7 SULFATES (SELENATES, TELLURATES) 7.C Sulfates (selenates, etc.) without Additional Anions, with H2O 7.CD With only large cations 7.CD.40 Gypsum CaSO4•2(H2O) Space Group A2/a Point Group 2/m
172,171 ± 0,011 uma H 2,34 %, Ca 23,28 %, O 55,76 %, S 18,62 %,
Couleur
incolore, mais aussi de blanc à gris pâle, grise parfois verdâtre, rougeâtre, jaune, jaune miel, jaunâtre, vert, orange, rosé, rouge rosé, rougeâtre, brun clair à brunâtre, la coloration ordinaire à teintes claires s'accroissant avec sa densité
cristaux bien développés, tabulaires ou plats, allongés parfois au-delà du mètre, lenticulaires, prismatiques, souvent maclés, associés en rosettes ou roses... mais le plus souvent massif, lamellaire ou fibreux, en amas cristallin plus ou moins grossiers, plus ou moins fins, plus ou moins lités
vitreux à soyeux, nacré à chatoyant, subvitreux à mat pour les variétés compactes, souvent perlé et nacré sur les faces ou surfaces du clivage, parfois fibreux pour les variétés fibreuses ou simplement terne et terreux.
jaune, orangée, bleue ou verte sous U.V. longs ; phosphorescent blanc verdâtre sous UV. La fluorescence et phosphorescence sont plus marquées après chauffage.
Assez difficilement fusible. Des feuillets se détachent à la calcination et fondent en libérant de l'eau. Formation de plâtre poudreux et opaque à partir de120 °C, puis en général d'anhydrite au-delà de200 °C.
Le neutre gréco-latingypsum, emprunté augrecγύψος /gýpsos, désigne la pierre àplâtre, le gypse, voire lacraie et leciment en général, mais surtout le plâtre jusqu'à ses applications antiques, statue ou portrait en plâtre dès l'époque deJuvénal[4].
La racine du mot est probablementsémitique car la connaissance du gypse et l'art d'en obtenir des plâtres de diverses qualités est attestée enÉgypte antique. Des plâtres mélangés avec du sable fin constituent la base dumortier employé pour la construction despyramides et des tombeaux[5].
L'ancien français du début duXIIIe siècle connaît les termesgip,gif ougist qui désignent autant le gypse que le plâtre[6]. Le latin médiéval a influencé la graphiegips, attestée en 1464 avant la réécriture humaniste qui a donnégypse en français[7]. L'anglais a gardé l'écriture savante gréco-latinegypsum. En allemand,der Gips ou le dialecte alsacienGips entretiennent la même confusion que l'ancien français ou l'anglais entre plâtre (forme cuite réhumidifiée ou non) et le minéral ou la roche initiale. L'adjectifgypseux n'est attesté enfrançais moderne qu'à partir de 1560.
Les ouvriers gypsiers ou les plâtriers distinguaient sans ambages la pierre gypseuse ou pierre à plâtre duplâtre cru. Le plâtre cru vient de prendre, leplâtre dur est durci et sec après la pose. Ils distinguaient aussi leplâtre vif ou leplâtre à raviver, soit la poudre fine de plâtre à pouvoir de prise, duplâtre mort, c'est-à-dire une poudre de plâtre, préalablement bien trop humidifié sans plus aucun pouvoir de prise.
L'hémihydrate et le dihydrate desulfate de calcium, soit respectivement, labassanite (CaSO4・½ H2O) (le plâtre actif, autrefois ditplâtre vif) et le gypse (CaSO4・2 H2O), et l'anhydrite (formeanhydre de CaSO4) sont des espèces minérales précisément dénommées d'après lanomenclature lavoisienne, par des chimistes français œuvrant à la compréhension chimique duplâtre de Paris depuis la fin duXVIIIe siècle.
Autrefois, les plâtriers désignaient le gypse naturel ou l'anhydrite comme lapierre de lune. Ils considéraient que la variété transparente fournissait l'image minérale de la lune.
Il semble que cette tradition, supposant aussi une influence lunaire sur la formation des multiples variétés ou l'instabilité thermique du gypse, soit gréco-romaine, puisque le mot grecσελήνη /selḗnē, « lune »était un autre nom du gypse[Information douteuse]
Le terme ancien, et désuet, d'eau séléniteuse a été remplacé dans les publications modernes par celui d'eau sulfatée. Les eaux riches ensulfates peuvent provoquer des dégâts importants dans lesbétons et lesmortiers par réaction chimique de gonflement interne au sein de la matrice de pâte de ciment durcie. On parle alors d'attaques sulfatiques externes par opposition à l'attaque sulfatique interne due à la formation d'ettringite différée au sein des structures massives en béton soumises à un échauffement interne trop important(T > 65 °C). La cristallisation de gypse est un facteur aggravant qui s'ajoute à celle de l'ettringite (amas d'aiguilles acérées croissant dans lespores du béton et pouvant exercer une très grande pression de cristallisation soumettant la matrice de béton à descontraintes mécaniques internes importantes la sollicitant en tension).
Spath satiné[14] (dénomination qui qualifie aussi lacalcite). Correspondant ausatin spar anglais, il désigne pour les spécialistes une variété fibreuse caractéristique.
Pour les francophones, le terme « sélénite » est usité comme un simplesynonyme du gypse minéral naturel[15]. Ce nom provient du grecselenitis, « pierre de Lune », car les anciens prétendaient y voir l'éclat de laLune.
Pour les chimistes, le terme sélénite (français) ouselenite (anglais) désigne l'espèce chimique SeO32– (valence : Se-IV), un sel dusélénium, unélément chimique sans aucun rapport avec le gypse, même si on peut en trouver des traces sous forme d’impuretés dans leminéral naturel.
L'usage de l'ancien terme sélénite pour désigner les macrocristauxautomorphes de gypse à l'habitus cristallin caractéristique avec des faces nettes et bien développées (aspect décrit par le qualificatifeuhedral en anglais) est de ce fait déconseillé, ce qui explique qu'il tombe aussi endésuétude et n'est plus couramment utilisé aujourd'hui.
Le minéral pur est léger, dedensité 2,317. Ses faces cristallines ont un aspect vitreuxtranslucide,nacré ousoyeux, bien observable lorsque le solide gypseux est incolore ou légèrement coloré. Tendre, rayable à l'ongle en laissant une trace blanche, il se fend et sedélite aisément. Le minéral a servi d'étalon pour définir le degré de dureté 2 dans l'échelle de Mohs à l'origine.
Une lame transparente de gypse blanchit puis s'effrite lorsqu'elle est chauffée légèrement. Elle tombe en poudre après avoir généré un brouillard humide. Le test de chauffe, s'il est réalisé dans un tube à essai en verre suffisamment allongé, ne laisse au fond du tube qu'une petite masse poudreuse et unebuée caractéristique, secondensant et se rassemblant en petites gouttelettes d'eau, sur les parois du tube les plus éloignées de la zone de chauffe.
Placé dans une flamme, le gypse décrépite, blanchit et s'exfolie.
Chauffé entre120 et 130°C, ce minéral se décompose en une fine poudre d'hémihydrate de sulfate de calcium, communément appeléeplâtre, et correspondant en minéralogie à labassanite[20].
Ajoutons sommairement que le gypse, comme l'anhydrite, est utilisé pour la fabrication industrielle duplâtre. Par chauffage, on obtient un sulfate hémihydraté qui, après broyage, forme unliant qui se réhydrate en gypse au contact de l'eau. La prise du plâtre peut s'expliquer par un feutrage d'aiguilles de gypse renaissant.
Le gypse possède des propriétés plastiques caractéristiques des minéraux d'évaporites, soumis à forte pression, il peut s'écouler et constituer une semelle de glissement, par effet degravité ou de pression tangentielle. Les montagnes qui reposent sur des bancs de gypse sont susceptibles d'être glissées, versées ou coulissées au loin par desnappes de charriage.
Le gypse cristallise selon des faciès très différents et possède ainsi, du fait des nombreux aspects de ses cristaux, des variétés extrêmement diverses. Les cinq premières variétés, parfois microcristallines ou à petits cristaux compacts ou enchevêtrés, sont surtout présentes dans la roche. Ce sont principalement des variétés d'habitus :
le gypse lamelleux, commun dans les bancs d'évaporites, a des cristaux allongés ou tabulaires, à l'état de lamelle.
albâtre gypseux : variété grenue de gypse massif à grains fins à très fins ; elle est translucide à blanche. Les masses granulaires, d'aspect cireux, sont parfois veinées ou litées. À noter que le terme albâtre n'est pas propre au gypse et à sa roche mais s'étend aux calcaires ;
gypse fibreux : variété en couches à fibres parallèles, à éclat satiné, ou en concrétions à fibres courbées. On les trouve dans les fissures ou au contact de l'anhydrite. Elle correspond à la pierre à plâtre ou provient souvent de l'évolution de l'anhydride soluble naturelle ;
Le gypse « corne de bélier » est formée de longs et fins cristaux fibreux qui épousent ce motif courbe.
Lespath satiné se caractérise par les reflets soyeux de ses cristaux fibreux, assemblés en masse fibreuse nacrée et satinée.
gypse saccharoïde : variété de gypse en masses granulaires compactes et plus ou moins grossières, en particulier fort commune dans le bassin parisien où il constitue la roche gypseuse, à cassure brillante, analogue au sucre, dont le nom dérive du latinsaccharum ou du grecsakkharon, sucre et du suffixe d'origine gréco-romaine -oïde, signifiant globalement « en forme de sucre ou de masse sucrée » ou « ayant l'aspect du sucre » ;
lapierre à plâtre commune ou du commerce, en masse cristalline compacte et faiblement calcareuse
ordite : variété qui est en fait unepseudomorphose de gypse d'un minéral non identifié, découverte à Orda, dans lekraï de Perm, enRussie ;
Gypse en forme derose des sables trouvée enTunisie.Gypse en fer de lance, exposé au Musée minéralogique de Bonn, Allemagne
gypse lenticulaire : plus rarement, le gypse se trouve sous forme de grands cristaux transparents, tabulaires oumaclés. Les cristaux du gypse sont bien connus des chimistes pour leur facilité à former des macles ou associations de faces cristallines. Ils peuvent être « en fer de lance », « en queue d'hirondelle » ou former des « roses des sables » :
Le gypse en fer de lance est le résultat de la macle de deux grands cristaux lenticulaires. À la loupe ou à l'œil nu, un fer de lance est formé d'une macle ou union de deux cristaux géants suivant une ligne médiane bien visible qui représente le plan visible d'union ou macle ; La chambreCave of Swords, découverte en 1912 à 120 m de profondeur dans lamine de Naïca, dans l'état désertique de Chihuahua, au Mexique, dévoile de gigantesques épées de gypse, dépassant souvent deux mètres. Une autre chambre (Cave of Crystals), trouvée en 2000 à 290 m de profondeur dans cette même mine de Naïca, a permis la découverte de cristaux géants de gypse atteignant les11 mètres de long[21].
Il existe aussi des macles simples ditespieds d'alouette, en queue d'aronde (favorisant les cristaux prismatiques), en queue d'hirondelle… ;
Lesroses des sables sont descristallisations lenticulaires de gypse dont la disposition rappelle lespétales deroses. Elles se forment principalement dans lessebkhas parévaporation d'eau infiltrée sur des grains de quartz ou de sables support qui peuvent en constituer parfois plus de la moitié de la masse. La rose des sables est ainsi le résultat de multiples associations maclées de gypse ou de l'enchevêtrement de cristaux lenticulaires dont les concrétions, en lentilles jaunâtres et saccharoïdes, forment des masses isolées, associant le plus souvent des sables de nature variée. Ces cristallisations se rencontrent dans des terrains tendres (sable,argile), principalement dans lesdéserts, mais peuvent aussi se rencontrer dans les zonestempérées, notamment en France. Les plus connues et plus belles proviennent des marges sahariennes duMaghreb (Algérie, Maroc, Tunisie) ou désertiques desÉtats-Unis (Arizona, Nouveau-Mexique)[22].
Les masses de concrétion cristalline de gypse, zonées par l'arrangement ordonné des cristaux, donnent des onyx gypseux.
Lastructure cristalline du gypse apparaît simple, avec ses feuillets de [Ca(SO4)]0 électriquement neutres maintenus par des molécules d'eau (H20)0[23]. Les groupes detétraèdresSO42−, contenant le soufre au centre d'un tétraèdre et les quatre oxygènes aux quatre sommets, sont indépendants et disposés sur deux plans parallèles. Ils sont liés chacun par un de leurs atomes d'oxygène à troiscations Ca2+. Les cations Ca2+ au tiers de l'épaisseur du feuillet sont situés entre trois groupes SO42−. Ils sont entourés de six oxygènes, en plus de deux molécules d'eau (H2O) placées sur un plan externe au feuillet.
La cohésion interne au feuillet est bien supérieure à la cohésion entre feuillets, assurée uniquement par liaisons faibles devan der Waals entre les molécules d'eau homologues de deux feuillets voisins. Cette dernière est encore plus faible si l'ion Na+ s'y installe.
Cette architecture ionique permet d'expliquer les troisclivages du gypse, le premier qualifié de « facile et parfait », le second de « bon », et le troisième de « fibreux ». La connaissance de la structure cristallographique du gypse et de son comportement mécanique à l'échelle microscopique permet de mieux comprendre ses propriétés physico-chimiques et d'appréhender plus efficacement certaines difficultés techniques rencontrées dans l'application industrielle majeure du matériau, à savoir la fabrication du plâtre. Remarquons que, généralement, le clivage microscopique des grands cristaux appartenant ausystème cristallin monoclinique, classe prismatique, est facile. Mais les feuillets se courbent sans avoir l'élasticité propre aumica.
Le gypse est le représentant d'un groupeisostructurel, le groupe du gypse :
Les cristaux isolés peuvent se présenter sous forme de bloc ou être biseautés, prismatiques à tabulaires, lamellaires, ou lenticulaires. Ils sont très souventmaclés. Les cristaux de petite taille se regroupent souvent enpied d'alouette. Les cristaux de grande taille s'apparient souvent en fer de lance. Certains cristaux s'associent en lames ou en petits filons fibreux. On trouve aussi des cristaux tabulaires ou lenticulaires, à faces légèrement courbes, mais l'analyse chimique révèle des impuretés deNaCl.
Il existe principalement deux clivages formant un angle de 60°. Le premier sur (010) est quasiment parfait. Il apparaîtmicacé, en lames et écailles parfois très minces, un peu flexibles, mais néanmoins non élastiques.
Avec un couteau à lame mince, il est facile de procéder à la division d'un grand cristal transparent en fines lames. Chaque lame, sous l'effet d'un léger choc, se clive à son tour, suivant deux séries de plans de fracture, se croisant à 60°.
Le gypse, minéral très répandu, est universellement connu par les nombreuses variétés morphologiques de ses cristaux. Il est ainsi qualifié de fer de lance, pied d'alouette, fibreux, terreux, grenu, saccharoïde, lamellaire, spathique, lamellaire fin ou sélénite, vitreux transparent ou pierre de lune, mica, spath satiné, pailleté de soleil,rose des sables... et sa variété la plus dure, à beau poli, à masse granulaire très fine, employée par les sculpteurs et décorateurs se nomme même par sa blancheur immaculéealbâtre[24].
Le gypse est un dessulfates naturels les plus communs, terme majeur des dépôtsévaporites, car plus abondant que lahalite. Le minéral se formerait en principe parsédimentation épaisse au cours de l'évaporation delagunes d'eau de mer coupées de la mer, par la premièrecristallisation des sels contenus dans l'eau marine[25].
Les bancs puissants de gypse font partie desroches sédimentaires salines, encore appelées roches évaporites. Leur préformation lagunaire ou enplayas ou plages à rivages oscillants, typiques de milieux salins ousaumâtressursaturés, semble évidente dans une modélisation simplifiée :
lorsque le niveau des océans augmente, des lagunes se remplissent ;
lorsque le niveau baisse, ces lagunes sont coupées de la mer, leur eau s’évapore et le gypse se dépose au fond.
Pourtant, les vases filtrantes, les fluctuations diurnes ou saisonnières de température, les éventuels rares lavages par inondation jouent aussi un rôle. Les dépôts salins ou d'évaporites complexes sont recouverts ensuite par d'autres sédiments, notamment des vases argileuses ou desargiles ou soumis à d'autres influences géologiques. C'est pourquoi de gros blocs en concrétions de gypse peuvent se former pardiagenèse dans les argiles etmarnes[26].
Le gypse peut perdre lesmolécules d'eau retenues au cours de sa cristallisation à partir de42 °C, voire pratiquement dès33 °C, pour donner naissance à l'anhydrite, le cristalanhydre desulfate de calcium (CaSO4), qui se retransforme lentement en gypse si l'anhydrite entre à nouveau en contact avec l'eau ou si la température ou la pression baisse. L'anhydrite peut constituer un mode de stockage, puis le gisement parvenu en surface se transforme en couche de gypse parhydratation au contact de l'humidité du sol ou de l'atmosphère.
Le gypse formé en couches épaisses d'évaporites (marines ou lacustres) incluses dans les roches sédimentaires se rencontre en présence de minéraux comme l'anhydrite, l'aragonite, lacalcite, lacélestine, ladolomite, lahalite et lessulfures.
Le gypse est aussi un dépôt de précipitation assez commun à partir de sources thermales. Le gypse apparaît autour des dépôts par sublimation directe de fumerolles, phénomènes associés en profondeur auxbatholites. Il peut avoir aussi avoir une originevolcanique, notamment de sources chaudes.
Le gypse des mines métallifères, notamment dans les zones de minerais sulfurés soumis à dégradation oxydante des sulfures, provient de filonshydrothermaux formés au contact desplutonsgranitiques.
Dans les zones désertiques, lesdépôts sédimentaires remaniés par l'érosion éolienne, avec dépôt et reprise par le vent, produisent une accumulation progressive de sables gypseux en dunes impressionnantes, composés parfois de minéraux érodés quasi-purs, comme àWhite Sands auNouveau-Mexique. Parfois, le vent dissémine simplement les fins cristaux, qui finissent par constituer des agrégats en « rosettes », de couleurs plus ou moins brunes ou rougeâtres, avec souvent à l'origine des noyaux d'origines diverses (sablescalcaires ousiliceux,argiles…), dans les endroits de dépôts.
En France, d'importants dépôts de gypse apparaissent[Où ?] entre −250 et −33 millions d'années.
Les principaux gisements de gypse, intensément exploités dans l'économie contemporaine, sont desbancs de rochesévaporites, suffisamment puissants (c.-à-d. épais)[27].
gisement de sables gypseux deWhite Sands. Ce désert de sable de gypse blancs, visible de l'espace, couvre 580 km2. Desdunes gypseuses peuvent dépasser12 mètres de haut ;
Dans les argiles deBologne et dePavie, cristaux de gypse parfois de grande taille.
Maghreb
Gisements de rose des sables de grande qualité, aux confins du Maroc et du Sud Algérien, du Sud Tunisien
Mexique
Mine de Naïca Mun. de Saucillo,Chihuahua. Cette mine héberge des cristaux géants de gypse pouvant atteindre10 mètres de long. Le phénomène est expliqué par des conditions particulières de cristallisation très stables à partir d'eaux ayant dissout de l'anhydrite[32].
Dans l'Antiquité, des cristaux de gypse particulièrement purs, débités en fines lames transparentes ou translucides, ont été employés dans la fabrication de vitres, en l'absence de verre[34], comme l'attestePline l'Ancien[35].
Notons que cet usage technique n'est pas isolé : de nombreuses sources antiques attestent l'emploi du gypse comme matériau de construction et de décoration à l'air libre, assez commun dans les régions arides.
L'obtention industrielle du gypse s'effectue parprécipitation dusulfate de calcium dans différents procédés chimiques, notamment lors de :
la production d'acides : le gypse du procédéphosphogypse par voie humide pour la fabrication de l'acide phosphorique,acide citrique… La fabrication d'acide phosphorique conduit à des tonnages considérables (des centaines de millions de tonnes) dephosphogypse stocké en surface dans d'énormes décharges mais parfois aussi déversé en mer, ce qui est source depollution marine.
De nombreuses études ont été menées pour le substituer au gypse naturel, notamment pour la fabrication de carreaux de plâtre. Le séchage de ces derniers s'est avéré prohibitif[réf. nécessaire]. En revanche, la fabrication de la variété α de l'hémihydrate dusulfate de calcium, obtenue parautoclavage en présence d'additifs minéraux, permet d'obtenir des cristaux de taille nettement plus importante et dont le séchage est beaucoup moins coûteux ;
ladésulfuration des gaz : en Allemagne, la loi de 1983 concernant la protection contre les rejets toxiques dans l'atmosphère impose aux centrales thermiques à combustibles fossiles d'être équipées d'installations de désulfuration des gaz de fumée. Il s'agit d'un procédé simple de traitement des fumées, reposant sur l'utilisation de chaux hydratée ou delait de chaux (la production de chaux générant néanmoins de fortes émissions de dioxyde de carbone qui est un gaz à effet de serre). Les cristaux de gypse ainsi obtenus peuvent servir de matière première à l'industrie des matériaux de construction. Un procédé semblable est utilisé pour le traitement des gaz acides issus de l'incinération desordures ménagères ;
↑Le gypse, autrefois qualifié depierre à plâtre ouchaux sulfatée naturelle, permet de fabriquer leplâtre ou de réaliser l'ensemble desgypseries, souvent décoratives. Il entre aussi dans la composition desciments. Son usage deminerai industriel est bien détaillé dans l'article homonyme sur la roche. Les diverses fabrications ou récupérations industrielles du gypse qui donnent pourtant un minéral recelant des impuretés analogues aux minerais à la base de la préparation, sont toutefois détaillées dans un paragraphe ci-dessus.
↑Dictionnaire latin-français de Felix Gaffiot, Hachette
↑(en)Max Hutchinson Hey,An index of mineral species & varieties arranged chemically: with an ..., British Museum (Natural History). Dept. of Mineralogy, 1955,p. 278
↑Il ne faut pas les confondre avec les rosettes debaryte (BaSO4), de même forme mais plus dense.
↑Jean-Paul Poirot,Mineralia, Minéraux et pierres précieuses du monde, Artemis édition, Losange 2004, 224 pages. Double-page sur le gypse.
↑Les masses granulaires très fines sont parfois légèrement colorées. Il faut noter qu'il existe des variétés de gypse très pures, mais aussi des formations impures ou associations minérales qui portent le même nom que celles citées. D'où une perpétuelle confusion... Nous faisons ici référence à des variétés minéralogiques de haute pureté, plus rares.
↑Les bancs de gypse amassé au Ludien dans le Bassin parisien sont séparés par des bandes d'argiles, et coincés entre des marnes infra- et supra-gypseuse.
↑Ils sont détaillés, ainsi que l'exploitation plâtrière, dans l'articlegypse (roche).
↑DidierDescouens, « Les Mines de gypse d'Arnave et Arignac », inMonde et minéraux, no. 62, 1984,p. 16-17
↑G. Favreau, J.-R. Legris et M. Dardillac, « La Verrière (Rhône): Histoire et Minéralogie », dansLe Cahier des Micromonteurs, vol. 53,no 3, 1996,p. 3-28
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 particulierp. 212 àp. 213.(ISBN2-603-01337-8)
Basil Booth,Roches et Minéraux, collection Mini encyclopédie, Solar, 2002, 80 pages,(ISBN978-2263032301)
Alfred Lacroix,Le gypse de Paris et les minéraux qui l'accompagnent (première contribution à la minéralogie du bassin de Paris), Masson et Cie, 1897, 296 pages.
Henri-Jean Schubnel, avec Jean-François Pollin, Jacques Skrok,Larousse des Minéraux sous la coordination de Gérard Germain, Librairie Larousse, Paris, 1981, 364 p.(ISBN2-03-518201-8). en particulier, pages 167–168.
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