Anhydrite
L’anhydrite est une espèce minérale correspondant au sulfate naturel de calcium anhydre, de formule brute CaSO4.
| Anhydrite[1] Catégorie VII : sulfates, sélénates, tellurates, chromates, molybdates, tungstates[2] | |
 Anhydrite, carrière d'Arnave Ariège, France | |
| Général | |
|---|---|
| Nom IUPAC | sulfate de calcium |
| Numéro CAS | |
| Classe de Strunz | 7.AD.30
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| Classe de Dana | 28.03.02.01
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| Formule chimique | CaSO4 |
| Identification | |
| Masse formulaire[3] | 136,141 ± 0,01 uma Ca 29,44 %, O 47,01 %, S 23,55 %, |
| Couleur | incolore, blanc, gris, blanc gris, nuances fréquentes de bleu, de violet, de rouge et de rose, mais aussi bleuâtre, rosâtre, rougeâtre, brunâtre, bleuté, violacé, grisâtre, noir |
| Système cristallin | Orthorhombique |
| Réseau de Bravais | Base centrée A |
| Classe cristalline et groupe d'espace | dipyramidale ; Amma (no 65) |
| Macle | Macle par accolement et lamelle polysynthétique sur {011}, Macle par accolement sur {120} (rare) |
| Clivage | parfait à {010} et {100} ; bon à {001} |
| Cassure | conchoïdale à irrégulière. Le minéral se fend de manière quelconque. |
| Habitus | cristaux prismatiques, ou par exemple hexaédriques ou pseudocubiques, bien exprimés rares, cristaux courts et tabulaires assez rares, mais surtout agrégats massifs finement cristallins, grenus, granulaires, saccharoïdes, fibreux, lités, en écailles ou concrétions... diversement colorés. |
| Échelle de Mohs | 3 - 3,5 |
| Trait | blanc, grisâtre (poussière incolore) |
| Éclat | vitreux à perlé, gras, nacré, cireux |
| Propriétés optiques | |
| Indice de réfraction | α=1,569–1,573 β=1,574–1,579 γ=1,609–1,618 |
| Biréfringence | Δ = 0,040-0,045 ; biaxe positif |
| 2V | 36-45° (mesuré) |
| Pléochroïsme | Visible |
| Dispersion optique | Forte r < v |
| Fluorescence ultraviolet | rouge sous UV courts |
| Transparence | transparent à translucide, parfois opaque (roche) |
| Propriétés chimiques | |
| Densité | 2,96 à 2,97 (anhydrite naturel, dit I ou gamma), en général inférieur à 3 |
| Fusibilité | fond dans la flamme et donne un émail blanc |
| Solubilité | faiblement soluble dans HCl et H2SO4 |
| Comportement chimique | colore la flamme en rouge-jaune (ions calcium), hydratation avec accroissement de volume |
| Propriétés physiques | |
| Magnétisme | aucun |
| Radioactivité | aucune |
| Précautions | |
| SIMDUT[4] | |
Produit non contrôlé |
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| Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire. | |
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Le mot de genre masculin, soit un anhydrite, désigne aussi une roche, c'est-à-dire une évaporite massive, très rarement observée en affleurement de surface, essentiellement à base de ce minéral de maille orthorhombique, assez lourde de densité proche de 3, supérieure à celle de la calcite, et moyennement dure, en tous cas plus dure que le gypse. Elle comprend notamment des traces de strontium Sr, baryum Ba et d'eau H2O, voire de rares traces de gypse.
Historique de la description et appellations
modifierInventeur et étymologie
modifierEspèce décrite par Abraham Gottlob Werner entre 1803 et 1804, le nom est choisi en faisant allusion à l'absence d'eau dans la composition chimique : il dérive du grec scientifique anhudros ou du français correspondant anhydre avec le suffixe minéral en -ite, soit (ici le minéral ou gypse) « sans eau », du préfixe privatif an et de la racine hudôr, assimilable au grec ancien ὕδρα, eau[5].
Topotype
modifier- Salzbergwerk, Hall, Innsbruck, Tyrol, Autriche[6].
- Les échantillons types sont déposés à l'université des mines et de la métallurgie de Freiberg en Saxe, Allemagne, no 16538.
Synonymie
modifierCaractéristiques physico-chimiques
modifierCritères de détermination
modifierL'anhydrite ou sulfate de calcium naturel peut se distinguer du gypse moins dense et plus tendre, parce qu'il ne se raye pas à l'ongle, et le clivage facile s'opère dans toutes les directions à 90°, entre autres. Le clivage est parfait selon trois pinacoïdes simulant le cube. Sa poussière est incolore.
Minéral et roche sont très peu solubles dans l'eau. Le minéral pur est surtout lentement soluble dans l'eau pure, soit 0,298 g pour 100 g d'eau pure à 20 °C et 0,161 9 g à 100 °C. Pour la roche, une valeur moyenne de 2 g par litre à 19 °C peut être retenue. Néanmoins, l'anhydrite gonfle lentement et s'hydrate en gypse. L'accroissement de volume explique la montée progressive de terrains gypseux, produit par transformation d'anhydrite[9].
Mis en solution dans l'eau, à température ambiante, l'anhydrite précipite avec la formation de gypse. Il est également légèrement plus soluble dans les acides dilués, les solutions de sels d'ammonium ou de peroxodisulfate de sodium.
L'anhydrite est soluble dans les acides, en particulier l'acide chlorhydrique et l'acide sulfurique.
Chauffé, il fond difficilement en crépitant. Il fond au chalumeau en donnant un émail blanc, et colore la flamme en rouge orangé, couleur caractéristique du spectre de flamme du calcium.
Distinction cristallographique
modifierLe minéral présente trois bons clivages à angle droit.
Variétés
modifier- Angélite : variété gemme bleuté d'anhydrite taillée en cabochon dans la province de Lima au Pérou.
- Vulpinite : variété granulaire d'anhydrite rapportée à Costa Volpino, en Lombardie, qui a inspiré le nom[10].
Cristallochimie
modifier- Isostructurale de la ferruccite.
- Dans les carbonates, le membre calcique prend deux structures, calcite (typique des cations plus petits que le calcium) et aragonite (typique des cations plus gros que le calcium). En revanche, dans les sulfates le membre calcique prend seulement la structure anhydrite, alors que les membres avec cations plus gros prennent la structure baryte. NaClO4 prend la structure anhydrite, alors que chlorates, manganates, séléniates et chromates de potassium, baryum et strontium prennent la structure baryte.
Variétés cristallochimiques différentes
modifierIl existe d'autres anhydrites, que l'anhydrite I naturel de maille orthorhombique, par exemple l'anhydrite II ou β, insoluble, de densité 2,61, à structure lacunaire ou l'anhydrite III ou α, hygroscopique ou soluble, qui se transforme facilement en plâtre (hémihydrate de sulfate de calcium), soit lentement à l'air humide soit instantanément dans l'eau[11].
- L'anhydrite II est le produit de la calcination lente du gypse à 650 °C, mais souvent en pratique à 900 °C pour une meilleure cinétique de réaction.
- L'anhydrite III, encore nommé anhydrite soluble et noté par convention Ca2SO4· ε H2O, est le produit de la déshydratation du gypse à température modérée, autour de 200 °C. Poreuse, hygroscopique, et même conservant par sa structure lacunaire des traces d'eau, ce corps minéral artificiel est un déshydratant commun, facilement régénéré par un chauffage à 200 °C. Il est faiblement soluble dans l'eau, avec un maximum 2,09 g par litre à 30 °C.
Cristallographie
modifier-
Structure de l'anhydrite
- Paramètres de la maille conventionnelle : a = 6,991 Å, b = 6,996 Å, c = 6,238 Å, Z = 4 ; V = 305,09 Å3
- Densité calculée = 2,96
Gîtes et gisements
modifierGîtologie
modifierLes grands cristaux prismatiques sont rares mais peuvent atteindre 15 cm[12]. Les autres cristaux observables, assez rares, sont le plus souvent courts, tabulaires, épais ou en bloc. Habituellement minéral et roche sont sous forme de masses cristallines ou granulaires, souvent saccharoïdes ou fibreuses, clivables ou écailleuses, le plus souvent grossièrement cristallines, parfois finement grenues. La couleur est incolore à blanche pour les échantillons très purs, mais outre divers gris, les couleurs sont variées et communes : jaunes, roses, bleuâtres, brunâtres, violacées, roussâtres ou rougeâtres... Un des minéraux principaux des gisements d'évaporites, l’anhydrite donne rarement des cristaux bien formés. Il se forme au lieu du gypse si les solutions sont très concentrées et dans des domaines de température et de pression différents, ou comme minéral secondaire, par déshydratation du gypse[13].
Les dépôts salins en strates compactes se retrouvent en Pologne, en Allemagne, en Autriche, en France, par exemple à Dax, Salies-du-Salat parmi d'autres localités dans les Pyrénées, Varangéville et Kœnigsmacker en Lorraine triasique, mais aussi en Nouvelle-Écosse, dans le bassin permien aux confins du Texas ou encore en Inde.
Il est présent en grande masse dans les chapeaux salins américains proches du golfe du Mexique, par exemple les dômes de sel en Louisiane et au Texas[14].
Outre les dépôts salins, il est aussi observable dans certains calcaires spécifiques, par altération hydrothermale de calcaires et de dolomies, et, encore plus rarement dans quelques filons hydrothermaux métallifères. Dans ce dernier cas, on le présente comme un minéral de gangue.
Les cristaux d'anhydrite, d'une taille supérieure à 10 cm, peuvent provenir de Hall, Hallein ou d'Ischl en Autriche, d'Arnave en Ariège (France), mais aussi de Chihuahua au Mexique, de Suisse ou de Toscane.
- Minéraux associés aux évaporites
Calcite, célestine, dolomite, gypse, halite, polyhalite, soufre, sylvite.
Gisements remarquables
modifier- Allemagne : mines de potasse de Stassfurt
- Autriche :
- Brésil
- Canada : A.K.A. Bevcon mine, Val d'Or, Comté de Louvicour, Québec[15]
- États-Unis :
- New-Jersey : géode de quartz de Patterson,
- New-York (état) : mine de Balmat,
- Texas-Nouveau-Mexique : gisement du bassin permien, énormes gisements rocheux en falaise
- France :
- Arnave, Tarascon-sur-Ariège, Ariège, Midi-Pyrénées[16],
- salines de Dax et de Saint-Pandelon, Landes,
- mine du Limouzat Les Bois-Noirs, Saint-Priest-la-Prugne, Saint-Just-en-Chevalet, Loire, Rhône-Alpes[17],
- Peisey-Nancroix, Les Arcs, Bourg-Saint-Maurice, Vallée de la Tarentaise, Savoie, Rhône-Alpes[18],
- Faulquemont, Kœnigsmacker, Moselle, Lorraine
- Italie, Toscane : beaux cristaux de collection
- Mexique : mine Siglo XX, site de Naica, Chihuahua avec des pièces de collection blanches bleutées
- Pérou
- Pologne : mines de sels de la région de Cracovie, important gisement
- Suisse :
- Tunnel du Simplon, Valais, échantillons de collection blancs rosés,
- cristaux violets de Bex
Exploitation des gisements
modifierLes utilisations de l'anhydrite sont assez variées : production d'acide sulfurique dans les grands gisements, modificateur du sol ou engrais, agent de dessication dans les plâtres, les ciments, les peintures, les vernis, retardant dans le clinker du ciment Portland, présure du pâté de soja (tofu), comme alternative au nigari. Auparavant même dans les petits gisements, l'anhydrite était utilisé comme source de soufre pour la production d'acide sulfurique.
L'anhydrite naturel, et/ou l'artificiel sous-produit de divers processus industriels en particulier de produits de décomposition du gypse au-delà de 400 °C, peuvent être utilisés pour fabriquer des ciments d'anhydrite. Mais pour consolider ces matières en présence d'eau et obtenir des matériaux résistants au niveau mécanique (module supérieur à 30 MPa), il est nécessaire d'utiliser un activateur chimique, par exemple le sulfate de potassium, K2SO4 formant des sels doubles avec le sulfate de calcium Ca2SO4 ou anhydrite. Ils servent à réaliser des chapes ou planchers monolithiques, dites « chapes anhydres » ou « chapes d'anhydrite », dans le bâtiment. C'est aussi un matériau de choix pour consolider les galeries de mines.
Ces multiples ciments d'anhydrite sont de plus en plus utilisés grâce à leur coût assez faible, leur bonne compatibilité avec les systèmes de planchers chauffants modernes, leur grande rapidité de prise, et leur fluidité qui permet une grande précision. Par contre, ils gardent les propriétés hydrophiles du matériau de départ.
Les primitifs italiens l'utilisaient, à l'instar du gypse ou du plâtre mort, comme pigment dans leurs gessos[19].
Notes et références
modifier- Canadian Mineralogist, vol. 013, p. 289, 1975
- La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.
- Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
- « Sulfate de calcium anhydre » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
- Jacques Lapaire, Miner Database, Minéraux et étymologie
- (de) Christoph Spötl, « Die Salzlagerstätte von Hall in Tirol – ein Überblick über den Stand der geologischen Erforschung des 700jährigen Bergbaubetriebes », Veröffentl. d. Tiroler Landesmuseums Ferdinandeum, vol. 69, , p. 137-167 (lire en ligne [PDF], consulté le ).
- Haüy, R.J. (1801), Traité de minéralogie, 1re éd. en 4 volumes avec atlas in fol. : 4
- Hausmann, J.F.L. (1813), Handbuch der Mineralogie, 3 volumes, Göttingen, 2e éd., 880
- C'est pourquoi l'anhydrite est proscrit dans les bétons.
- (en) Clark, 1993, Hey's Mineral Index
- Notons que le plâtre surcuit est un mélange d'anhydrite II et III. Le comportement à la chaleur des mélanges d'anhydrites est un sujet d'étude complexe.
- Kenneth W. Bladh, Richard A. Bideaux, Elizabeth Anthony-Morton et Barbara G. Nichols, The Handbook of Mineralogy, vol. V, 2003, Mineralogical Society of America
- Dans les solutions salines ou saumures marines concentrées, mais aussi dans l'eau de mer à pression normale, l'anhydrite précipite au-dessus d'une température de 42 °C. En dessous de cette température, le précipité formé est le gypse.
- Le terme anglais désignant le dépôt spécifique au-dessus des dômes de sel est cape rock
- Sabina, A.P. (2003), Rocks & Minerals for the collector; Kirkland Lake - Rouyn-Noranda - Val d'Or, Ontario & Quebec, GSC Misc, Report 77, 195-196 p.
- Didier Descouens, « Les Mines de gypse d'Arnave et Arignac », in Monde et minéraux, no. 62, 1984, p. 16-17
- Guiollard, P.-G. (2002), Le gisement des Bois-Noirs - Limouzat (Loire), in L'uranium du Morvan et du Forez, Pierre-Christian Guiollard Éd., Fichous, 96 p.
- Briand, S. (1994), Le gisement de galène argentifère de Peisey-Nancroix (Savoie), Minéraux et Fossiles, 25-28.
- Aujourd'hui, les artistes emploient des variétés artificielles, type anhydrite III.
Voir aussi
modifierBibliographie
modifier- Yves Gautier, petit article anhydrite, Encyclopædia Universalis, 2001. article en ligne
- Bruce A. Kennedy (dir.), Surface Mining, Society for Mining, Metallurgy, and Exploration (U.S.A), Second Edition, 1990, 1194 pages, chapitre 9 sur le gypse et l'anhydrite, pages 173-180. (ISBN 9780873351027).
