Zircon

Image MEB - CL d'un grain détritique de zircon.

Le zircon cristallise dans le système cristallin tétragonal (classe cristalline 4/m 2/m 2/m) et présente une dureté relative de 6,5 à 7,5 sur l'échelle de Mohs. Parfois incolores, les zircons ont une couleur naturelle qui varie de doré à rouge et brun, mais ils peuvent aussi être verts, bleus ou noirs. La poussière de zircon est blanche. Le zircon peut être chatoyant, c'est-à-dire montrer un effet « œil de chat » sur les pierres taillées en cabochon. Les spécimens, qui par leur taille et leur pureté sont considérés comme des pierres précieuses, sont appréciés comme substitut des diamants, avec lesquels on les confond souvent.

Des cristaux de zircon, sous forme de grains inclus dans des roches plus récentes, sont les plus anciens témoins minéraux terrestres connus. Les plus vieux remontent à 4,3 ou 4,4 Ga, soit 150 Ma après la formation de la planète. Le minéral zircon se forme pendant la genèse de roches plutoniques communes, principaux constituants « granitoïdes » de l'écorce terrestre, en particulier les granites et les roches alcalines telles la pegmatite ou la syénite. Il apparaît avec les produits précoces de la cristallisation primaire des roches magmatiques. Ces minéraux sont le quartz, les feldspaths plagioclases et potassiques, la hornblende, la biotite, la chlorite, la muscovite, le rutile, l'apatite, la pyrite et la monazite.

C’est un minéral rare dans les basaltes mais relativement fréquent dans les granites, les gneiss, les syénites et les pegmatites, souvent en inclusions dans la biotite contenue dans ces roches.

Dans les roches métamorphiques, le zircon se présente sous forme recristallisée ou épitactique. On trouve dans les sédiments des zircons détritiques, c'est-à-dire des grains transportés et charriés par l'érosion. Les zircons ont en général une taille moyenne comprise entre 100 et 300 µm, par ex. dans les roches granitiques. Toutefois ils atteignent occasionnellement la taille de plusieurs centimètres, surtout dans les pegmatites, ou après transport, dans des alluvions (placers).

L'analyse de la forme et de l'édifice cristallin des zircons renseigne sur leurs conditions de formation et leur croissance future.

Le zircon contient fréquemment des impuretés et divers corps ou minéraux sous forme d'inclusions. La forme oxyde théorique du zircon est composée de 67,1 % ZrO₂ et de 32,9 % de SiO₂. D'après Rösler (1991) elle peut, dans certains cas extrêmes, contenir jusqu'à 30 % d'oxyde d'hafnium (HfO₂), 12 % d'oxyde de thorium (ThO₂) ou 1,5 % d'oxyde d'uranium (UO₂). La densité monte corrélativement à 4,3–4,8 g·cm^-3.

Les zircons des granites contiennent presque toujours U et Th en remplacement isomorphique de Zr et la détermination des rapports Th/U ou Pb/U sert à déterminer l’âge des granites, ce groupe est donc très important en géologie.

La thorite et l’uranothorite sont facilement hydratées sans que cela détruise la structure, on a :

• la thorogummite : (Th, U) (Si, H₄)O₄ ;
• la coffinite : U(Si, H₄)O₄.

De formule générale XSiO₄ où X⁴⁺ peut être Zr⁴⁺ de diamètre 0,79 Å ou Th⁴⁺ de diamètre 1,02 Åou encore U⁴⁺ de diamètre 0,97 Å.

Quadratique, une maille contient quatre molécules.

L'édifice cristallin de nombreux zircons est localement détruit par l'action de rayons de haute énergie (état dit « métamicte ») : ces cristaux exhibent généralement une couleur brun sombre. À l'état métamicte, de l'eau peut être absorbée par la matrice, avec pour conséquence un effondrement caractéristique de la densité et de la dureté de la roche.

Carte des principaux pays producteurs de zircons dans le monde.

Le zircon est le principal minerai de zirconium et de hafnium, tous deux utilisés dans les réacteurs nucléaires mais pour des raisons opposées : le premier est transparent aux neutrons, le deuxième les absorbe.

On rencontre les zircons le plus souvent dans les alluvions métallifères, où l'on trouve occasionnellement les gemmes libres de toute gangue. Les alluvions les plus riches en zircons se trouvent en Inde, aux États-Unis, en Australie, à Ceylan ou en Afrique du Sud.

Par leur indice optique élevé (indice optique de 1,95, comparé au diamant : 2,4, à la zircone : 2,2 et au quartz : 1,5) les spécimens les plus gros sont taillés en cabochon. Par traitement thermique, la couleur de zircons bruns ou troubles peut être modifiée, et passer selon le degré de chauffage à translucide, bleue ou dorée.

Le verre de zircon est employé comme sarcophage de déchets radioactifs (par ex. du plutonium) pour le stockage de déchets, sarcophage qui, selon les recherches actuelles, contient la radioactivité au moins 2 000 ans.

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