Cookéite

La cookéite a été décrite en 1866 par le minéralogiste George Jarvis Brush[4] et dédiée à Josiah Parsons Cooke (1827-1894), minéralogiste et chimiste américain à l'Université Harvard, Cambridge, Massachusetts[5].

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 (N^o 2.3728)[6].

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[7] (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[8]. 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[7].

La cookéite, de formule LiAl₄(Si₃Al)O₁₀(OH)₈, a une masse moléculaire de 522,16 u, soit 8,67 × 10⁻²⁵ kg. Elle est donc composée des éléments suivants :

Les impuretés souvent rencontrées dans la cookéite sont le fer, le manganèse, le magnésium, le calcium, le sodium et le potassium[8].

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[3].

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).

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).

La cookéite cristallise généralement dans le système cristallin monoclinique. Son groupe d'espace peut être C2[9], Cc[10] (monoclinique) ou C1[11] (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 O²⁻ 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 (Si,Al)₆O₁₈ de tétraèdres (Si,Al)O₄. Les couches sont reliées entre elles par des liaisons hydrogène[12].

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.

• 
  Couche trioctaédrique O, de composition chimique LiAl₂(OH)₆.
• 
  Couche dioctaédrique O', de composition chimique Al₂O₄(OH)₂.
• 
  Couche d'aluminosilicate T-O'-T. Le cercle noir indique les anneaux à six membres.

La couche O contient les cations métalliques Al³⁺ et Li⁺. La distribution de ceux-ci n'est pas ordonnée dans la structure : les sites octaédriques peuvent accueillir soit Al³⁺, 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 différents[note 1], 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 (Si,Al)₆O₁₈ 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[12]. En effet, la brucite Mg(OH)₂ est constituée de couches Mg₃OH₆[13] et le talc Mg₃(Si₄O₁₀)(OH)₂ est constitué de couches Mg₂O₄(OH)₂Si₈O₁₂[14]. Dans la cookéite, les cations Li⁺ et Al³⁺ prennent la place des cations Mg²⁺ 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 ${\displaystyle c}$ pour les cookéites monocliniques).

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 Al₂(Al₂Li)(Si_3,04Al_0,96)O₁₀(OH)₈. Elle cristallise dans le groupe d'espace Cc, avec Z = 4 unités formulaires par maille conventionnelle[10]. Ses paramètres de maille sont ${\displaystyle a}$ = 5,158 Å, ${\displaystyle b}$ = 8,940 Å, ${\displaystyle c}$ = 28,498 Å et β = 96,6° (volume de la maille V = 1 305,41 Å³) et sa masse volumique calculée est 2,66 g/cm³.

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 LiAl₂(OH)₆⁺, sont constituées d'octaèdres (Al,Li)(OH)₆ 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 Al³⁺ 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 1,95 Å pour les octaèdres contenant majoritairement de l'aluminium et 2,11 Å pour les autres[10].

Les couches T-O'-T, de composition Al₂O₄(OH)₂Si₈O₁₂, sont constituées d'une couche O' d'octaèdres AlO₄(OH)₂ contenant exclusivement de l'aluminium, entourée de deux couches T de tétraèdres (Si,Al)₄O₁₀, structurées sous forme d'anneaux à six membres (Si,Al)₆O₁₈ dans lesquels les tétraèdres (Si,Al)O₄ ont une occupation mixte de silicium et d'aluminium. Les cations Al³⁺ des couches O' sont distribués sur deux sites non équivalents par symétrie, avec une longueur de liaison Al-O moyenne de 1,92 Å. Les cations (Si⁴⁺,Al³⁺) des couches T sont distribués sur quatre sites non équivalents, avec une longueur de liaison (Si,Al)-O moyenne de 1,66 Å[10]. 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 (${\displaystyle x}$, ${\displaystyle y}$, ${\displaystyle z=0}$), la deuxième est située au centre de la maille, autour du plan de coordonnées (${\displaystyle x}$, ${\displaystyle y}$, ${\displaystyle z=}$1/2)[note 2]. Ces deux couches sont identiques et équivalentes par le miroir translatoire c de coordonnées (${\displaystyle x}$, ${\displaystyle y}$, ${\displaystyle z=}$1/4)[15] - [note 3]. 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).

Une cookéite de formule (Al_1,85Fe_0,13)(Li_0,65Al_1,96)(Si_3,4Al_0,6)O_10,35(OH)_7,65 provenant du dépôt de bauxite de Djalair en Asie centrale a été décrite dans le groupe d'espace triclinique C1 (Z = 2 unités formulaires par maille), avec les paramètres de maille ${\displaystyle a}$ = 5,14 Å, ${\displaystyle b}$ = 8,90 Å, ${\displaystyle c}$ = 14,15 Å, α = 90,55°, β = 96,2° et γ = 90° (volume de la maille V = 643,49 Å³). Elle présente une masse volumique calculée de 2,69 g/cm³. Sa structure est notée IIa dans la nomenclature des polytypes des chlorites[11].

Le paramètre de maille ${\displaystyle c}$ 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 P1. La symétrie de cette cookéite est P1 ; sa description dans le groupe d'espace non conventionnel C1, 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.

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[7] - [16]. 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.

Spécimen de Couledoux, Haute-Garonne, France.

• Allemagne

Mine d'uranium dans la vallée de la Krunkelbach, Menzenschwand, Forêt-Noire, Bade-Wurtemberg[17]

• Bolivie

Mine Siglo Veinte (XX), Llallagua, province de Rafael Bustillo, département de Potosí[18]

• Canada

Mine Tanco, Lac-du-Bonnet (Bernic Lake), Manitoba[19]

• Chine

Mine Yaogangxian, Xian de Yizhang, Chenzhou, Hunan[20]

• États-Unis

Carrière Mt Mica, Paris, comté d'Oxford, Maine (topotype)[21]

• France

Goutasson, Couledoux, Haute-Garonne, Midi-Pyrénées[22]

• Madagascar

Tsarafara Sud, vallée de Sahatany, champs de pegmatites de Sahatany, Vakinankaratra, province d'Antananarivo[23]

• République tchèque

Huber Stock, Krásno, Horní Slavkov, district de Sokolov, région de Karlovy Vary, Bohême[24]

• Edward Salisbury Dana (1892) The System of Mineralogy of James Dwight Dana, 1837–1868, John Wiley & Sons, New York (NY), 6^e éd., 1134 p., p. 625
• (en) William Alexander Deer, R. A. Howie et J. Zussman, Rock-forming minerals, vol. 3 : Sheet silicates, John Wiley & Sons, 1963, p. 131-163.
• (en) S. W. Bailey et J. S. Lister, « Structures, compositions, and X-ray diffraction identification of dioctahedral chlorites », Clays Clay Min., vol. 37, n^o 3,‎ juin 1989, p. 193-202 (ISSN 0009-8604, résumé).