Olivine

L’olivine est un minéral du groupe des silicates, sous-groupe des nésosilicates. Elle cristallise dans le système orthorhombique.

L'olivine n'a pas le statut d'espèce reconnue par l'Association internationale de minéralogie<ref>Modèle:Lien web.</ref> , car « olivine » est en fait le Modèle:Page h' de tous les minéraux de la série forstérite-fayalite.

La variété gemme de la forstérite est utilisée comme pierre fine en joaillerie sous le nom de péridot.

Historique de la description et appellations

Inventeur et étymologie

L'olivine fut décrite en 1790 par le minéralogiste allemand Abraham Gottlob Werner ; son nom dérive de sa couleur vert olive.

Caractéristiques physico-chimiques

Cristallochimie

La formule générale des olivines est Modèle:Chem, où :

• T = cation tétraédrique (Si) ;
• Y = cation bivalent dans les sites octaédriques M2 ;
• X = cation bivalent dans les sites octaédriques M1.

La composition des olivines naturelles est comprise dans un tétraèdre ayant pour sommets les phases :

• forstérite (Fo) : Modèle:Chem ;
• fayalite (Fa) : Modèle:Chem ;
• téphroïte (Te) : Modèle:Chem ;
• larniteModèle:Note (La) : Modèle:Chem.

Le membre calcique est un constituant important du ciment Portland et des scories métallurgiques. Il entre aussi dans la composition des fertilisants agricoles. Il donne plusieurs polymorphes et dans la nature il se présente rarement avec la structure olivine, bien que celle-ci soit la phase de basse température.

Dans le tétraèdre de composition on observe deux lacunes de miscibilité, qui correspondent aux phases :

• monticellite : Modèle:Chem ;
• kirschsteinite : Modèle:Chem.

Par analogie, on donne aussi un nom particulier aux deux composants intermédiaires même s’ils ne sont pas des phases intermédiaires :

• picrotéphroïte : Modèle:Chem ;
• knébélite : Modèle:Chem.

Le long de l’axe Fo-Fa, on trouve les olivines les plus importantes, qui sont classées de la manière suivante :

• Modèle:Fchim : forstérite ;
• Modèle:Fchim : Modèle:Page h' ;
• Modèle:Fchim : hyalosidérite ;
• Modèle:Fchim : hortonolite ;
• Modèle:Fchim : ferrohortonolite ;
• Modèle:Fchim : fayalite.

Des olivines contenant d'importantes quantités de zinc et des teneurs mineures en nickel et chrome sont aussi connues.

Cristallographie

L'olivine possède un fort relief à l'observation au microscope polarisant, ainsi qu'une forte biréfringence, teintes vives du Modèle:2e au Modèle:3e au microscope polarisant en lumière analysée.

Fichier:Olivine Mg2SiO4.png

Structure cristalline de l'olivine Modèle:Chem projetée sur le plan (a, b). Vert: Mg, jaune: Si, bleu: O. Le parallélépipède noir représente la maille conventionnelle.

L'olivine Modèle:Chem cristallise dans le groupe d'espace Pnma, avec les paramètres de maille <math>a</math> = Modèle:Unité, <math>b</math> = Modèle:Unité et <math>c</math> = Modèle:Unité (Z = 4 unités formulaires par maille)<ref>ICSD No. 83 793 ; Modèle:Article</ref>. Le volume de la maille conventionnelle est Modèle:Unité, la densité calculée Modèle:Unité.

L'olivine est un nésosilicate : les tétraèdres Modèle:Chem sont isolés les uns des autres par les ions Mg²⁺ dans la structure. Il y a deux sites non-équivalents pour les ions Mg²⁺, Mg1 et Mg2 (en vert clair et vert foncé respectivement sur la figure), qui sont en coordination octaédrique d'oxygène. Les octaèdres Modèle:Chem sont reliés entre eux par leurs arêtes et forment des chaînes parallèles à la direction b. Les longueurs de liaison moyennes sont Mg-O = Modèle:Unité et Si-O = Modèle:Unité.

Géochimie

Les teneurs en éléments mineurs, traces et ultratraces ont été mesurées dans dix-sept olivines de dix localités différentes couvrant diverses origines pétrologiques (olivines magmatiques, hydrothermales et originaires du manteau), les teneurs en forstérite (83,2–94,1 %) en reflétant la diversité pétrogénétique. Les concentrations en hydrogène varient de Modèle:Unité Modèle:H2O. Les concentrations en éléments mineurs (Ni et Mn) varient de Modèle:Unité, et les impuretés sont dominées par Ni, Mn, Ca ou B. Les concentrations totales en éléments traces varient de Modèle:Unité. Les concentrations totales en terres rares et autres ultratraces sont très faibles (< Modèle:Unité). Les olivines magmatiques sont celles qui présentent le plus d'impuretés et les olivines hydrothermales le moins, les olivines dérivées du manteau ayant des concentrations intermédiaires<ref>Modèle:Article.</ref>.

Polymorphisme

Modèle:Chem se présente avec la structure olivine dans la croûte terrestre et jusqu’à la partie supérieure de la zone de transition du manteau. Au milieu de la zone de transition, aux alentours de Modèle:Unité de profondeur, l’olivine se transforme en wadsleyite ou Modèle:Chem à structure spinelle modifiée, contenant des groupes Modèle:Chem. À des profondeurs plus importantes, à la base de la zone de transition du manteau, c’est la ringwoodite ou Modèle:Chem, à structure spinelle, qui devient stable.

Dans la série Fo-Fa on n’observe pas de polymorphisme et même des membres moins communs (ex. nickélifères) ont une structure olivine.

Le paradoxe de l'olivine et de la tectonique des plaques

L'étude des déformations de l'olivine à Modèle:Unité a mis en évidence une nouvelle loi de fluage<ref>Demouchy et al., 2013 PEPI.</ref> qui prédit pour ce minéral une résistance du manteau lithosphérique moindre (< Modèle:Unité) que ce qui avait été déduit d'expériences antérieures conduites à Modèle:Unité (> Modèle:Unité)<ref name=Geoscience2013>Géosciences Modélisation numérique de la déformation de la lithosphère continentale : Analyse de l’effet de nouvelles lois expérimentales pour la déformation de roches mantelliques dans des conditions lithosphériques.</ref>. Un paradoxe majeur entre les modélisations de la rhéologie du manteau et les observations de la tectonique de plaques pourrait ainsi être résolu (Modèle:Citation<ref name=Geoscience2013/>).

L'olivine en cristaux ou agrégats présente une forte anisotropie mécanique mais aussi des anomalies de fluage. En lien avec les universités de Montpellier et de Metz, le laboratoire UMET de l'université Lille-I a mis au jour vers 2014, un nouveau mécanisme explicatif de l'écoulement des roches dans le manteau terrestre s'appuyant sur la prise en compte de Modèle:Citation (dislocations<ref>K. Gouriet, P. Carrez & P. Cordier (2014) Modelling [100] and [010] screw dislocations in MgSiO3 perovskite based on the Peierls-Nabarro-Galerkin model ; Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering Feb 7, 2014 ; 025020 (17pp) doi:10.1088/0965-0393/22/2/025020 (résumé).</ref><ref>Cisailler la structure de la perovskite MgSiO3 , 2013-06-27, consulté 2014-03-02.</ref> ou Modèle:Quoi). Ce modèle permet enfin de comprendre le Modèle:Citation ainsi que Modèle:Citation<ref>Cordier P, Demouchy S, Beausir B, Taupin V, Barou F & Fressengeas C (2014) Disclinations provide the missing mechanism for deforming olivine-rich rocks in the mantle - Publié en ligne dans Nature le 27 février 2014, DOI:10.1038/nature13043 (résumé).</ref>.

Gîtes et gisements

Sections souvent automorphes dans les roches volcaniques, plutôt xénomorphes dans les roches grenues.

Gîtologie et minéraux associés

Dans la croûte terrestre, les membres riches en Mg sont des constituants importants des roches ignées mafiques et ultramafiques ; ils se trouvent également dans les calcaires dolomitiques métamorphisés thermiquement. Les membres riches en Fe sont des phases mineures des roches ignées alcalines et des sédiments ferrifères métamorphisés. À teneurs élevées en magnésium la forstérite coexiste avec le périclase (MgO). En revanche, à teneurs élevées en Modèle:Chem la forstérite se transforme en enstatite.

L'olivine est le minéral dominant des péridotites, roches constituant le manteau. Une dunite est une roche contenant au moins 90 % d'olivine.

L'olivine est le premier minéral à cristalliser lorsqu'un magma refroidit. C'est pourquoi il est souvent présent dans les basaltes. Il peut cristalliser à une température d'environ Modèle:Tmp. C'est le premier minéral de la suite réactionnelle :

Olivine (Mg) → Olivine (Fe,Mg) → Pyroxène (Mg) → Pyroxène (Fe,Mg) → Amphiboles → Biotite (des hautes températures vers les basses températures).

La forstérite n'est jamais associée avec du quartz ; en fait, la présence simultanée de forstérite et de quartz conduirait à la formation spontanée de pyroxène.

Des olivines plus riches en fer peuvent coexister avec du quartz dans certains granites et syénites quartzifères, où elles sont associées avec des autres silicates ferrifères, comme le pyroxène hédenbergite Modèle:Chem, le pyroxène ægyrine Modèle:Chem et l’amphibole arfvedsonite Modèle:Chem.

Les olivines métamorphiques sont moins communes, mais sont quand même des minéraux importants dans certains marbres impurs et dans les roches ultramafiques métamorphosées.

Serpentinisation et autres métamorphismes

Les olivines répondent parfaitement à la loi de Goldich : « les minéraux sont d’autant plus vulnérables que leurs conditions de genèse diffèrent plus de celles qui règnent à la surface ». Étant formées à haute température et en absence d’eau, les olivines sont très sensibles aux agents atmosphériques, à l’altération hydrothermale, au métamorphisme de bas degré impliquant l’hydratation, l’oxydation, la silicification ou la carbonatation. Elles s’altèrent en serpentine, chlorite, amphibole, oxydes de fer (transformation dite "rubéfaction"), talc.

Par exemple, en présence de dioxyde de carbone et d'eau, l'olivine se serpentinise (se transforme en serpentine) si le rapport fer sur silicium, Modèle:Math, est supérieur à 0,5 :

Modèle:Fchim + Modèle:Sfrac Modèle:H2O + Modèle:Sfrac Modèle:CO2 → Modèle:Sfrac [[Serpentine (minéral)|Modèle:Fchim]] + Modèle:Sfrac [[Quartz (minéral)|Modèle:Fchim]] + Modèle:Sfrac [[Magnétite|Modèle:Fchim]] + Modèle:Sfrac [[méthane|Modèle:Fchim]].

Gisements producteurs de spécimens remarquables

• En France, le maar de Beaunit, au nord de la chaîne des Puys dans le Puy-de-Dôme, près de Langeac et du Puy-en-Velay dans la Haute-Loire et à Allanche dans le Cantal.
• Sur l’île de La Réunion au piton de la Fournaise, on trouve dans les coulées de basalte des macrocristaux d'olivine.
• On en trouve également sur l'île de Lanzarote.
• Le plus vieux gîte connu est l'île de Zabargad (Égypte), en mer Rouge. Cette petite île, un fragment de lithosphère océanique, était exploitée Modèle:Unité Modèle:Av JC Le gîte est aujourd'hui épuisé.
• À Hawaï, le volcan recrache parfois des cristaux d'olivine<ref>Ouest-France, À Hawaï, le volcan crache des gemmes dans le ciel [1]</ref>.

Utilisations

Sidérurgie

L'olivine est utilisée comme additif dans la sidérurgie, où elle entre dans la préparation de l'aggloméré. Elle apporte de la magnésie au minerai de fer enfourné au haut fourneau, afin de servir de fondant<ref>Modèle:Lien web</ref> et de contrôler les caractéristiques du laitier. La consommation d'olivine dépend essentiellement du procédé par haut fourneau :

La magnésie présente dans l'olivine évite aussi au laitier de haut fourneau cristallisé de se déliter lorsqu'il absorbe de l'humidité.

On emploie aussi épisodiquement ce minéral en fonderie car Modèle:Citation.

Géoingénierie

Une méthode de géoingénierie, l'altération forcée, envisage l'épandage d'olivine finement broyée pour fixer le dioxyde de carbone atmosphérique dans les sols agricoles.

Galerie

• Cristaux d'olivine dans un sable d'une plage de l'île d'Oahu (Hawaii) - Largeur de champ = 5,5 mm.

  Cristaux d'olivine dans un sable d'une plage de l'île d'Oahu (Hawaii) - Largeur de champ = 5,5 mm.

Autres images sur Wikimedia Commons : Olivine et Péridot.

Voir aussi

Articles connexes

• Forstérite, wadsleyite et ringwoodite, trois polymorphes de Modèle:Fchim
• Péridot, forme gemme de l'olivine et plus particulièrement de la forstérite

Liens externes

• Modèle:Mindat
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