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La bridgmanite : nouveau minéral en 2014


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Je ne vais pas réécrire l'article du magazine Pour La Science, bien qu'il mériterait quelques compléments, on découvre de nouveau minéraux très souvent mais celui ci a un statut vraiment très particulier. En effet, on a toujours su qu'il existait sous nos pieds à très grande profondeur des quantités colossale d'un minéral de formule (Mg,Fe2+)SiO3 dont la structure est celle de la perovskite. La structure idéalisée de la perovskite est cubique et on peut décrire assez simplement :

Le fer et le magnésium se trouvent au centre du cube et au centre d'un octaèdre d'oxygène chaque oxygène étant au centre d'une des six faces du cubes, le silicium se trouve à chaque sommet du cube. Dans cette structure, les positions des cations divalents (Fe, Mg) et tétravalent (Si) sont interchangeables, c'est à dire qu'on peut la décrire comme une structure cubique avec un silicium en son centre et au centre d'un octaèdre d'oxygène, les dits oxygènes étant toujours placés au centre de chaque face du cube. Cette fois on trouvera le magnésium et le fer aux sommets du cube. (En réalité la perovskite est orthorhombique car les octaèdres d'oxygène subissent des rotations qui provoquent une distorsion de la maille et abaisse sa symétrie, mais nous n'entrerons pas dans ces détails).

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Schéma de la structure Pérovskite idéalisée (Rouge Oxygène, Vert Fer/Magnésium, Bleu Silicium)

Pas extraordinaire comme maille conventionnelle mais du silicium en site octaédrique ça ne se voit pas tous les jours. D'autre part, la formule du minéral rappelle à un oxygène près cette de la forstérite, on imagine alors sans peine que l'on obtient la bridgmanite en appliquant à la forstérite du manteau des pressions et températures très élevées.

Cette considération laisse entrevoir sans peine la quantité proprement colossale de bridmanite que l'on peut trouver dans le manteau : pas moins de 38% du volume du manteau, ce n'est ni plus ni moins que le minéral le plus abondant de notre planète. Il semble alors particulièrement étrange que ce minéral aussi abondant soit il ne soit reconnu qu'en 2014 par l'IMA, d'autant que la bridgmanite est connue et étudiée en laboratoire depuis très longtemps. Nombre de scientifiques ont en effet mis de la péridotite du manteau sous haute pression et haute température afin d'observer son comportement chimique, mécanique et surtout les structures cristallines qui apparaissent alors. C'est justement là que réside le problème : la bridgmanite obtenue en laboratoire est très instable dans les conditions usuelles de température et de pression (1bar, 25°C) et pour que l'IMA reconnaisse un nouveau minéral, il doit être observé dans un échantillon NATUREL !

La physicochimie de la matière condensée, plus souvent appelée chimie du solide, et plus précisément la chimie minérale permet d'amender tout un tas de règles de base de la physique. Pour y arriver, il faut être audacieux, astucieux, malin et surtout bien maîtriser sa science. Sheldon le dit souvent : "When you know the laws of Physics, everything become possible", quand on maîtrise les lois de la Physique, tout devient possible. Tout physicochimiste ayant l'ambition, l'audace de découvrir la brigmanite doit donc se tourner vers des météorites. Et cela pour tout un tas de raisons très simples :

  • Les météorites peuvent être relativement riche en forstérite, la matériau de base de la bridgmanite.
  • Les chocs de météorite permettent d'atteindre rapidement des pressions et des températures gigantesques, soient les conditions de formation du minéral.
  • Les conditions de pression et de température extrêmes durent très peu de temps.
  • Les minéraux formés lors de ces étapes courtes sont petits et subissent une trempe rapide.

Tout chimiste sait que pour observer une phase très instable, il faut la former vite, la tremper tout aussi vite et ne pas faire de trop gros cristaux dont l'instabilité serait rédhibitoire à toute analyse. Les chocs de météorites remplissent toutes ces conditions et c'est ainsi qu'un échantillon authentique de bridgmanite a été découvert, analysé par diffraction des rayons X et donc reconnu par l'IMA.

bridgmanite_1412.jpg

Echantillon de météorite contenant de la bridgmanite (Pour La Science)

La découverte date de 2009, la météorite est celle de Tenam (Australie), l'échantillon est conservé au Smithsonian Institution (Washington DC)

Je trouve que c'est une belle aventure scientifique et qu'elle est pleine de bon sens et d'anecdotes purement scientifiques, raison de mon partage avec vous. Les données que je communique sont absentes du document que j'ai lu et que vous pouvez consulter librement ici

L'article initial paru dans la revue Science (rien que ça... preuve que c'est important !) est accessible ici il faut être abonné pour lire tout l'article, je n'ai pas ce privilège :(

Bonne journée à tous !

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Il ne doit sans doute pas apprécier la pérovskite cubique, mais à vrai dire ce n'est pas rigoureusement exact : j'ai donnée la structure idéalisée de la perovskite sans entrer dans les détails des distorsions des octaèdres qui abaissent la symétrie de cubique à orthorhombique. Le but était que tout le monde puisse se représenter la maille facilement et en soi, c'est bien de cette façon que l'on montre la structure de la pérovskite aux débutants en cristallographie. En soi, cela n'est pas choquant, je n'aurai peut-être pas dû le passer sous silence, je vais modifier le texte en conséquence par soucis de rigueur. Après quand Mine84 (Alain Abréal) me dira ce qu'il reproche au billet, on pourra en parler et le modifier pour le rendre plus juste.

Cela dit, n'est pas la première fois qu'Alain Abréal m'agresse sur ce forum, c'est vraiment très désagréable et cela contribue à l'atmosphère étouffante du lieu. Disputes, polémiques, jalousies, agressions, ça devient vraiment pénible d'échanger ici et ça ne s'arrange pas, le moindre sujet est propice à tous les dérapages. Le résultat est simple : la majorités des contributeurs s'en vont et le niveau du forum chute malgré les nouvelles arrivées. On arrête de faire les enfants ou on continue à transformer le forum en cours de récréation pour gamins immatures ? J'ai juste envie de parler cailloux, pourquoi on vient m'agresser gratuitement ?! C'est quand même incroyable, je prends mon temps pour écrire un petit billet sur une nouvelle importante juste pour partager et faut qu'on vienne me prendre la tête pour des peccadilles parce que j'ai vexé cette personne en osant lui dire qu'il avait manqué de rigueur. Punaise, quel exemple...


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J'ai surtout l'impression que les gens s'emportent très rapidement sur ce forum.....

En tout cas, je te remercie pour cette info. Moi qui ne suis pas vraiment dans mon élément en minéralogie, ça me fait plaisir de pouvoir lire ce genre de billet qui reste accessible.

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Bonsoir,

Merci pour le partage !

Question (débile peut-être, je ne sais pas) : on avait jusqu'à maintenant l'habitude de lire (Fex, Mgy)SiO3-perovskite ou post-perovskite dans les papiers scientifiques (où je ne comprends pas tout...). Si le Ruff et l'IMA donnent le nom de Bridgmanite à la MgSiO3-perovskite (puisque c'est apparemment la formule générale retenue dans les deux cas), a-t-on une appellation (tout au moins officieuse) pour la FeSiO3-perovskite ?

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Sympa ton info, merci Lionel

Ruff d'accord, mais mindat n'a rien de très officiel, essaie plutôt celui ci ima-cnmnc pour le côté "officiel"

c'est que tu ne connais pas le fonctionnement de mindat!!! en fait les ajouts d'espèces sont fait par le même staff mineralogiste que l' IMA !!!!

Lionel , manifestement tu n'as pas encore eu affaire au milieux scientifique comme ceux qui ont fait cette étude!!............................c'est encore pire niveau ambiance !! ceci dit merci pour l'info ; j'avais vu l'info minéralogique ainsi que les premières analyses sur inclusions dans les diamants mais pas le côté cristallographique !

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Hello Lionel !

Sujet passionnant que tu lances là ! Je ne suis pas chimiste mais tu connais mon goût prononcé pour les péridots !

Y'a juste une petite question que je me pose : dans le cas de la bridgmanite, il semble que Mg et Fe soient organisés autour de Si de façon non aléatoire comme c'est le cas des olivines en général.

En effet, théoriquement, Mg et Fe se remplacent au hasard dans les sites octaédriques, non ?

Le fait de mettre un coup de pression oblige-t-il ces éléments à suivre une organisation bien définie ?

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Lionel , manifestement tu n'as pas encore eu affaire au milieux scientifique comme ceux qui ont fait cette étude !!!............................c'est encore pire niveau ambiance !! ceci dit merci pour l'info ; j'avais vu l'info minéralogique ainsi que les premières analyses sur inclusions dans les diamants mais pas le côté cristallographique !

Oh si j'ai connu, pendant plus de trois ans, presque 4 et ce n'était pas tendre, mais là, il n'y a pas de pression, rien à publier, rien à prouver, juste de l'échange pur et gratuit, chose qui rend ces comportements puérils vraiment improductifs ici. Mais bon, chacun sa maturité et chacun sa façon de gérer ses blessures narcissiques.

Hello Lionel !

Sujet passionnant que tu lances là ! Je ne suis pas chimiste mais tu connais mon goût prononcé pour les péridots !

Y'a juste une petite question que je me pose : dans le cas de la bridgmanite, il semble que Mg et Fe soient organisés autour de Si de façon non aléatoire comme c'est le cas des olivines en général.

En effet, théoriquement, Mg et Fe se remplacent au hasard dans les sites octaédriques, non ?

Le fait de mettre un coup de pression oblige-t-il ces éléments à suivre une organisation bien définie ?

Normalement il n'y a pas d'ordre Mg/Fe dans ces structures exactement comme les péridots, sinon on change de structure car la symétrie est différente, elle augmente en ajoutant un ordre cationique. Cela existe dans les pérovskites dans une structure particulière que l'on appelle les doubles pérovskites où exactement un octaèdre sur deux est occupé alternativement pas un cation puis l'autre. Là ce n'est pas le cas, j'ai pu lire la publi de Science et c'est vraiment une pérovskite standard. Au passage les mecs qui ont mené l'étude sont solides... ce n'était vraiment pas simple à faire, la bridgmanite était totalement noyée dans une matrice contenant des phases amorphes et cristallisées. Bravo les gars !

Le fait de mettre de la pression n'impose pas forcément un ordre dans la répartition des cations. Mais cela peut-être observé dans la nature, je n'ai malheureusement pas d'exemples en tête. Tu peux obtenir la même chose avec la température (car on peut observer dans certains système comme CoMoO4, qu'une pression forte est équivalente à une température basse au niveau des liaisons).

Question (débile peut-être, je ne sais pas) : on avait jusqu'à maintenant l'habitude de lire (Fex, Mgy)SiO3-perovskite ou post-perovskite dans les papiers scientifiques (où je ne comprends pas tout...). Si le Ruff et l'IMA donnent le nom de Bridgmanite à la MgSiO3-perovskite (puisque c'est apparemment la formule générale retenue dans les deux cas), a-t-on une appellation (tout au moins officieuse) pour la FeSiO3-perovskite ?

La post-pérovskite si ma mémoire est bonne est une évolution à pression et température encore plus élevées de la pérovskite de base MgSiO3. Du peu que je sais, il n'y aurait pas de nom pour la structure pérovskite FeSiO3, mais je ne sais pas tout, c'est évident. Il est cependant fortement probable qu'un chimiste du solide l'ait synthétisé, analysé et nommé. Il faut regarder si des russes n'ont pas travaillé sur le diagramme de phase de la ferrosilite ou de la fayalite.

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Normalement il n'y a pas d'ordre Mg/Fe dans ces structures exactement comme les péridots, sinon on change de structure car la symétrie est différente, elle augmente en ajoutant un ordre cationique. Cela existe dans les pérovskites dans une structure particulière que l'on appelle les doubles pérovskites où exactement un octaèdre sur deux est occupé alternativement pas un cation puis l'autre. Là ce n'est pas le cas, j'ai pu lire la publi de Science et c'est vraiment une pérovskite standard. Au passage les mecs qui ont mené l'étude sont solides... ce n'était vraiment pas simple à faire, la bridgmanite était totalement noyée dans une matrice contenant des phases amorphes et cristallisées. Bravo les gars !

Le fait de mettre de la pression n'impose pas forcément un ordre dans la répartition des cations. Mais cela peut-être observé dans la nature, je n'ai malheureusement pas d'exemples en tête. Tu peux obtenir la même chose avec la température (car on peut observer dans certains système comme CoMoO4, qu'une pression forte est équivalente à une température basse au niveau des liaisons).

Effectivement " bravo les gars" mais en labo c'est bien beau !! tu le dis si bien, le truc est très instable ! Pourtant s'il existe "théoriquement" à l'état naturel, doit bien y 'avoir un truc qui a été zappé ?

Sinon, est-ce une question de paragénèse ? un pseudo" isotype ?" donc que sont devenus Ca et Ti ?Hein on se le demande ??

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Je ne vais pas réécrire l'article du magazine Pour La Science, bien qu'il mériterait quelques compléments, on découvre de nouveau minéraux très souvent mais celui ci a un statut vraiment très particulier. En effet, on a toujours su qu'il existait sous nos pieds à très grande profondeur des quantités colossale d'un minéral de formule (Mg,Fe2+)SiO3 dont la structure est celle de la perovskite. La structure idéalisée de la perovskite est cubique et on peut décrire assez simplement :

Bonne journée à tous !

Merci pour ce texte c'est constructif.

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