- Gypse
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Gypse
Catégorie VII : sulfates, sélénates tellurates, chromates, molybdates, tungstates[1]
Gypse et soufre - Sicile - (32×18cm) Général Numéro CAS Classe de Strunz 7.CD.40Classe de Dana 29.6.3.1Formule brute CaSO4·2H2O Identification Masse formulaire[2] 172,171 ± 0,011 uma
H 2,34 %, Ca 23,28 %, O 55,76 %, S 18,62 %,Couleur de blanc à gris, parfois rosé Classe cristalline et groupe d'espace prismatique ; A2/a ou I2/a Système cristallin monoclinique Réseau de Bravais centré A ou I selon les auteurs Macle communes sur {100}, macles en queue d'aronde. Sur {110}, macle en papillon ou fer de lance. Rare sur {209} Clivage parfait à {010}, net à {100} et {011} Cassure irrégulière, micacée, esquilleuse Échelle de Mohs 1,5-2 Trait blanc Éclat vitreux à soyeux, nacré Propriétés optiques Indice de réfraction a=1,519-1,521, b=1,522-1,523, g=1,529-1,53 Pléochroïsme aucun Biréfringence biaxial (+) ; 0,0090-0,100 Dispersion 2vz ~ 58 Fluorescence ultraviolet jaune, orangée, bleue ou verte sous U.V. longs ; phosphorescent Transparence transparent, translucide Propriétés chimiques Densité 2,31 - 2,33 Température de fusion Devient de l'hémihydrate de 125 à 130 °C ;
devient anhydre à 163 °C.Fusibilité Des feuillets se détachent à la calcination et fondent en libérant de l'eau. Solubilité Se dissout dans HCl chaud,
2 g·l-1 dans l'eau à 20 °C.Propriétés physiques Magnétisme aucun Radioactivité aucune Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire. Le gypse est une espèce minérale composée de sulfate dihydraté de calcium de formule CaSO4·2H2O. Le mot gypse désigne ainsi à la fois une espèce chimique et une roche. La mine de Naica permet de voir des cristaux géants de ce minéral dépassant 11 mètres de long.
Le gypse est le minerai qui permet de fabriquer le plâtre.
Sommaire
Historique de la description et appellations
Étymologie
Le neutre gréco-latin gypsum, emprunté au grec γύψος (gypsos), désigne la pierre à plâtre, le gypse, le plâtre, mais aussi la statue et le portrait en plâtre dès l'époque de Juvénal[3].
Une fausse étymologie hellénique prétend décomposer le grec gupsos en gê (la terre) et ipson (brûler). Ce serait ainsi la « (pierre, élément terrestre) qui est grillée au feu ». Mais la racine du mot est probablement sémitique car la connaissance du gypse et l'art d'en obtenir des plâtres de diverses qualités est attestée en Égypte antique. Des plâtres mélangés avec du sable fin constituent la base du mortier employé pour la construction des pyramides et des tombeaux[4].
L'ancien français du début du XIIIe siècle connaît les termes gip, gif ou gist qui désignent autant le gypse que le plâtre[5]. Pour distinguer le gypse ou le plâtre durci de la poudre fine, il est parfois précisé mort et vif. Le latin médiéval a influencé la graphie gips, attestée en 1464 avant la réécriture humaniste qui a donné gypse en français[6]. L'anglais a gardé l'écriture savante gréco-latine gypsum. En allemand, der Gips ou le dialecte alsacien Gips entretiennent la même confusion que l'ancien français ou l'anglais entre plâtre (forme cuite réhumididiée ou non) et le minéral ou la roche initiale.
L'hémihydrate, le dihydrate, l'anhydrite sont des espèces chimiques du sulfate de calcium qui ont été dénommées par des chimistes français œuvrant à la compréhension chimique du plâtre de Paris à la fin du XVIIIe siècle.
Synonymes
- Aphroselenon[7].
- Gypsite : terme anglo-saxon qui désigne la roche plus que le minéral[8].
- Montmartrite (Delamétherie)[9].
- Lapis specularis : ce terme de l'antiquité romaine est donné à plusieurs minéraux : les micas (surtout la muscovite), le talc et le gypse[10].
- Oulopholite[11].
- spath satiné[12].
Ambiguïté du terme sélénite
- Pour les francophones, le terme « sélénite » était usité comme un simple synonyme du gypse minéral naturel[13].
- Pour les anglo-saxons, le terme selenite est encore usité pour désigner des grands cristaux particulièrement purs, souvent soit limpides soit transparents ; il s’agit pour eux d’une variété du gypse naturel.
- Pour les chimistes, le terme sélénite (français) ou selenite (anglais) désigne un sel du sélénium, un élément chimique sans aucun rapport avec le gypse, même si on peut en trouver des traces sous forme d’impuretés dans le minerai naturel.
- Pour l’association internationale de minéralogie, seul le gypse est reconnu, sous le terme Gypsum[14].
Caractéristiques physico-chimiques
Variétés et mélanges
Le gypse cristallise selon des faciès très divers. Les trois premières variétés microcristallines ou à petits cristaux compacts ou enchevêtrés sont surtout présentes dans la roches. Ce sont principalement des variétés d'habitus :
- albâtre : variété de gypse massif à grains fins ; elle est translucide. À noter que ce terme n'est pas propre au gypse et à sa roche mais s'étend aux calcaires ;
- gypse fibreux : variété en couches à fibres parallèles, ou en concrétions à fibres courbées. On les trouve dans les fissures ou au contact de l'anhydrite. Elle correspond à la pierre à plâtre ou provient souvent de l'évolution de l'anhydride soluble naturelle ;
- gypse saccharoïde : variété dont le nom dérive du latin saccharum ou du grec sakkharon, sucre, qui est un gypse en masses granulaires compactes et grossières ;
- ordite : variété qui est en fait une pseudomorphose de gypse d'un minéral non identifié, découverte à Orda, Permskaya Oblast, Oural, Russie ;
- gypse lenticulaire : plus rarement, le gypse se trouve sous forme de grands cristaux transparents, tabulaires ou maclés. Les variétés de gypse de grande taille dénommées autrefois « sélénite » atteignent quelques centimètres ou même quelques décimètres. On les trouve souvent dans les sables ou les argiles à proximité des bancs gypseux. Les cristaux du gypse sont bien connus des chimistes pour leur facilité à former des macles ou associations de faces cristallines. Ils peuvent être « en fer de lance », « en queue d'hirondelle » ou former des « roses des sables » :
- le gypse en fer de lance est le résultat de la macle de deux grands cristaux lenticulaires. À la loupe ou à l'œil nu, un fer de lance est formé d'une macle ou union de deux cristaux géants suivant une ligne médiane bien visible ;
- il existe aussi des macles simples dites pieds d'alouette, en queue d'aronde, en queue d'hirondelle... ;
- les roses des sables sont des cristallisations lenticulaires de gypse dont la disposition rappelle les pétales de roses. Elles se forment par évaporation d'eau infiltrée sur des grains de quartz support qui peuvent en constituer parfois plus de la moitié de la masse. La rose des sables est ainsi le résultat de multiples associations maclées de gypse. Ces cristallisations se rencontrent dans des terrains tendres (sable, argile), principalement dans les déserts, mais peuvent aussi se rencontrer dans les zones tempérées, notamment en France. Les plus connues et plus belles proviennent des marges sahariennes du Maghreb (Algérie, Maroc, Tunisie) ou désertiques des États-Unis (Arizona, Nouveau-mexique).
Cristallochimie
Le clivage microscopique des grands cristaux appartenant au système monoclinique, classe prismatique, est facile. Les feuillets se courbent sans avoir l'élasticité propre au mica. La structure réticulaire du gypse est très simple : les feuillets de tétraèdres SO42-, contenant le soufre au centre d'un tétraèdre et les quatre oxygènes aux quatre sommets, sont liés entre eux par des cations Ca2+. Une cohésion faible est assurée par les molécules d'eau entre les feuillets. Elle est encore plus faible si l'ion Na+ s'y installe. Cette architecture ionique explique le clivage facile du gypse, ainsi que son application industrielle majeure, la fabrication du plâtre.
Le gypse est le représentant d'un groupe isostructurel, le groupe du gypse :
- ardealite Ca2(PO3OH)(SO4)·4H2O, Cc, m ;
- brushite Ca(PO3OH)·2H2O, I2/a, 2/m ;
- churchite-(Nd) Nd(PO4)·2H2O ;
- churchite-(Dy) (Dy,Sm,Gd,Nd)(PO4)·2H2O ;
- churchite-(Y) YPO4·2H2O, A2/a, 2/m ;
- gypse CaSO4·2H2O, A2/a, 2/m ;
- pharmacolite CaH(AsO4)·H2O.
Cristallographie
La forme cristalline dérive d'un prisme rhomboïdale oblique.
- Paramètres de la maille conventionnelle : a = 5,68 Å , b = 15,18 Å, c = 6,29 Å, β = 113,833° (V = 496,09 Å3), Z = 4 unités formulaires par maille
- Densité calculée = 2,31 g/cm3
Gîtes et gisements
Gîtologie et minéraux associés
Le gypse est un des sulfates naturels les plus communs. Le minéral se forme principalement par sédimentation au cours de l'évaporation de lagunes d'eau de mer coupées de la mer, par la cristallisation des sels contenus dans l'eau.
Mais le gypse des mines métallifères provient de filons hydrothermaux nés au contact des plutons granitiques. Le gypse peut avoir aussi une origine volcanique.
Le gypse est également parfois présent dans certaines météorites.
Les bancs puissants de gypse font partie des roches sédimentaires salines. Leur préformation lagunaire semble évidente :
- lorsque le niveau des océans augmente, des lagunes se remplissent ;
- lorsque le niveau baisse, ces lagunes sont coupées de la mer, son eau s’évapore et le gypse se dépose au fond.
Les dépôts salins complexes sont recouverts ensuite par d'autres sédiments ou soumis à d'autres multiples influences géologiques. Le gypse peut perdre les molécules d'eau retenues au cours de sa cristallisation pour donner naissance à l'anhydrite, une variété cristalline non hydratée du sulfate de calcium (CaSO4), qui se retransforme lentement en gypse si elle entre à nouveau en contact avec l'eau.
Dans les gisements, selon les conditions, le gypse cristallise ou recristallise de différentes façons, formant en particulier des cristaux plus ou moins grands.
En France d'importants dépôts de gypse apparaissent entre -250 et -33 millions d'années.
Le gypse se rencontre en présence de minéraux comme l'anhydrite, l'aragonite, la calcite, la célestine, la dolomite, la halite et les sulfures.
Gisements producteurs de spécimens remarquables
- France
- Montmartre, Paris, Ile-de-France[15]
- Malvesi, Les Geyssières, Narbonne, Aude, Languedoc-Roussillon
- Arignac, Tarascon-sur-Ariège, Ariège, Midi-Pyrénées[16]
- La Verrière, Monsols, Rhône, Rhône-Alpes[17]
- Caresse-Cassaber, Pyrénées-Atlantiques : Cristaux pouvant dépasser un mètre très limpide.
- Italie
- Les sites toscans près de Perticara, de Volterra ou de Romagne sont appréciés des collectionneurs pour leurs splendides cristaux limpides.
- En Sicile, il existe de magnifiques associations entre gypse et soufre.
- Mine Niccioleta, Massa Marittima, Province de Grosseto, Toscane[18]
- Mexique
- Mine de Naica Mun. de Saucillo, Chihuahua. Cette mine héberge des cristaux géants de gypse pouvant atteindre 10 mètres de long. Le phénomène est expliqué par des conditions particulières de cristallisation très stables à partir d'eaux ayant dissout de l'anhydrite[19].
- Mines de San Marcos dans le golfe de Californie en Basse-Californie-du-Sud, représentant 85 % de la production nationale[20].
Exploitation des gisements
Utilisations industrielles
- Le gypse, comme l'anhydrite, est utilisé pour la fabrication du plâtre. Par chauffage, on obtient un sulfate hémihydraté qui, après broyage, forme un liant qui se réhydrate en gypse au contact de l'eau.
- Le gypse a servi d'amendement calcaire de sol lourd dans certaines conditions pédologiques et en climat forestier humide. À la fin du XVIIIe siècle et au début du XIXe siècle, le gypse de la Nouvelle-Écosse fut très recherché comme amendement pour les champs de blé aux États-Unis.
- Le gypse peut être utilisé comme traitement contre le sel (chlorure de sodium) dans les champs inondés par la mer[réf. souhaitée].
- Dans l'Antiquité, des cristaux de gypse particulièrement purs, débités en fines lames transparentes ou translucides, ont été employés dans la fabrication de vitres, en l'absence de verre[21], comme en atteste Pline l'Ancien[22].
Extraction et production
Quelques spécialistes estiment à 70 % des réserves françaises exploitables le gypse qui se trouve dans les vastes assises du Bassin Parisien. L'extraction et la transformation du gypse y emploient 3 400 salariés et génèrent un chiffre d'affaires de 740 millions d'euros. En 2005, 3,1 millions de tonnes de gypse rocheux ont été extraits des carrières franciliennes[23] dont les principales sont actuellement à Cormeilles-en-Parisis, Villevaudé, Vaujours et sous la Forêt de Montmorency, mais l'exploitation gypsière a marqué de nombreux autres sites, tels que le plateau d'Avron, la Butte-Pinson, la butte de Romainville.
Le gypse naturel tout comme l'anhydrite sont extraits soit à ciel ouvert, soit en mines souterraines.
La production industrielle du gypse s'effectue par la banale précipitation du sulfate de calcium dans différents procédés industriels, notamment :
- la fabrication d'acides : le gypse du procédé phosphogypse par voie humide pour la fabrication de l'acide phosphorique, acide citrique … La fabrication d'acide phosphorique conduit à des tonnages importants de phosphogypse souvent déversé en mer, ce qui est source de pollution. De nombreuses études ont été menées pour le substituer au gypse naturel, notamment dans la fabrication de carreaux de plâtre. Le séchage de ces derniers s'est avéré prohibitif. En revanche, la fabrication de la variété α de l'hémihydrate du sulfate de calcium, obtenue par autoclavage en présence d'additifs minéraux, permet d'obtenir des cristaux de taille nettement plus importante et dont le séchage est nettement moins cher ;
- la désulfuration des gaz : en Allemagne, la loi de 1983 concernant la protection contre les rejets toxiques dans l'atmosphère impose aux centrales thermiques à combustibles fossiles d'être équipées d'installations de désulfuration des gaz de fumée. Il s'agit d'un procédé simple de traitement des fumées, reposant sur l'utilisation de chaux hydratée ou de lait de chaux (la production de chaux générant néanmoins de fortes émissions de dioxyde de carbone qui est un gaz à effet de serre). Les cristaux de gypse ainsi obtenus peuvent servir de matière première à l'industrie des matériaux de construction. Un procédé semblable est utilisé pour le traitement des gaz acides issus de l'incinération des ordures ménagères ;
- la neutralisation des eaux riches en sulfate et acides des industries du dioxyde de titane.
Galerie
Galerie France
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Arignac Ariège - Macle sur {110} -
Étampes, Essonne - 11 66 cm×6 cm -
Caresse-Cassaber, Pyrénées-Atlantiques - 27×22 cm
Galerie Monde
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Rose des sables (Gypse) - Sud de la Tunisie - 47 cm×33 cm -
Mine de Naica, Mun. de Saucillo, Chihuahua, Mexique - 44 cm×30 cm -
Mine Niccioleta, Massa Marittima, Italie - 28 cm×19 cm</center
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
- Dictionnaire latin-français de Felix Gaffiot, Hachette
- (en) Ben Selinger, Chemistry in the Marketplace, Fifth Edition, Harcourt Brace, Sydney, 1998, 588 pages. En particulier page 321
- Algirdas Julien Greimas, Dictionnaire de l'ancien français, Larousse, Paris, 1992
- Albert Dauzat, Jean Dubois et Henri Mitterand, Dictionnaire historique et étymologique, Larousse
- Valmont-Bomare, Dictionnaire raisonné, universel d'histoire naturelle, 1800, p. 16
- (en) Lionel H. Cole et William F. Jennison, Gypsum in Canada: its occurrence, exploitation, and technology, Canada. Mines Branch (1901-1936), no 245, 1913, p. 102
- J.C. Delamétherie, Leçons de minéralogie. 8 volumes, Paris, vol. 2, 1812, p. 380
- (en) Max Hutchinson Hey, An index of mineral species & varieties arranged chemically: with an ..., British Museum (Natural History). Dept. of Mineralogy, 1955, p. 278
- (en) Glossary of geology and related sciences: a cooperative project, American Geological Institute, 1957, p. 215
- Gabriel Delafosse, Adolphe Brongniart et Anselme-Gaëtan Desmarest, dans Bulletin des sciences naturelles et de géologie, vol. 1, p. 338
- Sélénite sur Centre National de Resources Textuelles et Lexicales. Consulté le 25 avril 2011
- (en)[PDF]The official IMA-CNMNC List of Mineral Names sur Commission on new minerals, nomenclature and classification, International Mineralogical Association, 2009
- (en) Charles Palache, Harry Berman et Clifford Frondel, The System of Mineralogy of James Dwight Dana and Edward Salisbury Dana, Yale University 1837-1892 : Halides, Nitrates, Borates, Carbonates, Sulfates, Phosphates, Arsenates, Tungstates, Molybdates, Etc., vol. II, John Wiley and Sons, Inc., 1951, 1124 p., p. 485
- D. Descouens, « Les Mines de gypse d'Arnave et Arignac », dans Monde et Minéraux, vol. 62, 1984, p. 16-17
- G. Favreau, J.-R. Legris et M. Dardillac, « La Verrière (Rhône): Histoire et Minéralogie », dans Le Cahier des Micromonteurs, vol. 53, no 3, 1996, p. 3-28
- (it) G. Brizzi, M. Capperi et A. Masotti, « La miniera di pirite di Niccioleta, Massa Marittima (GR) », dans Rivista Mineralogica Italiana, Milano, Fasc. 4 (1989) et Fasc. 1-2 (1990)
- M. Garcia-Ruiz et al., dans Geology, no 35, 2007, p. 327
- (en) San Marcos se consolida como el principal productor del país dans El Universal du 24 février 2008
- Geneviève BOUILLET, « Les pierres utilitaires dans les constructions romaines : matériaux et techniques », COMITÉ FRANÇAIS D'HISTOIRE DE LA GÉOLOGIE, 21. Consulté le 16 mars 2010
- BERNARDEZ GOMEZ Maria José ; GUISADO DI MONTI Juan Carlos, « Les références au lapis specularis dans l'Histoire Naturelle de Pline l'Ancien », Presses universitaires du Mirail, Toulouse, FRANCE, 2007. Consulté le 16 mars 2010
- Article de Marie Linton publié dans le supplément Économie du quotidien Le Parisien, édition du 12 mars 2007
Voir aussi
Bibliographie
- Alfred Lacroix, Le gypse de Paris et les minéraux qui l'accompagnent (première contribution à la minéralogie du bassin de Paris), Masson et Cie, 1897, 296 p.
Articles connexes
- Anhydrite
- Gypse (roche)
- Hémihydrate
- Mine de Naica, où des cristaux de gypse dépassant 11 mètres ont été observés.
- Phosphogypse
Liens externes
- Les plus grands cristaux de gypse découverts dans une caverne au Mexique
- Fabrication de plâtre à partir de gypse. TP de chimie, moulage d'objets
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