Gypse | caractéristiques physico-chimiques

Caractéristiques physico-chimiques

Le minéral pur est léger, de densité 2,317. Ses faces cristallines ont un aspect vitreux translucide, nacré ou soyeux, bien observable lorsque le solide gypseux est incolore ou légèrement coloré. Tendre, rayable à l'ongle en laissant une trace blanche, il se fend et se délite aisément. Le minéral a servi d'étalon pour définir le degré de dureté 2 dans l'échelle de Mohs à l'origine.

Critères de détermination

Le gypse est légèrement soluble dans l'eau pure, soit une solubilité maximale de 2,5 g par litre dans les conditions normales de température et de pression. La solubilité du gypse, pour 100 g d'eau pure, n'est que 0,223 g à °C (eau froide) et 0,257 g à 50 °C[17]. La solubilisation est plus efficace entre 30 et 40 °C. Le passage en solution ou dissolution est en général imperceptible à l'œil. L'eau qui a solubilisé du gypse était nommée par les anciens chimistes eau séléniteuse, ou autrefois "eau de lune" dans la tradition médiévale des plâtriers. Cette eau séléniteuse est impropre à la cuisson des aliments et au savonnage du linge[18]. Elle était autrefois détestée par les lavandières et les ménagères ou cuisinières, mais aussi par les forgerons et les tailleurs de pierre, car le gypse ou les composés de la famille des sulfates de calcium, anhydrites, plâtres, mirabilite... plus ou moins solubles, ou portés par les poussières après asséchement favorisent la rouille du fer, comme une altération plus précoce des pierres. La décomposition de l'eau séléniteuse, sous l'action de matières organiques en milieu anaérobie, est d'ailleurs pestilentiel, en dégageant du gaz hydrogène sulfuré H2S.

Le minéral gypse ne peut être caractérisé par une effervescence aux acides. L'eau chargée de dioxyde de carbone ou légèrement acide n'a aucun effet sur le minéral. Le gypse est toutefois soluble dans les acides forts, en particulier facilement l'acide chlorhydrique à chaud. Il est aussi soluble dans le glycérol, les solutions diluées d'acides, de sels d'ammonium, de peroxodisulfate de sodium, voire de chlorure de sodium et/ou de chlorure de magnésium. Toutes ces dernières solutions diluées favorisent la dissolution du gypse. Il est insoluble dans les alcalins et les solvants organiques courants.

Une lame transparente de gypse blanchit puis s'effrite lorsqu'elle est chauffée légèrement. Elle tombe en poudre après avoir généré un brouillard humide. Le test de chauffe, s'il est réalisé dans un tube à essai en verre suffisamment allongé, ne laisse au fond du tube qu'une petite masse poudreuse et une buée caractéristique, se condensant et se rassemblant en petite gouttelettes d'eau, sur les parois du tube les plus éloignées de la zone de chauffe.

Placé dans une flamme, le gypse décrépite, blanchit et s'exfolie.

Chauffé entre 120 et 130 °C, ce corps minéral se décompose en une poudre fine d'hémihydrate de sulfate de calcium, encore communément dénommée le plâtre ou correspondant en minéralogie à la bassanite[19].

CaSO4.2H2O solide cristal → CaSO4. ½H2Opoudre ou masse solide plus ou moins pulvérulente + 3/2H2O vapeur d'eau

Dans les conditions normales de pression, la perte des trois demi-moles de la réaction ci-dessus est rapide à 128 °C. Mais la perte de deux moles d'eau peut être complète à 163 °C, avec la réaction suivante :

CaSO4. ½H2Opoudre ou masse solide → CaSO4poudre d'anhydrite ou masse anhydre + 1/2 H2O vapeur d'eau.

En pratique, les réactions présentées restent indicatives. De 60 °C à 200 °C, avec des cinétiques variables, différentes formes allotropiques métastables d'hémihydrates puis d'anhydrites apparaissent. Elles doivent être souvent réduites en poudre, car la plupart ne possède pas une consistance pulvérulente dès leurs formations.

Ajoutons sommairement que le gypse, comme l'anhydrite, est utilisé pour la fabrication industrielle du plâtre. Par chauffage, on obtient un sulfate hémihydraté qui, après broyage, forme un liant qui se réhydrate en gypse au contact de l'eau. La prise du plâtre peut s'expliquer par un feutrage d'aiguilles de gypse renaissant.

Le gypse possède des propriétés plastiques caractéristiques des minéraux d'évaporites, soumis à forte pression, il peut s'écouler et constituer une semelle de glissement, par effet de gravité ou de pression tangentielle. Les montagnes qui reposent sur des bancs de gypse sont susceptibles d'être glissées, versées ou coulissées au loin par des nappes de charriage.

Variétés

Le gypse cristallise selon des faciès très différents et possède ainsi, du fait des nombreux aspects de ses cristaux, des variétés extrêmement diverses. Les cinq premières variétés, parfois microcristallines ou à petits cristaux compacts ou enchevêtrés, sont surtout présentes dans la roche. Ce sont principalement des variétés d'habitus :

  • Le gypse lamelleux, commun dans les bancs d'évaporites, a des cristaux allongés ou tabulaires, à l'état de lamelle.
  • albâtre gypseux : variété grenue de gypse massif à grains fins à très fins ; elle est translucide à blanche. Les masses granulaires, d'aspect cireux, sont parfois veinées ou litées. À noter que le terme albâtre n'est pas propre au gypse et à sa roche mais s'étend aux calcaires ;
  • gypse fibreux : variété en couches à fibres parallèles, à éclat satiné, ou en concrétions à fibres courbées. On les trouve dans les fissures ou au contact de l'anhydrite. Elle correspond à la pierre à plâtre ou provient souvent de l'évolution de l'anhydride soluble naturelle ;
    • Le gypse "corne de bélier" est formée de longs et fins cristaux fibreux qui épousent ce motif courbe.
    • Le spath satiné se caractérise par les reflets soyeux de ses cristaux fibreux, assemblés en masse fibreuse nacrée et satinée.
  • gypse saccharoïde : variété de gypse en masses granulaires compactes et plus ou moins grossières, en particulier fort commune dans le bassin parisien où il constitue la roche gypseuse, à cassure brillante, analogue au sucre, dont le nom dérive du latin saccharum ou du grec sakkharon, sucre et du suffixe d'origine gréco-romaine -oïde, signifiant globalement "en forme de sucre ou de masse sucrée" ou " ayant l'aspect du sucre" ;
  • la pierre à plâtre commune ou du commerce, en masse cristalline compacte et faiblement calcareuse
  • ordite : variété qui est en fait une pseudomorphose de gypse d'un minéral non identifié, découverte à Orda, dans le kraï de Perm, en Russie ;
Gypse en forme de rose des sables trouvée en Tunisie.
  • gypse lenticulaire : plus rarement, le gypse se trouve sous forme de grands cristaux transparents, tabulaires ou maclés. Les cristaux du gypse sont bien connus des chimistes pour leur facilité à former des macles ou associations de faces cristallines. Ils peuvent être « en fer de lance », « en queue d'hirondelle » ou former des « roses des sables » :
    • le gypse en fer de lance est le résultat de la macle de deux grands cristaux lenticulaires. À la loupe ou à l'œil nu, un fer de lance est formé d'une macle ou union de deux cristaux géants suivant une ligne médiane bien visible qui représente le plan visible d'union ou macle ; La mine Case of Swords, à Naica, dans l'état désertique de Chihuahua, au Mexique, dévoile de gigantesques épées de gypse, dépassant souvent deux mètres. Cette mine de Naïca permet même de voir des cristaux géants de ce minéral dépassant 11 mètres de long.
    • il existe aussi des macles simples dites pieds d'alouette, en queue d'aronde (favorisant les cristaux prismatiques), en queue d'hirondelle... ;
    • les roses des sables sont des cristallisations lenticulaires de gypse dont la disposition rappelle les pétales de roses. Elles se forment principalement dans les sebkhas par évaporation d'eau infiltrée sur des grains de quartz ou de sables support qui peuvent en constituer parfois plus de la moitié de la masse. La rose des sables est ainsi le résultat de multiples associations maclées de gypse ou de l'enchevêtrement de cristaux lenticulaires dont les concrétions, en lentilles jaunâtres et saccharoïdes, forment des masses isolées, associant le plus souvent des sables de nature variée. Ces cristallisations se rencontrent dans des terrains tendres (sable, argile), principalement dans les déserts, mais peuvent aussi se rencontrer dans les zones tempérées, notamment en France. Les plus connues et plus belles proviennent des marges sahariennes du Maghreb (Algérie, Maroc, Tunisie) ou désertiques des États-Unis (Arizona, Nouveau-Mexique)[20].
    • Les masses cristallines de concrétion cristalline de gypse, zonées par l'arrangement ordonné des cristaux, donnent des onyx gypseux.

Cristallochimie

La structure cristalline du gypse apparaît simple, avec ses feuillets de [Ca(SO4)]0 électriquement neutres maintenus par des molécules d'eau (H20)0[21]. Les groupes de tétraèdres SO42-, contenant le soufre au centre d'un tétraèdre et les quatre oxygènes aux quatre sommets, sont indépendants et disposés sur deux plans parallèles. Ils sont liés chacun par un de leurs atomes d'oxygène à trois cations Ca2+. Les cations Ca2+ au tiers de l'épaisseur du feuillet sont situés entre trois groupes SO42-. Ils sont entourés de six oxygènes, en plus de deux molécules d'eau (H20)0 placées sur un plan externe au feuillet.

La cohésion interne au feuillet est bien supérieure à la cohésion entre feuillets, assurée uniquement par liaisons faibles de van der Waals entre les molécules d'eau homologues de deux feuillets voisins. Cette dernière est encore plus faible si l'ion Na+ s'y installe.

Cette architecture ionique permet d'expliquer les trois clivages du gypse, le premier qualifié de "facile et parfait", le second de "bon", et le troisième fibreux. Les chimistes peuvent aussi commencer à raisonner sur l'application industrielle majeure du gypse, la confection du plâtre. Remarquons que, généralement, le clivage microscopique des grands cristaux appartenant au système cristallin monoclinique, classe prismatique, est facile. Mais les feuillets se courbent sans avoir l'élasticité propre au mica.

Le gypse est le représentant d'un groupe isostructurel, le groupe du gypse :

  • ardealite (it) Ca2(PO3OH)(SO4)·4H2O, Cc, m ;
  • brushite Ca(PO3OH)·2H2O, I2/a, 2/m ;
  • churchite-(Nd) Nd(PO4)·2H2O ;
  • churchite-(Dy) (Dy,Sm,Gd,Nd)(PO4)·2H2O ;
  • churchite-(Y) YPO4·2H2O, A2/a, 2/m ;
  • gypse CaSO4·2H2O, A2/a, 2/m ;
  • pharmacolite CaH(AsO4)·H2O.

Cristallographie

La forme cristalline dérive d'un prisme rhomboïdale oblique.

  • Paramètres de la maille conventionnelle : = 5,68 Å, = 15,18 Å, = 6,29 Å, β = 113,833° (V = 496,09 Å3), Z = 4 unités formulaires par maille
  • Densité calculée = 2,31 g/cm3
Cristaux isolés

Les cristaux isolés peuvent être en forme de bloc, biseautée, prismatique à tabulaire, lamellaire, lenticulaire... Ils sont très souvent maclés. Les cristaux de petite taille se regroupent souvent en pied d'alouette. Les cristaux de grande taille s'apparient souvent en fer de lance. Certains cristaux s'associent en lames ou en petits filons fibreux. Il existe même des cristaux tabulaires ou lenticulaires, à faces légèrement courbes, mais l'analyse chimique révèle des impuretés de NaCl.

Les variétés de gypse de grande taille dénommées autrefois individuellement « une sélénite » attestée en 1611 en français moderne, atteignent quelques centimètres ou même quelques décimètres. On les trouve souvent dans les sables ou les argiles à proximité des bancs gypseux. Il désigne pour les collectionneurs un gypse aux fins cristaux en lamelles transparentes, multidirectionnelles, ou encore un habitus cristallin gigantesque rassemblant les cristaux les plus énormes. Dans ce dernier cas, comme dans la mine mexicaine de Cave of Swords à Naica, des "cristaux de sélénite" transparents, marqués de stries verticales, à face apicale et à éclat perlé, atteignent la dimension d'un cercueil d'homme. Cet emploi technique s'est maintenu sous influence anglo-saxonne, alors que l'usage du mot français s'amenuisait. Les cristaux de très grande taille sont ainsi toujours dénommées sélénites ou "gypse sélénite" par les collectionneurs.

Clivage

Il existe principalement deux clivages formant un angle de 60°. Le premier sur (010) est très parfait. Il apparaît micacé, en lames et écailles parfois très minces, un peu flexibles, mais néanmoins non élastiques.

Avec un couteau à lame mince, il est facile de procéder à la division d'un grand cristal transparent en fines lames. Chaque lame, sous l'effet d'un léger choc, se fragmente à son tour, suivant deux séries de fêlures, se croisant à 60°.

Other Languages
Afrikaans: Gips
aragonés: Cheso (mineral)
العربية: جص
asturianu: Yelsu
azərbaycanca: Gips (mineral)
башҡортса: Гипс
беларуская: Гіпс
беларуская (тарашкевіца)‎: Гіпс
български: Гипс
bosanski: Gips
català: Guix
čeština: Sádrovec
dansk: Gips
Deutsch: Gips
Ελληνικά: Γύψος
English: Gypsum
Esperanto: Gipsoŝtono
español: Yeso (mineral)
eesti: Kips
فارسی: سنگ گچ
suomi: Kipsi
Gaeilge: Gipseam
galego: Xeso
עברית: גבס
हिन्दी: हरसौंठ
hrvatski: Gips
magyar: Gipsz
Հայերեն: Գիպս
Bahasa Indonesia: Gipsum
Ido: Gipso
日本語: 石膏
ქართული: თაბაშირი
қазақша: Гипс
ಕನ್ನಡ: ಜಿಪ್ಸಂ
한국어: 석고
kurdî: Ceps
Кыргызча: Гипс
Latina: Gypsum
lietuvių: Gipsas
latviešu: Ģipsis
македонски: Гипс
монгол: Гөлтгөнө
မြန်မာဘာသာ: ဂျစ်ပဆမ်
Plattdüütsch: Gips
Nederlands: Gips
norsk nynorsk: Gips
norsk: Gips
occitan: Gip
ਪੰਜਾਬੀ: ਖੜੀਆ ਮਿੱਟੀ
polski: Gips
پنجابی: جپسم
português: Gipsita
Runa Simi: Quntay
română: Gips
русский: Гипс
саха тыла: Гиипсэ
sicilianu: Jissu (minirali)
Scots: Gypsum
srpskohrvatski / српскохрватски: Gips
Simple English: Gypsum
slovenčina: Sadrovec
slovenščina: Sadra
српски / srpski: Гипс
svenska: Gips
தமிழ்: ஜிப்சம்
Türkçe: Alçı taşı
ئۇيغۇرچە / Uyghurche: گىپىس
українська: Гіпс
oʻzbekcha/ўзбекча: Gips
Tiếng Việt: Thạch cao
吴语: 石膏
中文: 石膏
粵語: 石膏