Définition d'un phosphate d'Al, (Mg,Fe), (Ca,Sr) : EDS pour trouver une nouvelle espèce minérale, WDS pour la définir.

Benjamin RONDEAU, Nicolas STEPHANT, Constance BOULET, Emmanuel FRITSCH
IMN - Institut des Matériaux Jean Rouxel, 44322 Nantes cedex 3

Les nouvelles espèces minérales sont définies sur des cristaux de plus en plus petits, pour plusieurs raisons : d'abord, les espèces produisant de gros cristaux communs ont été définies les premières, car les plus faciles à trouver ; ensuite, les progrès des techniques de mesure permettent de travailler sur des volumes de plus en plus petits. La découverte d'une nouvelle espèce minérale est souvent le fruit de l'exploration d'échantillons naturels provenant d'environnements géologiques atypiques, déjà signalés pour des espèces rares. La microscopie optique permet de dégrossir le travail en identifiant des populations différentes par leurs propriétés (couleur, pléochroïsme, transparence, habitus, indices optiques etc.). La microscopie électronique est l'étape suivante incontournable : une mesure EDS au MEB permet, en une trentaine de secondes, de se faire une idée précise de la chimie du minéral observé.
De là, il vient assez rapidement si l'espèce est déjà connue (cas le plus fréquent) ou s'il s'agit potentiellement d'une nouvelle espèce. Dans ce dernier cas la mesure de la composition précise en WDS est une étape imposée pour que le statut de nouvelle espèce soit accepté par l'instance internationale (Commission on New Minerals and Mineral Names, gérée par l'International Mineralogical Association).

Nous présentons ici le cas d'un phosphate en inclusions dans un quartzite à lazulite et autres nombreux minéraux, provenant du Mont Ibity à Madagascar. L'examen systématique des inclusions dans le quartzite a conduit par hasard sur la section présentée Figure 1, dont la composition chimique inhabituelle nous a conduits à la considérer comme espèce nouvelle.

   
Figure 1: l'inclusion affleurante dans ce quartzite est un phosphate d'Al, (Mg,Fe), (Ca,Sr) dont l'espèce n'est pas encore définie. Il a été repéré en EDS (à gauche) grâce à sa composition inhabituelle, et documenté en optique (à droite) puis en WDS.

Il s'agit d'un phosphate d'Al, Mg, Fe, Ca, Sr. Les proportions relatives suggéraient à ce stade la formule suivante : (Mg,Fe)2 (Ca,Sr) Al (PO4)3 , mais la mesure de P était surestimée et celle d'O sous-estimée. La mesure en WDS a donné la formule structurale suivante :
(Mg,Fe)2.01 (Ca,Sr)1.03 Al0.95 (PO4)3 F0.65
soit une formule en très bon accord avec la proposition découlant de l'EDS. On remarque que la mesure du fluor en WDS a donné une proportion significative de cet élément, alors qu'il n'avait pas pu être détecté en EDS. En effet le pic du F est recouvert par celui du Fe dans un spectre EDS. Ceci montre que les deux techniques EDS et WDS sont complémentaires à plus d'un titre.

La spectrométrie de diffusion Raman a par ailleurs permis d'affirmer que ce minéral ne contient ni H2O ni OH.
La définition de cette espèce n'est pas achevée pour autant. Restent deux points à élucider :
•    la présence de F induit une charge négative supplémentaire non accommodée par les éléments détectés dans ces proportions. Cette charge est-elle compensée par un ion positif léger non détectable en WDS (Li, Be, B) ? Une mesure en ICPMS-LA permettra d'y répondre.
•    La structure cristalline doit maintenant être mesurée par diffraction des rayons X, étape qui demande maintenant d'extraire mécaniquement un cristal de son hôte de quartz.