Schreibersite

Schreibersite Catégorie I : Éléments natifs[1]
Tranche de la météorite Djebel Kamil (de) : inclusions de schreibersite dans une matrice de kamacite
Général
Nom IUPAC	Phosphure de trifer
Numéro CAS	12023-53-9 (EINECS : 234-682-8)
Classe de Strunz	1.BD.05 1 ELEMENTS (Metals and intermetallic alloys; metalloids and nonmetals; carbides, silicides, nitrides, phosphides)  1.B Metallic Carbides, Silicides, Nitrides and Phosphides   1.BD Phosphides    1.BD.05 Schreibersite (Fe,Ni)3P Space Group I 4 Point Group 4    1.BD.05 Nickelphosphide (Ni,Fe)3P Space Group I 4 Point Group 4
Classe de Dana	1.1.21.2 Eléments natifs et amalgames 1. Eléments naturels et amalgames
Formule chimique	Fe3P (Fe,Ni)3P[2]
Identification
Masse formulaire[3]	198,509 ± 0,006 uma Fe 84,4 %, P 15,6 %,
Couleur	Blanc (d’argenté à étain pur), jaune en lumière réfléchie ; devient laiton à brun par oxydation
Système cristallin	Tétragonal
Réseau de Bravais	Tétragonal centré a = b = 9,013 Å, c = 4,424 Å Z = 8
Classe cristalline et groupe d'espace	Tétragonale disphénoïdique (4) I4 n^o 82
Clivage	{001} : parfait ; {010} et {110} : indistinct
Cassure	Fragile
Habitus	Trémies, plaquettes, lamelles, baguettes ou aiguilles
Échelle de Mohs	6,5 à 7
Trait	Gris foncé
Éclat	Métallique
Propriétés optiques
Biréfringence	Uniaxe
Transparence	Opaque
Propriétés chimiques
Densité	7 à 7,8 (moyenne : 7,4)
Propriétés physiques
Magnétisme	Ferromagnétique
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
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La schreibersite (Fe,Ni)₃P, nommée en l’honneur du naturaliste autrichien Carl von Schreibers, est un phosphure de fer dans lequel le fer est partiellement remplacé par du nickel (7-65 %)[4] et éventuellement un peu de chrome et de cobalt. Cristallisant dans le système tétragonal (groupe d'espace n^o 82, I4), ce minéral argenté, dur et cassant, prend le nom de rhabdite (du grec ῥάβδος : tige, bâton) quand il se présente sous la forme d’aiguilles (de section carrée).

Découverte et autres occurrences

La schreibersite a été décrite en 1847 dans la météorite Magura[5], par Adolf Patera (en) et Wilhelm Haidinger qui lui donnèrent son nom. Ce minéral avait déjà été identifié l’année précédente par Charles Shepard (en), qui l’avait séparé par dissolution dans l’acide d’un morceau de la météorite Asheville, et nommé dyslytite (du grec δυσλυθεί : non dissous)[6]. Mais le premier à l’avoir observé (dans la météorite Bohumilitz), et en avoir estimé la composition chimique, était en fait Jöns Berzelius en 1832[4].

La schreibersite est présente dans la plupart des météorites de fer[7] et dans le métal des météorites mixtes (pallasites[8] et mésosidérites[9]). On l’y trouve sous deux formes : d’une part des tablettes macroscopiques (jusqu’à 1 cm de large) en inclusion dans la taénite mais au contact ou proches d’une interface kamacite-taénite (les schreibersites, au sens strict) ; et d’autre part des cristaux prismatiques automorphes plus petits, dispersés dans la kamacite (les rhabdites[10]).

On trouve aussi la schreibersite dans certaines chondrites et achondrites peu oxydées[11] telles que les chondrites à enstatite et les aubrites, ou sous forme résiduelle dans des météorites partiellement métamorphisées[12]. On en trouve aussi dans les roches des terres lunaires[13].

La schreibersite est également présente dans certaines roches terrestres mais elle est très rare. On ne la rencontre, comme (et avec) la cohénite, que 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 de Disko (Groenland)[14] ou à Bühl près de Cassel (Land de Hesse, Allemagne)[15].

Mode de formation

L’examen du diagramme de phase Fe-Ni-P permet de comprendre comment la schreibersite peut se former à partir du phosphore présent à l’état dissous dans la phase métallique des météorites (un alliage de fer et de nickel, essentiellement)[16] : le phosphure précipite en phase solide, après le début de la transformation taénite initiale (relativement riche en Ni et P) → kamacite (pauvre en Ni, plus riche en P) + taénite résiduelle (plus riche en Ni, pauvre en P)[17]. Les grains de schreibersite nucléent dans la taénite à l’interface kamacite-taénite (nucléation hétérogène) entre 700 et 500 °C (le fer et le nickel de la schreibersite proviennent de la taénite mais le phosphore de la kamacite). Les rhabdites nucléent dans la kamacite (nucléation homogène) quand elle devient elle-même sursaturée en (Fe,Ni)₃P, à plus basse température (500-400 °C). Le profil de concentration du nickel des deux côtés de l’interface permet d’estimer la vitesse de refroidissement dans ces gammes de température (en complément de l’estimation obtenue couramment à partir des figures de Widmanstätten)[16],[9].

Schreibersite et vie primitive

Le phosphore joue un rôle crucial pour tous les êtres vivants, via notamment la molécule ATP qui fournit l'énergie nécessaire aux réactions chimiques du métabolisme. Mais les phosphates disponibles à la surface de la Terre sont trop peu réactifs pour avoir plausiblement fourni le phosphore nécessaire aux réactions de la chimie prébiotique. Par corrosion hydrothermale la schreibersite des météorites fournit des dihydrogénophosphites solubles (ion H₂PO₃^−), eux-mêmes facilement déshydratés en pyrophosphites (ion H₂P₂O₅^2−)[18]. Or ces pyrophosphites sont de bons candidats pour jouer un rôle analogue à celui de l’ATP dans l’environnement terrestre primitif.

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. La masse formulaire et les paramètres de maille indiqués dans l’encadré sont ceux de Fe₃P pur.
3. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
4. (en) John G. Burke, Cosmic debris : Meteorites in history, University of California Press, 1991, 455 p., p. 135-138
5. Météorite de fer trouvée en 1880 près de Námestovo (région de Žilina, actuellement en Slovaquie mais alors en Hongrie).
6. Shepard avait quant à lui nommé schreibersite un autre minéral de la météorite, un sulfure riche en chrome (sans doute la daubréelite).
7. Dans ces météorites la schreibersite est généralement la phase la plus abondante après le métal.
8. Par exemple la pallasite Krasnoïarsk, dont Berzelius a étudié la schreibersite (qu’il appelait alors phosphormetalle) dès 1834.
9. (en) Alexander A. Kulpecz, Jr. et Roger H. Hewins, « Cooling rate based on schreibersite growth for the Emery mesosiderite », Geochimica et Cosmochimica Acta, vol. 42, n^o 10,‎ octobre 1978, p. 1495-1497 et 1499-1500 (DOI 10.1016/0016-7037(78)90020-0).
10. Observées presque aussi tôt que l’autre forme de schreibersite, les rhabdites (ainsi nommées par Gustav Rose), ont d’abord été prises pour une espèce minérale différente plutôt qu’une variété morphologique.
11. (en) A. J. Easton, « Studies of kamacite, perryite and schreibersite in e-chondrites and aubrites », Meteoritics, vol. 21, n^o 1,‎ 31 mars 1986, p. 79-93 (ISSN 0026-1114, DOI 10.1111/j.1945-5100.1986.tb01227, lire en ligne, consulté le 2 novembre 2014).
12. (en) Alan E. Rubin et Jeffrey N. Grossman, « Phosphate-sulfide assemblages and Al/Ca ratios in type-3 chondrites », Meteoritics, vol. 20, n^o 3,‎ 30 septembre 1985, p. 479-489 (ISSN 0026-1114, DOI 10.1111/j.1945-5100.1985.tb00044.x, lire en ligne, consulté le 2 novembre 2014).
13. (en) Robert H. Hunter et Lawrence A. Taylor, « Rust and schreibersite in Apollo 16 highland rocks: Manifestations of volatile-element mobility », Proceedings of the Lunar and Planetary Science Conference, vol. 12B,‎ 1982, p. 253-259 (lire en ligne, consulté le 2 novembre 2014).
14. (sv) Helge Löfquist et Carl Axel Fredrik Benedicks, « Det stora nordenskiöldska järnblocket från Ovifak: Mikrostruktur och bildningssätt », Kungliga Svenska Vetenskaps-Akademiens Handlingar, 3^e série, vol. 19,‎ 1941, 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, n^o 4,‎ juillet 1985, p. 475-492.
15. (de) Paul Ramdohr, « Neue Beobachtungen am Bühl-Eisen », Sitzungsberichte der Deutsche Akademie der Wissenschaften zu Berlin, : Klasse für Mathematik und allgemeine Naturwissenschaften, vol. : Jahrgang 1952, n^o 5,‎ 1953, p. 9-24.
16. (en) S. J. B. Reed, « Electron-probe microanalysis of schreibersite and rhabdite in iron meteorites », Geochimica et Cosmochimica Acta, vol. 29, n^o 5,‎ mai 1965, p. 513-520, IN1-IN4 et 521-534 (DOI 10.1016/0016-7037(65)90044-X).
17. C’est cette transformation lors du (lent) refroidissement de la météorite qui produit la structure particulière aux météorites et révélées par l'acide nitrique : les figures de Widmanstätten.
18. (en) David E. Bryant et al., « Hydrothermal modification of the Sikhote-Alin iron meteorite under low pH geothermal environments. A plausibly prebiotic route to activated phosphorus on the early Earth », Geochimica et Cosmochimica Acta, vol. 109,‎ 15 mai 2013, p. 90-112 (ISSN 0016-7037, DOI 10.1016/j.gca.2012.12.043).