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# La pyrite, l'or des fous, SVT, Hervé Kempf, Lycée de l'Elorn

La pyrite en grec "pierre à feu", est ubiquiste et se trouve dans tous les types de roches, sédimentaire, magmatique et métamorphique. La pyrite a une couleur dorée pâle, un éclat métallique brillant et opaque, et dégage une odeur de soufre. Dans un milieu réducteur riche en soufre, le fer cristallise, sous forme de pyrite, disulfure de fer de formule globale FeS2, du système cubique à face centrée ou de son polymorphe la marcassite orthorhombique. Observés à l’œil nu, les cristaux de pyrite sont rarement cubiques parfaits, le plus souvent octaédriques ou dodécaédriques maclés en croix de fer par interpénétration et dont les faces peuvent être striées chez la pyrite triglyphe. Quand la pyrite se développe sans contraintes, elle peut prendre la forme d’un cube parfait. La pyrite est un minéral donc un solide inorganique ionique, naturel, homogène, qui possède une composition chimique définie par l’association d’atomes de fer de symbole Fe et de soufre de symbole S, et une structure atomique ordonnée caractéristique de son état cristallin. Le cristal de pyrite est un minéral dont la croissance aboutit à un solide cubique macroscopique avec les formes géométriques parfaitement définies de l’espèce minérale FeS2. On peut représenter les atomes et les ions par des sphères dures de rayon ionique donné, indéformables, qui ne peuvent s’interpénétrer et qui se disposent dans l’espace en fonction de leur rayon atomique selon les règles établies par Linus Pauling en formant des polyèdres : cube, tétraèdre, octaèdre, ou dodécaèdre. La cohésion du minéral est due à des forces électrostatiques fortes appelées liaisons ioniques mais non dirigées, qu’exercent les uns sur les autres cations chargés positivement et anions souvent plus gros et chargés négativement de façon à maximiser les interactions attractives entre ions de signe opposé et à minimiser les interactions répulsives de même signe. Les ions Fe2+ en rose de rayon ionique 75 pm environ sont plus petits que les ions disulfures S22- ici en jaune de rayon ionique 175 pm environ. Dans ce modèle 3D par simplification pédagogique, l’atome de soufre est représenté par un ion S-. Avec ce 2ème modèle cristallin, on observe la maille élémentaire de la pyrite avec l’affichage de la charge ionique. La maille est le plus petit solide parallélépipèdique de matière cristallisée qui conserve toutes les propriétés géométriques du minéral notamment la loi des angles, et qui contient suffisamment d’atomes pour respecter sa composition chimique brute. La maille est définie par ses 3 dimensions a, b et c dans le trièdres de référence x, y et z et ses 3 angles : alpha entre b et c, bêta entre a et c et gamma entre a et b. Les dimensions de la maille cubique de la pyrite sont fixées par celles des ions de Fe2+ et S- et par leurs interactions ioniques qui déterminent l’un des 14 réseaux de Bravais, le type cubique à face centrée ou CFC. Pour connaître la maille élémentaire, il faut tenir compte des atomes situés sur les bords de la maille qui sont partagés avec les mailles voisines et qui donc ne doivent donc pas être comptés comme ceux de l'intérieur de la maille. Le total donne en tenant compte des ions Fe2+ partagés avec les autres mailles, 4 ions Fe2+ soit 47% en masse et 8 ions S- soit 53% en masse par maille. On constate qu’il y a, par maille, deux fois plus d’anions S- que de cations Fe2+ ce qui confirme l'équilibre des charges et la neutralité globale de la pyrite de formule brute Fe2+S22- . Durant la ruée vers l'or, la pyrite en raison de son éclat doré et brillant a été confondue par certains mineurs avec l’or filonien, également cubique, ce qui lui a valu le surnom d' « or des fous ». En Guyane, l’extraction de l’or se fait à partir de l'exploitation des placiers, alluvions issus de l'érosion de la roche mère dans lesquels de petites pépites et des paillettes d'or plus denses que les autres minéraux se concentrent par gravité. Cette concentration est facilitée par l’ion radicalaires S3- avec lequel l’or forme des complexes très stables de type Au(HS)S3- . L’extraction gravitaire se faisait avec une batée conique artisanale et maintenant de façon industrielle avec une table de lavage vibrante à secousses qui permet de séparer les particules d’or de densité élevée 19 des minéraux plus légers. Cependant la pyrite, moins dense et plus dure est cassante et raye l’or alors que l’or est environ trois fois plus dense mais mou et malléable ce qui permet de les différencier. L’or est constitué uniquement d’atomes d’or de symbole Au et de masse atomique élevée environ 197 g par mole alors que la pyrite FeS2 a une masse molaire plus faible d’environ 120 g par mole. La masse volumique de l’or est de 18,2 grammes par cm3 alors que celle de la pyrite est de 5 grammes par cm3 soit plus de 3 fois moins. Enfin, l’or et la pyrite bien que cristallisant dans le système cubique à face centrée (CFC), n’ont pas la même structure cristalline. H.Kempf