Béryl
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Le béryl est une espèce minérale du groupe des silicates, sous-groupe des cyclosilicates, de formule Be3Al2Si6O18, avec des traces de Fe, Mn, Mg, Ca, Cr, Na, Li, K, Rb, Cs, O, H et OH. Certains cristaux peuvent atteindre 18 m et peser 180 t[4].
| Béryl Catégorie IX : silicates[1] | |
 Divers béryls[a]. | |
| Général | |
|---|---|
| Classe de Strunz | 9.CJ.05
|
| Classe de Dana | 61.01.01.01
|
| Formule chimique | Be3Al2Si6O18 |
| Identification | |
| Masse formulaire[2] | 537,5018 ± 0,0072 uma Al 10,04 %, Be 5,03 %, O 53,58 %, Si 31,35 %, |
| Couleur | variées |
| Système cristallin | hexagonal |
| Réseau de Bravais | primitif P |
| Classe cristalline et groupe d'espace | dihexagonale dipyramidale ; P6/mcc (no 192) |
| Clivage | imparfait, difficile, sur {0001} ; mais, parfois, plan de séparation selon (0001) |
| Cassure | conchoïdale |
| Habitus | cristaux prismatiques souvent allongés |
| Échelle de Mohs | 7-8 |
| Trait | blanc |
| Éclat | vitreux, mat |
| Propriétés optiques | |
| Indice de réfraction | Ne=1,562 à 1,600 No=1,566 à 1,602 |
| Biréfringence | uniaxial (-) ; 0,004-0,007 |
| Pléochroïsme | variable |
| Dispersion optique | 0,014 |
| Fluorescence ultraviolet | fluorescent et luminescent |
| Transparence | transparent à opaque |
| Propriétés chimiques | |
| Densité | 2,60 à 2,90 |
| Fusibilité | infusible mais les variétés transparentes chauffées brutalement deviennent blanc laiteux, les émeraudes donnent une perle vert clair. |
| Solubilité | soluble dans HCl sous pression[3] ; dans HF |
| Propriétés physiques | |
| Magnétisme | aucun |
| Radioactivité | aucune |
| Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire. | |
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Historique de la description et appellations
modifierInventeur et étymologie
modifierSon nom vient du latin beryllus, lui-même du grec βήρυλλος (bếrullos), « cristal de la couleur de l’eau de mer ». Il est cité pour la première fois par Pline dans son Histoire naturelle en 77 apr. J.-C. Il est également cité dans l'Apocalypse de Jean : « Les pierres fondamentales du mur de la ville sont ornées de toutes sortes de pierres précieuses [et] la huitième base est du béryl[5]. »
Synonymes
modifier- béril
- bérylite
- béryllite
Caractéristiques physico-chimiques
modifierCritères de détermination
modifierLe béryl est facilement reconnu par sa morphologie hexagonale et ses faces prismatiques. En fait, la morphologie du béryl consiste en des prismes {1010} et {1120}, terminés par le pinacoïde {0001}, et de très nombreuses bipyramides {1011} et {1122}. Les cristaux sont allongés suivant l’axe z. D'éclat vitreux et mat, le béryl présente plusieurs couleurs variées. Soumis à un rayonnement ultraviolet, il est fluorescent et luminescent. Il peut être transparent ou opaque. Son trait est blanc, sa fracture conchoïdale[6].
Le béryl est soluble dans l'acide chlorhydrique sous pression et dans l'acide fluorhydrique. Les variétés transparentes chauffées brutalement deviennent blanc laiteux, les émeraudes donnent une perle vert clair.
Variétés et mélanges
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Les variétés transparentes sont utilisées comme pierres précieuses en joaillerie et sont :
- l'aigue-marine, bleue et vert-bleu ;
- l'émeraude, verte à cause de la présence de chrome ;
- l'héliodore, doré ou jaune à cause de la présence de fer ;
- la morganite, rose à orange, contenant lithium et césium ;
- la goshénite, incolore ;
- le béryl rouge (bixbite), rouge groseille soutenu, riche en manganèse.
Cristallochimie
modifierD'après la classification de Dana, le béryl sert de chef de file à un groupe de minéraux isostructuraux, le groupe du béryl (61.01.01) : il fait partie des cyclosilicates composés d'anneaux à six membres (61), dont les anneaux de formule Si6O18 peuvent contenir des groupes hydroxyles OH et des atomes d'aluminium en substitution du silicium (61.01). Selon la classification de Strunz, le béryl fait partie du groupe 9.CJ.05 : il s'agit d'un silicate (IX), plus précisément d'un cyclosilicate (9.C) contenant des anneaux à six membres Si6O18 (9.CJ). Ces deux groupes, selon les deux classifications différentes, contiennent les mêmes minéraux.
| Minéral | Formule | Groupe ponctuel | Groupe d'espace |
|---|---|---|---|
| Bazzite | Be3(Sc,Al)2Si6O18 | 6/mmm | P6/mcc |
| Béryl | Be3Al2Si6O18 | 6/mmm | P6/mcc |
| Indialite | Mg2Al4Si5O18 | 6/mmm | P6/mcc |
| Pezzottaïte | Cs(Be2Li)Al2Si6O18 | 3m | R3c |
| Stoppaniite | (Fe,Al,Mg)4(Na,[])2[Be6Si12O36]·2(H2O) | 6/mmm | P6/mcc |
Dans les béryls alcalins, le lithium peut se substituer à l'aluminium en position octaédrique et l'aluminium peut se substituer en partie au béryllium en position tétraédrique. L’équilibre électrique de la structure est réalisé par introduction d'ions sodium ou césium dans les canaux de la structure.
Sur la base du contenu d’alcalins, les béryls sont classés en :
- béryl sans alcalins : alcalins totaux inférieurs à 1 % ;
- béryl pauvre en alcalins, potassique ou sodico-potassique : le potassium prédomine, sa teneur étant comprise entre 0,5 et 1 % ;
- béryl sodique : le sodium prédomine, sa teneur étant comprise entre 0,5 et 1 % ;
- béryl sodico-lithifère : sodium entre 0 et 2 %, lithium inférieur à 6 % ;
- béryl cesio-lithifère : haute teneur en sodium et lithium, césium supérieur à 5 %.
Il est possible que de l'eau de nature zéolithique se trouve également dans les canaux, ainsi que des gaz comme CO2, Ar et Ne.
Cristallographie
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Le béryl cristallise dans le groupe d'espace hexagonal P6/mcc (Z = 2 unités formulaires par maille), avec les paramètres de maille = 9,203 Å et = 9,172 Å (V = 672,75 Å3, masse volumique calculée = 2,65 g/cm3)[7].
La structure du béryl est composée d'anneaux Si6O18 qui possèdent un plan de symétrie perpendiculaire à l'axe principal, passant par les atomes de silicium. Ces anneaux forment des colonnes parallèles à l'axe principal et sont reliés entre eux par des anneaux de quatre tétraèdres centrés sur le béryllium. L'aluminium occupe enfin des sites octaédriques. La topologie du béryl est donc celle d’un tectosilicate (classification de Zoltai) et seule la distinction chimique entre tétraèdres centrés sur le silicium et ceux centrés sur le béryllium permet de classer ce minéral parmi les cyclosilicates (classification de Machatski-Bragg).
Propriétés chimiques
modifierLe béryl s'altère difficilement en kaolinite Al2Si2O5(OH)4, en bertrandite Be4(OH)2[Si2O7], en phénacite Be2SiO4, en l'amphiboloïde épidydimite Na(OHBeSi3O7) et en cyclosilicate milarite K2Ca4Al2Be4Si24O60·(H2O).
Gîtes et gisements
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Gîtologie et minéraux associés
modifierLe béryl est un minéral des pegmatites granitiques. De taille variable, parfois très grande, il se forme à la fin de la cristallisation des massifs granitiques, lorsque le magma restant s'est enrichi en eau et en éléments rares par rapport au magma de départ. Les éléments minéralisateurs (fluor, bore) favorisent le développement de grands cristaux. Dans de telles pegmatites, le béryl peut être associé à la topaze, la tourmaline, la muscovite et la lépidolite, à de gros cristaux de feldspaths et de quartz, au spodumène et à de nombreux oxydes de titane, tantale, etc. (rutile, columbite, etc.). La synthèse hydrothermale des béryls à partir d'un mélange de silice, alumine et carbonate de béryllium peut se réaliser entre 400 °C et 850 °C sous des pressions de 400 à 2 000 bars.
Le béryl peut également apparaître dans quelques syénites néphéliniques, syénites et marbres. La variété émeraude a une paragenèse métamorphique (schiste à biotite).
Gisements producteurs de spécimens remarquables
modifierLes béryls les plus remarquables proviennent de Colombie (émeraude), du Brésil (aigue-marine, héliodore et émeraude), du Pakistan (aigue-marine) et de Russie (héliodore).
La Nouvelle-Angleterre (États-Unis) possède de nombreux gisements ; la Caroline du Nord (États-Unis) est également une source de béryl ordinaire.
En France, le béryl a été signalé à La Villeder (Morbihan), vers Alençon (Orne), dans la Loire-Atlantique (Orvault), près de Bagnères-de-Luchon (Haute-Garonne), aux environs de Bessines (Haute-Vienne) et d'Autun (Saône-et-Loire).
Exploitation des gisements
modifier- Le béryl est la source primaire de béryllium. Le béryllium, métal de très faible densité, est utilisé en alliages, avec le cuivre en particulier ; il est également utile comme réflecteur neutronique dans la production d'énergie nucléaire et, du fait de sa très faible absorption des rayons X, pour la réalisation des fenêtres de sortie des tubes à rayons X.
- Les cristaux gemmes sont taillés.
Notes et références
modifierNotes
modifier- 1 : béryl doré ; 2 : héliodore ; 3 : émeraude ; 4 : aigue-marine ; 5 : morganite.
Références
modifier- 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.
- (en) Thomas R. Dulski, A manual for the chemical analysis of metals, vol. 25, ASTM International, , 251 p. (ISBN 0-8031-2066-4, lire en ligne), p. 72.
- (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, .
- Traduction de l'abbé Crampon, 1923 [lire en ligne].
- (en) « Beryl Mineral Data », sur webmineral (consulté le ).
- ICSD No. 54 110 ; (en) J.-S. Lee, P.-L. Lee et S.-C. Yu, « Structural analysis on flux grown emerald crystals », Journal of the Geological Society of China, vol. 38, , p. 273-286.
Voir aussi
modifierBibliographie
modifier- (en) Robert M. Hazen, Andrew Y. Au et Larry W. Finger, « High-pressure crystal chemistry of beryl (Be3Al2Si6O18) and euclase (BeAlSiO4OH) », American Mineralogist, vol. 71, nos 7-8, , p. 977-984 (lire en ligne [PDF]).
