CARBONATES

Les carbonates sont des minéraux largement représentés à la surface du globe. Le carbonate de calcium, en particulier, est le constituant principal des coquilles de nombreux organismes. On le retrouve surtout dans la lithosphère sous forme de roches dites calcaires, les plus abondantes parmi les roches sédimentaires. Ce stock considérable de carbone est alimenté par le métabolisme des êtres vivants sous forme de gaz carbonique, lequel donne notamment, en se combinant avec les métaux divalents, des composés insolubles dans les conditions normales de la lithosphère : les carbonates. Des dissociations ultérieures peuvent cependant intervenir, à la faveur desquelles le carbone mis en réserve est restitué à la biosphère et à l'atmosphère. Ainsi les carbonates se trouvent à la croisée des cycles biochimique et géochimique du carbone, localisés essentiellement dans la zone superficielle de la lithosphère. La présence des carbonates dans les roches d'origine interne est, en effet, exceptionnelle et elle pose l'un des problèmes les plus intéressants de la pétrologie, celui de l'origine « primaire » du carbone en profondeur.

Le caractère structural essentiel des carbonates est la présence de l'ion CO²₃^—. Tout atome de carbone s'y trouve au centre d'un triangle équilatéral dont chacun des sommets est occupé par un atome d'oxygène. Aucun ion oxygène n'est commun à deux groupements triangulaires carbone-oxygènes ; ceux-ci doivent être considérés comme des unités distinctes dans la structure des minéraux carbonatés et ils sont largement responsables des propriétés particulières de ce groupe. La liaison entre le carbone central et les oxygènes qui lui sont coordinés n'est pas aussi forte que celle qui existe dans CO₂. En présence de l'ion hydrogène, le radical carbonate devient instable et se brise pour fournir du gaz carbonique et de l'eau. Cette instabilité est à l'origine des tests avec les acides, utilisés pour la reconnaissance des carbonates.

Lorsque l'ion carbonate est combiné avec les cations divalents (Ca, Fe...), il en résulte, pour les composés formés, des structures de géométrie simple qui sont généralement de type rhomboédrique ou orthorhombique. Le carbonate de calcium se partage entre les deux types et cristallise à la fois avec la structure rhomboédrique de la calcite et la structure orthorhombique de l'aragonite.

À côté des minéraux qui appartiennent à ces deux grands groupes et qui font l'objet de cet article, il existe des composés carbonatés de structure monoclinique, dont les plus importants (signalés dans le tableau) seront rapidement décrits à la fin de cet article.

Minéraux du groupe de la calcite

La structure de la calcite, dont les autres minéraux du groupe sont isostructuraux, a été décrite pour la première fois par Bragg en 1937 ; elle peut se déduire de celle du chlorure de sodium (halite), en imaginant des ions calcium à la place des ions sodium, des ions carbonate à la place des ions chlore, en imaginant aussi que la structure cubique est comprimée suivant l'un des axes ternaires A₃ de telle façon que les faces forment entre elles des angles de 74⁰ 55′ (au lieu de 90⁰ dans le cube). A₃ devient alors l'axe unique, perpendiculaire à des plans peuplés alternativement d'ions Ca²⁺ et d'ions CO²₃^— ; ceux-ci étant eux-mêmes des plans remplaçant des ions Cl^—sphériques, la symétrie devient ainsi rhomboédrique. Chaque ion calcium est coordiné à 6 ions oxygène et chaque ion oxygène est coordiné à 2 ions calcium.

Calcite

À la structure de ce minéral, qui vient d'être décrite (groupe de symétrie : 3̄ m) peuvent correspondre des formes cristallines très variées (près de 300 formes différentes ont été reconnues) et souvent très complexes. Les plus fréquentes sont celles du rhomboèdre, du prisme et du scalénoèdre[...]