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Magnétite

minéral de minerai de fer
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Cet article possède un paronyme, voir Magnésite.

La magnétite est une espèce minérale composée d'oxyde de fer(II,III), de formule Fe3O4 (parfois écrit FeO·Fe2O3), avec des traces de magnésium Mg, de zinc Zn, de manganèse Mn, de nickel Ni, de chrome Cr, de titane Ti, de vanadium V et d'aluminium Al. La magnétite est un matériau ferrimagnétique.

Magnétite
Catégorie IV : oxydes et hydroxydes[1]
Image illustrative de l’article Magnétite
Magnétite et pyrite - Italie.
Général
Nom IUPAC tétraoxyde de trifer
Numéro CAS 1309-38-2 (magnétite)
1317-61-9 (tétraoxyde de trifer)
Classe de Strunz
4.BB.05
Classe de Dana
7.2.2.3
Formule chimique Fe2+ Fe23+O4
Identification
Masse formulaire 231.54 uma
Couleur métallique, gras, mat.
Système cristallin cubique
Réseau de Bravais faces centrées F
Classe cristalline et groupe d'espace hexakisoctaédrique ;
F d3m (no 227)
Macle macle sur {111} par contact
Clivage partiel sur {111}
Cassure irrégulière, subconchoïdale
Habitus cristaux octaédriques
Échelle de Mohs 6
Trait noir
Éclat submétallique
Propriétés optiques
Fluorescence ultraviolet aucune
Transparence opaque
Propriétés chimiques
Masse volumique 5,2 g cm−3 à 20 °C g/cm3
Température de fusion 1 538 °C
Solubilité soluble dans l'acide chlorhydrique[2]
Propriétés physiques
Magnétisme fortement magnétique
Radioactivité aucune
Précautions
SIMDUT[3]

Produit non contrôlé
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
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Les variétés riches en titane sont qualifiées de magnétites titanifères, ou plus souvent de titanomagnétites.

Des cristaux de magnétite peuvent être biominéralisés, c'est-à-dire biosynthétisés par certaines espèces vivantes[4], qui semblent pouvoir les utiliser pour s'orienter dans l'espace.

Historique de la description et appellations

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Article détaillé : Aimant#Histoire.

Étymologie

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La magnétite est connue depuis au moins l'âge du fer ; la première mention écrite date de Pline l'Ancien en 77 ; elle est décrite par Wilhelm Karl Ritter von Haidinger en 1845 ; son nom dérive de l'allemand Magnetit, mot lui-même dérivé du latin magnes, magnetis signifiant aimant et dérivant ultimement du nom de la province de Magnésie, riche en magnétite.

Topotype

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Magnésia, Thessalie (Grèce).

Synonymie

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  • aimantine
  • diamagnétite (Shepard 1852)[5]
  • ferroferrite (le)[6]
  • fer oxydé magnétique
  • fer oxydulé (Dufrénoy 1845)[7]
  • héraclion : la magnétite était abondante à Héraclée en Lydie[8]
  • morpholite
  • pierre d'aimant
  • pierre du nord

Caractéristiques physico-chimiques

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Propriétés physiques

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Habitus
Elle forme des cristaux typiquement octaédriques, plus rarement dodécaédriques, exceptionnellement cubiques, qui peuvent atteindre près de 25 cm[9].
Magnétisme
À une température de 580 °C (point de Curie), le magnétisme disparaît pour réapparaître ensuite en refroidissant. La rémanence est de l'ordre de 480 Gauss. Ce minéral est un conducteur électrique.

Cristallochimie

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Le groupe du spinelle

Rassemble des espèces de structure similaire. Il existe plus de 20 espèces. La formule générique est XY2O4 où X représente un métal divalent (magnésium, fer, nickel, manganèse et/ou zinc) et Y un métal trivalent (aluminium, fer, chrome et/ou manganèse, titane).

 

Cristallographie

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Structure cristalline de la Magnétite.

Gîtes et gisements

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Gîtologie et minéraux associés

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Gîtologie

C'est un minéral ubiquiste commun, que l'on trouve dans de nombreux types de roches.

  • Roches intrusives : dans les diorites et les gabbros, ainsi que dans leurs équivalents volcaniques (andésite et basalte).
  • Roches métamorphiques : minéral classique dans les skarns, elle y est introduite par métasomatose dans les roches calcaires.
  • Formations hydrothermales : elle peut y être présente comme minéral accessoire. Dans les fentes alpines, elle existe en très beaux échantillons (en Italie et en Suisse).
  • Roches sédimentaires : la magnétite peut se rencontrer comme élément lourd détritique dans les sédiments ; des gisements de sables à magnétite sont exploités dans le nord de la Nouvelle-Zélande.
  • Dépôt de fumerolles volcaniques : Vésuve et de l'Etna ; son faciès peut y être arborescent ou dendritique.
  • Présent dans certaines météorites.
Minéraux associés

Gisements producteurs de spécimens remarquables

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Il est présent dans la plupart des concentrés de batée des orpailleurs et peut être séparé aisément à l'aide d'un aimant. On le trouve aussi en Autriche dans des schistes verts où les cristaux peuvent dépasser facilement les 5 mm d'arêtes.

Des cristaux mal formés de 250 kg ont été trouvés à Faraday en Ontario au Canada et dans les pegmatites de Teete au Mozambique.

Exploitation des gisements

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Utilisations
  • C'est l'un des principaux minerais de fer.
  • Colorant : pigment primaire pour la terre d'ombre et la terre de Sienne.
  • Principal composant de la poudre de ferrites utilisée pour la fabrication des aimants.
  • Datation des coulées de laves du fait de ses propriétés ferrimagnétiques, la magnétite est utile en paléomagnétisme car elle enregistre les variations de l'orientation du champ magnétique terrestre. Grâce à la magnétite on a pu ainsi déterminer sur des coulées rapprochées qu'à chaque inversion du dipôle terrestre il y a une phase de transition de 1 000 ans où le champ magnétique peut s'inverser en 3 jours.
  • Biologie : Selon des recherches réalisées par deux biologistes américains, Gould et Kirschvink, les cellules de l'être humain renferment des cristaux de magnétite, ce qui pourrait amener à comprendre les propriétés bio-électromagnétiques du corps humain[10]. On croyait à tort que le pigeon avait de la magnétite, présente à trois endroits bien distincts et en quantités différentes, à l'intérieur de son bec, ce qui l'aurait aidé à se diriger en vol[11]. Ces affirmations ont cependant été réfutées[12],[13].
  • Élimination de l'arsenic dans l'eau[14]

La magnétite et le vivant

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De la magnétite est normalement présente sous forme de cristaux biominéralisés dans certains organes chez diverses espèces animales, où elle pourrait jouer un rôle dans le sens de l'orientation[15].
Chez l'humain on en a trouvé dans plusieurs zones du cerveau, dont les lobes frontaux, les lobes pariétaux, les lobes occipitaux et temporaux, mais aussi dans le tronc cérébral, le cervelet et les Ganglions de la base[15],[16]. Le fer s'y trouve sous trois formes : l'hémoglobine (circulant dans le sang), la ferritine (protéine) et en faible quantité sous forme de magnétite. Les zones du cerveau impliquées dans la fonction motrice contiennent généralement plus de fer[16],[17]. L'hippocampe (zone du traitement de l'information, de l'apprentissage et de la mémoire) en contient aussi[16].

Une hypothèse (biomagnétisme), est que, comme de nombreux animaux, l'être humain a ou aurait conservé un sens magnétique relictuel[18], que certaines personnes douées d'un très bon sens de l'orientation utiliseraient inconsciemment, et ceci nécessiterait la présence de cristaux de magnétite (réagissant au champ magnétique terrestre)[19]. Les fonctions de la magnétite dans le cerveau sont encore incomprises[20].

Le fer est un oligoélément absolument vital, mais, à dose anormalement élevée dans le cerveau, la magnétite peut avoir des effets neurotoxiques, au moins en raison de sa nature chargée ou magnétique et de son implication dans le stress oxydatif ou la production de radicaux libres[21] ; en effet il a été démontré que les plaques bêta-amyloïdes et la protéine Tau associées aux maladies neurodégénératives surviennent fréquemment après un stress oxydatif et la biominéralisation de fer dans le cerveau[16].

Le microscope électronique permet de très facilement distinguer les cristaux de magnétite, naturellement produits et stockés par les cellules du corps (cristaux aux formes complexes), de la magnétite provenant de la pollution atmosphérique (nanoparticules lisses et arrondies issues des pots d'échappement et des processus de combustion/incinération qui peuvent remonter jusqu'au cerveau le long du nerf olfactif, en augmentant la concentration de magnétite dans le cerveau et en y introduisant une forme anormale de magnétite)[16],[21]. Des nanoparticules de magnétite inhalées pourraient aussi passer dans le sang via les poumons et passer au travers de la barrière hématoencéphalique. Des autopsies (d'enfants et adultes) ont montré que, dans les régions où l'air est très pollué (Mexico par exemple), le cerveau humain pouvait contenir un taux de particules de magnétite jusqu'à environ 100 fois plus élevé que la normale, et associé à une dégénérescence neuronale et à des maladies neurodégénératives plus ou moins graves selon les cas[22]. Ce travail dirigé par la professeure Barbara Maher (Université de Lancaster) conclut à un lien causal (plausible, mais à confirmer avec la maladie d'Alzheimer) car en laboratoire les études suggèrent que des oxydes de fer de type magnétite sont une composante des plaques de protéines anormales qui se forment dans le cerveau des maladies d'Alzheimer[23].

Des taux anormaux de fer (fer magnétique notamment) ont été mesurés dans certaines zones du cerveau de patients victimes de la maladie d'Alzheimer[24]. La surveillance de ces taux pourrait être un indicateur de perte de neurones et du développement de certaines maladies neurodégénératives, avant même l'apparition des symptômes[25],[24] (en raison de la relation entre la magnétite et la ferritine)[16]. Dans les tissus, la magnétite et la ferritine peuvent créer de petits champs magnétiques interagissant avec l'imagerie par résonance magnétique (IRM) en créant un contraste sur l'image[24].

La maladie de Huntington n'a jamais été associée à un niveau accru de magnétite, mais des niveaux élevés ont été trouvés dans le modèle animal (souris de laboratoire)[16].

Notes et références

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  1. ↑ La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.
  2. ↑ (en) Thomas R. Dulski, A manual for the chemical analysis of metals, vol. 25, ASTM International, , 251 p. (ISBN 0-8031-2066-4, lire en ligne), p. 71
  3. ↑ « Oxyde de fer noir » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 24 avril 2009
  4. ↑ Lowenstam HA (1962) Magnetite in denticle capping in recent chitons (Polyplacophora). Bull. Geol. Soc. Am. 13, 435-438
  5. ↑ Shepard (1852), American Journal of Science: 13: 392.
  6. ↑ Colloques internationaux du Centre national de la recherche, Numéro 27 Par Centre national de la recherche scientifique (France) p. 80 1950
  7. ↑ Traité de minéralogie, Volume 2 Par Ours Pierre Armand Petit Dufrénoy p. 462 1845
  8. ↑ Encyclopédie, ou dictionnaire raisonné des sciences, des arts, Volume 17 Par Denis Diderot,Jean Le Rond d'Alembert p. 279 1778
  9. ↑ The Handbook of Mineralogy Volume IV, 2000 Mineralogical Society of America by Kenneth W. Bladh, Richard A. Bideaux, Elizabeth Anthony-Morton and Barbara G. Nichols
  10. ↑ Kirschvink, J.L. and Gould, J.L., "Biogenic magnetite as a basis for magnetic field sensitivity in animals ," Bio Systems 13 (1981) 181-201.
  11. ↑ Marianne Hanzlik, Christoph Heunemann, Elke Holtkamp-Rötzler, Michael Winklhofer, Nikolai Petersen and Gerta Fleissner. Superparamagnetic Magnetite in the Upper Beak Tissue of Homing Pigeons. BioMetals 13 (2000) 325-331
  12. ↑ Quentin Mauguit Futura, « Le bec des pigeons n’est pas une boussole », sur Futura (consulté le )
  13. ↑ Zone Science- ICI.Radio-Canada.ca, « Le 6e sens des pigeons reste un mystère », sur Radio-Canada.ca (consulté le )
  14. ↑ Cafer T. Yavuz, J. T. Mayo, Carmen Suchecki, Jennifer Wang, Adam Z. Ellsworth, Helen D’Couto, Elizabeth Quevedo, Arjun Prakash, Laura Gonzalez and Christina Nguyen, et al., "Pollution magnet: nano-magnetite for arsenic removal from drinking water", Environmental Geochemistry and Health, Volume 32, Number 4, 327-334
  15. ↑ a et b Kirschvink J et al. (1992) "Magnetite biomineralization in the human brain". Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. 89 (16): 7683–7687. Bibcode : 1992PNAS...89.7683K. DOI 10.1073/pnas.89.16.7683. Lay summary. "Using an ultrasensitive superconducting magnetometer in a clean-lab environment, we have detected the presence of ferromagnetic material in a variety of tissues from the human brain."
  16. ↑ a b c d e f et g Magnetite Nano-Particles in Information Processing: From the Bacteria to the Human Brain Neocortex - (ISBN 9781-61761-839-0)
  17. ↑ Zecca, Luigi; Youdim, Moussa B. H.; Riederer, Peter; Connor, James R.; Crichton, Robert R. (2004). "Iron, brain ageing and neurodegenerative disorders". Nature Reviews Neuroscience. 5: 863–873
  18. ↑ Eric Hand (June 23, 2016). "Maverick scientist thinks he has discovered a magnetic sixth sense in humans". Science. DOI 10.1126/science.aaf5803.
  19. ↑ Baker, R R (1988). "Human magnetoreception for navigation". Progress in Clinical and Biological Research. 257 : 63–80. PMID 3344279
  20. ↑ Kirschvink, Joseph L; Winklhofer, Michael; Walker, Michael M (2010). "Biophysics of magnetic orientation: strengthening the interface between theory and experimental design". Journal of the Royal Society, Interface / the Royal Society. 7 Suppl 2: S179–91. DOI 10.1098/rsif.2009.0491.focus. PMC 2843999librement accessible. PMID 20071390.
  21. ↑ a et b Barbara A. Maher; Imad A. M. Ahmed; Vassil Karloukovski; Donald A. MacLaren; Penelope G. Foulds; David Allsop; David M. A. Mann; Ricardo Torres-Jardón; Lilian Calderon-Garciduenas (2016). "Magnetite pollution nanoparticles in the human brain" (PDF). PNAS Early Edition. 113 (39): 10797–10801. Bibcode : 2016PNAS..11310797M. DOI 10.1073/pnas.1605941113. PMC 5047173Freely accessible. PMID 27601646.
  22. ↑ BBC Environment:Pollution particles 'get into brain' (Environnement : des particules issues de la pollution de l'air pénètrent dans le cerveau
  23. ↑ Wilson, Clare (5 September 2016). "Air pollution is sending tiny magnetic particles into your brain". New Scientist. 231 (3090). consulté le 6 septembre 2016
  24. ↑ a b et c Qin Y, Zhu W, Zhan C et al. (2011) J. Huazhong Univ. Sci. Technol. [Med. Sci.] 31:578.
  25. ↑ Zecca, Luigi; Youdim, Moussa B. H.; Riederer, Peter; Connor, James R.; Crichton, Robert R. (2004). "Iron, brain ageing and neurodegenerative disorders". Nature Reviews Neuroscience. 5: 863–873.

Voir aussi

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Articles connexes

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