MAGNÉTITE

Oxyde de fer, la magnétite (du grec magnès, aimant) doit son nom à sa principale caractéristique : c'est un aimant naturel. La forme de ses cristaux permet également de la distinguer aisément, ceux-ci se présentant généralement en octaèdres, en dodécaèdres ou en rhomboèdres parfaits, dérivant d'un habitus cubique sous lequel on rencontre rarement cette espèce minérale. Les faces, noires et brillantes, sont souvent striées parallèlement aux côtés des triangles ou à la grande diagonale des losanges qu'elles dessinent. La magnétite apparaît aussi fréquemment en masses compactes ou granulaires de couleur noir de fer, avec un éclat submétallique.

formule : Fe₃O₄ (ou, plus exactement, Fe²⁺Fe₂³⁺ O₄) ;

système : cubique, classe holoédrique ;

dureté : 5,5-6,5 ;

poids spécifique : 5,17-5,20 ;

éclat : submétallique à métallique ;

transparence : opaque ;

cassure : subconchoïdale ou quelconque.

L'étymologie de la magnétite est incertaine. Pline l'Ancien rapporte qu'elle aurait été ainsi nommée en hommage au pâtre Magnès qui la remarqua pour la première fois sur le mont Ida en Crète en constatant qu'elle était attirée par les clous de ses chaussures et la pointe de sa houlette. Selon une autre version, elle a été découverte dans le célèbre gisement d'Héraclée de Magnésie (dans l'actuelle Thessalie, en Grèce) ; les Grecs l'appelaient en effet Magnès lithos, pierre de Magnésie.

La magnétite appartient au groupe des spinelles, c'est-à-dire aux oxydes doubles répondant à la formule MM'₂O₄, où M est un métal bivalent (Fe, Mg, Zn, Mn, Co, Ni) et M' un métal trivalent (Fe, Al, Cr, V, Ga, In). La structure de la magnétite, comme celle de tous les spinelles, est formée d'un assemblage régulier de cubes à faces centrées (d'arête 0,839 nm) matérialisés par les ions oxygène ; les cations (en l'occurrence Fe²⁺ et Fe³⁺) occupent les interstices, c'est-à-dire les sites octaédriques et tétraédriques de cet assemblage. La moitié des ions trivalents (Fe³⁺) sont localisés dans les sites tétraédriques, l'autre moitié et les ions bivalents (Fe²⁺) sont répartis dans les sites octaédriques. Une telle structure est dite « spinelle inverse » et s'écrit plus précisément Fe³⁺(Fe²⁺.Fe³⁺)O₄. Les atomes de fer peuvent être remplacés partiellement par du titane (Ti) – l'ülvospinelle est le terme le plus riche en titane (Fe²⁺₂ Ti⁴⁺O₄) –, le minéral étant alors appelé titanomagnétite, ou par du chrome (Cr), formant alors la chromomagnétite, ou encore par d'autres cations (V, Mn...).

Cette particularité de la structure de la magnétite explique certaines propriétés telles que l'isotropie optique – la lumière se propage dans le minéral de la même manière, quelle que soit la direction d'incidence –, l'absence de clivage et le ferromagnétisme. Le ferromagnétisme de la magnétite est dû aux atomes de fer qu'elle contient. Ces derniers possédant chacun un moment magnétique électronique (appelé spin), ces moments magnétiques interagissent et tendent à s'aligner dans la même direction et le même sens. Le résultat est une aimantation globale spontanée qui est stable à basse température. À une certaine température, dite point de Curie, soit 578 ⁰C, l'agitation thermique détruit l'ordre magnétique : la magnétite n'est plus un aimant naturel, elle devient paramagnétique, c'est-à-dire qu'elle retrouve sa propriété si elle est placée dans un champ magnétique extérieur suffisant pour réaligner les spins des atomes de fer.

Les gisements de magnétite sont nombreux, le minéral étant répandu dans les trois types de roches : magmatiques, métamorphiques et sédimentaires. Minéral ubiquiste et accessoire des roches magmatiques basiques ou ultrabasiques (pauvres en silicium), la magnétite peut cependant se concentrer en lits importants en raison de sa cristallisation tardive dans le bain magmatique et de son poids spécifique relativement élevé. Elle apparaît aussi, pour la même raison, dans les filons hydrothermaux qu'injectent les fluides résiduels de magmas plus granitiques (plus riches en silicium). Dans les roches métamorphiques, elle cristallise dans les skarns, formés au contact d'intrusions plutoniques, en compagnie de grenat (grossulaire, andradite) ou de pyroxène (diopside). Dans les roches sédimentaires, la magnétite peut former de grandes accumulations dans des sables alluvionnaires ou marins, où elle se concentre en raison de sa densité et de sa faible altération.

Minerai de fer le plus riche (72,4 p. 100 de fer pur), la magnétite est exploitée industriellement au Zimbabwe, en Afrique du Sud, aux États-Unis (Iron Springs, Iron Mountain), à Kiruna (Suède), aux Philippines et en Russie (Oural). Les plus gros cristaux, pesant environ 250 kilogrammes, mais ternes et mal formés, ont été trouvés à Faraday (Ontario) et dans les pegmatites de Teete (Mozambique). Pour les collectionneurs, de magnifiques cristaux octaédriques ou dodécaédriques, centimétriques à pluricentimétriques, proviennent de Mineville et de Moriah (État de New York), du Trentin-Haut-Adige et du Piémont (Italie), du Valais (Suisse) et du Stubachtal (Autriche). En France, on connaît la magnétite dans les serpentines corses de la région de Poggio-d'Oletta et autour du mont Alticcione, dans les minerais de fer de Meurthe-et-Moselle et de Lorraine, dans presque tous les appareils volcaniques du Massif central, dans le Var, dans le Morbihan...

En dehors d'une utilisation pour la préparation d'aciers spéciaux, la sidérurgie récupère aussi certains éléments de ses scories comme le chrome, le vanadium, le titane, le manganèse et le phosphore. La magnétite est parfois taillée pour la bijouterie de fantaisie. Pour les géologues, elle représente un minéral intéressant comme géothermomètre, permettant de déterminer la température de cristallisation d'une roche en fonction du pourcentage du fer et du titane. En effet, la répartition de ces deux éléments dans les phases magnétite, ilménite (FeTiO₃) et hématite (Fe₂O₃), selon les réactions : 6 Fe₂TiO_{4 (ülvospinelle [dans magnétite])} + O₂ → 2 Fe₃O₄ + 6 FeTiO₃, Fe₂O₃ + Fe₂TiO₄ → Fe₃O₄ + FeTiO₃, est fonction de la fugacité de l'oxygène et de la température pour une roche déterminée.

La magnétite est soluble dans l'acide chlorhydrique concentré, elle fond à 1 594 ⁰C avec séparation de l'hématite et n'est pas fluorescente.

— Yves GAUTIER