Apatite

L'apatite est un nom générique désignant des phosphates hexagonaux de composition assez variable, Ca 5 3. Trois espèces sont reconnues par l'IMA, appelées selon l'anion prévalent ...

Catégories :

Matériau piézoélectrique - Phosphate (minéral) - Minéral - Calcium (minéral)

Apatite Catégorie VIII : phosphates, arséniates, vanadates
Apatite Québec (Xl 32cm)
Général
Formule brute	Ca₅ (PO₄) ₃ (OH, Cl, F)
Identification
Couleur	incolore, jaune, bleue, verte, violette, rouge, brun-rouge
Classe cristalline et groupe d'espace	Dipyramidal, $6/m\$
Système cristallin	hexagonal
Clivage	imparfait selon {0001}
Habitus	le plus fréquemment, prisme hexagonal avec faces du prisme plus ou moins développée
Échelle de Mohs	5
Éclat	vitreux
Propriétés optiques
Indice de réfraction	n_o=1, 633-1, 667 n_e=1, 630-1, 664
Biréfringence	0, 002 bis 0, 004 ; biaxe négatif
Dispersion	2v_z ∼ δ=0, 003
Trait	blanc
Autres propriétés
Densité	3.16-3.2
Solubilité	lentement sol. dans HCl (fluorapatite) ^[1]; sol. dans l'HNO₃
Caractères différentifs
Magnétisme	aucun
Principales variétés

L'apatite est un nom générique désignant des phosphates hexagonaux de composition assez variable, Ca₅ (PO₄) ₃ (OH, Cl, F). Trois espèces sont reconnues par l'IMA, appelées selon l'anion prévalent :

Chlorapatite Ca₅ (PO₄) ₃Cl
Fluorapatite Ca₅ (PO₄) ₃F
Hydroxylapatite Ca₅ (PO₄) ₃ (OH)

Deux variantes monocliniques auparavant reconnues comme espèces (dont la clinohydroxylapatite) sont désormais reconnues comme des polytypes)
Tous comportent des tétraèdres PO₄ isolés, avec des ions Ca²⁺ en coordination 9. Les carbonate-apatites remplacent un tétraèdre PO₄ par un groupe CO₃OH ou CO₃F. Le supergroupe de l'apatite renferme des minéraux de structure identique, mais dans lesquels le calcium est remplacé par du strontium, cérium, manganèse, yttrium, plomb et le phosphore est remplacé par l'arsenic, le vanadium, le soufre, le silicium... (pyromorphite, vanadinite, mimetite, fluorellestadite... )

Inventeur et étymologie

Décrite par le minéralogiste allemand Abraham Gottlob Werner en 1786, le terme est inspiré du grec apatan ; tromper^[2].

Cristallographie

Unité cellulaire de l'apatite

Paramètres de la maille conventionnelle : a = 9.367, c = 6.884, Z = 2; V = 523.09
Densité calculée= 3.20

Les espèces

Chlorapatite

Inventeur : Rammelsberg en 1860 le nom reprend l'espèce d'origine supposée et la composition chimique spécifique ici le chlore^[3].

Topotype : Kragerø, Telemark, Norvège

Formule : Ca₅ (PO₄) ₃Cl

Gîtologie : Veines dans les roches gabbroïques, et dans certaines météorites

Système cristallin : Hexagonal et monoclinique

Particularité : Présente dans certaines météorites

Fluorapatite - c'est de très loin la plus fréquente

Formule : Ca₅ (PO₄) ₃F avec des traces de : OH;Cl;TR;La;Ce;Pr;Nd;Sm;Eu;Gd;Dy;Y;Er.

Inventeur : Rammelsberg en 1860 le nom reprend l'espèce d'origine supposée et la composition chimique spécifique ici le fluor.

Particularité : Luminescence, fluorescence, Phosphorescence, Thermoluminescence

Hydroxylapatite

Système cristallin : Hexagonal et monoclinique

La clinohydroxylapatite est désormais reconnue comme un polytype monoclinique de l'hydroxylapatite

Formule : Ca₅ (PO₄) ₃ (OH)

masse moléculaire : 499.72gm

Système cristallin : monoclinique

Uniaxe négatif;δ = 0.008

Particularité : Radioactivité détectable

Topotype : Thunder Bay district, northwestern Ontario, Canada

Synonymie

agustite (Tromsdorff) : appelée suite à sa propriété de donner des sels sans gout^[4].
améthiste basaltine (Sage 1777) Apatite de couleur violette décrite sur des échantillons de Saxe ^[5]
asparagolite : Apatite de couleur verte toujours nommée "pierre d'asperge" d'où son nom qui dérive du Grec asparagos (asperge) ^[6].
augustite (Synonymie partagée avec l'émeraude) ^[7]
beryl de Saxe^[8]
chaux phosphatée (René Just Haüy 1801) ^[9]
chaux phosphorée (Ignaz von Born)
chrysolithe ordinaire (Jean-Baptiste Romé de L'Isle 1772) ^[10]
estramadurite (Roscœ et Schorlemmer 1877) ^[11] le nom rappelle le lieu de découverte l'Estrémadure en Espagne.
fluocollophanite
fluorcollophane
kietyogite
pierre d'asperge (Brochant) ^[12]
pierre phosphorique (Davila 1767) ^[13]
phosphate calcaire (Proust 1788) ^[14]
pyroguanite (Shepard 1856) ^[15]
sombrérite (Phipson 1862) ^[16] Espèce, supposée, originellement décrite à l'ile de Sombrero à Anguilla.

Variétés et mélange

carbonate-apatite : Variété d'apatite riche en calcium, décrite initalement par le minéralogiste allmande Fridolin Sandberger sous le nom de collophane. Ce nom est utilisé pour les variétés cryptocristalline colloïdale (amorphe) de Carbonate-Fluorapatite ou carbonate-hydroxylapatite, telles que celles qui forment l'essentiel des roches phosphatées provenant de la dégradations des dépôts fossilifères.

Synonymie pour cette variété :

collophanite (Dana, E. S. 1892) ^[17]
α-Dahllite, β-Dahllite et γ-Dahllite ^[18] Appelé en hommage aux géologues norvégiens Tellef Dahll (1825-1893) et Johan Marin Dhall (1830 - 1877).
grodnolite (Morozewicz 1924) ^[19] Appelée selon le topotype Grodno (Hrodna, biélorusse)
kurskite (Chirvinsky 1911) ^[20].
podolite (Chirvinsky 1907) ^[21]
pseudo-apatite (Breithaupt 1837) ^[22] décrite à partir d'échantillons de la mine de Churprinz près de Freiberg en Saxe.

cérapatite (Fersman 1928) ^[23] : Variété d'apatite riche en éléments rare et surtout le cérium pour 1, 33 % de Ce₂O₃. Décrite par Fresman en 1928 sur des échantillons de la péninsule de Kola en Russie.
eupyrchroïte : variété fibreuse et mamelonnée d'apatite décrit à Crown Point dans l'Etat de New-York par le minéralogiste américain Emmons en 1838^[24].
lazur-apatite : variété bleu-ciel d'apatite décrite par le minéralogiste finnois Nordenskiöld en 1857 sur des échantillons de Bucharia (Turkestan oriental ou chinois (actuel Xinjiang) ) ^[25].
moroxite : variété bleu-vert d'apatite décrite par le minéralogiste norvégien Abildgaard en 1798 à Arendal, Norvège^[26].
munkforssite : variété contesté qui serait plutôt un mélange d'apatite et de minéraux magnésiens, décrite par le minéralogiste suédois Igelström en 1897 à Dicksberg, Ransäter parish, Munkfors, Värmland, Suède, topotype qui a inspiré le nom^[27].
phosphorite (Kirwan 1794) ^[28] : variété concrétionée ou fibreuse d'apatite avec de nombreuses impuretés décrite par Kirwan dès 1794.
Trilliumite : variété gemme d'apatite vert-jaune décrite à Bancroft District, Hastings Co., Ontario, Canada^[29].

Galerie

Trilliumite - Liscombe Ontario 4, 6cm

Apatite - Nantes France

Apatite - Panasqueira Portugal

Apatite taillée Brésil 0.98Ct

Gîtologie

Les apatites sont des minéraux secondaires, communs dans les roches magmatiques, mais leur concentration n'est pas suffisante pour une exploitation industrielle.

Les apatites sont fréquemment associées avec les gîtes de fer, ce qui représente un problème sérieux pour l'industrie sidérurgique : le phosphore contenu dans les minerais de fer passe en fait totalement dans la phase métallique : son élimination dans la phase d'affinage de l'acier est coûteuse. La forte teneur en phosphore a été la raison de l'abandon de la «minette lorraine».

Les apatites hydrothermales sont plus rares. Les apatites pegmatitiques ou métamorphiques sont des minéraux d'importance économique forte pour leur contenu en éléments rares plus que pour leur teneur en phosphore.

Les apatites sédimentaires ont une origine chimique et/ou organique (biochimique) : la matière première «brute» pour l'industrie du phosphore est la phosphorite, une roche sédimentaire phosphoreuse dont le composant principal est la carbonato-fluorapatite («carFap»). La partie inorganique des squelettes des vertébrés est principalement carbonato-hydroxyapatite («carHap») et ces squelettes forment des sédiments à phosphates. Le phosphate de calcium est soluble en environnement acide (rivière), mais nettement moins dans un environnement alcalin (mer). Le changement de pH lorsque une rivière se jette dans la mer produit la précipitation du phosphate, ce qui contribue aux eaux troubles des estuaires.

Gisements remarquables

Canada

Yates mine, Otter Lake, Pontiac RCM, Outaouais, Québec ^[30]

Liscombe, Cardiff Township, Comté d'Haliburton, Ontario (variété trilliumite)

France

Carrière Barbin, Nantes Loire-Atlantique ^[31]

Portugal

Mines de Panasqueira, Panasqueira, Covilhã, District de Castelo Branco ^[32]

Utilisations

L'apatite (hydroxylapatite) est le minéral principal qui rentre dans la composition du tissus osseux.
Source de phosphore pour fabriquer des engrais artificiels. Ces engrais peuvent contenir des traces du polonium 210 présent naturellement dans le minerai, comme ceux utilisés pour la fertilisation du tabac par les principales majors du secteur ^[33]^,^[34]^,^[35]^,^[36]. L'apatite est aussi utilisée dans l'industrie chimique.
Les apatites sont utilisées pour la thermochronologie basse température en géologie. En effet, elles comportent une quantité d'uranium dont l'isotope 238 se désintègre au cours du temps en entraînant une déformation du réseau cristallin (ce qu'on nomme une "trace de fission "). Ces traces sont en permanence résorbées si le minéral se situe à une température supérieure à 100 °C à peu près. En deçà de cette température, elles sont conservées dans le minéral. En utilisant la constante de désintégration de 238U, le comptage de ces traces sert à de remonter à l'âge de refroidissement de la roche, c'est-à-dire sa remontée dans la croûte terrestre ou son exhumation.
Quand ce minéral est de qualité gemme, il est parfois utilisé en bijouterie (facettes, cabochons) pierre fine.

Notes et Références

(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
Werner (1786) Gerhard's Grundr. : 281.
Rammelsberg, C. F. (1860) Handbuch der Mineralchemie. First edition, Leipzig
Dictionnaire des sciences naturelles par Frédéric Cuvier p. 331 1816
Sage, B. G. (1777) Eléméns de minéralogie docimastique, second edition, 2 volumes : 1 : 231.
Annales de la Société géologique du Nord, Volumes 21-22 Par Société géologique du Nord (Lille, France) p. 248 1893
Traité de chimie, générale, analytique, industrielle et agricole, Volume 2 Par Jules Pelouze, Edmond Frémy p. 702
Dictionnaire universel des sciences, des lettres et des arts, Volume 1 Par Marie Nicolas Bouillet 1750 p. 174
Traité de minéralogie, Volume 2 Par René Just Haüy p. 234 1801
Romé de Lisle, R. (1772) Essai de cristallographie. Paris
Roscœ and Schorlemmer (1877) Treat. on Chem : 1 : 459.
Nouveau dictionnaire d'histoire naturelle Volume 17 p. 477 1803
Davila, M. (1767) Catalogue syst. et raisonné des curiosités de la nature et de l'art qui composent de cabinet de M. Davila. 3 volumes, Paris.
Proust 1788 Le Journal de physique et le radium, Paris : 32 : 241
Shepard (1856) American Journal of Science : 22 : 96.
Phipson (1862) Journal of the Chemical Society, London : 15 : 277.
Dana, E. S. (1892) System of Mineralogy, 6th. Edition, New York : 808
Palache, C., Berman, H., & Frondel, C. (1951), The System of Mineralogy of James Dwight Dana and Edward Salisbury Dana, Yale University 1837-1892, Volume II. John Wiley and Sons, Inc., New York, 7th edition, revised and enlarged, 1124 pp. : 879.
Morozewicz (1924) Bulletin de la Entreprise française de Minéralogie : 47 : 46.
Chirvinsky (1911) Jb. Min. : II : 61, 71.
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Breithaupt (1837) Glocker's Min. Jahresh. : 217.
Fersman (1928) Jb. Min., Beil. -Bd. : 55 : 40
Emmons (1838) Rep. Geol., New York : 252
Nordenskiöld (1857) Moskovskœ Obshchestvo Ispytatelei Prirody (Société impériale des naturalists de Moscou) : 30 : 217, 224.
Abildgaard (1798) Moll's Berg. -Hütten, Jb. : 2 : 432.
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Kirwan, R. (1794) Elements of Mineralogy, second edition : 1 : 129.
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Waking a Sleeping Giant : The Tobacco Industry's Response to the Polonium-210 Issue (le texte entier -- origine non vérifiée) , American Journal of Public Health , septembre 2008
Waking a Sleeping Giant : The Tobacco Industry's Response to the Polonium-210 Issue abstract, American Journal of Public Health , septembre 2008
Le secret du polonium 210 dans la fumée de cigarette, Le Figaro, 27 août 2008
Du polonium 210 dans les cigarettes : les industriels savaient, Le Nouvel Observateur, 28 août 2008

Bibliographie

Schmittner Karl-Erich and Giresse Pierre, 1999. Micro-environmental controls on biomineralization : superficial processes of apatite and calcite precipitation in Quaternary soils, Roussillon, France. Sedimentology 46/3 : 463-476.

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