- Fluorine
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Fluorite
Catégorie III : halogénures[1]
Fluorite sur quartz - Le Burg - France - Muséum de Toulouse Général Classe de Strunz 3.AB.25Classe de Dana 9.2.1.1Formule brute CaF2 Identification Masse formulaire[2] 78,075 ± 0,004 uma
Ca 51,33 %, F 48,67 %,Couleur incolore, vert, rose, violet, bleu… Classe cristalline et groupe d'espace hexakisoctaédrique, Fm3m Système cristallin cubique Réseau de Bravais faces centrées F Macle par pénétration sur {111} Clivage {111} parfait Cassure conchoïdale ; esquilleuse ; irrégulière Habitus cubique, octaédrique, dodécaédrique, massif, grenu, grossier, fin, botryoïdal, fibreux, hexaédrique, concretionnaire… Échelle de Mohs 4 Trait blanc Éclat vitreux Propriétés optiques Indice de réfraction n=1,433-1,435 Pléochroïsme nul Biréfringence nulle Dispersion 2vz ~ 0,007 Fluorescence ultraviolet oui Transparence transparent à translucide Propriétés chimiques Densité 3,18 Température de fusion [3] 1403 °C Solubilité soluble dans HCl + borate ou AlCl3 pour complexer les ions F−,
dans H2SO4 concentré chaud (dégage du F2)[4],
dans l'eau : nulle à 20 °C[3]Propriétés physiques Radioactivité aucune Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire. La fluorine est une espèce minérale composée de fluorure de calcium, de formule idéale CaF2 avec des traces : Y, Ce, Si, Al, Fe, Mg, Eu, Sm, O, Cl, et des traces de composés organiques. Ces différents ions expliquent les multiples couleurs et zonations colorées rencontrées pour ce minéral.
Le terme international utilisé pour cette espèce est « fluorite ».
Sommaire
Historique de la description et appellations
Inventeur et étymologie
Connue depuis l'antiquité, c'est la description de Georgius Agricola en 1529 qui fait référence. Le terme « fluorite » est du naturaliste Napione[5]. Son nom vient du latin fluere qui veut dire fondant (qui coule).
Topotype
Le topotype se situe à Sankt-Joachimsthal, Erzgebirge (République tchèque).
Synonymes
Il existe plusieurs synonymes pour cette espèce minérale :
- androdamant ;
- bruiachite (Macadam, 1886)[6] ;
- chaux fluatée (René Just Haüy, 1801) ;
- chrome-fluorite, terme inapproprié pour une fluorine verte d'Amérique du Sud[7] ;
- derbyshire spar, terme purement anglais en référence au célèbre gisement de ce minéral ;
- fluor calcium (Berzélius) ;
- fluores (Anselmus Boëtius de Boodt, 1609)[8] ;
- fluorine (François Sulpice Beudant, 1835)[9] ;
- liparite (Ernst Friedrich Glocker, 1847)[10] ;
- spath fluor (Mongès) (reste son nom usuel dans l'industrie) ;
- spath fusible (Jean-Baptiste Romé de L'Isle, 1772).
Caractéristiques physico-chimiques
Critères de détermination
La détermination est facile si la fluorine est cristallisée, par son habitus le plus fréquemment en cube et par son clivage caractéristique.
D'éclat vitreux, elle est transparente à translucide. Sa couleur est très variée, en fonction des traces d'éléments qu'elle contient. Elle est fluorescente lorsqu'elle est éclairée par un rayonnement ultraviolet. Son trait est blanc.
Sa dureté (4) sert de référence pour l'échelle de Mohs. Sa cassure est conchoïdale, esquilleuse et irrégulière.
Comme tous les minéraux contenant du calcium, elle colore la flamme d'un orange-rouge caractéristique de ce métal. Chauffée, elle décrépite en une poudre blanche. On la dissout dans l'acide sulfurique H2SO4 pour produire du fluorure d'hydrogène HF.
Variétés et mélanges
Variétés
- Antozonite[11], (synonyme : fluorine fétide) variété de fluorite, violette foncée à noire (le plus souvent opaque), contenant du fluor à l’état gazeux, par bombardement de rayons α naturels, dans les dépôts thorium-uranium. L’écrasement du matériel libère ce gaz avec une odeur d’ozone (le fluor gazeux réagit avec l’humidité naturelle de l’air pour donner de l’ozone et de l’hydrogène fluoré. Elle fut décrite par Schöbein en 1861, à partir des échantillons de Wölsendorf, Schwandorf, Haut-Palatinat, en Bavière, Allemagne. En France elle se rencontre à Margnac, Compreignac, Haute-Vienne, dans le Limousin[12].
- Chlorophane, variété de fluorite qui présente une forte thermoluminescence, trouvée initialement en Sibérie[13].
- Yttrofluorite, variété riche en yttrium qui vient remplacer partiellement le calcium. Elle a été déclassé par l'IMA en 2006 de son rang d'espèce à celui de simple variété de fluorite. Sa formule idéale est (Ca,Y)F2-3. Elle fut décrite à partir des échantillons de Hundholmen, Tysfjord, Nordland, Norvège[14], par Th. Vogt en 1914.
Mélanges
- Fluorbaryte, mélange de fluorite et de baryte décrit par J.F.L. Hausmann en 1847[15].
- Ratofkite[16], fluorite terreuse connue dans la haute région de la Volga en Russie et décrite par Fischer en 1809 ; le nom dérive de la rivière Ratofka. C'est en fait un mélange de diverses espèces minérales où la fluorite est majoritaire.
Cristallographie
Structure de la fluorite. Gris : calcium, vert : fluor.
La fluorite est un assemblage d'ions Ca2+ et F−. Les anions F− sont deux fois plus nombreux que les cations Ca2+.
La fluorite cristallise dans le système cristallin cubique, de groupe d'espace Fm3m (Z = 4 unités formulaires par maille conventionnelle)[17] :
- paramètre de maille : a = 5,463 Å (volume de la maille V = 163,03 Å3) ;
- masse volumique calculée = 3,18 g/cm3.
La structure de la fluorine correspond à un remplissage d'une structure hôte. Les anions F− forment un réseau cubique simple dans lequel les cations Ca2+ occupent la moitié des sites cubiques. Les cations et les anions ont à peu près la même taille. Il est aussi possible d'inverser les rôles des cations et des anions et de considérer que les cations Ca2+ forment un réseau hôte cubique à faces centrées et les anions F− occupent tous les sites tétraédriques. Ces deux visions sont équivalentes. La structure de la fluorite peut être assimilée à deux sous-réseaux : les cations Ca2+ forment un sous-réseau cubique à faces centrées et les anions F− forment un sous-réseau cubique primitif.
Dans la structure de la fluorite :
- la coordinence des cations Ca2+ est de 8 : cubes CaF8 ;
- la coordinence des anions F− est de 4 : tétraèdres FCa4.
Propriétés physiques
La fluorine peut présenter les phénomènes de fluorescence, triboluminescence et thermoluminescence.
Gîtes et gisements
Gîtologie et minéraux associés
La fluorine est un minéral des dépôts de basse température, le plus souvent sous forme de filon. On la trouve aussi comme dépôt dans les granites ou des roches métamorphiques comme le gneiss.
Elle est particulièrement associée aux minéraux métalliques : les sulfures de plomb, de zinc et d'argent, où elle forme une partie de la gangue. Elle peut être associée alors avec de la barytine, du quartz et de la calcite.
Gisements producteurs de spécimens remarquables
Les grands gisements se trouvent surtout en Chine, qui produisait en 2006 51 % de l'approvisionnement mondial[18], au Mexique, en Afrique du Sud, mais la fluorite est répartie sur toute la planète.
- Angleterre
- France
- Valzergues, Aveyron, Midi-Pyrénées[20]
- Mine de Peyrebrune, commune de Réalmont, Tarn, Midi-Pyrénées (anciennes mines)
- Mine du Burc, communes d'Alban et Le Fraysse, Tarn, Midi-Pyrénées
- Le Beix, Puy-de-Dôme, Auvergne
- L'Aiguille Verte, massif du Mont-Blanc, Haute-Savoie : fluorines rouges, vertes. La « fluorite Laurent », découverte par un cristallier le 21 juillet 2006 dans une géode typique des montagnes de Chamonix, présente l'association unique de fluorine rouge framboise (couleur due à des défauts appelés « centres colorés » et irradiés naturellement) et de quartz fumé. C'est la première pierre à être reconnue « bien culturel d’intérêt patrimonial majeur » (loi du 1er août 2003 relative au mécénat), permettant ainsi de la faire classer dans la collection du Muséum national d'histoire naturelle et de la rendre inaliénable.
- Maroc
- Mine d'El Hammam, mont Hammam, préfecture de Meknès, région de Meknès-Tafilalet[21]
Exploitation des gisements
En dehors de son utilisation ornementale, elle est utilisée comme fondant par les fabricants d'acier, dans la fabrication de la fibre de verre et du verre opale et surtout pour la production d'acide fluorhydrique et de produits fluorés dérivés, dont le fluorure d'aluminium, à partir duquel s'obtient l'aluminium métal. Le fluorure de calcium est également utilisé dans l'optique instrumentale, les propriétés de ce solide cristallin étant notoirement meilleures que celles des verres connus, notamment en termes de transmission, de réfraction et de dispersion chromatique.
Le fluorure de calcium (CaF2) s'obtient sous forme de monocristal cubique obtenu sous vide par la méthode de Stockbarger. Sa transmission est bonne de l'ultraviolet dans le vide à l'infrarouge. Son excellente transmission des UV jusqu'à 170 nm et ses propriétés non biréfringentes en font un matériau idéal pour la transmission de l'UV à courte longueur d'onde. Le CaF2 pour l'infrarouge est obtenu à un coût nettement moindre à partir de fluorite extraite de mines naturelles. Le CaF2 étant sensible aux chocs thermiques, il doit être manipulé avec précaution. Bien que de faible dureté, elle peut être taillée.
Galeries d'images
Galerie France
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Fluorite sur quartz (Le Beix, France) (10×7 cm) -
Fluorite zonée (Valzergues, Aveyron, France) (39×20 cm) -
Antozonite et calcite, mine de Margnac (France) (6×5,5 cm) -
Fluorite zonée (Valzergues, Aveyron, France) (8,2×4 cm)
Galerie Monde
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Fluorite et baryte, mine de Berbes, Espagne (34×28 cm) -
Fluorite, mine Boltsburn, Angleterre (15×8 cm) -
Fluorite, El Hammam, Maroc (29×28 cm)
Galerie fluorescence, thermoluminescence et gemme
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Thermoluminescence de la fluorine
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Image stéréoscopique : fluorine et quartz, le Beix, France -
Fluorite taillée
Article interne
Notes et références
- La classification des minéraux choisie est celle de Strunz.
- Masse molaire calculée d’après Atomic weights of the elements 2007 sur www.chem.qmul.ac.uk
- FLUORURE DE CALCIUM, fiche de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée le 9 mai 2009
- (en) Thomas R. Dulski, A manual for the chemical analysis of metals, vol. 25, ASTM International, 1996, 251 p. (ISBN 0803120664) [lire en ligne], p. 71
- Louis Albert Necker, Le règne minéral ramené aux méthodes de l'histoire naturelle, Paris, 1835
- Macadam, dans Mineralogical Magazine, vol. 7, 1886, p. 42
- (en) Peter G. Embrey et John P. Fuller, A Manual of new mineral names, 1892-1978, British Museum (Natural History), 1980
- de Boodt, Gemm. et lap. hist., 1609, 293
- François Sulpice Beudant, Traité élémentaire de minéralogie, Tome 2, Paris, 1837
- (en) dans American journal of science, 1854, p. 80
- Parviz Assadi, Marcel Chaigneau et Gauthier-Villars, Sur la nature des gaz occlus dans la fluorine-antozonite, 1962
- (en) J. Leroy, The Margnac and Fanay uranium deposits of the La Crouzille District (western Massif Central, France): geologic and fluid inclusion studies
- De Grotthaus. In: Delamétherie (1794), Journal Phys.: 45: 398.
- (en) T. Husdal, « The minerals of the pegmatites within the Tysfjord granite, northern Norway », dans Norsk Bergverksmuseum, skrift 38, 2008, p. 5-28
- J.F.L. Hausmann, Handb. Min., 2nd éd., 1847, p. 1441
- Andrée Jean François Marie Brochant de Villers, Alexandre Brongniart et Coll., Dictionnaire des sciences naturelles, Paris, 1826
- (en) B.T.M. Willis, « The anomalous behaviour of the neutron reflexions of fluorite », dans Acta Cryst., vol. 18, no 1, 1965, p. 75-76 [lien DOI]
- Arnaud de la Grange, « Pékin joue de l'arme des « terres rares » », Le Figaro, le 25 octobre 2010
- (en) K.C. Dunham, Geology of the Northern Pennine orefield, v. I, 2e éd., British Geological Survey, 1990, London, 299 p
- D. Descouens, « Les mines de Valzergues », dans Monde et Minéraux, no 1/2, 1987, p. 4-6
- (en) « Fluorite: The Collector's Choice », dans Extra Lapis English, Econ. Geol., vol. 84, no 9, 1989, p. 575-590
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