Goethite

Goethite Catégorie IV : oxydes et hydroxydes[1]
Goethite - Restormel, Cornouailles (Angleterre)
Général
Numéro CAS	20344-49-4
Classe de Strunz	4.FD.10 4 OXIDES (Hydroxides, V[5,6] vanadates, arsenites, antimonites, bismuthites, sulfites, selenites, tellurites, iodates)  4.F Hydroxides (without V or U)   4.FD Hydroxides with OH, without H2O; chains of edge-sharing octahedra    4.FD.10 Bracewellite Cr+++O(OH) Space Group Pbnm Point Group 2/m 2/m 2/m    4.FD.10 Diaspore AlO(OH) Space Group Pbnm Point Group 2/m 2/m 2/m    4.FD.10 Guyanaite CrO(OH) Space Group Pnnm Point Group 2/m 2/m 2/m    4.FD.10 Groutite Mn+++O(OH) Space Group Pbnm Point Group 2/m 2/m 2/m    4.FD.10 Goethite Fe+++O(OH) Space Group Pbnm Point Group 2/m 2/m 2/m    4.FD.10 Montroseite (V+++,Fe+++,V++++)O(OH) Space Group Pbnm Point Group 2/m 2/m 2/m    4.FD.10 Tsumgallite GaO(OH) Space Group Pbnm Point Group 2/m 2/m 2/m
Classe de Dana	6.1.1.2 Oxydes 6. Hydroxydes et oxydes (avec hydroxyl) 6.1.1/ Groupe de la diaspore 6.1.1.2 Goethite FeO(OH)
Formule chimique	HFeO2 α-Fe^IIIO(OH)
Identification
Masse formulaire[2]	88,852 ± 0,003 uma H 1,13 %, Fe 62,85 %, O 36,01 %,
Couleur	noir, brun, jaunâtre
Système cristallin	orthorhombique
Réseau de Bravais	Primitif P
Classe cristalline et groupe d'espace	dipyramidale ; Pnma
Clivage	parfait à {010}, moins bon à {100}
Cassure	irrégulière
Habitus	cristaux aciculaires
Échelle de Mohs	5 - 5,5
Trait	brun jaunâtre
Éclat	Adamantin, métallique, mat, soyeux
Propriétés optiques
Indice de réfraction	α=2,260 β=2,393 γ=2,398
Biréfringence	Δ=0,138 ; biaxe négatif
Angle 2V	20° (calculé)
Fluorescence ultraviolet	aucune
Transparence	translucide à opaque
Propriétés chimiques
Densité	4,3
Température de fusion	> 1000 °C
Solubilité	Soluble dans HCl
Propriétés physiques
Magnétisme	antiferromagnétique
Radioactivité	aucune
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
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La goethite est une espèce minérale, variété d'oxyhydroxyde de fer(III), polymorphe α du composé FeO(OH) avec des traces de Mn et H₂O. Les cristaux sont relativement rares, striés sur {001}, mais peuvent atteindre 45 cm[3].

Ce matériau d'une grande dureté figure notamment dans la composition des patelles, et contribuerait à la résistance des dents de ces coquillages[4].

Histoire et dénominations

Histoire

La goethite est connue depuis la préhistoire[5]. Elle a été utilisée comme pigment dans les peintures de la grotte de Lascaux[6],[7].

Inventeur et étymologie

Elle est décrite par le minéralogiste Johann Georg Lenz (1748-1832) en 1806 et dédiée au poète allemand (et fonctionnaire des mines) Johann Wolfgang von Goethe. Le nom est choisi par Ludwig Wilhelm Cramer sur la suggestion du prêtre Heinrich Adolf Achenbach (1765-1819) et du maître minier Johann Daniel Engels (1761-1828), tous deux de Siegen, qui suggèrent le nom Goethenite pour le minerai. Friedrich Wilhelm Riemer incite Johann Georg Lenz à changer le nom en Goethite.

Topotype

• Mine d'Hollertszug, Herdorf, Siegerland, Rhénanie-Palatinat, Allemagne.

Synonymie

• allcharite (Ježek 1912) : Étymologie : Allchar (Alsar), République de Macédoine[8].
• chiléite (Breithaupt 1840) : Décrit initialement sur des échantillons du Chili qui a inspiré le nom[9].
• ehrenwerthite (Cornu 1909). Étymologie d'après le minéralogiste Josef Gängl von Ehrenwerth[10]. À noter que ce terme peut désigner une pseudomorphose de pyrite en goethite.
• fer hydroxylé oolitique[11]
• fullonite : synonyme désuet d'onégite
• hydrohématite (Müller, F. 1984). Initialement considérée commune une espèce de formule Fe₂O₃.nH₂O, elle est depuis déclassée comme synonyme[12].
• lépidokrokite[13]
• mésabite (Winchell 1893) Décrite à partir d'échantillons de Mesabi Range, Wisconsin États-Unis qui a inspiré le nom[14].
• minette : (faux synonyme souvent cité) terme qui désigne une roche de composition mal définie riche en goethite[15]
• onégite : Variété de facies non reconnue se présentant en petits cristaux aciculaires dans le quartz provenant d'une ile sur le lac Onega en Russie décrite en 1800 par Armstrong et Englinhmann[16].
• przibramite (Glocker 1831) Initialement décrite sur des échantillons de Przibram (Tchéquie) qui a inspiré le nom[17]. À noter que ce terme désigne une variété cadiumifère de sphalérite décrite par Huot.
• pyrosidérite[13]
• stilpnosidérite[13].
• yanthosiderite[18].

Caractéristiques physico-chimiques

Stabilité thermique

À haute température la goethite se décompose en hématite et eau selon la réaction[19] :

2 FeO(OH} → Fe₂O₃ + H₂O

Magnétisme

La goethite possède un ordre antiferromagnétique à quatre sous-réseaux[20].

Variété

• Alumogoethite, de formule (Fe,Al)O(OH)[21].

Cristallographie

Structure cristalline de la goethite.

Paramètres de la maille conventionnelle : a = 4,596 Å, b = 9,957 Å, c = 3,021 Å, Z = 4 ; V = 138,25 Å^3, densité calculée = 4,27 g cm^−3.

Les oxygènes et les hydroxyles forment des couches à empilement hexagonal compact, les cations fer (III) remplissent la moitié des cavités octaédriques. Le polymorphe à empilement non compact, moins stable, est la lépidocrocite, γ-FeO(OH).

Cristallochimie

• La goethite est un polymorphe de la feroxyhyte et de la lépidocrocite.
• Elle fait partie du groupe du diaspore.

Groupe du diaspore

• Bracewellite : CrO(OH)[22]
• Diaspore : AlO(OH)
• Goethite : Fe^IIIO(OH)
• Groutite : Mn^IIIO(OH)[23]
• Montroséite : (V^III,Fe^III)O(OH)[24]
• Tsumgallite : GaO(OH)[25]

Partage isotopique

Comme pour d'autres silicates porteurs de groupes hydroxyles (kaolinite, muscovite, illite, smectite, chlorite), les deux sites de l'oxygène ne sont pas équivalents, et les isotopes les plus lourds se partagent préférentiellement dans le site sans hydrogène associé. Ce partage est caractérisé par :

${\displaystyle \varepsilon =10^{3}\,\ln {\frac {(^{18}\mathrm {O} /^{16}\mathrm {O} )_{\mathrm {global} }}{(^{18}\mathrm {O} /^{16}\mathrm {O} )_{\mathrm {OH} }}}}$,

qui est accessible à la mesure (le premier rapport isotopique est mesuré directement sur la goethite, et le second sur l'eau extraite par décomposition thermique). Cet ${\displaystyle \varepsilon }$ est en pratique indépendant de la composition isotopique et du pH du fluide présent lors de la formation de la goethite, et dépend essentiellement de la température de formation T (mesurée en kelvins) :

${\displaystyle \varepsilon ={\frac {(5{,}51\pm 0{,}26)\times 10^{6}}{T^{2}}}-(44{,}5\pm 2{,}8)}$,

ce qui fait de la goethite un paléothermomètre (en)[19].

Gîtes et gisements

Gîtologie et minéraux associés

Gîtologie

Minéral d'occurrence fréquente, la goethite se forme :

• dans les sols riches en fer, par altération d'autres minéraux. Elle est le composant principal de la limonite dans le chapeau de fer. On en trouve également sous forme de sédiments, ou directement formée par action hydrothermale. Fréquente en pseudomorphose d'autres espèces comme la pyrite, la sidérite ;
• dans des conditions hydrothermales, comme les cristaux aciculaires inclus dans des quartz (Allevard, Isère, France) ;
• dans le précipité biogénique des eaux douces, formant le minerai de fer des tourbières ;
• le rover Spirit de la NASA a également découvert des échantillons de goethite sur la planète Mars dans le cratère Goussev, apportant un indice de la présence d'eau liquide dans le passé de cette planète[26].

Minéraux associés

Hématite, lépidocrocite, manganite, pyrite, pyrolusite, sidérite.

Gisements producteurs de spécimens remarquables

• Angleterre

Restormel Royal Iron Mine (Trinity Mine), Lostwithiel, Lanivet Area, St Austell District, Cornouailles[27]

• Canada

Wawa, District d'Algoma, Ontario

• France

Mine de Mont-Roc, Montredon-Labessonnié, Tarn[28]

Mine de Chaillac, Chaillac, Indre[29]

Mine de Bruoux (Gargas) 84400 : Mine d'ocre

Exploitation des gisements

Utilité

Elle est exploitée comme minerai de fer, et également comme pigment.

Galerie

• 
  Goethite sur quartz. Montroc (Tarn, France).
• 
  Goethite sur quartz. Wawa (Ontario, Canada).
• 
  Goethite. Coon Creek Mine, Shady, Polk County (Arkansas, États-Unis).

Notes et références

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. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
3. The Handbook of Mineralogy, John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, and Monte C. Nichols, and published by Mineral Data Publishing Volume III, 1997.
4. « Plus solide que la toile d'araignée », sur Courrier International, 19 février 2015
5. [Pozzi 2004] Enrico Pozzi, Les Magdaléniens. Art, civilisation, modes de vie, environnements, éd. Jérôme Millon, coll. « L'homme des origines », 2004, sur books.google.fr (lire en ligne), « Le feu et les foyers », p. 145.
6. « Les pigments et les colorants au cours du temps » [PDF], sur spcfa.spip.ac-rouen.fr (consulté en juin 2021).
7. [Allain, Leroi-Gourhan (Arl.) et al. 1979] Jacques Allain, Arlette Leroi-Gourhan et al., Lascaux inconnu, Paris, CNRS, 1979, 381 p., sur persee (résumé, lire en ligne), p. 156
8. Bulletin de minéralogie, volume 92, Société française de minéralogie et de cristallographie, 1969
9. Johann August Friedrich Breithaupt, Journal pr. Chem., 19:103, 1840
10. Felix Cornu, "Die Bedeutung gelartiger Körper in der Oxydationszone der Erzlagerstätten", in Zeitschrift für praktische Geologie, vol. xvii, 1909, p. 82
11. Charles Clément, Aperçu général de la constitution géologique et de la richesse minérale du Luxembourg, 1864
12. F. Müller, Bayerns steinreiche Ecke, 2^e éd., Oberfränkische Verlagsanstalt (Hof), 1984
13. William Duckett, Dictionnaire de la conversation et de la lecture inventaire raisonné des notions générale les plus indispensable à tous, volume 10, Michel Lévy frères, 1855, p. 368
14. Winchell, A.I.M.E. Transactions, 21:661, 1893
15. Annales des mines, 1856, page 526
16. James Dwight Dana, George Jarvis Brush, A System of Mineralogy: Descriptive Mineralogy, John Wiley & Sons, New York (NY), 1868, 5^e éd., p. 170
17. Glocker, 549, 1831
18. Geological survey record, numéro 9, Tasmanian Geological Survey, 1970, p. 106
19. (en) Hayden B. D. Miller, Kenneth A. Farley, Paulo M. Vasconcelos, Albert Mostert et John M. Eilera, « Intracrystalline site preference of oxygen isotopes in goethite: A single-mineral paleothermometer », Earth and Planetary Science Letters, vol. 539,‎ 1^er juin 2020, article n^o 116237 (DOI 10.1016/j.epsl.2020.116237).
20. J M D Coey, A Barry, J Brotto et H Rakoto, « Spin flop in goethite », Journal of Physics: Condensed Matter, vol. 7, n^o 4,‎ 23 janvier 1995, p. 759–768 (ISSN 0953-8984 et 1361-648X, DOI 10.1088/0953-8984/7/4/006, lire en ligne, consulté le 15 mai 2019)
21. (en) « Alumogoethite », sur Mindat.org (consulté le 18 avril 2020).
22. (en) « Bracewellite », sur Mindat.org (consulté le 18 avril 2020).
23. (en) « Groutite », sur Mindat.org (consulté le 18 avril 2020).
24. (en) « Montroseite », sur Mindat.org (consulté le 18 avril 2020).
25. (en) « Tsumgallite », sur Mindat.org (consulté le 18 avril 2020).
26. www.nasa.gov Mission News Mars Rovers Spot Water-Clue Mineral, Frost, Clouds 12.13.04
27. BMS Database; Edward Salisbury Dana (1892) The System of Mineralogy of James Dwight Dana, 1837–1868, John Wiley & Sons, New York (NY), 6^e éd., 1134 p., p. 710; (en) Charles Palache, Harry Berman et Clifford Frondel, The System of Mineralogy of James Dwight Dana and Edward Salisbury Dana, Yale University 1837–1892, vol. I : Elements, Sulfides, Sulfosalts, Oxides, New York (NY), John Wiley & Sons, 1944, 7^e éd., 834 p. (ISBN 978-0471192398), p. 683; Rocks & Min.: 16:130.
28. Roland Pierrot, Paul Picot, Jean-Pol Fortuné, Francis Tollon, Inventaire minéralogique de la France n°6 - Tarn, Éditions du BRGM, 1976, p. 27
29. C.^[Qui ?] Baillargeat (1981) "La Goethite de Chaillac (Indre)", Monde et Minéraux, 42, p. 4-7

Voir aussi

Articles connexes

• Hématite

Liens externes

• (en) « Goethite », sur Mindat.org (consulté en juin 2021)