Apatite

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, nommées selon l'anion prévalent :

  • Chlorapatite Ca5(PO4)3Cl
  • Fluorapatite Ca5(PO4)3F
  • Hydroxyapatite Ca5(PO4)3(OH)

Apatite
Catégorie VIII : phosphates, arséniates, vanadates[1]

Apatite Québec (Xl 32 cm)
Général
Classe de Strunz
8.BN.05
Classe de Dana
41.08.01.00
Formule chimique Ca5(PO4)3(OH,Cl,F)
Identification
Couleur incolore, jaune, bleue, verte, violette, rouge, brun-rouge
Classe cristalline et groupe d'espace Dipyramidal,
Système cristallin hexagonal
Clivage imparfait selon {0001}
Habitus le plus souvent, prisme hexagonal avec faces du prisme plus ou moins développées
Échelle de Mohs 5
Trait blanc
Éclat vitreux
Propriétés optiques
Indice de réfraction no=1,633-1,667
ne=1,630-1,664
Biréfringence de 0,002 à 0,004 ; uniaxe négatif
Dispersion 2 vz ~ δ=0,003
Propriétés chimiques
Densité 3,16-3,2
Solubilité lentement sol. dans HCl (fluorapatite)[2];

sol. dans l'HNO3
Propriétés physiques
Magnétisme aucun
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Deux variantes monocliniques précédemment reconnues comme espèces (dont la clinohydroxyapatite) sont maintenant 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.

Inventeur et étymologie

Ayant des aspects et des couleurs variés l'apatite fut longtemps confondue avec des minéraux très divers, sa composition chimique ne fut déterminée que vers la fin de XVIIIe siècle. C'est pour cette raison que le minéralogiste allemand Abraham Gottlob Werner lui a donné en 1786 ce nom qui est inspiré du grec apatan (« tromper »)[3].

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

Cristallochimie

Super-groupe de l’apatite

Elle sert de chef de file à un groupe de minéraux isostructuraux de formule générale : A5(XO4)3Zq. 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, mimétite, fluorellestadite (en)...) Ce sont de minéraux de structure hexagonale ou pseudo hexagonale-monoclinique, contenant des arséniates, des phosphates et de vanadates. Ce groupe se scinde en deux sous-groupes : celui de l’apatite et celui de la pyromorphite[4].

  • Groupe de l’apatite
Chlorapatite Ca5(PO4)3Cl
Fluorapatite Ca5(PO4)3F
Hydroxyapatite Ca5(PO4)3(OH)
Fluorstrophite SrCaSr3(PO4)3F
  • Groupe de la pyromorphite
Mimétite Pb5(AsO4)3Cl
Pyromorphite Pb5(PO4)3Cl
Vanadinite Pb5(VO4)3Cl

Les espèces
  • Chlorapatite
Inventeur : Rammelsberg en 1860 le nom reprend l'espèce initiale supposée et la composition chimique spécifique ici le chlore[5].
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 initiale supposée et la composition chimique spécifique ici le fluor.
Particularité : luminescence, fluorescence, phosphorescence, thermoluminescence
  • Hydroxyapatite
Système cristallin : hexagonal et monoclinique
La clinohydroxyapatite est maintenant considérée comme un polytype monoclinique de l'hydroxyapatite
Formule:Ca5 (PO4)3(OH)
masse moléculaire : 499.72 gm
Système cristallin : monoclinique
Uniaxe négatif;δ = 0.008
Particularité : radioactivité détectable
Topotype : district de Thunder Bay Nord-Ouest ontarien, Canada

Synonymie
  • agustite (Trommsdorff 1800) : nommée à la suite de sa propriété de donner des sels sans gout[6]
  • améthiste basaltine (Sage 1777) Apatite de couleur violette décrite sur des échantillons de Saxe[7]
  • asparagolite : Apatite de couleur verte encore appelée « pierre d'asperge » d'où son nom qui dérive du grec asparagos (asperge)[8]
  • augustite (Synonymie partagée avec l'émeraude) [9]
  • beryl de Saxe[10]
  • chaux phosphatée (Haüy 1801) [11]
  • chaux phosphorée (Ignaz von Born)
  • chrysolithe ordinaire (Romé de L'Isle 1772) [12]
  • estramadurite (Roscoe et Schorlemmer 1877) [13] le nom rappelle le lieu de découverte l'Estrémadure en Espagne.
  • fluocollophanite
  • fluorcollophane
  • kietyogite
  • pierre d'asperge (Brochant) [14]
  • pierre phosphorique (Dávila 1767) [15]
  • phosphate calcaire (Proust 1788) [16]
  • pyroguanite (Shepard 1856) [17]
  • sombrérite (Phipson 1862) [18] Espèce, supposée, initialement décrite à l'ile de Sombrero à Anguilla.

Variétés et mélange
  • carbonate-apatite : Variété d'apatite riche en calcium, décrite initialement par le minéralogiste allemand Fridolin Sandberger sous le nom de colophane. Ce nom est utilisé pour les variétés cryptocristallines colloïdales (amorphes) de carbonate-fluorapatite ou carbonate-hydroxyapatite, telles que celles qui constituent la majeure partie des roches phosphatées provenant de la dégradation des dépôts fossilifères.
Synonymie pour cette variété :
collophanite (Dana 1892) [19]
dahllite[20] Nommée en hommage à Tellef Dahll (1825-1893) et Johan Martin Dhall (1830-1877), géologues norvégiens.
francolite : tire son nom du site de Wheal Franco, à Whitchurch, dans le District de Tavistock, dans le Comté du Devon, en Angleterre.[21],[22]. Les fossiles de conodontes sont généralement formés de francolite (carbonate-apatite fluoré) répondant à la formule suivante : Ca5 Na0.14 (PO4)3.01 (CO3)0.16 F0.73 (H2O)0.85[23]
grodnolite (Morozewicz 1924)[24] Nommée d'après le topotype Grodno (Hrodna, biélorusse)
kourskite (Chirvinsky 1911) [25].
podolite (Chirvinsky 1907)[26]
pseudo-apatite (Breithaupt 1837)[27] décrite à partir d'échantillons de la mine de Churprinz près de Freiberg en Saxe.
  • cérapatite (Kenngott 1849, Fersman 1926) [28],[29]: Variété d'apatite riche en éléments rares et notamment le cérium pour 1,33 % de Ce2O3. Redécrite par Fersman en 1926 sur des échantillons de la péninsule de Kola en Russie.
  • eupyrchroïte : variété fibreuse et mamelonnée d’apatite décrite à Crown Point dans l’État de New-York par le minéralogiste américain Ebenezer Emmons en 1838 [30] [31].
  • 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)) [32].
  • moroxite : variété bleu-vert d’apatite décrite par le minéralogiste norvégien Abildgaard en 1798 à Arendal, Norvège[33].
  • munkforssite : variété contestée qui serait plutôt un mélange d’apatite et de minéraux magnésiens, décrite par le minéralogiste suédois Lars Johan Igelström en 1897 à Dicksberg, Ransäter parish, Munkfors, Värmland, Suède, topotype qui a inspiré le nom[34].
  • phosphorite (Kirwan 1794) [35]: variété concrétionnée ou fibreuse d'apatite avec de nombreuses impuretés décrite par Kirwan dès 1794.
  • Trilliumite : variété gemme d’apatite vert-jaune décrite du district Bancroft, comté Hastings, Ontario, Canada[36].

Galerie
  • Trilliumite - Liscombe Ontario 4,6 cm
  • 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 souvent 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 complètement 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 essentiellement carbonato-hydroxyapatite (« carHap ») et ces squelettes forment des sédiments à phosphates. Le phosphate de calcium est soluble en environnement acide (rivière), mais beaucoup moins dans un environnement alcalin (mer). Le changement de pH quand une rivière se jette dans la mer produit la précipitation du phosphate, ce qui contribue aux eaux troubles des estuaires.

Gisements remarquables
  • Canada
Mine Yates, Otter Lake, MRC de Pontiac, Outaouais, Québec[37]
Liscombe, canton de Cardiff, Comté d’Haliburton, Ontario (variété trilliumite)
Wilberforce, Ontario
  • France
Carrière Barbin, Nantes Loire-Atlantique [38]
  • Portugal
Mines de Panasqueira, Panasqueira, Covilhã, District de Castelo Branco[39]
  • États-Unis
Carrière Pulsifer, Maine
  • Pakistan
Nagar, Territoires du Nord
  • Brésil
Ipira, Bahia
Lavra de Golconda, Minas Gerais

Apatite biologique
Altération biogéochimique de grains d'apatite dans le sol. Les agents de dégradation biologique accélèrent la dissolution du minéral comme le montre sa surface grêlée.

L’apatite (hydroxyapatite) est la principale source minérale primaire de phosphore dans certains types de sol[40]. La libération de phosphore disponible dans le milieu biologique résulte d'une altération de ce minéral par des agents de de dégradation biologique (bactéries, mycorhizes, micro-algues, lichens), le phosphore participant à la nutrition des organismes, entre notamment dans la composition des tissus végétaux, des tissus osseux et dentaire animaux[41],[42],[43].

C'est aussi le constituant des microfossiles appelés conodontes.

Utilisations
  • 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 [44],[45],[46]. L'apatite est également 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 appelle une "trace de fission"). Ces traces sont en permanence résorbées si le minéral se situe à une température supérieure à 100 °C environ. En deçà de cette température, elles sont conservées dans le minéral. En utilisant la constante de désintégration de 238U, le comptage de ces traces permet de remonter à l'âge de refroidissement de la roche, c’est-à-dire sa remontée dans la croûte terrestre ou son exhumation.
  • Lorsque ce minéral est de qualité gemme, il peut être utilisé en bijouterie (facettes, cabochons) comme une pierre fine.

Notes et références
  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. (en) Thomas R. Dulski, A manual for the chemical analysis of metals, vol. 25, ASTM International, , 251 p. (ISBN 978-0-8031-2066-2, lire en ligne), p. 71
  3. Abraham Gottlob Werner (1786) Gerhard's Grundr., 281
  4. Duncan McConnell (1973) "Apatite, its Crystal Chemistry, Mineralogy, Utilization, and Geologic and Biologic Occurrences", in Applied Mineralogy, vol. 5, Springer-Verlag
  5. Karl Friedrich August Rammelsberg (1860) Handbuch der Mineralchemie, 1re édition, Leipzig
  6. Frédéric Cuvier, Dictionnaire des sciences naturelles, 1816, p. 331
  7. Balthazar Georges Sage (1777) Eléméns de minéralogie docimastique, deuxième édition, en 2 volumes, 1: 231
  8. Annales de la Société géologique du Nord, volumes 21-22, Société géologique du Nord, Lille, France, 1893, p. 248
  9. Théophile-Jules Pelouze, Edmond Frémy, Traité de chimie, générale, analytique, industrielle et agricole, volume 2, 1865, p. 702
  10. Marie-Nicolas Bouillet, Dictionnaire universel des sciences, des lettres et des arts, volume 1, 1750, p. 174
  11. René Just Haüy, Traité de minéralogie, volume 2, 1801, p. 234
  12. Jean-Baptiste Romé de L’Isle (1772) Essai de cristallographie, Paris
  13. Henry Enfield Roscoe et Carl Schorlemmer, A Treatise on Chemistry, vol. 1, D. Appleton and Company, New York, 1877, p. 459
  14. André Brochant de Villiers, Nouveau Dictionnaire d'histoire naturelle, volume 17, 1803, p. 477
  15. Pedro Francisco Dávila (1767) Catalogue systématique et raisonné des curiosités de la nature et de l’art qui composent de cabinet de M. Davila, 3 tomes, Briasson, Paris
  16. Joseph Louis Proust (1788) Le Journal de physique et le radium, Paris, 32: 241
  17. Charles Upham Shepard (1856) American Journal of Science, 22: 96
  18. Thomas Lamb Phipson (1862) Journal of the Chemical Society, Londres, 15: 277
  19. Edward Salisbury Dana (1892) A System of Mineralogy, 6e édition, John Wiley & Sons, New York (NY), 1134 p., p. 808
  20. (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 and Sons, Inc., , 7e éd., 1124 p., p. 879
  21. (en) Francolite sur Mindat.org.
  22. (en) Benmore R.A., Coleman M.L. & McArthur J.M., 1983. Origin of is sedimentary francolite from its sulphur and carbon isotope composition. Nature 302: 516 (lien)
  23. http://vertebresfossiles.free.fr/conodontes/conodontes.html
  24. Józef Marian Morozewicz (1924) Bulletin de la Société française de minéralogie, 47:46
  25. Peter Nikolaevich Chirvinsky (1911) Jb. Min., II: 61, 71
  26. Vladimir Nikolaevich Chirvinsky (1907) "Podolite, a new mineral", in Centralblatt für Mineralogie, Geologie und Paleontologie, Stuttgart, 279
  27. Johann August Friedrich Breithaupt (1837) Glocker’s Min. Jahresh., 217
  28. Gustav Adolph Kenngott, Übersicht der Resultate mineralogischer Forschungen in den Jahren 1844 bis 1849, Vienne, 1852, p. 37
  29. Alexandre Ievguenievitch Fersman, Neues Jahrbuch für Mineralogie, Geologie und Paläontologie, vol. 55, 1926, p. 40 et 45 ; cerium-apatite apparaît dans American Mineralogist, vol. 11, 1926, p. 293
  30. Ebenezer Emmons (1838) Report on the Geology of New York, 252
  31. EUPYRCHROITE. E. Emmons. 1838, Geol. Surv. N. Y., 252, f. εὖ, 'well,' πῦρ, 'fire,' and χροἱα, 'color,' in allusion to its beautiful phosphorescence when heated. A var. of apatite, found in sub-fibrous, concretionary forms. — Albert Huntington Chester, A Dictionary of the Names of Minerals, John Wiley & Sons, New York, 1896, p. 91
  32. Nils Gustaf Nordenskiöld (1857) Moskovskoe Obshchestvo Ispytatelei Prirody (Société impériale des naturalistes de Moscou), 30: 217, 224
  33. Peter Christian Abildgaard (1798) Moll’s Berg.-Hütten, Jb., 2: 432
  34. Bulletin de la Société française de minéralogie et de cristallographie, Société minéralogique de France, Société française de minéralogie, volume 20, 1897, p. 164-165
  35. Richard Kirwan (1794) Elements of Mineralogy, second edition, 1: 129
  36. Michael O'Donoghue, Gems: their sources, descriptions and identification, 2006, p. 386
  37. Ann P. Sabina, Geological Survey of Canada, paper 70-50, 1963
  38. Annales, volumes 55-56, Société Académique de Nantes et du Département de la Loire-Inférieure, 1884, p. 433
  39. Bulletin minéralogique, no. 111, 1988, p. 251-256
  40. (en) Renske Landeweert, Ellis Hoffland, Roger D.Finlay, Thom W.Kuyper et Nicovan Breemen, « Linking plants to rocks: ectomycorrhizal fungi mobilize nutrients from minerals », Trends in Ecology & Evolution, vol. 16, no 1,‎ , p. 248-254 (DOI 10.1016/S0169-5347(01)02122-X).
  41. (en) Jie Chen, Hans-Peter Blume, Lothar Beyer, « Weathering of rocks induced by lichen colonization — a review », CATENA, vol. 39, no 2,‎ , p. 121-146 (DOI 10.1016/S0341-8162(99)00085-5).
  42. (en) Håkan Wallander, « Uptake of P from apatite by Pinus sylvestris seedlings colonised by different ectomycorrhizal fungi », Plant Soil, vol. 18, nos 1/2,‎ , p. 249-256 (DOI 10.1023/A:1014936217105).
  43. (en) S. A. Welch, A. E. Taunton & J. F. Banfield, « Effect of microorganisms and microbial metabolites on apatite dissolution », Geomicrobiology Journal, vol. 19, no 3,‎ , p. 343–367 (DOI 10.1080/01490450290098414).
  44. (en) Monique E. Muggli, Jon O. Ebbert, Channing Robertson, Richard D. Hurt, "Waking a Sleeping Giant: The Tobacco Industry’s Response to the Polonium-210 Issue", American Journal of Public Health (en), vol. 98, no. 9 (septembre), 2008, pages 1643-1650, doi 10.2105/AJPH.2007.130963, pré-impression
  45. « Le Secret du polonium-210 dans la fumée de cigarette », Le Figaro, 27 août 2008, archive
  46. « Du polonium 210 dans les cigarettes: les industriels savaient », Le Nouvel Observateur, 28 août 2008

Voir aussi

Articles connexes
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