clivage parfait selon l'octaèdre
  . A froid, insensible aux acides.
  . Chauffée, peut se décolorer et devient thermoluminescente.
  . Soluble dans H2SO4 ►HF qui attaque le verre.
  . Parfois inclusions liquides hautement salines (Valzergues).
  . La FLUORITE incorpore facilement, pendant sa croissance, des impuretés de type cation (ion+) ex: terres rares.
    Autres éléments présents sous forme d'impuretés ou inclusions: Al,Ag,Ar, N,Ba,Be,C,Cl,Cr,Cu,He,Fe,Li,Mg,Mn,O2,P,
    Pb,Si,Na,S,Sb,Th,U,Zn
    L'oxygène peut être facilement introduit dans les cristaux BT et pendant le processus de croissance hydrothermal.
  . Cassure irrégulière, conchoïdale (forme de coquille).
  . Effervescence nulle.
  . Magnétisme nul.
  . Faciès granulaire, massif ou compact.
  . Fragile.
  . Incolore quand elle est pure.
  . Point de fusion élevée = 1300°C.
  . Les terres rares (yttrium, cerium) se substituent souvent au Ca.
  . L'antozonite contient du fluor libre → odeur d'ozone + vapeurs toxiques de HF. Toujours associée à des minerais radioactifs.
  . Contient fréquemment des inclusions solides: pyrite, chalcopyrite, galène, déposées en surface, lors de la croissance du
    minéral ou des inclusions fluides (remplies de gaz, d'eau ou liquides organiques) piégées dans la masse.
  . La FLUORITE est soluble dans l'eau: 0,016 g/l à 18°C.
    beaucoup plus dans les eaux chaudes de nature alcaline ►dissolution des filons jusqu'à plusieurs mètres en dessous du niveau
    d'affleurement des roches encaissantes.
  . Pert facilement sa couleur en surface lorsqu'elle est exposée à la lumière et aux intempéries.
  . A l'affleurement, se désagrège rapidement en un produit sableux peu caractéristique.
  . Trait blanc.

 

Utilisation