Hématite

L’hématite est une espèce minérale composée d’oxyde de fer(III) de formule Fe₂O₃ avec des traces de titane Ti, d'aluminium Al, de manganèse Mn et d'eau H₂O. C'est le polymorphe α de Fe₂O₃, le polymorphe γ étant la maghémite.

Hématite Catégorie IV : oxydes et hydroxydes
Hématite Rose de Fer - Ouro Preto, Brésil (6×3,6 cm)
Général
Nom IUPAC	trioxyde de difer
Numéro CAS	1309-37-1
Classe de Strunz	4.CB.05 4 OXIDES (Hydroxides, V[5,6] vanadates, arsenites, antimonites, bismuthites, sulfites, selenites, tellurites, iodates)  4.C Metal:Oxygen = 2:3, 3:5, and Similar   4.CB With medium-sized cations    4.CB.05 Tistarite Ti2O3 Space Group R 3c Point Group 3 2/m    4.CB.05 Auroantimonate AuSbO3 Space Group Ortho ? Point Group Ortho    4.CB.05 Brizziite-VII NaSb+++++O3 Space Group R 3 Point Group 3    4.CB.05 Corundum Al2O3 Space Group R 3c Point Group 3 2/m    4.CB.05 Eskolaite Cr2O3 Space Group R 3c Point Group 3 2/m    4.CB.05 Hematite Fe2O3 Space Group R 3c Point Group 3 2/m    4.CB.05 Karelianite V2O3 Space Group R 3c Point Group 3 2/m    4.CB.05 Geikielite MgTiO3 Space Group R 3 Point Group 3    4.CB.05 Ecandrewsite (Zn,Fe++,Mn++)TiO3 Space Group R 3 Point Group 3    4.CB.05 Ilmenite Fe++TiO3 Space Group R 3 Point Group 3    4.CB.05 Pyrophanite MnTiO3 Space Group R 3 Point Group 3    4.CB.05 Brizziite-III NaSb+++++O3 Space Group R 3 Point Group 3    4.CB.05 Melanostibite Mn(Sb+++++,Fe+++)O3 Space Group R 3 Point Group 3    4.CB.05 Romanite (Fe++,U,Pb)2(Ti,Fe+++)O4 Space Group Trig ? Point Group Trig
Classe de Dana	4.3.1.2 Oxydes 4. Oxydes simples 4.3.1/ Groupe du corindon hématite 4.3.1.2 Hématite Fe2O3
Formule chimique	Fe2O3   [Polymorphes]
Identification
Masse formulaire	159,688 ± 0,005 uma Fe 69,94 %, O 30,06 %,
Couleur	gris acier, noir de fer, irisé, brunâtre, brun rouge, gris noir, bleuté, rouge.
Système cristallin	Trigonal
Réseau de Bravais	Rhomboédrique
Classe cristalline et groupe d'espace	ditrigonale-scalénoédrique 32/m R3c (no 167) trigonal Hermann-Mauguin : $R\ {\bar {3}}\ 2/c\,$ Hermann-Mauguin court : $R{\bar {3}}c\,$ Schoenflies : $D_{3d}^{6}\,$
Macle	possibles selon {1011} et {0001}, souvent lamellaires
Clivage	néant
Cassure	irrégulière à subconchoïdale
Habitus	Tabulaire, rhomboédrique, pyramidal, prismatique, hexagonal, pseudocubique. Faces de {0001} avec stries formant des triangles.
Échelle de Mohs	5,5 - 6,5
Trait	rouge, brun
Éclat	métallique, mat
Propriétés optiques
Indice de réfraction	nω = 3,150 - 3,220 nε = 2,870 - 2,940
Biréfringence	δ = 0,28-0,21 ; uniaxe négatif
Pléochroïsme	Dichroïsme
Fluorescence ultraviolet	Aucune
Transparence	Translucide à opaque
Propriétés chimiques
Masse volumique	5,24 g/cm3
Densité	4,9 - 5,3
Température de fusion	1565 °C
Solubilité	lentement soluble dans l’HCl; insoluble dans l'eau
Propriétés physiques
Magnétisme	faible et paramagnétique
Radioactivité	aucune
Précautions
Directive 67/548/EEC
Phrases R : R36/37/38 : Irritant pour les yeux, les voies respiratoires et la peau. Phrases S : S26 : En cas de contact avec les yeux, laver immédiatement et abondamment avec de l’eau et consulter un spécialiste. Phrases R : 36/37/38, Phrases S : 26,
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

C’est un minéral très courant, de couleur noire à gris argenté, brun à rouge, ou rouge, avec de nombreuses formes cristallines. Les cristaux peuvent atteindre 13 cm.

Historique de la description et appellations

Inventeur et étymologie

Son existence est rapportée par Pline l'Ancien dès 77. Le nom de l’hématite est emprunté au latin haematites, lui-même emprunté du grec αἱματίτης, dérivé de αἷμα qui signifie « sang ». La poudre d’hématite était d’ailleurs utilisée comme pigment rouge.

Topotype

Non défini pour cette espèce.

Synonymes

• anhydroferrite
• fer micacé (Brochant)
• fer oxydé rouge (Haüy 1801)
• fer spéculaire
• hématite brune
• hématite rouge
• hematitogelite (Tućan 1913), forme colloïdale présente souvent dans la bauxite
• oligiste (fer) (Haüy 1801) : du grec oligos = peu nombreux, pour le faible nombre de faces du cristal

Caractéristiques physico-chimiques

Critères de détermination

Sa légère solubilité dans l'acide chlorhydrique permet de la distinguer de l'ilménite.

Variétés

• alumohématite : variété riche en aluminium de formule idéale : (Fe,Al)₂O₃
• crucilite ou crucite (Thomson 1835) : pseudomorphose d'arsénopyrite en hématite ou en goethite décrite d'après des échantillons de Clonmel, comté Waterford, Irlande ; l'aspect cruciforme des cristaux a inspiré le nom ;
• mine de fer spéculaire ou fer spéculaire ou spécularite : variété d'habitus tabulaires à faces lisses, utilisables comme miroirs ; dérivant d'un mot grec signifiant « je regarde attentivement », le latin specere « regarder » a donné speculum (miroir)
• martite (Breithaupt) : pseudomorphoses de magnétite en hématite
• rose de fer : variété d'habitus qui désigne l'assemblage de plusieurs cristaux tabulaires qui rappelle l'aspect d'une rose.

Cristallochimie

L’hématite est le chef de file d’un groupe avec le corindon, le groupe du corindon-hématite, contenant des matériaux ayant tous la même structure cristalline et une formule générale du type A₂O₃ où A peut être un cation tel que le fer, le titane, l'aluminium, le chrome, le vanadium, la magnésium, l'antimoine, le sodium, le zinc et/ou le manganèse.

Groupe corindon-hématite

• Corindon Al₂O₃
• Hématite Fe₂O₃
• Eskolaïte Cr₂O₃
• Karelianite V₂O₃
• Tistarite Ti₂O₃
• Sous-groupe de l'ilménite
  • Brizziite
  • Ecandrewsite
  • Geikielite
  • Ilménite
  • Melanostibite
  • Pyrophanite

Cristallographie

L'hématite a une structure notée D5₁ en notation Strukturbericht. C'est une structure rhomboédrique, de groupe d'espace R3c (n^o 167). Un motif est composé de deux pentaèdres Fe₂O₃ inversés qui se répètent aux nœuds du rhomboèdre. Ses paramètres de maille sont :

• a = 5,43 Å ;
• α = 55,26° = 55°16’.

Les ions O²⁻ forment un réseau hexagonal compact, avec donc une alternance de plans A-B ; les ions Fe³⁺ occupent les deux-tiers des sites interstitiels octaédriques, avec trois types de plans a, b et c en alternance. On a donc une alternance A-a-b-B-c-a-A-b-c-B-a-b-A-c-a-B-b-c-A-a… Les paramètres de maille dans cette description hexagonale sont :

• a = 5,04 Å ;
• c = 13,78 Å.

Par rapport à la description précédente, la distance entre les plans de O²⁻ des pentaèdres est c/2.

• 
  Structure D5₁, description rhomboédrique.
• 
  Structure D5₁, description hexagonale.
• 
  Autre vue

Gîtes et gisements

Gîtolologie et minéraux associés

Minéral très commun dans des contextes géologiques très variés. D'origine primaire, formé à haute température. Produit de fumerolles, il peut donner des concentrations dans des gîtes de contact. Il peut être un élément des roches éruptives. Parfois en dépôt important avec limonite et sidérite dans les roches sédimentaires.

Les minéraux qui lui sont souvent associés sont :

• Dans les roches métamorphiques et ignées : magnétite, ilménite, rutile
• Dans les zones sédimentaires : goethite, lépidocrocite, sidérite

Gisements producteurs de spécimens remarquables

• Brésil

Miguel Burnier (São Julião), Ouro Preto, Minas Gerais; Variété Rose de fer

• France

Mines de Batère (Corsavy, Arles-sur-Tech), Pyrénées-Orientales, Languedoc-Roussillon

Faucogney-Saphoz, Haute-Saône, Franche-Comté,

Mines de Rancié (Ariège)

• Italie

Bacino, Miniera di Rio (Miniera di Rio Marina), Rio Marina, île d'Elbe, Toscane, Italie

Hématite sur Mars

On a trouvé, sur la planète Mars, en 2004, des sphères qui pourraient être intégralement ou en partie composées d'hématite. L'hématite se forme habituellement par l'action érosive de l'eau, ce qui suppose la présence, à une époque, d'eau sur Mars.

Exploitation des gisements

Hématite - intaille, travail du XIX^e siècle.

Utilisations

L'hématite est le minerai de fer le plus abondant.

• Elle fait partie des minéraux pouvant être utilisés pour fabriquer du Tamahagane.
• Elle peut être utilisée comme granulats (taille comprise entre 0 et 25 mm) dans les bétons dits lourds, destinés à la fabrication de contrepoids et d'écrans de protection anti-radiations.
• Broyée finement, elle peut servir de pigment et entre dans la composition d'émaux et d'engobes pour la céramique.
• Certaines pierres peuvent être taillées comme pierres fines.
• On la trouve notamment – sous forme de fines particules – dans le déchet métallurgique de l'industrie aluminière (boue rouge).

Histoire, usages de l'hématite

Altamira, Hématite ayant servi de pigment. Muséum de Toulouse

L'hématite a été utilisée comme pigment (rouge) dès le Paléolithique moyen, en Afrique et peut-être en Asie mais aussi en Europe (site du Belvédère à Maastricht, Pays-Bas) par nos ancêtres Homo sapiens. Au Paléolithique supérieur elle est pulvérisée puis mélangée à l'eau ou (plus rarement) aux huiles végétales et animales, et appliquée sur la roche des murs pour dessiner et peindre les grottes et cavités. Elle était aussi appliquée sur les objets, dont probablement les vêtements mais aussi les outils et armes.

Dans l'Égypte ancienne, l'hématite était considérée comme ayant le pouvoir de guérir les maladies du sang : ce minéral composé principalement de fer a la particularité de teinter l'eau en rouge et les Égyptiens pensaient qu'il favorisait la production de sang.

Elle a été utilisée dans l'Antiquité - comme le plomb (sous forme de céruse, toxique) - dans certains cosmétiques (« fards, de « bâton à lèvres » (ancêtre du rouge à lèvres) enduits de peinture à base d’hématite »), dont en Afrique du Nord et dans l'Égypte antique prédynastique

L'hématite était aussi utilisée chez les Mayas, par exemple dans le masque de Pakal.

L'hématite est devenue le plus important minerai de fer (pour la production de fontes, aciers, alliages).

Plus récemment, elle est utilisée dans les fluides de forage (boues lourdes, pour forer, colmater ou « tuer » les puits HP/HT (haute température, haute pression) notamment.

L'hématite est utilisée aussi pour le brunissage des dorures au mercure et comme patine liquide à froid qui permet de vieillir l'acier : elle lui donne un aspect noir bleuté et donne de la profondeur à la surface.

Les solutions de brunissage à froid pour l'acier sont surnommées "hématite" quelquefois dans le jargon des ferronniers, antiquaires etc. mais ne sont pas constituées d'hématite. Elles créent par un jeu de réactions d'oxydo-réduction un ton métallique sombre à la surface rappelant celui de l'hématite, également qualifié de "canon de fusil" (en référence au brunissage à chaud des canons d'armes), et de nombreuses variantes chromatiques sont possibles selon la composition chimique de la solution de brunissage et le mode d'application ainsi que d'autres paramètres (température, acidité, temps de réaction, temps de séchage, nombre de couches, essuyage ou non, application d'un neutralisant spécial pour éviter la corrosion ultérieure ...).

• 
  Hématite « Rose de Fer » - Batère France
• 
  Faucogney-Saphoz - France (12×11 cm)
• 
  Variété botryoïdale (en forme de grappe) - Mine du Rancié, Ariège, France (9×6,5 cm)
• 
  Hématite (Spécularite) - Île d'Elbe, Italie (vue 4 cm)

Voir aussi

Articles connexes

• Pigment
• Hydroxyde de fer
• Fard
• Boue de forage