Cookéite

Cookéite
Cookéite
Catégorie IX : silicates[1]
Cookéite sur quartz, Paris, Maine, gisement topotype.

Cookéite sur quartz, Paris, Maine, gisement topotype.
Général
Classe de Strunz 09.EC.55
Classe de Dana 71.04.01
Formule brute H8Al5LiO18Si3LiAl4(Si3Al)O10(OH)8
Identification
Masse formulaire[2] 522,158 ± 0,009 uma
H 1,54 %, Al 25,84 %, Li 1,33 %, O 55,15 %, Si 16,14 %,
Couleur blanche, verte, brune, dorée, rosée
Classe cristalline et groupe d'espace prismatique ; C2 ou Cc
Système cristallin monoclinique
Réseau de Bravais à face centrée C
Macle sur {001}
Clivage parfait sur {001}
Cassure flexible
Habitus cristaux pseudo-hexagonaux micacés
Jumelage autour de [310]
Échelle de Mohs 2,5
Trait blanc
Éclat nacré ; soyeux
Propriétés optiques
Indice de réfraction nα=1,572-1,576, nβ=1,579-1,584, nγ=1,589-1,6
Pléochroïsme x = y : vert pâle à rose, z : incolore à jaune pâle
Biréfringence biaxial (+), 0,0170-0,0240
Dispersion 2vz ~ 35° to 60°
Fluorescence ultraviolet jaune crème (SW)
Transparence transparent à translucide
Propriétés chimiques
Densité de 2,58 à 2,69
Propriétés physiques
Magnétisme aucun
Radioactivité aucune
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

La cookéite est une espèce minérale du groupe des silicates et du sous-groupe des phyllosilicates, de la famille des chlorites, de formule LiAl4(Si3Al)O10(OH)8[3]. Ce minéral tendre et peu dense, de couleur variable, a une structure cristalline formée d'un empilement alterné de couches LiAl2(OH)6 et Al2O4(OH)2Si8O12 et présente plusieurs polytypes. La cookéite est souvent trouvée comme produit d'altération hydrothermale de silicates dans les pegmatites. Elle se forme à température relativement basse (moins de 200 °C) et à pression variable.

Sommaire

Historique de la description et appellations

Inventeur et étymologie

La cookéite a été décrite en 1866 par le minéralogiste George Jarvis Brush[4] et dédiée à Josiah Parsons Cooke (1827-1894), minéralogiste et chimiste américain à l'Université Harvard, Cambridge, Massachusetts[5].

Topotype

Le gisement topotype se trouve dans la carrière Mt Mica Quarry, Paris, comté d’Oxford, Maine, aux États-Unis.

Les échantillons types sont déposés à l’Université Yale, New Haven, Connecticut, États-Unis (N° 2.3728)[6].

Caractéristiques physico-chimiques

Critères de détermination

La cookéite est un minéral de couleur blanche, présentant des teintes vertes, brunes, dorées ou rosées plus ou moins prononcées. Elle se présente sous la forme de cristaux pseudo-hexagonaux, de sphérules, d'agrégats radiés ou fibreux. Son éclat est nacré ou soyeux, elle est transparente à translucide. Elle est flexible mais non élastique, présente un clivage parfait sur le plan {001} et sa cassure est micacée[7] (formation de feuillets minces ou paillettes).

La cookéite est un minéral tendre car sa dureté ne varie que de 2,5 à 3,5 sur l'échelle de Mohs. Elle est de plus peu dense, sa densité mesurée variant de 2,58 à 2,69[8]. La cookéite présente un pléochroïsme de couleur vert pâle à rose selon les axes X et Y et incolore à jaune pâle selon l'axe Z. Son trait est blanc et elle présente assez régulièrement une fluorescence jaune-crème[7].

Composition chimique

La cookéite, de formule LiAl4(Si3Al)O10(OH)8, a une masse moléculaire de 522,16 u, soit 8,67 × 10−25 kg. Elle est donc composée des éléments suivants :

Composition élémentaire du minéral
Élément Nombre (formule) Masse des atomes (u)  % de la masse moléculaire
Lithium 1 6,94 1, 33 %
Silicium 3 84,26 16,14 %
Aluminium 5 134,91 25,84 %
Hydrogène 8 8,06 1,54 %
Oxygène 18 287,99 55,15 %
Total : 35 éléments Total : 522,16 u Total : 100 %

Les impuretés souvent rencontrées dans la cookéite sont le fer, le manganèse, le magnésium, le calcium, le sodium et le potassium[8].

Le silicium des couches de silicate peut être en partie substitué par de l'aluminium, du bore ou du béryllium, avec un rapport (Al,B,Be)/Si plutôt constant[3].

Cristallochimie

La cookéite est un polytype des chlorites.

Selon la classification de Strunz, elle fait partie de la classe des silicates (IX), plus précisément des phyllosilicates (9.E) micacés composés de réseaux tétraédriques et octaédriques (9.EC).

Membres du groupe 9.EC.55 des phyllosilicates micacés
Minéral Formule Groupe ponctuel Groupe d'espace
Baileychlore (Zn,Al)3[Fe2Al][Si3AlO10](OH)8 1 ou 1 C1 ou C1
Borocookéite Li1+3xAl4-x(BSi3)O10(OH,F)8 (x ≤ 0,33) 2/m C2/m
Chamosite (Fe,Mg,Fe)5Al(Si3Al)O10(OH,O)8 2/m C2/m
Clinochlore (Mg,Fe)5Al(Si3Al)O10(OH)8 2/m C2/m
Cookéite LiAl4(Si3Al)O10(OH)8 1, 2 ou 2/m C1, C2 ou Cc
Donbassite Al2[Al2,33][Si3AlO10](OH)8 2/m C2/m
Franklinfurnacéite Ca(Fe,Al)Mn4Zn2Si2O10(OH)8 2 C2
Glagolevite NaMg6[Si3AlO10](OH,O)8·H2O 1 C1
Gonyérite Mn3[Mn3Fe][(Si,Fe)4O10](OH,O)8 orthorhombique
pseudo-hexagonal
inconnu
Nimite (Ni,Mg,Fe)5Al(Si3Al)O10(OH)8 2/m C2/m
Odinite (Fe,Mg,Al,Fe,Ti,Mn)2,5(Si,Al)2O5(OH)4 m Cm
Orthochamosite (Fe,Mg,Fe)5Al(Si3Al)O10(OH,O)8 orthorhombique
pseudo-hexagonal
inconnu
Pennantite Mn5Al(Si3Al)O10(OH)8 2/m C2/m
Sudoïte Mg2(Al,Fe)3Si3AlO10(OH)8 2/m C2/m

Selon la classification de Dana, la cookéite se trouve dans la classe des phyllosilicates (classe 71) dont les couches de silicate sont formées par des anneaux à six membres avec une alternance de couches 2:1 (deux couches de tétraèdres T autour d'une couche d'octaèdres O) et de couches 1:1 (couche isolée d'octaèdres) (71.04) et plus précisément dans le groupe des chlorites (71.04.01).

Cristallographie

Généralités

La cookéite cristallise généralement dans le système cristallin monoclinique. Son groupe d'espace peut être C2[9], Cc[10] (monoclinique) ou C1[11] (triclinique).

Sa structure consiste en un empilement de couches contenant les éléments métalliques et de couches d'aluminosilicates. Le polyèdre de coordination des éléments métalliques est un octaèdre dont les sommets sont les anions O2− ou des groupes hydroxyles (OH). Les couches d'aluminosilicates contiennent une couche d'aluminium en coordination octaédrique et deux couches d'aluminosilicates formées par des anneaux à six-membres (Si,Al)6O18 de tétraèdres (Si,Al)O4. Les couches sont reliées entre elles par des liaisons hydrogène[12].

Il existe deux types de couches d'octaèdres, notées O et O', qui diffèrent par leur taux de remplissage. Les cookéites appartiennent aux chlorites « di, trioctaédriques », c'est-à-dire qu'elles possèdent :

  • une couche d'octaèdres O dont tous les sites sont occupés par les éléments métalliques (couche trioctaédrique) ;
  • une couche d'octaèdres O' moins dense dont les sites ne sont occupés qu'aux deux tiers (couche dioctaédrique). Les sites octaédriques non occupés sont appelés « sites vacants ». Cette couche est entourée de deux couches d'anneaux à six membres de tétraèdres d'aluminosilicate, notées T, pour former des couches T-O'-T.

La couche O contient les cations métalliques Al3+ et Li+. La distribution de ceux-ci n'est pas ordonnée dans la structure : les sites octaédriques peuvent accueillir soit Al3+, soit Li+, mais l'occupation des sites par ces cations varie d'une maille à l'autre de façon non périodique. Pour cette raison, les sites octaédriques sont qualifiés de sites d'« occupation mixte ». L'occupation d'un site par différentes espèces chimiques est décrite par ses pourcentages d'occupation, c'est-à-dire par la probabilité d'y trouver une certaine espèce chimique. Par exemple, la couche trioctaédrique O de la cookéite r représentée ci-dessus possède trois sites différents[note 1], dont deux sont majoritairement occupés par l'aluminium (octaèdres orange) et le troisième est majoritairement occupé par le lithium (octaèdres verts). De même, les sites tétraédriques des anneaux à six-membres (Si,Al)6O18 sont à occupation mixte de silicium et d'aluminium (en jaune dans la figure).

La structure de la cookéite peut être vue comme un empilement alternatif de couches de type brucite et de couches de type talc[12]. En effet, la brucite Mg(OH)2 est constituée de couches Mg3OH6[13] et le talc Mg3(Si4O10)(OH)2 est constitué de couches Mg2O4(OH)2Si8O12[14]. Dans la cookéite, les cations Li+ et Al3+ prennent la place des cations Mg2+ dans les couches de type brucite (couches O) et talc (couches O').

L'empilement des couches n'est pas identique dans toutes les cookéites : il existe plusieurs polytypes, qui se distinguent par la longueur de la période d'empilement (paramètre de maille c pour les cookéites monocliniques).

Cookéite r

Schéma montrant la structure cristallographique de la cookéite r
Structure de la cookéite r, projetée le long de la direction b (vue en perspective). Jaune : Si, orange : Al, vert : Li, bleu : O, gris : H. La structure en anneaux à six membres des couches T est particulièrement visible dans la couche de gauche.

La cookéite r est une cookéite rare riche en lithium de formule Al2(Al2Li)(Si3,04Al0,96)O10(OH)8. Elle cristallise dans le groupe d'espace Cc, avec Z = 4 unités formulaires par maille conventionnelle[10]. Ses paramètres de maille sont a = 5,158 Å, b = 8,940 Å, c = 28,498 Å et β = 96,6° (volume de la maille V = 1 305,41 Å3) et sa masse volumique calculée est 2,66 g/cm3.

Sa structure est constituée d'un empilement alternatif de deux types de couches, notées O et T-O'-T, parallèles au plan (a, b).

Les couches O, de composition LiAl2(OH)6+, sont constituées d'octaèdres (Al,Li)(OH)6 reliés par leurs arêtes. Tous les octaèdres sont à occupation mixte d'aluminium et de lithium. Les cations de la couche O sont distribués sur trois sites non équivalents par symétrie. Deux tiers des sites sont préférentiellement occupés par Al3+ à 91 % (octaèdres oranges dans la figure ci-contre), un tiers des sites contient 82 % de Li+ (octaèdres verts). La longueur de liaison (Al,Li)-OH moyenne est 1,95 Å pour les octaèdres contenant majoritairement de l'aluminium et 2,11 Å pour les autres[10].

Les couches T-O'-T, de composition Al2O4(OH)2Si8O12, sont constituées d'une couche O' d'octaèdres AlO4(OH)2 contenant exclusivement de l'aluminium, entourée de deux couches T de tétraèdres (Si,Al)4O10, structurées sous forme d'anneaux à six membres (Si,Al)6O18 dans lesquels les tétraèdres (Si,Al)O4 ont une occupation mixte de silicium et d'aluminium. Les cations Al3+ des couches O' sont distribués sur deux sites non équivalents par symétrie, avec une longueur de liaison Al-O moyenne de 1,92 Å. Les cations (Si4+,Al3+) des couches T sont distribués sur quatre sites non équivalents, avec une longueur de liaison (Si,Al)-O moyenne de 1,66 Å[10]. Il existe deux couches T-O'-T dans la cookéite r : la première est située au bord de la maille, autour du plan de coordonnées (x, y, z = 0), la deuxième est située au centre de la maille, autour du plan de coordonnées (x, y, z = 1/2)[note 2]. Ces deux couches sont identiques et équivalentes par le miroir translatoire c de coordonnées (x, y, z = 1/4)[15],[note 3]. Comme la couche O' ne possède qu'un site vacant dans la maille, lors de l'empilement des couches, les sites vacants des deux couches sont décalés dans le plan (a, b).

Autres cookéites

Une cookéite de formule (Al1,85Fe0,13)(Li0,65Al1,96)(Si3,4Al0,6)O10,35(OH)7,65 provenant du dépôt de beauxite de Djalair en Asie centrale a été décrite dans le groupe d'espace triclinique C1 (Z = 2 unités formulaires par maille), avec les paramètres de maille a = 5,14 Å, b = 8,90 Å, c = 14,15 Å, α = 90,55°, β = 96,2° et γ = 90° (volume de la maille V = 643,49 Å3). Elle présente une masse volumique calculée de 2,69 g/cm3. Sa structure est notée IIa dans la nomenclature des polytypes des chlorites[11].

Le paramètre de maille c de la cookéite IIa est la moitié de celui de la cookéite r : la différence entre ces deux structures vient de l'empilement des couches O et T-O'-T. À l'intérieur des couches même, il n'y a pas de différence structurelle notable entre cette cookéite et la cookéite r. Cependant, les couches dioctaédriques O' de la cookéite IIa sont toutes identiques et ordonnées de façon à avoir les sites vacants les uns au-dessus des autres dans la direction d'empilement des couches, alors que dans la cookéite r, du fait du miroir translatoire c, les sites vacants des couches O' ne se superposent pas.

Remarque : il existe deux groupes d'espace dans le système triclinique : P1 et P1. La symétrie de cette cookéite est P1 ; sa description dans le groupe d'espace non conventionnel C1, induisant une maille doublée artificiellement dans le plan (a, b) par rapport à la maille conventionnelle primitive, permet de comparer plus facilement sa structure avec celle des cookéites monocliniques.

Gîtes et gisements

Gîtologie et minéraux associés

Photo montrant une fine couche de cookéite crème, translucide, encerclant une elbaïte verte et mauve
Une fine couche de cookéite encercle une elbaïte verte à la base, mauve au sommet.

La cookéite est souvent un produit de l'altération hydrothermale de minéraux contenant du lithium, tels que la lépidolite ou certaines tourmalines, dans les pegmatites[7],[16]. Elle peut aussi se trouver dans les veines hydrothermales à l'état primaire.

Elle est souvent associée aux minéraux suivants : albite, lépidolite, microcline, petalite, quartz, spodumène, tourmaline.

Gisements producteurs de spécimens remarquables

Photo montrant un spécimen de cookéite verdâtre
Spécimen de Couledoux, Haute-Garonne, France.
  • Allemagne
Mine d'uranium dans la vallée de la Krunkelbach, Menzenschwand (de), Forêt-Noire, Bade-Wurtemberg[17]
  • Bolivie
Mine Siglo Veinte (XX), Llallagua, province de Rafael Bustillo, département de Potosí[18]
  • Canada
Mine Tanco, Lac-du-Bonnet (Bernic Lake), Manitoba[19]
  • Chine
Mine Yaogangxian, Xian de Yizhang, Chenzhou, Hunan[20]
  • États-Unis
Carrière Mt Mica, Paris, comté d'Oxford, Maine (topotype)[21]
  • France
Goutasson, Couledoux, Haute-Garonne, Midi-Pyrénées[22]
  • Madagascar
Tsarafara Sud, vallée de Sahatany, champs de pegmatites de Sahatany, Vakinankaratra, province d'Antananarivo[23]
  • République tchèque
Huber Stock, Krásno, Horní Slavkov, district de Sokolov, région de Karlovy Vary, Bohême[24]

Croissance des minéraux

Article détaillé : Chloritisation.

La cookéite est un produit d'altération de silicates. Dans les zones de bas degré métamorphique, elle est associée à la pyrophyllite. Dans les zones de haut degré métamorphique, elle se forme principalement par altération du disthène.

Une étude d'échantillons recueillis dans le champ stannifère d'Ardlethan en Australie a montré que la cookéite se forme dans les interstices poreux des brèches granitiques contenant du quartz, des sulfures (comme la pyrite), de la cassitérite, de la tourmaline et de la fluorine[25]. Elle apparaît à des températures relativement basses (entre 150 °C et 200 °C) dans des conditions hydrothermales, après la formation des autres minéraux dans la brèche. Le lithium présent dans la cookéite provient d'un transport hydrothermal de fluides magmatiques.

La pression semble surtout avoir une influence sur le degré de cristallinité et la composition de la cookéite. À basses pressions, l'empilement des couches n'est pas très régulier et la cookéite peut contenir beaucoup d'impuretés de substitution. À des pressions plus élevées (supérieures à 10 kbar), la structure est plus ordonnée, ce qui produit un meilleur degré de cristallinité, et la cookéite est plus pure[26]. Cependant, cette relation directe entre pression et structure a été remise en cause par la découverte de plusieurs échantillons de cookéite de cristallinités différentes dans le même échantillon d'une zone à basse pression[27]. Les cookéites issues de hautes pressions présentent toujours un haut degré de cristallinité, mais des cookéites ordonnées peuvent aussi être trouvées à basse pression. Les cristaux de faible cristallinité supposés caractéristiques des basses pressions n'auraient simplement pas encore atteint l'équilibre thermodynamique des cristaux ordonnés à cause d'autres facteurs comme la déformation du milieu ou l'environnement chimique.

Notes et références

Notes

  1. Un cristal parfait étant considéré comme un empilement ordonné et infini d'atomes, les couches contiennent une infinité de sites. Cependant, ces sites peuvent être regroupés en « sites équivalents par symétrie », c'est-à-dire que l'application des opérations de symétrie du groupe d'espace du cristal sur un site particulier de l'unité asymétrique de la maille conventionnelle permet de retrouver tous les autres sites équivalents dans le cristal.
  2. Une maille étant définie par les coordonnées 0 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 1 et 0 ≤ z < 1, la couche T-O'-T située autour du plan de coordonnées (x, y, z = 1) fait partie de la maille voisine dans le cristal.
  3. Ce miroir appliqué à un point de coordonnées (x, y, z) crée son image par symétrie aux coordonnées (x + 1/2, y + 1/2, 1/2 z).

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. a et b (en) P. Černý, « Compositional variations in cookeite », dans The Canadian Mineralogist, vol. 10, no 4, 1970, p. 636-647 
  4. (en) George Jarvis Brush, « On cookeite and jefferisite », dans Amer. Jour. Sci., vol. 41, 1866, p. 246 
  5. (en) Richard Scott Mitchell, John Reese Henley, Mineral names : what do they mean ?, Van Nostrand Reinhold Co., 1979, 229 p. (ISBN 0442245939) [lire en ligne], p. 15 
  6. (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, 1995 
  7. a, b et c (en) Jolyon Ralph et Ida Chau, « Cookeite » sur http://www.mindat.org. Consulté le 20 juillet 2011
  8. a et b (fr) The EUROMIN project, « Cookéite » sur http://euromin.w3sites.net. Consulté le 1er juillet 2011
  9. ICSD No. 9 368 ; (en) V.A. Aleksandrova, V.A. Drits et G.V. Sokolova, « Structural features of dioctahedral one-packet chlorite », dans Soviet. Phys. Crystallogr., vol. 17, 1972, p. 456-461 
  10. a, b, c et d ICSD No. 83 765 ; (en) Hong Zheng et Sturges W. Bailey, « Refinement of the cookeite "r" structure », dans American Mineralogist, vol. 82, 1997, p. 1007-1013 [texte intégral] 
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  12. a et b (en) B.E. Brown et S.W. Bailey, « Chlorite polytypism: I. Regular and semi-random one-layer structure », dans American Mineralogist, vol. 47, no 7-8, 1962, p. 819-850 [texte intégral] 
  13. ICSD No. 203 212 ; (en) L. Desgranges, G. Calvarin et G. Chevrier, « Interlayer interactions in Mg(OH)2: A neutron diffraction study of Mg(OH)2 », dans Acta Cryst. B, vol. 52, no 1, 1996, p. 82-86 [lien DOI] 
  14. ICSD No. 100 682 ; (de) B. Perdikatsis et H. Burzlaff, « Strukturverfeinerung am Talk Mg3[(OH)2Si4O10] », dans Zeitschrift für Kristallographie, vol. 156, no 3-4, 1981, p. 177-186 [lien DOI] 
  15. (en) International Tables for Crystallography, vol. A : Space-group symmetry, Th. Hahn, Kluwer Academic Publishers, 2005 (réimpr. corrigée), 5e éd. (ISBN 978-0-470-68908-0) 
  16. (en) Cookeite Mineral Data sur Mineralogy Database. Consulté le 20 juillet 2011
  17. (de) Kurt Walenta, Die Mineralien des Schwarzwaldes, Munich, Christian Weise Verlag, 1992 (ISBN 978-3-921656-24-2) 
  18. (en) J. Hyrsl et A. Petrov, « Famous Mineral Localities: Llallagua, Bolivia », dans The Mineralogical Record, vol. 37, no 2, 2006, p. 117-162 
  19. (en) Joseph A. Mandarino, « Abstracts of New Mineral Descriptions (Department) », dans The Mineralogical Record, vol. 32, no 5, 2001, p. 413, 416-421 
  20. (en) Martin Jensen, « Mineralogy of the Yaogangxian Mine, Hunan Province, China », dans Mineral News, vol. 25, no 4, avril 2009, p. 1-11, 14 
  21. (en) Vandall T. King et Eugene E. Foord, Mineralogy of Maine, Maine Geological Survey, Dept. of Conservation (Augusta), 1994 
  22. D. Descouens, « La Cookéite : une chlorite rare, dans la Haute-Garonne », dans Monde et Minéraux, no 54, 1983, p. 31 
  23. N. Ranorosoa, Étude minéralogique des pegmatites du champ de la Sahatany, Madagascar, thèse de doctorat de l'Université Paul Sabatier, Toulouse, 1986
  24. (en) J. Sejkora, P. Ondruš, M. Fikar, F. Veselovský, Z. Mach, A. Gabašová, R. Skoda et P. Beran, « Supergene minerals at the Huber stock and Schnöd stock deposits, Krásno ore District, the Slavkovský les area, Czech Republic », dans Journal of the Czech Geological Society, vol. 51, no 1-2, 2006, p. 57-101 [texte intégral, lien DOI] 
  25. (en) Shuang K. Ren, Richard A. Eggleton et John L. Walshe, « The formation of hydrothermal cookeite in the breccia pipes of the ardlethan tin field, New South Wales, Australia », dans The Canadian Mineralogist, vol. 26, 1988, p. 407-412 
  26. (en) Bruno Goffé, José Miguel Azañon, Mohamed Labri Bouybaouène et Michel Jullien, « Metamorphic cookeite in Alpine metapelites from Rif, northern Morocco, and the Betic Chain, southern Spain », dans European Journal of Mineralogy, vol. 8, no 2, 1996, p. 335-348 
  27. (en) M. Pilar Mata, Donald R. Peacor et Francisco López-Aguayo, « Polytypism of cookeite in low-grade metapelites of the Cameros Basin, Spain: Lack of correlation of well-ordered polytypes with pressure », dans American Mineralogist, vol. 89, no 10, 2004, p. 1510-1515 [résumé] 

Annexes

Sur les autres projets Wikimedia :

Bibliographie

  • (en) E.S. Dana, Dana's system of mineralogy, 1892, 6e éd., p. 625 
  • (en) W.A. Deer, R.A. Howie et J. Zussman, Rock-forming minerals, vol. 3 : Sheet silicates, John Wiley & Sons, 1963, p. 131-163 
  • (en) S.W. Bailey et J.S. Lister, « Structures, compositions, and X-ray diffraction identification of dioctahedral chlorites », dans Clays and Clay Minerals, vol. 37, no 3, 1989, p. 193-202 
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