Élément natif

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Un élément natif est un minéral, soit corps simple formé essentiellement d'un seul élément chimique soit alliage caractérisé par quelques éléments chimiques associés, suffisamment pur(s), à l'état de corps simples, en théorie non combinés chimiquement, qui est naturellement présent dans la croûte terrestre ou dans d'autres environnements naturels tels que les météorites et les corps célestes[1]. La définition strictement chimique n'admettrait en principe ni alliage métallique ni composés d'association simple dans une même structure, mais l'observation de la cristallochimie par les minéralogistes a étendu considérablement la catégorie minérale couvrant les éléments natifs depuis le XIXe siècle.

Définitions[modifier | modifier le code]

Il s'agit de définitions classificatoires concernant la minéralogie. Chimiste, physico-chimiste ou physicien considèrent globalement qu'il n'y a que 92 éléments naturels, et n'emploient sélectivement la notion d'éléments natifs qu'en référence aux travaux des minéralogistes de terrain sur les corps purs simples ou assimilés[2]. Un géologue préfère parler de traces d'éléments et s'il aborde ce domaine, il emprunte ce vocable aux minéralogistes.

L'histoire de la notion remonte à l'alchimie ancienne ou même à la vieille chimie technique sous son influence, car mineurs et métallurgistes croyaient que la Terre engendrait la matière minérale et permettaient même sa maturation. L'adjectif latin nativus à l'origine de l'adjectif français natif a bien la même racine que le mot nativitas, signifiant "nativité, naissance". Cette croyance, admise plus ou moins ouvertement par des chimistes vitalistes comme Nicolas Lemery a été démentie par une meilleure compréhension chimique, mais la dénomination préservée a finalement permis de qualifier des minéraux singuliers, correspondant à un corps simple naturel à formule chimique élémentaire ou assimilée.

On connaît aujourd'hui au sens strict 34 éléments natifs, répartis en trois sous-classes :

Mais cette approche restrictive oublie que la classification cristallochimique des minéralogistes a compté plus d'une centaine de minéraux naturels divisés à l'origine en quatre secteurs soient les métaux, les semi-métaux, les carbones et carbures, et les non-métaux[3].

L'index chimique de Hey, admise par l'IMA, abréviation de International Mineralogical Association, a fondé une division[4] entre :

  • 84 éléments natifs et alliages, avec dérivés arséniures, antimoinures et bismuthures de l'arsenic, de l'antimoine et du bismuth (catégorie 1)
  • 16 carbures, siliciures, siliciures et phosphures (catégorie 2)

La réduction ou simplification de cette liste s'explique par la suppression ou le passage en variétés ou simples synonymes d'espèces minérales. La kongsbergite ou l'amalgame simplement assimilés à (Ag,Hg) sont devenues de simples variétés d'argent natif. L'allémontite est devenue un synonyme pour le stibarsen AsSb. L'arséniure d'étain a remplacé l'association d'éléments natifs (As,Sn) décrite autrefois de manière commune dans les mines d'étain. Différents fer nickelés ou certains alliages Fe(Ni,Co) n'ont pas été validés par l'autorité, la mise en doute survenant peut-être en raison de leur rareté ou de leur caractères exceptionnels.

Mais, par exemple, la moissanite SiC ou carbure de silicium hexagonale, la taenite ou la kamacite (Fe,Ni) cubiques, respectivement autrefois fer nickelé à environ 50% et jusqu'à 77,5 % ont été conservés mais reclassé le premier carbure en catégorie 2, les seconds en alliages avec la tétrataénite tétragonale, issue elle uniquement des météorites.

Les éléments natifs constituent, avec les carbures, nitrures, phosphures et siliciures, la première classe des systèmes de classification des minéraux instaurés par Dana et Strunz.

Historique de découverte des éléments natifs et civilisations[modifier | modifier le code]

La plupart des éléments natifs sont rares ou très rares, à l'exception de quelques métaux natifs, qui ont joué un rôle important dans la naissance des civilisations. Les quantités infimes expliquent la problématique, exposée ci-dessus, des classifications. Les minéralogistes s'accordent au minimum sur 80 minéraux d'éléments natifs et assimilés.

Le fer natif est surtout d'origine météoritique (fer météorique) mais il existe du fer natif d'origine purement terrestre (fer tellurique). L'un comme l'autre sont alliés à du nickel et constitués de plusieurs phases : kamacite et taénite principalement, tétrataénite (en) et antitaénite (en) occasionnellement ; ces phases diffèrent par leur cristallochimie ainsi que par leur teneur en nickel.

Conditions de formations des éléments à l'état natif[modifier | modifier le code]

Extraction et récupération des éléments natifs[modifier | modifier le code]

Exemples[modifier | modifier le code]

Or

L'or est le plus connu des métaux natifs. L'or extrait des mines apparaît la plupart du temps sous forme de pépites, de veines ou de filaments, tous solides. C'est le plus souvent de l'or natif qui est emprisonné dans une matrice de pierre ou de fins grains d'or mélangés à des sédiments ou liés à de la pierre.

Platine

Le platine extrait des mines colombiennes et russes l'est sous forme de pépites ou de petits grains dans des dépôts placer. Il est le plus souvent trouvé sous forme d'alliage avec du fer, de l'iridium, de l'osmium ou du palladium.

Cuivre

Une ancienne civilisation nord-américaine a profité de vastes dépôts de cuivre natif pour fabriquer des armes, des outils et des objets décoratifs. Elle était établie près du lac Supérieur, où elle avait découvert ces différents dépôts. Elle a extrait du cuivre entre -6000 et -3000[5]. Le cuivre était plus utile que l'or parce qu'il est plus rigide, et relativement facile à façonner par un simple martellage attesté dès l'âge de pierre, au contraire du fer météorique.

Fer-nickel

Il y a très peu d'endroits sur Terre où se trouve du fer natif seul[6]. La majeure partie du fer natif sur Terre est du fer météorique (provenant de météorites). Ces météorites se sont formées voici plusieurs millions ou centaines de milions d'années, sont demeurées presque intactes dans le vide interplanétaire et sont tombées sur Terre. Les météorites métalliques sont principalement composées d'alliages de fer-nickel : taénite (qui contient beaucoup de nickel) et kamacite (qui contient peu de nickel). On trouve aussi du fer natif d'origine terrestre dans des contextes extrêmement réducteurs, notamment là où du magma a envahi un gisement de charbon ou de lignite comme à Uivfaq sur l’île Disko (Groënland)[7] ou à Bühl près de Cassel (Land de Hesse, Allemagne)[8].

Autres

Les autres métaux natifs sont présents sur Terre en très petites quantités ou seulement dans certaines curiosités géologiques précises. Par exemple, le cadmium métallique a été découvert en deux endroits seulement (entre autres, dans un bassin où passe la rivière Vilyuy en Sibérie)[9].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Pour parer l'ambiguïté de l'expression d'élément natif, source de méprise, le minéralogiste Alfred Lacroix les dénommaient corps simples natifs, en admettant que certains corps simples pouvaient a priori former alliage ou association entre eux.
  2. L'élément est une entité immatérielle dénuée de propriétés physique ou chimique. Il est signalé par un symbole et un numéro atomique. C'est une sorte de racine d'une espèce chimique donnée, la caractéristique commune à ses atomes, molécules, ions, isotopes. Robert Luft, opus cité.
  3. Le débat a porté sur les notions de combinaison et d'association, ainsi que de degré d'oxydation zéro de l'élément. Par exemple, dans le cas d'un alliage métallique, s'agit-il d'une association quasiment à égalité de rôle ou d'une composé où l'élément le plus électronégatif ou le plus petit doit être assujetti à une combinaison définie par le caractère de la liaison ?
  4. Hey's Chemical Index of Minerals
  5. (en) Thomas C. Pleger, « The Old Copper Complex of the Western Great Lakes », UW–Fox Valley Anthropology,‎ (consulté le 15 août 2007).
  6. (en) http://www.galleries.com/minerals/elements/iron/iron.htm
  7. (sv) Helge Löfquist et Carl Axel Fredrik Benedicks, « Det stora nordenskiöldska järnblocket från Ovifak: Mikrostruktur och bildningssätt », Kungliga Svenska Vetenskaps-Akademiens Handlingar, 3e série, vol. 19,‎ , p. 1-96 ;
    (en) Cyrena A. Goodrich et John M. Bird, « Formation of iron-carbon alloys in basaltic magma at Uivfaq, Disko Island: The role of carbon in mafic magmas », The Journal of Geology, The University of Chicago Press, vol. 93, no 4,‎ , p. 475-492.
  8. (de) Paul Ramdohr, « Neue Beobachtungen am Bühl-Eisen », Sitzungsberichte der Deutsche Akademie der Wissenschaften zu Berlin, série : Klasse für Mathematik und allgemeine Naturwissenschaften, vol. : Jahrgang 1952, no 5,‎ , p. 9-24.
  9. (en) Michael Fleischer, Louis J. Cabri, Georg Y. Chao et Adolf Papst, « New Mineral Names », American Mineralogist, vol. 65,‎ , p. 1065-1070 (lire en ligne) [PDF]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • 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. 112 à p. 125. ISBN 2-603-01337-8
  • Alfred Lacroix, Minéralogie de la France et de ses anciens territoires d'Outremer, description physique et chimique des minéraux, étude des conditions géologiques et de leurs gisements, 6 volumes, Librairie du Muséum, Paris, 1977, réédition de l'ouvrage initié à Paris en 1892 en un premier tome. En particulier, pour les éléments natifs décrits dans le second volume, p. 353 à p. 437
  • Robert Luft, Dictionnaire des corps purs simples de la chimie, Nantes, Association Cultures et Techniques,‎ , 392 p. (ISBN 978-2-9510168-3-5).
  • Jean-Paul Poirot, Mineralia, Minéraux et pierres précieuses du monde, Artemis édition, Losange 2004, 224 pages. En particulier p. 208 à p. 209.
  • Guy Roger, « Éléments natifs  », in Encyclopædia Universalis, 2001 Début article en ligne

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]