Olivine - Définition

Composition

La formule générale des olivines est XYTO₄, où :

• T = cation tétraédrique (Si) ;
• Y = cation bivalent dans les sites octaédriques M2 ;
• X = cation bivalent dans les sites octaédriques M1.

La composition des olivines naturelles est comprise dans un tétraèdre ayant pour sommets les phases :

• forstérite (Fo) : Mg₂SiO₄ ;
• fayalite (Fa) : Fe₂SiO₄ ;
• téphroite : Mn₂SiO₄ ;
• calcio-olivine : Ca₂SiO₄.

Le membre calcique est un constituant important du ciment portland et des scories métallurgiques. Il entre aussi dans la composition des fertilisants agricoles. Il donne plusieurs polymorphes et dans la nature il se présente rarement avec structure olivine, bien que celle-ci soit la phase de basse température.

Dans le tétraèdre de composition on observe deux lacunes de miscibilité, qui correspondent aux phases :

• CaMgSiO₄ monticellite ;
• CaFeSiO₄ kirchsteinite.

Par analogie, on donne aussi un nom particulier aux deux composants intermédiaires même s’ils ne sont pas des phases intermédiaires :

• MnMgSiO₄ picrotephroite ;
• MnFeSiO₄ knebelite.

Le long de l’axe Fo - Fa, où on trouve les olivines les plus importantes, qui sont classées dans la manière suivante :

• Fo100-Fo90 : forstérite ;
• Fo90-Fo70 : chrysolite ;
• Fo70-Fo50 : hyalosidérite ;
• Fo50-Fo30 : hortonolite ;
• Fo30-Fo10 : ferrohortonolite ;
• Fo10-Fo0 : fayalite.

Des olivines contenant d'importantes quantités de zinc et de teneur mineure en nickel et chrome sont aussi connues.

Polymorphisme

Mg₂SiO₄ se présente avec la structure olivine dans la croûte terrestre et jusqu’à la partie supérieure de la zone de transition du manteau. Au milieu de la zone de transition, aux alentours de 520 km de profondeur, l’olivine se transforme en wadsleyite ou β-Mg₂SiO₄ à structure spinelle modifiée, contenant des groupes Si₂O₇. À des profondeurs plus importantes, à la base de la zone de transition du manteau, c’est la ringwoodite ou γ-Mg₂SiO₄, à structure spinelle, qui devient stable.

Dans la série Fo-Fa on n’observe pas de polymorphisme et même des membres moins communs (ex. nickélifères) ont une structure olivine.

Cristallographie

Structure cristalline de l'olivine Mg₂SiO₄ projetée sur le plan (a, b). Vert: Mg, jaune: Si, bleu: O. Le parallélépipède noir représente la maille conventionnelle.

L'olivine Mg₂SiO₄ cristallise dans le groupe d'espace Pnma, avec les paramètres de maille a = 10,091 Å, b = 5,961 Å et c = 4,730 Å (Z = 4). Le volume de la maille conventionnelle est 284,52 Å³, la densité calculée 3,285 g/cm³.

L'olivine est un nésosilicate : les tétraèdres SiO₄ sont isolés les uns des autres par les ions Mg²⁺ dans la structure. Il y a deux sites non-équivalents pour les ions Mg²⁺, Mg1 et Mg2 (en vert clair et vert foncé respectivement sur la figure), qui sont en coordination octaédrique d'oxygène. Les octaèdres MgO₆ sont reliés entre eux par leurs arêtes et forment des chaînes parallèles à la direction b.

Gisements

Basalte à olivine provenant du Piton de la Fournaise.

• En France, près de Langeac et du Puy-en-Velay en Haute-Loire et à Allanche dans le Cantal.
• Sur l’île de La Réunion au Piton de la Fournaise, on trouve dans les coulées de basalte des macrocristaux d'olivine.
• On en trouve également sur l'île de Lanzarote.