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PYRITE
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La pyrite est un minéral fascinant qui allie beauté, importance historique, intérêt scientifique. Elle a joué un rôle essentiel dans l’histoire humaine, mais sa manipulation et son exploitation doivent être réalisées avec précaution.
C’est un disulfure de fer (FeS₂), polymorphe de la marcassite. Elle contient fréquemment des traces de métaux précieux tels que l’argent (Ag) et l’or (Au), ainsi que divers métaux lourds et métalloïdes toxiques : nickel (Ni), cobalt (Co), arsenic (As), cuivre (Cu), zinc (Zn), thallium (Tl), sélénium (Se) et vanadium (V).
La présence de ces éléments rend son exploitation particulièrement polluante.
Le nom pyrite est attribué à Dioscoride, médecin, pharmacologue et botaniste grec du premier siècle, qui en fait la première mention connue vers l’an 50. Les Anciens la distinguaient pour les étincelles qu’elle produit lorsqu’on la frappe. Le mot dérive du grec πυρίτης λίθος / pyrítēs líthos, signifiant littéralement pierre à feu. Elle est mentionnée dans le livre V de son ouvrage en cinq volumes « περι υληζ ιατρικηζ » (transcription : « Peri hulēs iatrikēs »), signifiant tous deux « Sur les matériaux médicaux ». La « purites lithos » (terme générique désignant à la fois la pyrite et la chalcopyrite) était utilisée (avec du miel) pour traiter les problèmes de peau.
De nombreux synonymes existent, parmi lesquels :
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fer sulfuré (Haüy)
-
hépatopyrite
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or des fous (également utilisé pour la chalcopyrite)
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Pyrit (Haidenger)
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pyrites
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Schwefelkies (Werner)
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sidéropyrite
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tombazite
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xanthopyrite
Inventeur et étymologie
Synonymes
L’appellation or des fous provient de sa confusion fréquente avec l’or lors des ruées aurifères. Paradoxalement, la pyrite contient effectivement des traces d’or, issues de substitutions couplées dans sa structure cristalline.
Critères de détermination
Les cristaux de pyrite présentent :
-
des formes dodécaédriques à faces pentagonales (pyritoèdres),
-
des habitus cubiques, octaédriques ou pyritoédriques,
-
des faces souvent striées.
Elle se caractérise par :
-
un éclat métallique brillant,
-
une couleur dorée pâle,
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un trait vert-noir à brun, dégageant parfois une odeur de soufre,
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une dureté de 6 à 6,5 sur l’échelle de Mohs,
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une cassure irrégulière, parfois conchoïdale.
Les macles typiques (souvent dites en croix de fer) apparaissent notamment selon les plans [110] et [001].
Chimiquement :
-
elle est faiblement soluble dans l’acide nitrique,
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elle devient magnétique lorsqu’elle est chauffée,
-
elle fond entre 1 177 °C et 1 188 °C en formant une boulette magnétique.
Variétés
Quelques variétés notables :
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Arsenian pyrite : pyrite contenant jusqu’à 3 % d’arsenic, à cristaux parfois incurvés. Présente notamment à Salsigne (Aude).
-
Ballesterosite : variété riche en zinc et étain identifiée en Espagne, probablement synonyme de pyrite.
-
Bravoïte (ou mechernichite) : pyrite riche en nickel, de formule (Fe,Ni)S₂. Possède une sous-variété, l’hengleinite.
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Cayeuxite : pyrite enrichie en As, Sb, Ge, Mo et Ni, se présentant en nodules polymétalliques.
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Cobalt-nickel-pyrite : contenant 2 à 3 % de Co et 2 à 6 % de Ni.
-
Cobaltoan pyrite : variété cobaltifère de formule (Fe,Co)S₂.
-
Pyrite flamboïde : Un framboïde est un grain sphéroïdal minuscule de pyrite , ou un agrégat de tels grains, qui se forme généralement à basse température dans des sédiments vaseux pauvres en oxygène et riches en matière organique, notamment dans les dépôts de vase marine. Première utilisation publiée par Rust (1935). Le terme provient du français « framboise ». L'adjectif qualificatif est « framboïdal ». Les framboïdes sont des produits de l'activité microbienne. La formation des framboïdes de pyrite dans les sédiments prend entre 3 heures et 3 ans, avec un temps de formation moyen d'environ 5 jours (Rickard, 2019).
Cristallochimie
La pyrite :
-
forme une série avec la cattiérite (CoS₂) ;
-
possède un polymorphe : la marcassite ;
-
dirige un groupe de 19 espèces isostructurelles selon Strunz (groupe de la pyrite).
Le groupe inclut notamment : cattiérite, vaesite, penroséite, trogtalite, villamaninite, fukuchilite, laurite, sperrylite, etc.
Cristallographie
La pyrite cristallise :
-
dans le système cubique,
-
groupe d’espace Pa3,
-
avec un paramètre de maille a = 5,416 Å,
-
un volume de maille de 158,87 ų,
-
une densité théorique de 5,02 g/cm³.
La structure est analogue à celle de la halite (NaCl) :
-
les ions Fe²⁺ occupent un réseau cubique à faces centrées,
-
les ions disulfure S₂²⁻ forment des bâtonnets inclinés,
-
la liaison Fe–S mesure environ 2,263 Å,
-
la liaison S–S mesure environ 2,160–2,170 Å.
Macles
Dans ce système cristallin, la pyrite peut présenter plusieurs types de macles — c’est‑à‑dire des associations symétriques de deux ou plusieurs cristaux soudés selon des lois de symétrie précises.
La macle « en croix » (la plus connue)
C’est la macle de la pyrite la plus classique.
Elle suit la loi de macle selon (110).
Deux cristaux cubiques s’interpénètrent selon un angle très caractéristique.
Le résultat donne une forme en croix trapue, parfois très esthétique.
On la rencontre souvent dans les gisements espagnols ou français.
Macles par interpénétration de cubes
Ici, deux ou plusieurs cubes de pyrite s'emboîtent de manière complexe :
Ils peuvent partager un coin ou une arête.
La croissance simultanée produit des cristaux soudés en un seul ensemble mais avec des orientations différentes.
C'est une macle fréquente dans les gisements hydrothermaux.
Macles du dodécaèdre pentagonal (pyritoèdre)
Le pyritoèdre, l’une des formes les plus esthétiques de la pyrite, résulte en réalité d’une déformation systématique du cube, souvent accompagnée de lois de macle internes complexes.
Ces macles sont polysynthétiques : un même cristal présente de nombreuses alternances de domaines orientés différemment.
Elles donnent à la surface l’aspect striée caractéristique des pyrites.
Macles rares (moins fréquentes)
Parfois observées :
Macles selon {111} (loi de l’octaèdre)
Variantes d’interpénétration plus complexes
Macles cycliques, très rares, lorsque plusieurs unités se répètent selon une rotation.
Page photos à visiter :
https://www.mindat.org/article.php/3872/PYRITE+-+Iron+Cross+Twins
Stries des cristaux de pyrite : une approche scientifique
Les stries observées sur les faces des cristaux de pyrite (FeS₂) sont des signatures morphologiques étroitement liées à la croissance cristalline, à la structure cristallographique et parfois à la chimie de surface du minéral.
Origine cristallographique des stries
La pyrite cristallise dans le système cubique, groupe d’espace Pa3, et présente couramment trois types de morphologies dominantes :
-
le cube {100},
-
l’octaèdre {111},
-
le pyritoèdre {210}.
Les stries apparaissent principalement sur les faces {100} et {210}.
● Stries positives (sur {100})
Elles sont produites par les marches de croissance se formant au fur et à mesure de l’empilement des couches cristallines sur les faces cubiques.
Ces striations correspondent à la superposition régulière de micro-niveaux de croissance.
[msaweb.org]
● Stries négatives (sur {210})
Les striations négatives, caractéristiques des pyritoèdres, proviennent du développement libre de couches de croissance sur les faces {210}.
Elles traduisent des conditions de croissances plus spécifiques et marquent une discontinuité génétique entre les stades de formation des stries positives et négatives.
[msaweb.org]
Mécanisme de formation des stries
Les études microtopographiques ont montré que :
-
les stries sur les faces {100} sont de vraies marches de croissance,
-
celles sur {210} proviennent du pile-up (accumulation) des bordures des couches issues de la croissance sur {100},
-
les directions des stries sont donc diagnostiques des mécanismes de croissance, mais également des influences de l’environnement physico-chimique.
[msaweb.org]
Des travaux plus récents ont indiqué le rôle des terminaisons soufrées (S-terminated surfaces) dans la stabilisation de certaines orientations de stries, notamment dans les pyritoèdres présentant des striations anormales (dites négatives).
[Crystal sh...of pyrite]
Relations avec les macles et la morphologie
Les stries constituent également un critère très utile dans l’identification des macles de pyrite, en particulier la célèbre macle en croix de fer (pénétration selon [110]).
La répartition, l’orientation et la nature chimique des surfaces jouent un rôle important dans la formation des interfaces maclées.
[Crystal sh...of pyrite]
Interprétation minéralogique
Les striations constituent :
-
un outil diagnostique pour reconnaître les formes cristallines et différencier pyrite / pyritoèdre,
-
une empreinte du régime de croissance (cinétique vs. contrôles énergétiques),
-
un indicateur des conditions physico-chimiques du milieu, notamment lors de la croissance hydrothermale.
Sur un plan descriptif, les stries des faces cubiques sont souvent perpendiculaires d’une face à l’autre, une conséquence géométrique du pyritoèdre qui interfère avec la morphologie du cube.
[galleries.com]
Bibliographie des sources citées dans ce paragraphe
• Études structurales et microtopographiques
-
Sunagawa et Endo (1968), Geological Survey of Japan, Positive and Negative Striations in Pyrite — étude pionnière décrivant l’origine des striations selon les faces {100} et {210}.
[msaweb.org]
• Cristallographie appliquée aux striations
-
Arrouvel, C. (Université Fédérale de São Carlos, Brésil), Crystal shapes, triglyphs and twins in minerals: the case of pyrite — influence des terminaisons soufrées et des facettes {120}/{210}.
[Crystal sh...of pyrite]
• Morphologie générale et causes des striations
-
Amethyst Galleries - Mineral Gallery, Striated Minerals — description des striations sur les faces cubiques de la pyrite et relation avec les pyritoèdres.
[galleries.com]
Metallogénie
Gîtologie et minéraux associés
La pyrite peut être :
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sédimentaire,
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magmatique,
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métamorphique,
-
hydrothermale,
-
parfois météoritique.
Elle est particulièrement fréquente dans les milieux marins anoxiques riches en matière organique, où des bactéries sulfato‑réductrices favorisent sa précipitation via la production d’hydrogène sulfuré.
La pyrite nickélifère témoigne d'une altération hydrothermale généralisée dans la brèche de régolithe martienne : une étude menée sur NWA 7533
Jean-Pierre Lorand, Roger H. Hewins, Laurent Remusat, Brigitte Zanda, Sylvain Pont, Hugues Leroux, Maya Marinova, Damien Jacob, Munir Humayun, Alexandre Nemchin, Marion Grange, Allen Kennedy, Christa Göpel
La météorite martienne NWA 7533 contient une petite quantité de pyrite tardive, présente dans toutes ses lithologies. Les cristaux, variés en forme et parfois regroupés, montrent un faible métamorphisme de choc et une altération terrestre partielle. Leur distribution indique une cristallisation lente à partir de fluides riches en H₂S, proches du pH neutre, entre 400 et 500 °C, lors d’un court événement thermique survenu il y a environ 1,4 milliard d’années.
Utilisation
Exploitation
La pyrite a été largement exploitée comme source de soufre et, secondairement, comme minerai de fer.
Son extraction est aujourd’hui réduite en raison de sa forte toxicité environnementale.
Évolutions de la part de soufre issu de pyrite :
-
1985 : 18 % du soufre mondial,
-
~2010 : moins de 8 %, soit ~6,6 millions de tonnes, dont 6 millions en Chine.
Elle n’est pas utilisée dans la sidérurgie en raison des coûts supérieurs à ceux de l’hématite et de la magnétite, et de la teneur en soufre rendant l’acier cassant.
Utilisations
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Fabrication de l’acide sulfurique (procédé des chambres au plomb).
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Métallurgie : traitement des poudres, récupération d’or, de cuivre, de cobalt, de nickel.
-
Radio : récepteurs simples dits postes à pyrite.
-
Feu : pierre à feu préhistorique (présente dans l’équipement d’Ötzi).
-
Problèmes sanitaires et environnementaux
L’utilisation de la pyrite dans les remblais ou bétons peut provoquer des gonflements destructeurs, dus notamment à la formation de gypse et d’hydroxyde ferrique.
Les mines de pyrite sont une source majeure de pollution en :
-
arsenic,
-
antimoine,
-
thallium, très toxique et fréquemment présent en quantités significatives.
Dans certains gisements (ex. Sennari, Fornovolasco), la pyrite contient jusqu’à plusieurs milliers de ppm de thallium, dissous dans la matrice sous forme de nanoparticules. Cette mobilité du thallium durant la recristallisation métamorphique a des conséquences économiques et environnementales majeures.
Désintégration de la pyrite
La désintégration de la pyrite, ou maladie de la pyrite, est un processus chimique d’oxydation qui touche la pyrite (FeS₂) et d’autres minéraux sulfurés comme la marcasite ou la pyrrhotite.
Lorsqu’ils sont exposés à l’air humide et à l’oxygène, ces minéraux réagissent et se transforment peu à peu, produisant :
-
de l’acide sulfurique, très corrosif ;
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des sulfates hydratés qui apparaissent sous forme de poussières ou efflorescences blanches.
Avec le temps, les spécimens :
-
Gonflent,
-
Se fissurent,
-
Se désagrègent,
-
Finissent en poudre, accompagnés d’un dépôt de sulfate.
L’acide formé peut aussi endommager les matériaux stockés à proximité (boîtes, étiquettes, autres minéraux).
→ C’est pourquoi les conservateurs de musées considèrent cette réaction comme une véritable « maladie contagieuse » des collections. [nature.ca]
Le facteur déterminant est l’humidité relative :
-
Une humidité élevée accélère fortement l’oxydation ;
-
Une humidité faible la ralentit ou l’empêche presque complètement.
[elithos.com]
Contrairement à ce qui se passe en milieu naturel humide (sols, mines), les bactéries jouent un rôle négligeable dans les collections muséales, où les conditions sont généralement trop sèches pour leur activité.
On ne peut pas inverser la dégradation commencée.
Certaines méthodes (enrobages à l’huile, à la cire, plastiques) se révèlent même contre‑productives, car elles piègent l’humidité. La seule approche efficace est la prévention :
Les spécialistes recommandent des environnements < 40 % d’humidité, voire beaucoup moins pour les spécimens précieux.
Les pièces de grande valeur peuvent être scellées dans de l’azote ou de l’argon sec, empêchant toute oxydation
Gisements remarquables
Quelques localités célèbres pour leurs cristaux :
Europe
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Espagne : Navajún (La Rioja).
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Belgique : mine du Rocheux (Theux-Oneux).
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Italie : île d’Elbe (Rio Marina).
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Slovaquie : Banská Štiavnica.
Amériques
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Pérou : Huaron, Cerro de Pasco.
France
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Batère (Pyrénées‑Orientales),
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Trimouns (Ariège),
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Saint‑Pierre‑la‑Palud (Rhône).
Gallerie photos de Mindat
Sources :
Littérature
Minéraux (Julien Lebocey) aux éditions du Piat
Internet
Mindat
Wikipédia
Musée Canadien de la Nature
https://nature.ca/fr/la-maladie-de-la-pyrite/
Clic pour agrandir...
