Apatite

Apatite Catégorie VIII : phosphates, arséniates, vanadates[1]
Apatite, Québec (Xl 32 cm).
Général
Classe de Strunz	8.BN.05 8 PHOSPHATES, ARSENATES, VANADATES  8.B Phosphates, etc. with Additional Anions, without H2O   8.BN With only large cations, (OH, etc.):RO4 = 0.33:1    8.BN.05 IMA2008-068 Ca2Pb3(PO4)3F Space Group P 63/m Point Group 6/m    8.BN.05 Phosphohedyphane Ca2Pb3(PO4)3Cl Space Group P 63/m Point Group 6/m    8.BN.05 IMA2008-009 Sr5(PO4)3F Space Group P 63/m Point Group 6/m 2/m 2/m    8.BN.05 Alforsite Ba5(PO4)3Cl Space Group P 63/m Point Group 6/m    8.BN.05 Apatite Ca5(PO4)3(OH,F,Cl) Space Group P 63/m Point Group 6/m    8.BN.05 Belovite-(Ce) (Sr,Ce,Na,Ca)5(PO4)3(OH) Space Group P 3 Point Group 3    8.BN.05 Belovite-(La) (Sr,La,Ce,Ca)5(PO4)3(F,OH) Space Group P 3 Point Group 3    8.BN.05 Fermorite (Ca,Sr)5(AsO4,PO4)3(OH) Space Group P 63/m Point Group 6/m    8.BN.05 Johnbaumite Ca5(AsO4)3(OH) Space Group P 63/m,P 63 Point Group Hex    8.BN.05 Apatite-(CaOH) Ca5(PO4)3(OH) Space Group P 63/m Point Group 6/m    8.BN.05 Apatite-(CaCl) Ca5(PO4)3Cl Space Group P 63/m Point Group 6/m    8.BN.05 Carbonate-fluorapatite? Ca5(PO4,CO3)3F Space Group P 63/m Point Group 6/m    8.BN.05 Carbonate-hydroxylapatite? Ca5(PO4,CO3)3(OH) Space Group P 63/m Point Group 6/m    8.BN.05 Clinomimetite Pb5(AsO4)3Cl Space Group P 21/b Point Group 2/m    8.BN.05 Apatite-(CaF) Ca5(PO4)3F Space Group P 63/m Point Group 6/m    8.BN.05 Fluorcaphite (Ca,Sr,Ce,Na)5(PO4)3F Space Group P 63 Point Group 6    8.BN.05 Hedyphane Ca2Pb3(AsO4)3Cl Space Group P 63/m Point Group 6/m    8.BN.05 Mimetite Pb5(AsO4)3Cl Space Group P 63/m Point Group 6/m    8.BN.05 Apatite-(SrOH) (Sr,Ca)5(PO4)3(F,OH) Space Group P 63/m Point Group 6/m    8.BN.05 Morelandite (Ba,Ca,Pb)5(AsO4,PO4)3Cl Space Group P 63/m,P 63 Point Group Hex    8.BN.05 Pyromorphite Pb5(PO4)3Cl Space Group P 63/m Point Group 6/m    8.BN.05 Vanadinite Pb5(VO4)3Cl Space Group P 63/m Point Group 6/m    8.BN.05 Svabite Ca5(AsO4)3F Space Group P 63/m Point Group 6/m    8.BN.05 Turneaureite Ca5[(As,P)O4]3Cl Space Group P 63/m Point Group 6/m    8.BN.05 Hydroxylpyromorphite Pb5(PO4)3OH Space Group P 63/m Point Group 6/m    8.BN.05 Apatite-(CaOH)-M (Ca,Na)5[(P,S)O4]3(OH,Cl) Space Group P 21/b Point Group 2/m    8.BN.05 Deloneite-(Ce) NaCa2SrCe(PO4)3F Space Group P 3 Point Group 3    8.BN.05 Kuannersuite-(Ce) Ba6Na2REE2(PO4)6FCl Space Group P 3 Point Group 3
Classe de Dana	41.08.01.00 Phosphates, arséniates et vanadates 41. Phosphates sans H2O (avec hydroxyl ou halogène) 41.8.1/ Groupe de l'apatite, sous-groupe phosphate de calcium
Formule chimique	Ca5(PO4)3(OH,Cl,F)
Identification
Couleur	incolore, jaune, bleue, verte, violette, rouge, brun-rouge
Système cristallin	hexagonal
Classe cristalline et groupe d'espace	Dipyramidal, ${\displaystyle 6/m\ }$
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 optique	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.
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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)

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, et sa composition chimique ne fut déterminée que vers la fin de XVIII^e 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)₃Z_q. 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

• Groupe de la svabite

Hedyphane (it) Pb₃Ca₂(AsO₄)₃Cl

Phosphohedyphane Ca₂Pb₃(PO₄)₃Cl

Svabite (it) Ca₅(AsO₄)₃F

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 Na_0.14 (PO₄)_3.01 (CO₃)_0.16 F_0.73 (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 0,98 Ct.

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 ou fleuve), mais beaucoup moins dans un environnement alcalin (mer). Le changement de pH quand un fleuve 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 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, 1996, 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, 1^re 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, 6^e 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 & Sons, 1951, 7^e 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. « vertebresfossiles.free.fr/cono… »^{(Archive.org • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?)}.
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, n^o 1,‎ 2001, 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, n^o 2,‎ 2000, 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, n^os 1/2,‎ 2000, 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, n^o 3,‎ 2002, 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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Liens externes

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