Olivine

Olivine Catégorie IX : silicates[1]
Cristaux d'olivine dans gangue de basalte échantillonnée au Piton de la Fournaise, à La Réunion
Général
Classe de Strunz	09.AC.05
Formule brute	FeMg1.6O4Si(Mg,Fe)2[SiO4]
Identification
Masse formulaire[2]	153,309 ± 0,003 uma Fe 14,57 %, Mg 25,37 %, O 41,74 %, Si 18,32 %,
Couleur	vert jaune à sombre
Classe cristalline et groupe d'espace	orthorhombique-dipyramidale ; Pnma
Système cristallin	orthorhombique
Clivage	{001} bon et {010} imparfait
Cassure	conchoïdale
Habitus	grains arrondis, rarement en cristaux
Échelle de Mohs	6,5 - 7
Trait	blanc
Éclat	vitreux
Propriétés optiques
Indice de réfraction	α=1,630-1,650 β=1,650-1,670 γ=1,670-1,690
Biréfringence	Δ=0,040 ; biaxe positif
Propriétés chimiques
Densité	3,2 - 3,6
Température de fusion	forstérite : 1890 °C fayalite : 1208 °C
Fusibilité	Ne fond pas, les membres de Fe fondent et donnent une boulette magnétique
Solubilité	Soluble dans HNO3, les membres de Mg dans les acides chauds
Propriétés physiques
Magnétisme	aucun
Radioactivité	aucune
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Une olivine est un minéral du groupe des silicates, sous-groupe des nésosilicates. Elle n'a pas le statut d'espèce reconnue par l'Association internationale de minéralogie, c'est le terme médian dans la série fayalite-forstérite. Elle cristallise dans le système cristallin orthorhombique. Sections souvent automorphes dans les roches volcaniques, plutôt xénomorphes dans les roches grenues. Possède un fort relief à l'observation au microscope polarisant, ainsi qu'une forte biréfringence, teintes vives du 2^e au 3^e ordre au microscope polarisant en lumière analysée. C'est une pierre fine utilisée en joaillerie sous le nom de péridot.

Historique de la description et appellations

Inventeur et étymologie

Décrite par le minéralogiste allemand Abraham Gottlob Werner en 1790, le nom dérive de sa couleur vert olive.

Caractéristiques physico-chimiques

Critères de détermination

Cristallochimie

La formule générale des olivines est XYTO₄, où :

• T = cation tétraédrique (Si) ;
• Y = cation bivalent dans les sites octaédriques M2 ;
• X = cation bivalent dans les sites octaédriques M1.

La composition des olivines naturelles est comprise dans un tétraèdre ayant pour sommets les phases :

• forstérite (Fo) : Mg₂SiO₄ ;
• fayalite (Fa) : Fe₂SiO₄ ;
• téphroite : Mn₂SiO₄ ;
• calcio-olivine : Ca₂SiO₄.

Le membre calcique est un constituant important du ciment portland et des scories métallurgiques. Il entre aussi dans la composition des fertilisants agricoles. Il donne plusieurs polymorphes et dans la nature il se présente rarement avec la structure olivine, bien que celle-ci soit la phase de basse température.

Dans le tétraèdre de composition on observe deux lacunes de miscibilité, qui correspondent aux phases :

• CaMgSiO₄ monticellite ;
• CaFeSiO₄ kirchsteinite.

Par analogie, on donne aussi un nom particulier aux deux composants intermédiaires même s’ils ne sont pas des phases intermédiaires :

• MnMgSiO₄ picrotephroite ;
• MnFeSiO₄ knebelite.

Le long de l’axe Fo - Fa, on trouve les olivines les plus importantes, qui sont classées de la manière suivante :

• Fo100-Fo90 : forstérite ;
• Fo90-Fo70 : chrysolite ;
• Fo70-Fo50 : hyalosidérite ;
• Fo50-Fo30 : hortonolite ;
• Fo30-Fo10 : ferrohortonolite ;
• Fo10-Fo0 : fayalite.

Des olivines contenant d'importantes quantités de zinc et des teneurs mineures en nickel et chrome sont aussi connues.

Cristallographie

Structure cristalline de l'olivine Mg₂SiO₄ projetée sur le plan (a, b). Vert: Mg, jaune: Si, bleu: O. Le parallélépipède noir représente la maille conventionnelle.

L'olivine Mg₂SiO₄ cristallise dans le groupe d'espace Pnma, avec les paramètres de maille a = 10,091 Å, b = 5,961 Å et c = 4,730 Å (Z = 4 unités formulaires par maille)^[3]. Le volume de la maille conventionnelle est 284,52 Å³, la densité calculée 3,285 g/cm³.

L'olivine est un nésosilicate : les tétraèdres SiO₄ sont isolés les uns des autres par les ions Mg²⁺ dans la structure. Il y a deux sites non-équivalents pour les ions Mg²⁺, Mg1 et Mg2 (en vert clair et vert foncé respectivement sur la figure), qui sont en coordination octaédrique d'oxygène. Les octaèdres MgO₆ sont reliés entre eux par leurs arêtes et forment des chaînes parallèles à la direction b. Les longueurs de liaison moyennes sont Mg-O = 2,099 Å et Si-O = 1,630 Å.

Polymorphisme

Mg₂SiO₄ se présente avec la structure olivine dans la croûte terrestre et jusqu’à la partie supérieure de la zone de transition du manteau. Au milieu de la zone de transition, aux alentours de 520 km de profondeur, l’olivine se transforme en wadsleyite ou β-Mg₂SiO₄ à structure spinelle modifiée, contenant des groupes Si₂O₇. À des profondeurs plus importantes, à la base de la zone de transition du manteau, c’est la ringwoodite ou γ-Mg₂SiO₄, à structure spinelle, qui devient stable.

Dans la série Fo-Fa on n’observe pas de polymorphisme et même des membres moins communs (ex. nickélifères) ont une structure olivine.

Gîtes et gisements

Gîtologie et minéraux associés

Dans la croûte terrestre, les membres riches en Mg sont des constituants importants des roches ignées mafiques et ultramafiques ; ils se trouvent également dans les calcaires dolomitiques métamorphisés thermiquement. Les membres riches en Fe sont des phases mineures des roches ignées alcalines et des sédiments ferrifères métamorphisés. À teneurs élevées en magnésium la forstérite coexiste avec le périclase (MgO). En revanche, à teneurs élevées en SiO₂ la forstérite se transforme en enstatite.

L'olivine est le minéral dominant des péridotites, roches constituant le manteau. Une dunite est une roche contenant au moins 90 % d'olivine.

L'olivine est le premier minéral à cristalliser lorsqu'un magma refroidit. C'est pourquoi il est souvent présent dans les basaltes. Il peut cristalliser à une température d'environ 1 000 °C. C'est le premier minéral de la suite réactionnelle :

Olivine (Mg) → Olivine (Fe,Mg) → Pyroxène (Mg) → Pyroxène (Fe,Mg) → Amphiboles → Biotite (des hautes températures vers les basses températures).

La forstérite n'est jamais associée avec du quartz ; en fait, la présence simultanée de forstérite et de quartz conduirait à la formation spontanée de pyroxène.

Des olivines plus riches en fer peuvent coexister avec du quartz dans certains granites et syénites quartzifères, où elles sont associées avec des autres silicates ferrifères, comme le pyroxène hédenbergite CaFeSi₂O₆, le pyroxène ægyrine NaFeSi₂O₆ et l’amphibole arfvedsonite Na₃(Fe²⁺₄Fe³⁺)Si₈O₂₂(OH)₂.

Les olivines métamorphiques sont moins communes, mais sont quand même des minéraux importants dans certains marbres impurs et dans les roches ultramafiques métamorphosées.

Étant formées à haute température et en absence d’eau, les olivines sont très sensibles aux agents atmosphériques, à l’altération hydrothermale, au métamorphisme de bas degré impliquant l’hydratation, l’oxydation, la silicification ou la carbonatation. Elles s’altèrent en serpentine, chlorite, amphibole, oxydes de fer (transformation dite "rubéfaction"), talc. Les olivines répondent parfaitement à la loi de Goldich : « les minéraux sont d’autant plus vulnérables que leurs conditions de genèse diffèrent plus de celles qui règnent à la surface ».

Gisements producteurs de spécimens remarquables

• En France, près de Langeac et du Puy-en-Velay en Haute-Loire et à Allanche dans le Cantal.
• Sur l’île de La Réunion au Piton de la Fournaise, on trouve dans les coulées de basalte des macrocristaux d'olivine.
• On en trouve également sur l'île de Lanzarote.

Galerie

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  Cristaux d'olivine dans un sable d'une plage de l'île d'Oahu (Hawaii) - Largeur de champ = 5,5 mm.

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  Cristaux d'olivine extraits d'un sable prélevé dans la rivière Hitiaa (Tahiti) - Largeur de champ = 5,5 mm.

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  Cristaux d'olivine altérés extraits d'un sable d'une plage de l'île de Linosa (Italie) - Largeur de champ = 5,5 mm.

Notes et références

1. ↑ La classification des minéraux choisie est celle de Strunz.
2. ↑ Masse molaire calculée d’après Atomic weights of the elements 2007 sur www.chem.qmul.ac.uk
3. ↑ ICSD No. 83 793 ; (en) Michael Haiber, Pietro Ballone et Michele Parrinello, « Structure and dynamics of protonated Mg₂SiO₄: An ab-initio molecular dynamics study », dans American Mineralogist, vol. 82, n^o 9-10, 1997, p. 913-922 [texte intégral] 

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