Calcite

La calcite est un minéral carbonaté et la forme la plus stable du carbonate de calcium (CaCO₃). Elle est extrêmement courante, notamment comme composant principal du calcaire. Sur l'échelle de Mohs, elle définit la dureté 3. Les grands cristaux de calcite sont utilisés dans les dispositifs optiques, et le calcaire, qui est principalement composé de calcite, a de nombreuses applications pratiques. Deux autres formes de carbonate de calcium sont les minéraux aragonite et vatérite. L'aragonite se transforme en calcite en quelques jours ou moins à des températures supérieures à 300 °C, et la vatérite est encore moins stable.

Le nom vient de l'allemand Calcit, un terme du XIXe siècle dérivé du latin calx (signifiant chaux, avec le génitif calcis), plus le suffixe minéral -ite. Il s'agit donc d'un doublet du mot craie. En archéologie et dans le commerce de la pierre, le terme albâtre est parfois utilisé pour un dépôt de calcite à grain fin, translucide et rubané, bien qu'en géologie et minéralogie, l'albâtre soit réservé à une variété de gypse.

Deux ensembles différents d'indices de Miller sont utilisés pour décrire les directions dans les cristaux de calcite : trois indices (h, k, l) le long des axes a₁, a₂, c, ou quatre indices de Bravais–Miller (h, k, i, l) le long de a₁, a₂, a₃, c, où i est redondant mais utile pour visualiser la symétrie. Il existe également deux définitions de la maille élémentaire. L'ancienne maille élémentaire « morphologique » a été déterminée en mesurant les angles des faces cristallines avec un goniomètre ; elle est rhomboédrique, avec des dimensions approximatives a = 10 Å et c = 8,5 Å. La maille élémentaire « structurale » ultérieure, déterminée par cristallographie aux rayons X, est hexagonale (un prisme rhombique) avec des dimensions approximatives a = 5 Å et c = 17 Å. Pour convertir les unités morphologiques en unités structurales, c est multiplié par 4. Par exemple, le clivage de la calcite est décrit comme parfait sur {1 0 1 1} en coordonnées morphologiques et sur {1 0 1 4} en coordonnées structurales ; en indices {hkl}, il s'agit respectivement de {1 0 1} et {1 0 4}. Le maclage, le clivage et les formes cristallines sont souvent donnés en unités morphologiques.

Les propriétés diagnostiques comprennent une dureté Mohs de 3, une densité de 2,71 et un éclat vitreux dans les variétés cristallines. La couleur est blanche ou incolore, mais les impuretés peuvent produire des nuances de gris, rouge, orange, jaune, vert, bleu, violet, marron ou même noir.

La calcite présente de nombreuses habitudes cristallines, combinant plus de 1 000 formes cristallographiques possibles. Les plus courantes sont les scalénoèdres (avec des faces dans les directions hexagonales {2 1 1} ou {2 1 4}) et les rhomboèdres (avec des faces dans les directions {1 0 1} ou {1 0 4}, qui sont également les principaux plans de clivage). Les habitudes comprennent des rhomboèdres aigus à obtus, des formes tabulaires, des prismes et divers scalénoèdres. Plusieurs types de maclage ajoutent à la variété. Elle peut également se présenter sous forme de masses fibreuses, granulaires, lamellaires ou compactes. Une habitude fibreuse et efflorescente est appelée lublinite. Le clivage se fait dans trois directions parallèles au rhomboèdre. La cassure est conchoïdale mais difficile à produire. Les faces scalénoédriques sont chirales et se présentent en paires d'images miroir ; leur croissance peut être influencée par des biomolécules chirales comme les acides aminés L et D. Les faces rhomboédriques ne sont pas chirales.

La calcite va de transparente à opaque et peut présenter une phosphorescence ou une fluorescence. Une variété transparente connue sous le nom de spath d'Islande est utilisée en optique. Les cristaux scalénoédriques aigus sont parfois appelés spath en dent de chien, et la forme rhomboédrique est parfois appelée spath en tête de clou. La forme rhomboédrique pourrait également avoir été la pierre de soleil utilisée par les navigateurs vikings, comme mentionné dans les Sagas islandaises. Les cristaux uniques présentent une forte biréfringence (double réfraction), ce qui fait que les objets vus à travers une calcite claire apparaissent doubles. Cet effet a été décrit pour la première fois par le scientifique danois Rasmus Bartholin en 1669. À environ 590 nm, les indices de réfraction ordinaire et extraordinaire sont respectivement de 1,658 et 1,486. Entre 190 et 1 700 nm, l'indice ordinaire varie d'environ 1,9 à 1,5 et l'indice extraordinaire d'environ 1,6 à 1,4.

La calcite est thermoluminescente, principalement en raison d'impuretés de manganèse divalent (Mn²⁺). Dans une expérience, des activateurs tels que des ions de Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Pb et Bi ont été ajoutés à des échantillons de calcite pour voir s'ils émettaient de la chaleur ou de la lumière. Les ions de Cu⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Ag⁺, Bi³⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Co²⁺ et Ni²⁺ n'ont pas provoqué de réaction. Cependant, une réaction s'est produite lorsque des ions de manganèse et de plomb étaient tous deux présents. En changeant la température, la lueur pouvait être observée.