Cordiérite

La cordiérite est une espèce minérale du groupe des silicates, de formule Al3Mg2AlSi5O18 avec des traces de Mn, Fe, Ti, Ca, Na et K. Longtemps considérée comme un cyclosilicate, la cordiérite est maintenant classée parmi les tectosilicates[4]. Les cristaux peuvent atteindre jusqu'à 18 cm[5]. Elle a la particularité de présenter un très fort polychroïsme. Minéral des roches argileuses qui ont subi un métamorphisme, on le trouve notamment dans les schistes à cordiérite et andalousite.

Cordiérite[1]
Catégorie IX : silicates[2]

Cordiérite - Italie
Général
Classe de Strunz
9.CJ.10
Classe de Dana
61.02.01.01
Formule chimique Al4Mg2O18Si5 Al3Mg2AlSi5O18
Identification
Masse formulaire[3] 584,9529 ± 0,0081 uma
Al 18,45 %, Mg 8,31 %, O 49,23 %, Si 24,01 %,
Couleur gris, bleu, bleu noirâtre (Fe), incolore, ou bleu pâle (Mg)
Classe cristalline et groupe d'espace dipyramidale ;
Cccm
Système cristallin orthorhombique, pseudohexagonal
Réseau de Bravais centrée C
Macle communes sur {110} et {130}
Clivage bon selon {100}, peu distinct sur {010} et {001}
Cassure subconchoïdale à conchoïdale, irrégulière
Échelle de Mohs 7 - 7,5
Trait blanc, gris
Éclat vitreux à mat
Propriétés optiques
Indice de réfraction α=1,527-1,560
β=1,532-1,574
γ=1,538-1,578
Pléochroïsme très marqué
Biréfringence Δ=0,011-0,018 ; biaxe négatif
2V = 75-89°
Fluorescence ultraviolet aucune
Propriétés chimiques
Densité 2,55 - 2,57
Propriétés physiques
Magnétisme aucun
Radioactivité aucune
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Historique de la description et appellations

Inventeur et étymologie

La cordiérite fut décrite par le minéralogiste Lucas (garde des collections de minéraux au Jardin des Plantes de Paris) en 1813[6]. Elle est dédiée à l'ingénieur, géologue et minéralogiste français Louis Cordier qui en a fait la première description en 1809 sous le nom de dichroïte[7] ; les échantillons provenaient du Cap de Gattes en Espagne qui n'a pas été retenu comme gisement topotype.

Topotype

Le topotype se trouve à Bodenmais, Bavière, en Allemagne.

Synonymes
  • Dichroïte (Cordier, 1809) (genre masculin) : du grec duo, deux, et krôma, couleur, soit double couleur, allusion au fort pléochroïsme que ce minéral présente quand il est gemme. « Éclairé par une source lumineuse localisée, il change de couleur en fonction de son orientation par rapport à cette source. De couleur pâle, gris-jaune, dans toute une gamme d'orientations, la cordiérite adopte une couleur bleue (en fait, plutôt violette), intense à sombre, dans les autres orientations[8] ».
  • Iolite ou yolithe (Werner) du grec iol, violette, pour sa couleur, semblable à la couleur de la violette[9].
  • Quartz bleu de la Nouvelle-Finlande (Steinheil)[10].
  • Saphir d'eau (Buffon). Ce synonyme historique prête à confusion avec le saphir, point que soulevait déjà Buffon dans sa publication[11]. Il est interdit par le C.I.B.J.O. (World Jewellery Confederation)[12].
  • Steinheilite : décrite par le comte de Steinheil, gouverneur de Finlande, sous le nom de quartz bleu de la Nouvelle-Finlande, c'est le minéralogiste Pansner qui l'a baptisée Steinheilite dans l'Annuaire minéralogique de Léonhard en 1815[13].

Caractéristiques physico-chimiques

Critères de détermination
Polychroïsme de la cordiérite.

La cordiérite est d'éclat vitreux à mat et de couleur bleue, avec un trichroïsme bleu, jaune, violet. Elle présente une fracture irrégulière et subconchoïdale à conchoïdale.

Plus encore que le béryl, la cordiérite peut être confondue avec le quartz, surtout quand les surfaces ne sont pas altérées. Quand elles le sont, elle est transformée en agrégats microcristallins de chlorites ou de muscovite, elle prend alors le nom de pinite. Si elle est altérée, la cordiérite peut être confondue avec la serpentine.

En couche mince, la biréfringence relativement faible est typique de la cordiérite. D'autres caractères diagnostiques sont la présence d'altération en pinite le long du clivage et des fractures, et les hâlons pléochroïques jaunes autour des inclusions de zircon.

Les macles peuvent aussi être présentes, parfois lamellaires, mais plus fréquemment cycliques, à des angles de 30°, 60° ou 120º.

La morphologie comprend les formes {001}, {100}, {010}, {110} et {111}. L'angle entre {110} et {110} est proche de 60º et confère au cristal une symétrie pseudohexagonale, ce qui explique l'existence de macles cycliques.

La cordiérite est insoluble dans les acides et ne fond pratiquement pas.

Cristallochimie

Elle forme une série avec la sékaninaïte (Fe2+,Mg)2Al4Si5O18.

Selon la classification de Dana, elle sert de chef de file au groupe de la cordiérite, noté 61.02.01 : elle fait partie des cyclosilicates composés d'anneaux à six membres (61) avec substitution (partielle) du silicium par de l'aluminium dans les anneaux (61.02). Selon la classification de Strunz, elle fait partie du groupe 09.CJ.10 contenant les silicates (IX), plus particulièrement les cyclosilicates (9.C) formés d'anneaux à six ou douze membres Si6O18 (9.CJ). Ces deux groupes contiennent les mêmes minéraux.

Membres du groupe de la cordiérite
Minéral Formule Groupe ponctuel Groupe d'espace
CordiériteAl3Mg2AlSi5O18mmmCccm
Sékaninaïte(Fe2+,Mg)2Al4Si5O18mmmCccm

Ce minéral existe en deux polymorphes :

La température de transition de phase entre ces deux polymorphes est de 1 450 °C[14].

Le rapport Al/Si = 1/5 est presque toujours respecté. Les substitutions isomorphes importantes sont fer2+ et manganèse2+ pour le magnésium et fer3+ pour l'aluminium (isomorphisme de première espèce). Les cordiérites ont toujours tendance à s’enrichir en magnésium, même lorsqu'elles sont associées à des minéraux ferromagnésiens (biotite, grenats, spinelles).

La cordiérite est essentiellement isostructurale avec le béryl. Les anneaux à six membres AlSi5O18 sont reliés par des tétraèdres centrés sur l'aluminium et des octaèdres centrés sur le magnésium. Dans l'indialite, l'aluminium des anneaux est désordonné, tandis que dans la cordiérite sa position est ordonnée. Ce fait explique la différence de symétrie entre les deux polymorphes.

La topologie de la cordiérite, comme celle du béryl, est celle d'un tectosilicate (classification de Zoltai) et seule la distinction chimique entre les tétraèdres des anneaux à six membres, centrés sur le silicium et l'aluminium, et ceux hors des anneaux, centrés sur l'aluminium seulement, permet de classer ce minéral parmi les cyclosilicates (classification de Machatski-Bragg).

Cristallographie
Structures de la cordiérite et de l'indialite
Cordiérite : structure. En vert : atomes de magnésium, en bleu : oxygène. Les sites tétraédriques en jaune sont occupés par le silicium, ceux en gris par l'aluminium.
Indialite : structure. En vert : atomes de magnésium, en bleu : oxygène. Les sites tétraédriques en jaune sont occupés principalement par le silicium, ceux en gris par l'aluminium.

Cordiérite

La cordiérite cristallise dans le système cristallin orthorhombique, de groupe d'espace Cccm (Z = 4 unités formulaires par maille), avec les paramètres de maille = 17,045 Å, = 9,713 Å et = 9,332 Å (V = 1 544,9 Å3, masse volumique calculée = 2,51 g/cm3)[15].

Les cations Mg2+ sont en coordination (6) d'anions O2− et forment des octaèdres MgO6. La longueur de liaison Mg-O moyenne est 2,106 Å.

Les cations Al3+ sont distribués sur deux sites non-équivalents, Al1 et Al2. Tous les deux sont en coordination tétraédrique d'oxygène. Les tétraèdres Al2O4 font partie des anneaux à six membres AlSi5O18, les tétraèdres Al1O4 relient les anneaux entre eux en partageant leurs sommets avec des tétraèdres SiO4. Les longueurs de liaison Al-O moyennes sont 1,735 Å pour Al1 et 1,729 Å pour Al2.

Les cations Si4+ sont distribués sur trois sites non-équivalents, Si1, Si2 et Si3. Tous sont en coordination tétraédrique d'oxygène. Les tétraèdres Si2O4 et Si3O4 font partie des anneaux à six membres AlSi5O18, les tétraèdres Si1O4 relient les anneaux entre eux en partageant leurs sommets avec les tétraèdres Al2O4. Les longueurs de liaison Si-O moyennes sont 1,641 Å pour Si1, 1,618 Å pour Si2 et 1,606 Å pour Si3.

Indialite

L'indialite cristallise dans le système cristallin hexagonal, de groupe d'espace P6/mcc (Z = 2), avec les paramètres de maille = 9,769 Å et = 9,337 Å (V = 771,7 Å3, densité calculée = 2,52 g/cm3)[16].

Les cations Mg2+ sont en coordination (6) d'anions O2− et forment des octaèdres MgO6. La longueur de liaison Mg-O moyenne est 2,126 Å.

Les cations Al3+ et Si4+ sont distribués sur deux sites non-équivalents. Ces sites ont une occupation mixte, c'est-à-dire qu'ils ont une certaine probabilité d'être occupés soit par Al3+, soit par Si4+, l'occupation des sites se faisant de façon désordonnée dans tout le cristal (si l'occupation était ordonnée, la maille conventionnelle serait différente de celle déterminée par diffraction de rayons X). Le premier site, (Al,Si)1, contient en moyenne 90 % d'aluminium et est en coordination tétraédrique d'oxygène, avec une longueur de liaison (Al,Si)1-O moyenne 1,736 Å. Les tétraèdres (Al,Si)1O4 relient les anneaux à six membres entre eux. Le second site, (Si,Al)2, est placé dans les anneaux à six membres : chaque tétraèdre (Si,Al)2O4 de l'anneau est identique. Le site (Si,Al)2 contient en moyenne 78 % de silicium et est en coordination tétraédrique d'oxygène, avec une longueur de liaison (Si,Al)2-O moyenne 1,637 Å.

Gîtes et gisements

Gîtologie et minéraux associés

La cordiérite apparaît dans les sédiments argileux subissant un métamorphisme thermique. Elle apparaît dès les premiers stades du métamorphisme, associée à la biotite et l'andalousite, et correspond à une nature chimique riche en aluminium[17]. Mais elle demeure dans les stades plus élevés du métamorphisme.

La cordiérite peut également apparaître dans les roches issues d’un métamorphisme régional. Il s’agit alors d’un métamorphisme de haut degré : gneiss à cordiérite.

La cordiérite peut également se trouver dans quelques roches magmatiques : pegmatites granitiques, norites à cordiérite dérivées d'un magma gabbroïque contaminé par du matériel argileux.

La cordiérite peut être associée à l'andalousite, la biotite, le corindon, des feldspaths potassiques, des grenats, la muscovite, la sillimanite et des spinelles.

Gisements producteurs de spécimens remarquables
  • Allemagne
Großer Arber, Bayerisch Eisenstein, Zwiesel, Bayerischer Wald, Basse-Bavière, Bavière (topotype)
  • Algérie
Kef Cheraya, Cap Bougaroun, Collo, province de Skikda[18]
  • Canada
Mine Madeleine, Mont-Albert, La Haute-Gaspésie RCM, Gaspésie–Îles-de-la-Madeleine, Québec[19]
L'Île-du-Grand-Calumet, Pontiac RCM, Outaouais, Québec[20]
  • France
Carrière de Granite, Vieille-Brioude, Brioude, Haute-Loire, Auvergne[21]
Cransac, Decazeville, Aveyron, Midi-Pyrénées[22]
Carrière de Saint-Symphorien-sur-Coise, Chazelles-sur-Lyon, Lyon, Rhône, Rhône-Alpes[23]
  • Italie
Roccatederighi, Roccastrada, province de Grosseto, Toscane

Applications

Joaillerie
À gauche pierre brute (dichroïsme), à droite gemme de cordiérite

Les cristaux gemmes peuvent être taillés comme pierre fine (facettes, cabochons).

Après traitement

La cordiérite peut être traitée à haute température. Elle revêt alors des caractéristiques proches de celles des céramiques de synthèse, comme la faible conductivité thermique, le faible coefficient de dilatation, un pouvoir isolant diélectrique et la résistance aux agents chimiques[24].

Applications industrielles

La cordiérite est utilisée pour l'isolation de résistances électriques, la réalisation de tubes de brûleurs, la fabrication de supports de cuisson dans l'industrie céramique[24].

On la rencontre aussi dans les filtres catalytiques, pour la conversion de polluants comme le CO, HC et NOx[24].

Applications domestiques
Pierre réfractaire de cuisson en cordiérite

Ce matériau réfractaire est rencontré dans les plats à four comme le grès à feu à la cordiérite, les plaques de cuisson pour pizzas ou pains, aussi en tant que composant des céramiques de verre à l'exemple des vitrocéramiques de plaques de cuisson[24].

Notes et références
  1. (en) Thomas Armbruster, « Role of Na in the structure of low-cordierite: A single-crystal X-ray study », American Mineralogist, vol. 71, nos 5-6,‎ , p. 746 (lire en ligne).
  2. La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.
  3. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  4. Michel GIBERT, « CORDIÉRITE », Encyclopædia Universalis [en ligne, consulté le 17 mai 2015]
  5. (en) John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh et Monte C. Nichols, The Handbook of Mineralogy : Silica, Silicates, vol. II, Mineral Data Publishing, .
  6. Jean André Henri Lucas, Tableau méthodique des espèces minérales, Librairie d'Hautel, , p. 219.
  7. Louis Cordier, « Description du dichroïte, nouvelle espèce minérale », in Journal de physique, de chimie, d’histoire naturelle et des arts, tome LXVIII, janvier 1809, p. 298
  8. Jean-Claude Boulliard, 101 minéraux et pierres précieuses: qu'il faut avoir vus dans sa vie, Dunod, (lire en ligne), p. 84.
  9. (en) James Nicol, Manual of mineralogy: or, The natural history of the mineral kingdom, 1849, p. 261.
  10. Archives des découvertes et des inventions nouvelles, vol. 14, 1822, p. 74.
  11. Georges Louis Leclerc de Buffon, Œuvres complètes de Buffon, vol. 6, 1835, p. 193.
  12. Site du CIBJO
  13. Jacques Eustache de Sève, Nouveau dictionnaire d'histoire naturelle, appliquée aux arts, vol. 32, 1819, p. 138.
  14. (en) Andrew Putnis, « The distortion index in anhydrous Mg-Cordierite », Contrib. Mineral. Petrol., vol. 74, no 2,‎ , p. 135-141 (DOI 10.1007/BF01131999).
  15. ICSD No. 86 346 ; (en) B. Winkler, M.T. Dove et M. Leslie, « Static lattice energy minimization and lattice dynamics calculations on aluminosilicate materials », American Mineralogist, vol. 76, nos 3-4,‎ , p. 313-331 (lire en ligne).
  16. ICSD No. 75 987 ; (en) P. Thomas, I. Gouby, D. Mercurio, T. Merle et B. Frit, « Synthesis and structural characterization of Cu(I) and Cu(II)-doped cordierites », Materials Research Bulletin, vol. 30, no 2,‎ , p. 141-148 (DOI 10.1016/0025-5408(94)00109-X).
  17. (en) F.G.H. Blyth, Michael de Freitas, A Geology for Engineers, CRC Press, , p. 121.
  18. (en) Jean Fougnot, Michel Pichavant et Pierre Barbey, « Biotite resorption in dacite lavas from northeastern Algeria », European Journal of Mineralogy, vol. 8, no 3,‎ , p. 625-638.
  19. P. Girard, The Madeleine copper mine, Gaspe, Quebec (thèse de doctorat non publiée), McGill University, Montreal, .
  20. dans Econ Geol., vol. 87, 1992, p. 164-171.
  21. Pierre G. Pélisson, Étude minéralogique et métallogénique du district filonien polytype de Paulhaguet (Haute-Loire, Massif Central français), thèse de doctorat, Orléans, France, 1989
  22. Roland Pierrot, Raymond Pulou, Paul Picot, Inventaire minéralogique de la France n°7 - Aveyron, Éditions du BRGM, 1977
  23. G. Demarcq, Guides Géologiques Régionaux : lyonnais, Vallée du Rhône, Masson, , 176 p., p. 40.
  24. « Cordiérite | SICT », sur ceramique-technique.com (consulté le )

Voir aussi

Articles connexes
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