Zircon

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Zircon
Catégorie IX : silicates[1]
cristal de zircon

cristal de zircon
Général
Nom IUPAC orthosilicate de zirconium
Numéro CAS 10101-52-7 silicate de zirconium[2]
14940-68-2 zirconite[3],[4]
Classe de Strunz
Classe de Dana
Formule brute O4SiZrZrSiO4
Identification
Masse formulaire[5] 183,307 ± 0,004 uma
O 34,91 %, Si 15,32 %, Zr 49,77 %,
Couleur vert, marron, jaunâtre ;
peut être rendu transparent, doré
ou bleu par traitement thermique
Classe cristalline et groupe d'espace ditetragonal-pyramidal 4/m\ 2/m\ 2/m\
Système cristallin tetragonal
Clivage imparfait selon {0001}
Cassure conchoïdale
Habitus souvent prismatiques
très différencié
Faciès isométrique
Jumelage selon {131}
Échelle de Mohs 6,5-7,5
Trait gris clair, blanc
Éclat adamantin, chatoyant ou saccharoïde
Propriétés optiques
Indice de réfraction no=(1,848-1,911) - 1,926
ne=(1,855-1,943) - 1,985
Pléochroïsme non
Biréfringence δ=(0,007-0,032) - 0,059 ; biaxe positif
Dispersion 2vz ~ 10°
Transparence translucide à opaque
Propriétés chimiques
Densité 3,9-4,8
Température de fusion environ 1852 °C
Fusibilité infusible
Solubilité insoluble
Comportement chimique faiblement soluble dans
l'acide fluorhydrique chauffé
Propriétés physiques
Coefficient de couplage électromécanique k=0 %
Magnétisme aucun
Radioactivité radioactivité naturelle
Précautions
Directive 67/548/EEC



Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le zircon est un minéral du groupe des silicates, plus précisément des nésosilicates. Sa formule chimique est ZrSiO4, il s'agit de silicate de zirconium naturel. Il forme des cristaux, et il est considéré comme une gemme semi-précieuse en bijouterie.

Le mot zircon provient soit de l'arabe zarqun, « cinabre », ou du perse zargun, doré. On retrouve cette étymologie dans l'anglais jargoon, qui désigne des zircons de couleur claire. Les zircons jaunes à grenat sont appelés hyacinthes (du grec signifiant « jacinthe »). Les spécimens transparents sont utilisés en joaillerie pour des utilisations similaires à celles du diamant.

Le terme de zircon est parfois utilisé à tort pour désigner la zircone, autre oxyde de zirconium, de formule (ZrO2). Ce dernier se trouve dans la baddeleyite et est produit industriellement pour servir de substitut peu onéreux au diamant.

Le zircon cristallise en système cristallin tétragonal (classe cristalline: 4/m 2/m 2/m) et présente une dureté relative de 6,5 à 7,5 sur l'échelle de Mohs. Parfois incolores, les zircons ont une couleur naturelle qui varie de doré, à rouge et brun, mais ils peuvent aussi être verts, bleus ou noirs. La poussière de zircon est blanche. Le zircon peut être chatoyant, c'est-à-dire montrer un effet « œil de chat » sur les pierres taillées en cabochon. Les spécimens, qui par leur taille et leur pureté sont considérés comme des pierres précieuses, sont appréciés comme substitut des diamants, avec lesquels on les confond souvent.

Des cristaux de zircon, sous forme de grains inclus dans des roches plus récentes, sont les plus anciens témoins minéraux terrestres connus. Ils permettent une datation remontant à 4,3 à 4,4 Ga, soit 150 Ma après le début de la planète. Le minéral zircon se forme pendant la genèse de roches plutoniques communes, principaux constituants "granitoïdes" de l'écorce terrestre, en particulier les granites et les roches alcalines telles la pegmatite ou la syénite. Il apparaît avec les produits précoces de la cristallisation primaire des roches magmatiques. Ces minéraux sont le quartz, les feldspaths plagioclases et potassiques, la hornblende, la biotite, la chlorite, la muscovite, le rutile, l'apatite, la pyrite et la monazite.

Dans les roches métamorphiques, le zircon se présente sous forme recristallisée ou épitactique. On trouve dans les sédiments des zircons détritiques, c'est-à-dire des grains transportés et charriés par l'érosion. Les zircons ont en général une taille moyenne comprise entre 100 et 300 μm, par ex. dans les roches granitiques. Toutefois ils atteignent occasionnellement la taille de plusieurs centimètres, surtout dans les pegmatites, ou après transport, dans des alluvions (placers).

L'analyse de la forme et de l'édifice cristallin des zircons renseigne sur leurs conditions de formation et leur croissance future.

Chimie[modifier | modifier le code]

Le zircon contient fréquemment des impuretés et divers corps ou minéraux sous forme d'inclusions. La forme oxyde théorique du zircon est composée de 67,1 % ZrO2 et de 32,9 % de SiO2. D'après Rösler (1991) elle peut, dans certains cas extrêmes, contenir jusqu'à 30 % d'oxyde d'hafnium (HfO2), 12 % d'oxyde de thorium (ThO2) ou 1,5 % d'oxyde d'uranium (UO2). La densité monte corrélativement à 4,34,8 g·cm-3. Les zircons des granites contiennent presque toujours U et Th en remplacement isomorphique de Zr et la détermination des rapports Th/U ou Pb/U sert à déterminer l’âge des granites, ce groupe est donc très important en géologie. La thorite et l’uranothorite sont facilement hydratées sans que cela détruise la structure, on a :

  • la thorogummite : (Th, U) (Si, H4)O4 ;
  • la coffinite : U(Si, H4)O4.

Structure[modifier | modifier le code]

De formule générale XSiO4 ou X 4+ peut être Zr 4+ de diamètre 0,79 Å ou Th 4+ de diamètre 1,02 ou encore U 4+ de diamètre 0,97. Quadratique, une maille contient 4 molécules. L'édifice cristallin de nombreux zircons est localement détruit par l'action de rayons de haute énergie (état dit « métamicte ») : ces cristaux exhibent généralement une couleur brun sombre. À l'état métamicte, de l'eau peut être absorbée par la matrice, avec pour conséquence un effondrement caractéristique de la densité et de la dureté de la roche (voyez la table).

Datation à l'aide de ses isotopes[modifier | modifier le code]

Un zircon dans une matrice de biotite : Des particules alpha émises par désintégration radioactive bombardent et détruisent la matrice de biotite ; il se forme ce qu'on appelle un halo pléochroïque.

Avec le développement de la radiochronologie, les zircons jouent un rôle particulièrement important dans la géochronologie.

La forme silicatée du zircon est d'importance capitale pour la datation absolue. La méthode de datation absolue exige que des isotopes radioactifs en cours de désintégration soient contenus à l'intérieur des roches. Le zircon, lorsqu'il est soumis à des températures et pressions extrêmes, ne change pas de phase. Il est pratiquement inaltérable sauf par la radioactivité qui provoque un état métamicte (état désordonné dans un cristal avec changement éventuel de couleur et altération jusqu’à apparition d’un état amorphe). Ainsi le zircon conserve la même structure qu'à sa création. De plus, la substitution de ses atomes de zirconium par des atomes d'uranium (U) est fréquente, ce qui n'est pas le cas avec la plupart des autres éléments. C’est un minéral rare dans les laves et les tufs mais relativement fréquent dans les granites, les gneiss, les pegmatites souvent en inclusions dans la biotite contenue dans ces roches. On peut le trouver, parfois très abondant dans des syénites.

Les zircons contiennent à l'état de trace des isotopes radioactifs qui présentent l'avantage de posséder une demi-vie très longue soit d'235U (703.8 millions d'années), d'238U (4,5 milliards d'années), 232Th (14,05 milliards d'années). Ces isotopes représentent de 10 ppm à 5 % en poids. Ils se désintègrent selon des périodes précises en différents isotopes du plomb. La proportion uranium-plomb ou thorium-plomb permet d'estimer l'âge d'un cristal de zircon et par là même souvent l'âge de la roche qui le contient.

Les zircons sont réfractaires aux altérations les plus sévères et aux agressions géologiques telles l'attrition, et cette caractéristique laisse son empreinte sur la matrice rocheuse support.

Les plus anciens zircons terrestres trouvés à la surface du globe ont été trouvés dans la formation Narryer Gneiss Terrane du craton Yilgarn, en Australie occidentale, avec un âge estimé à 4,404 milliards d'années. Cet âge est interprété comme celui de la formation de ces zircons qui ont été séparés de leur matrice de cristallisation par érosion puis incorporés dans un sédiment qui fut métamorphosé en un Gneiss. Ils sont les roches les plus âgées de la Terre trouvées en 2011.

Utilisation[modifier | modifier le code]

Carte des principaux pays producteurs de zircons dans le monde

Le zircon est le principal minerai de zirconium et de hafnium, tous deux utilisés dans les réacteurs nucléaires mais pour des raisons opposées : le premier est transparent aux neutrons, le deuxième les absorbe.

On rencontre les zircons le plus souvent dans les alluvions métallifères, où l'on trouve occasionnellement les gemmes libres de toute gangue. Les alluvions les plus riches en zircons se trouvent en Inde, aux États-Unis, en Australie, à Ceylan ou en Afrique du Sud.

Par leur indice optique élevé (indice optique de 1,95, comparé au diamant : 2,4, à la zircone : 2,2 et au quartz : 1,5) les spécimens les plus gros sont taillés en cabochon. Par traitement thermique, la couleur de zircons bruns ou troubles peut être modifiée, et passer selon le degré de chauffage à translucide, bleue ou dorée.

Le verre de zircon est employé comme sarcophage de déchets radioactifs (par ex. du plutonium) pour le stockage de déchets, sarcophage qui, selon les recherches actuelles, contient la radioactivité au moins 2000 ans.

Articles détaillés : Liste des minéraux et PZT.

Références[modifier | modifier le code]

  • Hanchar & Hoskin (2003): Zircon. Rev. Mineral. Geochem., 53, 500 p., http://www.minsocam.org/MSA/RIM/Rim53.html. - article exhaustif et récent sur le zircon, édité par la Mineralogical Society of America.
  • D. J. Cherniak und E. B. Watson (2000): Pb diffusion in zircon. Chemical Geology 172, p. 5-24.
  • A. N. Halliday (1999): In the beginning... . Nature 409, p. 144-145.
  • K. Mezger und E. J. Krogstad (1997): Interpretation of discordant U-Pb zircon ages: An evaluation. Journal of metamorphic Geology 15, p. 127-140.
  • J. P. Pupin (1980): Zircon and Granite petrology. Contrib. Mineral. Petrol. 73, p. 207-220.
  • H.J. Rösler (1991): Lehrbuch der Mineralogie, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, 5e éd., ISBN 3-342-00288-3
  • G. Vavra (1990): On the kinematics of zircon growth and its petrogenetic significance: a cathodoluminescence study. Contrib. Mineral. Petrol. 106, p. 90-99.
  • G. Vavra (1994): Systematics of internal zircon morphology in major Variscan granitoid types. Contrib. Mineral. Petrol. 117, p. 331-344.
  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) « Zirconium silicate » sur ChemIDplus
  3. (en) « Zirconite » sur ChemIDplus
  4. ces 2 n° CAS renvoient à Hyacinth; Zirconite; Zircon sur PubChem
  5. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Liens externes[modifier | modifier le code]

Sources[modifier | modifier le code]