Biotite

La biotite est un groupe de minéraux silicatés en feuillets appartenant à la famille des micas, de formule chimique générale K(Mg,Fe)₃AlSi₃O₁₀(F,OH)₂. Elle forme une série de solutions solides, avec l'annite comme pôle riche en fer et la phlogopite comme pôle riche en magnésium ; les variétés plus alumineuses incluent la sidérophyllite et l'eastonite. Jusqu'en 1998, l'Association minéralogique internationale traitait la biotite comme une espèce minérale unique, mais elle est désormais classée comme un groupe minéral. Le nom est encore utilisé sur le terrain pour désigner les micas sombres qui n'ont pas été analysés chimiquement. J.F.L. Hausmann l'a nommée en 1847 d'après le physicien français Jean-Baptiste Biot, qui a étudié les propriétés optiques du mica. La structure de la biotite est constituée de feuillets de fer, de magnésium, d'aluminium, de silicium, d'oxygène et d'hydrogène, faiblement maintenus ensemble par des ions potassium. La biotite riche en fer est parfois appelée « mica ferreux », mais ce terme peut également désigner une forme micacée et feuilletée d'hématite ; le terme de terrain « lépidomélane » évite cette confusion pour la biotite riche en fer non analysée. Elle est également connue sous le nom de « mica noir », par opposition au « mica blanc » (muscovite), et les deux peuvent coexister dans les mêmes roches, parfois côte à côte. Comme les autres micas, la biotite possède un clivage basal parfait et forme des feuillets ou lamelles flexibles qui se détachent facilement. Son système cristallin est monoclinique, avec des cristaux tabulaires à prismatiques se terminant par un pinacoïde proéminent ; quatre faces prismatiques et deux faces pinacoïdales créent une forme pseudo-hexagonale. La fracture est inégale, bien que difficile à observer en raison du clivage. La couleur varie du verdâtre au brun ou au noir, devenant jaune lors de l'altération. Elle peut être transparente à opaque, avec un éclat vitreux à nacré et une trace gris-blanc. Les grands cristaux sont appelés « livres » car ils ressemblent à des pages empilées. La dureté est de 2,5 à 3 sur l'échelle de Mohs. La biotite se dissout dans les solutions acides et alcalines, avec une dissolution la plus rapide à faible pH, et la dissolution est hautement anisotrope — les surfaces des arêtes des cristaux réagissent 45 à 132 fois plus vite que les surfaces basales. En lame mince, la biotite présente un relief modéré et une couleur brun-verdâtre pâle à foncée ou brune, avec un pléochroïsme modéré à fort. Elle a une biréfringence élevée, souvent masquée par sa couleur intrinsèque profonde. Sous lumière polarisée croisée, elle s'éteint approximativement parallèlement aux lignes de clivage et peut présenter une extinction caractéristique « en œil d'oiseau » — un motif tacheté dû à la distorsion des lamelles flexibles lors du polissage de la lame mince. Les sections basales sont typiquement hexagonales et apparaissent isotropes sous lumière polarisée croisée. La structure cristalline de la biotite est TOT-c : des couches TOT parallèles faiblement liées par des cations (c). Chaque couche TOT possède deux feuillets tétraédriques (T) fortement liés de chaque côté d'un seul feuillet octaédrique (O). La faible liaison ionique entre les couches TOT confère à la biotite son clivage basal parfait. Les feuillets tétraédriques sont constitués de tétraèdres de silice (silicium entouré de quatre oxygènes), avec un atome de silicium sur quatre remplacé par de l'aluminium. Chaque tétraèdre partage trois de ses quatre oxygènes avec ses voisins, formant un feuillet hexagonal ; l'oxygène apical restant se lie au feuillet octaédrique. Le feuillet octaédrique est trioctaédrique, structuré comme un feuillet de brucite, avec du magnésium ou du fer ferreux comme cations typiques. Les oxygènes apicaux remplacent certains hydroxydes du feuillet de brucite, liant étroitement les feuillets tétraédriques et octaédriques. Les feuillets tétraédriques portent une forte charge négative (composition globale AlSi₃O₁₀⁵⁻), tandis que le feuillet trioctaédrique a une charge positive (M₃(OH)₂⁴⁺, où M est un ion divalent). La couche TOT combinée a une charge négative résiduelle (M₃(AlSi₃O₁₀)(OH)₂⁻), neutralisée par les ions potassium interfoliaires. Comme les hexagones dans les feuillets T et O diffèrent légèrement en taille, la liaison déforme les feuillets, brisant la symétrie hexagonale en symétrie monoclinique, bien que la symétrie originale soit encore visible dans la forme pseudo-hexagonale du cristal. Les minéraux du groupe de la biotite se rencontrent dans de nombreuses roches ignées et métamorphiques. Par exemple, la biotite se trouve dans la lave du Vésuve et dans le complexe intrusif du Monzoni dans l'ouest des Dolomites. Dans le granite, la biotite a tendance à être plus pauvre en magnésium que dans son équivalent volcanique, la rhyolite. C'est un phénocristal essentiel dans certaines lamprophyres. De grands cristaux clivables se trouvent occasionnellement dans les filons de pegmatite, comme en Nouvelle-Angleterre, en Virginie et en Caroline du Nord, aux États-Unis, ainsi qu'à Bancroft et Sudbury, en Ontario, au Canada. La biotite est un composant clé de nombreux schistes métamorphiques et se forme sur une large gamme de pressions et de températures dans des compositions appropriées. On estime qu'elle constitue jusqu'à 7 % de la croûte continentale exposée. Une roche ignée composée presque entièrement de mica sombre (biotite ou phlogopite) est appelée glimmérite ou biotitite. La biotite peut être trouvée aux côtés de son produit d'altération courant, la chlorite.