Cookéite

La cookéite est une espèce minérale du groupe des silicates et du sous-groupe des phyllosilicates, de la famille des chlorites, de formule . Ce minéral tendre et peu dense, de couleur variable, a une structure cristalline formée d'un empilement alterné de couches et et présente plusieurs polytypes. La cookéite est souvent trouvée comme produit d'altération hydrothermale de silicates dans les pegmatites. Elle se forme à température relativement basse (moins de ) et à pression variable.

Historique de la description et appellations

Inventeur et étymologie La cookéite a été décrite en 1866 par le minéralogiste George Jarvis Brush. et dédiée à Josiah Parsons Cooke (1827-1894), minéralogiste et chimiste américain à l'Université Harvard, Cambridge, Massachusetts..

Topotype Le gisement topotype se trouve dans la carrière Mt Mica Quarry, Paris, comté d’Oxford, Maine, aux États-Unis.

Les échantillons types sont déposés à l’Université Yale, New Haven, Connecticut, États-Unis ().

Caractéristiques physico-chimiques Critères de détermination La cookéite est un minéral de couleur blanche, présentant des teintes vertes, brunes, dorées ou rosées plus ou moins prononcées. Elle se présente sous la forme de cristaux pseudo-hexagonaux, de sphérules, d'agrégats radiés ou fibreux. Son éclat est nacré ou soyeux, elle est transparente à translucide. Elle est flexible mais non élastique, présente un clivage parfait sur le plan {001} et sa cassure est micacée. (formation de feuillets minces ou paillettes).

La cookéite est un minéral tendre car sa dureté ne varie que de 2,5 à 3,5 sur l'échelle de Mohs. Elle est de plus peu dense, sa densité mesurée variant de 2,58 à 2,69. La cookéite présente un pléochroïsme de couleur vert pâle à rose selon les axes X et Y et incolore à jaune pâle selon l'axe Z. Son trait est blanc et elle présente assez régulièrement une fluorescence jaune-crème.

Composition chimique La cookéite, de formule , a une masse moléculaire de 522,16 u, soit . Elle est donc composée des éléments suivants :

+ Composition élémentaire du minéral Élément Nombre (formule) Masse des atomes (u) % de la masse moléculaire Lithium 1 6,94 1, 33 % Silicium 3 84,26 16,14 % Aluminium 5 134,91 25,84 % Hydrogène 8 8,06 1,54 % Oxygène 18 287,99 55,15 % Total : 35 éléments Total : 522,16 u Total : 100 %

Les impuretés souvent rencontrées dans la cookéite sont le fer, le manganèse, le magnésium, le calcium, le sodium et le potassium..

Le silicium des couches de silicate peut être en partie substitué par de l'aluminium, du bore ou du béryllium, avec un rapport (Al,B,Be)/Si plutôt constant..

Cristallochimie La cookéite est un polytype des chlorites.

Selon la classification de Strunz, elle fait partie de la classe des silicates (IX), plus précisément des phyllosilicates (9.E) micacés composés de réseaux tétraédriques et octaédriques (9.EC).

+ Membres du groupe 9.EC.55 des phyllosilicates micacés Minéral Formule Groupe ponctuel Groupe d'espace Baileychlore 1 ou C1 ou C Borocookéite (x ≤ 0,33) 2/m C2/m Chamosite 2/m C2/m Clinochlore 2/m C2/m Cookéite , 2 ou 2/m C, C2 ou Cc Donbassite 2/m C2/m Franklinfurnacéite 2 C2 Glagolevite 1 C1 Gonyérite orthorhombiquepseudo-hexagonal inconnu Nimite 2/m C2/m Odinite m Cm Orthochamosite orthorhombiquepseudo-hexagonal inconnu Pennantite 2/m C2/m Sudoïte 2/m C2/m

Selon la classification de Dana, la cookéite se trouve dans la classe des phyllosilicates (classe 71) dont les couches de silicate sont formées par des anneaux à six membres avec une alternance de couches 2:1 (deux couches de tétraèdres T autour d'une couche d'octaèdres O) et de couches 1:1 (couche isolée d'octaèdres) (71.04) et plus précisément dans le groupe des chlorites (71.04.01).

Cristallographie Généralités

La cookéite cristallise généralement dans le système cristallin monoclinique. Son groupe d'espace peut être C2ICSD No. ; ., Cc (monoclinique) ou C (triclinique).

Sa structure consiste en un empilement de couches contenant les éléments métalliques et de couches d'aluminosilicates. Le polyèdre de coordination des éléments métalliques est un octaèdre dont les sommets sont les anions O ou des groupes hydroxyles (OH). Les couches d'aluminosilicates contiennent une couche d'aluminium en coordination octaédrique et deux couches d'aluminosilicates formées par des anneaux à six-membres de tétraèdres (Si,Al)O. Les couches sont reliées entre elles par des liaisons hydrogène..

Il existe deux types de couches d'octaèdres, notées O et O', qui diffèrent par leur taux de remplissage. Les cookéites appartiennent aux chlorites « di, trioctaédriques », c'est-à-dire qu'elles possèdent : une couche d'octaèdres O dont tous les sites sont occupés par les éléments métalliques (couche trioctaédrique) ; une couche d'octaèdres O' moins dense dont les sites ne sont occupés qu'aux deux tiers (couche dioctaédrique). Les sites octaédriques non occupés sont appelés « sites vacants ». Cette couche est entourée de deux couches d'anneaux à six membres de tétraèdres d'aluminosilicate, notées T, pour former des couches T-O'-T.

La couche O contient les cations métalliques Al et Li. La distribution de ceux-ci n'est pas ordonnée dans la structure : les sites octaédriques peuvent accueillir soit Al, soit Li, mais l'occupation des sites par ces cations varie d'une maille à l'autre de façon non périodique. Pour cette raison, les sites octaédriques sont qualifiés de sites d'« occupation mixte ». L'occupation d'un site par différentes espèces chimiques est décrite par ses pourcentages d'occupation, c'est-à-dire par la probabilité d'y trouver une certaine espèce chimique. Par exemple, la couche trioctaédrique O de la cookéite r représentée ci-dessus possède trois sites différentsUn cristal parfait étant considéré comme un empilement ordonné et infini d'atomes, les couches contiennent une infinité de sites. Cependant, ces sites peuvent être regroupés en « sites équivalents par symétrie », c'est-à-dire que l'application des opérations de symétrie du groupe d'espace du cristal sur un site particulier de l'unité asymétrique de la maille conventionnelle permet de retrouver tous les autres sites équivalents dans le cristal., dont deux sont majoritairement occupés par l'aluminium (octaèdres orange) et le troisième est majoritairement occupé par le lithium (octaèdres verts). De même, les sites tétraédriques des anneaux à six-membres sont à occupation mixte de silicium et d'aluminium (en jaune dans la figure).

La structure de la cookéite peut être vue comme un empilement alternatif de couches de type brucite et de couches de type talc. En effet, la brucite Mg(OH) est constituée de couches ICSD No. ; . et le talc est constitué de couches ICSD No. ; .. Dans la cookéite, les cations Li et Al prennent la place des cations Mg dans les couches de type brucite (couches O) et talc (couches O').

L'empilement des couches n'est pas identique dans toutes les cookéites : il existe plusieurs polytypes, qui se distinguent par la longueur de la période d'empilement (paramètre de maille pour les cookéites monocliniques).

Cookéite r thumb|upright=1.8|alt=Schéma montrant la structure cristallographique de la cookéite r|Structure de la cookéite r, projetée le long de la direction b (vue en perspective). Jaune : Si, orange : Al, vert : Li, bleu : O, gris : H. La structure en anneaux à six membres des couches T est particulièrement visible dans la couche de gauche. La cookéite r est une cookéite rare riche en lithium de formule . Elle cristallise dans le groupe d'espace Cc, avec Z = 4 unités formulaires par maille conventionnelleICSD No. ; .. Ses paramètres de maille sont = , = , = et β = 96,6° (volume de la maille V = ) et sa masse volumique calculée est .

Sa structure est constituée d'un empilement alternatif de deux types de couches, notées O et T-O'-T, parallèles au plan (a, b).

Les couches O, de composition , sont constituées d'octaèdres (Al,Li)(OH) reliés par leurs arêtes. Tous les octaèdres sont à occupation mixte d'aluminium et de lithium. Les cations de la couche O sont distribués sur trois sites non équivalents par symétrie. Deux tiers des sites sont préférentiellement occupés par Al à 91 % (octaèdres orange dans la figure ci-contre), un tiers des sites contient 82 % de Li (octaèdres verts). La longueur de liaison (Al,Li)-OH moyenne est pour les octaèdres contenant majoritairement de l'aluminium et pour les autres.

Les couches T-O'-T, de composition , sont constituées d'une couche O' d'octaèdres contenant exclusivement de l'aluminium, entourée de deux couches T de tétraèdres , structurées sous forme d'anneaux à six membres dans lesquels les tétraèdres (Si,Al)O ont une occupation mixte de silicium et d'aluminium. Les cations Al des couches O' sont distribués sur deux sites non équivalents par symétrie, avec une longueur de liaison Al-O moyenne de . Les cations (Si,Al) des couches T sont distribués sur quatre sites non équivalents, avec une longueur de liaison (Si,Al)-O moyenne de . Il existe deux couches T-O'-T dans la cookéite r : la première est située au bord de la maille, autour du plan de coordonnées (, , ), la deuxième est située au centre de la maille, autour du plan de coordonnées (, , 1/2)Une maille étant définie par les coordonnées 0 ≤ < 1, 0 ≤ < 1 et 0 ≤ < 1, la couche T-O'-T située autour du plan de coordonnées (, , ) fait partie de la maille voisine dans le cristal.. Ces deux couches sont identiques et équivalentes par le miroir translatoire c de coordonnées (, , 1/4)Ce miroir appliqué à un point de coordonnées (, , ) crée son image par symétrie aux coordonnées (1/2, 1/2, 1/2).. Comme la couche O' ne possède qu'un site vacant dans la maille, lors de l'empilement des couches, les sites vacants des deux couches sont décalés dans le plan (a, b).

Autres cookéites Une cookéite de formule provenant du dépôt de bauxite de Djalair en Asie centrale a été décrite dans le groupe d'espace triclinique C (Z = 2 unités formulaires par maille), avec les paramètres de maille = , = , = , α = 90,55°, β = 96,2° et γ = 90° (volume de la maille V = ). Elle présente une masse volumique calculée de . Sa structure est notée IIa dans la nomenclature des polytypes des chlorites..

Le paramètre de maille de la cookéite IIa est la moitié de celui de la cookéite r : la différence entre ces deux structures vient de l'empilement des couches O et T-O'-T. À l'intérieur des couches même, il n'y a pas de différence structurelle notable entre cette cookéite et la cookéite r. Cependant, les couches dioctaédriques O' de la cookéite IIa sont toutes identiques et ordonnées de façon à avoir les sites vacants les uns au-dessus des autres dans la direction d'empilement des couches, alors que dans la cookéite r, du fait du miroir translatoire c, les sites vacants des couches O' ne se superposent pas.

Remarque : il existe deux groupes d'espace dans le système triclinique : P1 et P. La symétrie de cette cookéite est P ; sa description dans le groupe d'espace non conventionnel C, induisant une maille doublée artificiellement dans le plan (a, b) par rapport à la maille conventionnelle primitive, permet de comparer plus facilement sa structure avec celle des cookéites monocliniques.

Gîtes et gisements

Gîtologie et minéraux associés thumb|alt=Photo montrant une fine couche de cookéite crème, translucide, encerclant une elbaïte verte et mauve|Une fine couche de cookéite encercle une elbaïte verte à la base, mauve au sommet. La cookéite est souvent un produit de l'altération hydrothermale de minéraux contenant du lithium, tels que la lépidolite ou certaines tourmalines, dans les pegmatites .. Elle peut aussi se trouver dans les veines hydrothermales à l'état primaire.

Elle est souvent associée aux minéraux suivants : albite, lépidolite, microcline, pétalite, quartz, spodumène, tourmaline.

Gisements producteurs de spécimens remarquables thumb|alt=Photo montrant un spécimen de cookéite verdâtre|Spécimen de Couledoux, Haute-Garonne, France. Allemagne