Chalcantite

La chalcantite (ou chalcanthite), est une espèce minérale composée de sulfate de cuivre pentahydraté de formule : CuSO₄·5 H₂O, pouvant contenir des traces de Fe ; Mg ; Co. De couleur bleue intense parfois nuancée de vert, c'est un minéral évaporitique secondaire d'altération typique des milieux arides cuprifères, il est à l'origine formé notamment à partir des sulfures de cuivre, tels que la chalcocite (Cu₂S) ou la chalcopyrite (CuFeS₂) exposés à l'oxygène de l'air.

Chalcantite Catégorie VII : sulfates, sélénates, tellurates, chromates, molybdates, tungstates
Chalcantite Canaveilles, Pyrénées-Orientales
Général
Nom IUPAC	Sulfate de cuivre pentahydraté
Numéro CAS	13817-21-5
Classe de Strunz	7.CB.20 7 SULFATES (SELENATES, TELLURATES)  7.C Sulfates (selenates, etc.) without Additional Anions, with H2O   7.CB With only medium-sized cations    7.CB.20 Chalcanthite CuSO4•5(H2O) Space Group P1 Point Group 1    7.CB.20 Jokokuite MnSO4•5(H2O) Space Group P1 Point Group 1    7.CB.20 Pentahydrite MgSO4•5(H2O) Space Group P1 Point Group 1    7.CB.20 Siderotil Fe++SO4•5(H2O) Space Group P1 Point Group 1
Classe de Dana	29.06.07.01 Sulfates 29. Sulfates acides hydratés
Formule chimique	H10CuO9S CuSO4 · 5 H2O
Identification
Masse formulaire	249,685 ± 0,011 uma H 4,04 %, Cu 25,45 %, O 57,67 %, S 12,84 %,
Couleur	Bleu pâle; bleu sombre; bleu ciel, bleu paon, bleu de Prusse, bleu verdâtre; parfois verdâtre
Système cristallin	Triclinique
Réseau de Bravais	Primitif P paramètres de maille a = 6,12 Å, b = 10,69 Å, c = 5,96 Å ; α = 97,35° β = 107,10° γ = 77,33°
Classe cristalline et groupe d'espace	Pinacoïdale ${\bar {1}}$ $P{\bar {1}}$
Clivage	peu net et indistinct, par exemple [110] imparfait, indistinct ; [111] Indistinct
Cassure	Conchoïdale
Habitus	rares cristaux prismatiques et/ou tabulaires (rares prisme trapus); cristaux lenticulaires assez rares, agrégats cristallins grenus, en nodules réniformes, parfois fibreux ; filonnets, formations frisées d'aspect filonneux dites à fibres frisées, agrégats en stalactites fréquents, stalactites fibreuses ou veines en milieu minier ; formes massives compactes, concrétions sous forme de fleurs de surface, efflorescence et encroûtements fréquents ; pulvérulent.
Échelle de Mohs	2,5
Trait	parfois blanc, mais le plus souvent incolore (matière pure)
Éclat	Vitreux; plus rarement gras
Propriétés optiques
Indice de réfraction	polyaxe α=1,516 β=1,539 γ=1,546 (autre mesure α=1,514 β=1,537 γ=1,543 )
Biréfringence	Biaxial (-) 0,030 2V = 56°
Fluorescence ultraviolet	Aucune
Transparence	Transparent (pure), en masse ou agrégat, plutôt sub-transparente à translucide
Propriétés chimiques
Densité	2,286, de 2,28 à 2,29 ou en général entre 2,2 et 2,3
Solubilité	soluble dans l'eau, qu'il colore en bleu, 209 g/l à 20 °C, 536 g/l à 80 °C
Propriétés physiques
Magnétisme	Aucun
Radioactivité	Aucune
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

La chalcantite est soluble dans l'eau froide, en milieu chaud et aride, mais elle se dessèche aussi facilement à l'air sec, les différents composés déshydratés formés, d'aspect opaques, blanc-verdâtre ou gris vert, se dispersant sous forme poudreuse. Cette poudre facilement dispersée par érosion éolienne est également soluble dans l'eau, dès qu'elle est transportée par les rares flux diluviens qui surviennent.

Historique de la description et appellations

Inventeur et étymologie

Connue des anciens Chymistes (Paracelse, Lémery, Rhumelius...) sous le nom de vitriol de Chypre ou de vitriol de Hongrie, voire de vitriol cuivreux, vitriol bleu ou bleu-cyan, la chalcantite n'est décrite par le minéralogiste François Sulpice Beudant qu'en 1832 sous le terme de 'Cyanose'. C'est en fait la description faite par Franz Ritter von Kobell en 1853, qui sera retenue avec le terme chancanthite. Ce terme est issu du mot latin Chalcanthum = fleur de cuivre, issu d'un mot grec associant χαλκóσ (chalkos) = cuivre à ἃνθος (anthos) = fleur. Le minéral forme très souvent des fleurs détachables en encroûtement, que les Anciens croyaient une marque significative.

Topotype

Le gisement topotype est localisé dans la mine de Chuquicamata, Calama, Province El Loa, région d’Antofagasta, Chili. Il s'agit aujourd'hui de la plus grande mine ouverte de cuivre en activité, avec un cratère à ciel ouvert de plus de 3 km de diamètre et des temps de roulage de l'ordre de plus d'une heure de route pour attendre les niveaux bas centraux.

Synonymie

Le terme international n'est pas chalcantite mais chalcanthite. Il tend à s'imposer en français scientifique, comme le prouve son emploi déjà ancien à la galerie minéralogique du Muséum national d'histoire naturelle.

Il existe pour ce minéral de nombreux synonymes anciens, obsolètes ou parfois encore actuels

• chalcanthum (latin)
• calcantite
• calchante
• chalkanthite
• couperouse bleue
• cuivre sulfaté (René Just Haüy)
• bleu vitriol, vitriol bleu, vitriol bleu cyan
• cyanose, cyanosite, hydrocyanite
• cyprian vitriol ou blue vitriol (anglais)
• vitriol de Chypre, vitriol de Hongrie

Caractéristiques physico-chimiques

Critères de détermination

Ce minéral peut se présenter sous de nombreuses formes, mais rarement sous forme de cristaux, qui sont alors de forme prismatique ou lenticulaires ; il se présente plus souvent sous forme d'agrégats globuleux, stalactitiques ou fibreux, ou d'encroûtement en masse compacte, voire en poudre. De couleur bleue intense, parfois teintée de vert, la chalcantite est translucide et a un éclat vitreux ou résineux ; ses clivages sont peu nets et sa fracture est conchoïdale. C'est un minéral tendre (2,5 sur l'échelle de Mohs), de densité mesurée de 2,2 à 2,3.

La chalcanthite est parfois confondue avec l'azurite, mais cette dernière est plus dure (3,5 à 4 sur l'échelle de Mohs), n'est pas soluble dans l'eau, et laisse un trait bleu, alors que celui de la chalcantite est blanc.

D'autres tests de détermination incluent l'analyse des minéraux associés, de la gangue du cristal, de la solubilité dans l'eau et de la couleur résultante de la solution (mais avec l'inévitable conséquence d'une destruction partielle du cristal), qui devient bleue, ainsi que le goût, doux et métallique. Sur ce dernier point, il est recommandé d'être prudent : le minéral est toxique, ce genre de test doit donc être fait légèrement, du bout de la langue, ou mieux, être évité.

Propriétés physico-chimiques : solubilité, stabilité thermique

Sa solubilité pour 100 g d'eau pure croît avec la température, oscillant entre 24,3 g et 31,6 g à 0 °C à une valeur entre 203,3 g et 205 g à 100 °C. L'influence sur l'échantillon d'une pellicule sèche et poudreuse, facilement dispersable et en conséquence plus facilement soluble ultérieurement, peut influencer la variabilité des mesures précises de solubilité.

Alors que la chalcantite est insoluble dans l'éthanol pur, sa solubilité n'est pas négligeable dans le méthanol, soit 15,6 g pour 100 g de méthanol pur à 18 °C. Par contre, dans l'alcool à 95°, la solubilité reste faible avec 1,1 g pour 100 g vers 20 °C.

Un chauffage prolongé à l'étuve à 110 °C permet d'obtenir facilement le sulfate du cuivre monohydraté CuSO₄·4 H₂O, par la perte de 4 molécules d'eau. Le sulfate de cuivre anhydre CuSO₄ n'apparaîtrait qu'entre 150 °C et 250 °C.

Composition chimique

La chalcantite, de formule CuSO₄ · 5H₂O, a une masse moléculaire de 249,68614 u. Elle est donc composée des éléments suivants :

Composition élémentaire du minéral

Élément	Nombre (formule)	Masse des atomes (u)	% de la masse moléculaire
Cuivre	1	63,55	25,45 %
Soufre	1	32,06	12,84 %
Oxygène	9	143,99	57,67 %
Hydrogène	10	10,08	4,04 %
	Total : 21 éléments	Total : 249,68 u	Total : 100 %

Cette composition place ce minéral :

• selon la classification de Strunz : dans la classe des sulfates (VII) hydratés, sans anions additionnels (7.C), avec seulement des cations de taille moyenne (7.CB)
• selon la classification de Dana : dans la classe des sulfates acides hydratés (classe 29) de forme A XO₄ · x(H₂O) (sous-groupe 29.6).

La chalcantite peut comporter des impuretés, les plus communes étant le fer (Fe), le magnésium (Mg) et le cobalt (Co).

Cristallochimie

La chalcantite le chef de file d'un groupe de sulfates hydratés, identiques par leur composition à l'exception de l'ion métallique central.

Le groupe de la chalcantite

• chalcantite : sulfate de cuivre pentahydraté [CuSO₄ · 5 H₂O],
• jôkokuite : sulfate de manganèse pentahydraté [MnSO₄ · 5 H₂O]
• sidérotile : sulfate de fer pentahydraté [FeSO₄ · 5 H₂O].
• pentahydrite : sulfate de magnésium pentahydraté [MgSO₄ · 5 H₂O].

Cristallographie

Structure de la chalcantite

Le système cristallin est triclinique, de classe pinacoïdale.

Les paramètres de la maille conventionnelle sont : $a$ = 6,12 Å, $b$ = 10,7 Å, $c$ = 5,97 Å ; Z = 2 ; V = 361,55 Å³

La densité calculée est de 2,29 g/cm³, ce qui est sensiblement équivalent à celle mesurée.

Gites et gisements

Sa solubilité dans l'eau et la facile dissémination des différents sulfates de cuivre finement poudreux formés après déshydratation sont deux caractéristiques favorables pour favoriser des gisements d'évaporites dans les vastes contrées désertiques. Elle signifie que la matière minéral cuivrée peut être emportée par les rares flux d'eau de surface, provoqués quelques pluies exceptionnelles. Il en découle que la chalcantite ne se retrouve en immense quantité exploitable comme minerai de cuivre que dans les régions les plus arides, à pluies exceptionnelles, comme c'est le cas dans le désert d'Atacama.

Gîtologie et minéraux associés

On la trouve à l'origine dans les zones les plus oxydées des dépôts de sulfure de cuivre, généralement à la suite d'une exploitation minière, mais parfois aussi au niveau de fumerolles. Elle a tendance à se dissoudre dans les zones d'oxydation minière de sulfure de cuivre et à se recristalliser comme croûte à la surface des parois. L'exposition à la vapeur d'eau favorise cette dissolution et ensuite sa lixiviation dans les eaux de percolation.

L'érosion des minerais cuprifères provoque son accumulation en plus grande quantité dans les régions arides endoréiques où elle se dépose par cristallisation lors de l'évaporation de l'eau.

Comme la chalcantite se développe dans les zones d'oxydation des dépôts miniers de cuivre oxydés, il est normal de la trouver en association avec d'autres minerais de cuivre. On la trouve aussi avec les minéraux suivants :

• calcite et son polymorphe, l'aragonite, tous deux carbonates de calcium,
• brochantite, Cu₄(SO₄)(OH)₆,
• chalcopyrite, CuFeS₂,
• malachite, Cu₂(CO₃)(OH)₂,
• mélantérite, [FeSO₄ · 7 H₂O],

mais aussi en compagnie de fibroferrite, rhomboclase, épsomite (ainsi qu'avec les minéraux réalisant une série avec l'epsomite : la goslarite et la morénosite), pickeringite, retgersite ou gypse.

Notez que dans les (anciennes) zones minières polymétalliques, la chalcantite, parfois visible en efflorescence sur les parois des puits ou couloirs, est d'abord un minerai de dégradation, rarement exploitable car peu abondant.

Gisements producteurs de spécimens remarquables

Cristaux de chalcantite poussant sur limonite, Mine Planet, comté La Paz, Arizona

• Bolivie

Mina Kami, province d'Ayopaya, département de Cochabamba,

• Chili

Dépôts de cuivre du Cerro Casale, province de Copiapó, région d'Atacama,

• États-Unis

Planet Mine Planet, Santa Maria District, Mont Buckskin, comté de La Paz, Arizona,

Mine de cuivre de Bisbee, Comté Cochise, Arizona

Résidu de la mine d'argent, Comstock Lode, Nevada

Minerai secondaire de la mine de cuivre de Butte, Montana

• France

Scories de Villanière, non loin de Salsigne, canton de Mas-Cabardès, arrondissement de Carcassonne, Aude

Mine de Montroc ou Le Franciman, Saint-Jean-de-Jeannes, Paulinet, canton d'Alban, Tarn

Mines de cuivre de Canaveilles, Pyrénées-Orientales

La Verrière, Monsols, Rhône

Mine de Cap Garonne, Var

Utilisations

La chalcantite est un minerai de cuivre, on l'utilise en métallurgie du cuivre. La composition en pourcentage massique correspond à 31,86 % de CuO, 32,07 % de SO₃ et de 36,07 % de H₂0.

Le traitement des vignobles et de divers plants végétaux s'effectue souvent encore partout dans le monde à l'aide de sulfate de cuivre en solution aqueuse. Ainsi la bouillie bordelaise, traitement chimique proposée pour contrer à la fin du XIX^e siècle l'invasion du mildiou. La toxicité de la chalcantite explique la réserve ou l'interdiction actuelle des jardiniers et viticulteurs conscients de la forte pollution, parfois irréversible, des sols causée par cet ancien emploi, répété et à forte dose.

En outre, un autre usage parfois plus rentable dans les zones minières abandonnées lui est souvent préféré : en raison de sa couleur riche et de ses cristaux bien développés, elle est recherchée par les collectionneurs de minéraux. Mais cet usage présente deux inconvénients. D'une part, comme mentionné, même les plus beaux cristaux sont instables, car la solubilité et la sensibilité du minéral à la sécheresse favorise la désagrégation de leur structure cristalline, lors des variations de l'humidité relative. D'autre part, il est aisé de faire croître artificiellement de grands cristaux de très haute qualité, ce qui peut conduire des vendeurs peu scrupuleux à présenter comme naturels, et donc plus chers, des cristaux synthétiques. Il existe ainsi un grand nombre de contrefaçons. D'une manière générale, il faut se méfier des gros cristaux nourris sur des supports communs ou des gangues inhabituelles.

Galerie

• 
  Chalcantite synthétique
• 
  Chalcantite El Teniente Chili – Musée minéralogique de Bonn
• 
  Chalcantite et Gypse – Mine de Canaveilles, Pyrénées Orientales – France

Voir aussi

Bibliographie

• Ronald L. Bonewitz, Margareth Carruthers, Richard Efthim, Roches et minéraux du monde, Delachaux et Niestlé, 2005, 360 pages (traduction de l'ouvrage anglo-saxon, publié par Dorling Kindersley Limited, London, 2005), en particulier p.  214. (ISBN 2-603-01337-8)
• Henri-Jean Schubnel, avec Jean-François Pollin, Jacques Skrok, Larousse des Minéraux, sous la coordination de Gérard Germain, Éditions Larousse, Paris, 1981, 364 p. (ISBN 2-03-518201-8). entrée Chalcanthite' p. 108-109.

Liens externes

• (en) Chalcanthite sur Mineral.net, The Mineral & Gemstone Kingdom
• (en) Projet d'inventaire des roches sulfatées du Smithsonian Institut : plus de quatre-vingt spécimens ou échantillons différents
• (en) Chalcanthite sur le site mindat.org du Hudson Institute of Mineralogy
• (en) Chalcanthite sur le Manuel de Minéralogie de l'ASM
• (en) Chalcanthite sur le Webmineral
• (de) Die Chalcanthite dans le Mineralatlas Lexikon
• Une vue tournante sur de beaux et gros cristaux artificiels, obtenus par suspension mécanique du support trempant dans une solution bleue sursaturée de sulfate de cuivre
• Chalcanthite fibreuse naturelle, Mine Planet, comté La Paz, Arizona

Catégorie:Minéral nommé d'après l'une de ses propriétés