La calcite est un minéral, pouvant être d'origine biochimique (biominéralisation), composé de carbonate de calcium de formule CaCO3, avec des traces de certains métaux de transitionV, Cr, Mn, Fe, Co, Ni,Cu, Zn, et Mo, certains métaux alcalino-terreuxMg, Sr et Ba et deux métaux post-transitionnelsPb et Al. L'abondance des cations autres que le calcium explique la richesse des variétés décrites pour ce minéral.
Polymorphe de l’aragonite et de la vatérite, isostructurale avec la nitratine et l'otavite, la calcite forme une série continue avec la rhodochrosite. Elle est souvent présente dans les roches carbonatées, et dans une moindre mesure dans les roches métamorphiques et les météorites.
Découverte et étymologie Connue depuis l’antiquité, la calcite est abondamment décrite et analysée dès le , notamment de par les propriétés optiques curieuses du spath d'Islande : la biréfringence de ce cristal, découverte en 1669 par Rasmus BartholinExperimenta crystalli islandici disdiaclastici quibus mira et insolita refractio detegitur, Copenhague 1669., sera étudiée par Christiaan Huygens (1678), Étienne Louis Malus (1810) et William Nicol (1828). Johann Carl Freiesleben (1774 – 1846) donne en 1836 à la calcite son nom de « chaux », originaire du grec khalx. C'est à partir de ses observations sur les clivages de la calcite (qu'il nommait chaux carbonatée) que René Just Haüy a introduit la notion de « molécule intégrante », plus tard remplacée par celle de maille cristalline, introduite par Gabriel Delafosse. Il passe à ce titre pour l'inventeur, avec Jean-Baptiste Romé de L'Isle, de la cristallographie (voir l'article cristal).
Gîtologie Constituant principal de nombreuses roches sédimentaires (calcaires et marnes), c'est un des carbonates les plus abondants. La calcite peut se former à la suite de processus géochimiques de nature inorganique ou biotique lorsque les solutions deviennent sursaturées en bicarbonate de calcium : par précipitation chimique lors du dégazage du CO2 présent dans les solutions riches en bicarbonate de calcium : concrétions des grottes (stalactites, stalagmites) et travertins ; par excrétion/précipitation par des micro-organismes produisant des ions bicarbonates (oxydation de la matière organique) : carbonates d'origine organique.
Cristallographie thumb|alt=Calcite, unité cellulaire|left|Calcite, unité cellulaire. Dans les conditions normales de température et de pression, la calcite cristallise dans le système cristallin trigonal à réseau rhomboédriqueLa classification qui veut la calcite dans un « système cristallin rhomboédrique » est erronée, le terme « rhomboédrique » concernant le réseau et non pas le système cristallin. Voir Une transition de phase « géographique » : l'étrange cas du quartz.. La maille primitive est un rhomboèdre aigu, contenant deux unités de formule de , dont les caractéristiques sont : longueur de l'arête : ; angle entre les axes : ; distance entre deux plans identiques et parallèles à la face de clivage : ; volume d'une unité formulaire du cristal : .
On connaît sept polymorphes de la calcite. La phase de basses température et pression décrite ci-dessus, ou « phase I », a le groupe d'espace Rc. Vers elle subit une transition de phase vers la « phase V » de groupe Rm, possiblement via une phase intermédiaire dite « phase IV », de groupe spatial Rc comme la phase I. Les autres polymorphes sont rencontrés à haute pression..
Des calculs de dynamique moléculaire portant sur environ reproduisent les caractéristiques des structures ci-dessus et prédisent, à plus haute température, une structure cubique de type chlorure de sodium (groupe d'espace Fmm). Les transitions obtenues par chauffage et par refroidissement se produisent à des températures différentes, ce qui laisse présager pour ces phases de larges domaines de métastabilité.
Groupe de la calcite redresse=1.1|vignette|Le groupe de la calcite est composé de minéraux de formule générale ACO3, où «A» peut être un ou plusieurs ions métalliques (+2) tout particulièrement le calcium, le magnésium, le fer, le manganèse, le zinc, le cadmium, le cobalt et le nickel. La symétrie des membres de ce groupe est trigonale.
Calcite () Gaspéite ({Ni, Mg, Fe}CO3) Magnésite (MgCO3) Otavite (CdCO3) Rhodochrosite (MnCO3) Sidérite (FeCO3) Smithsonite (ZnCO3) Sphérocobaltite (CoCO3)
Synonymie Il existe de très nombreux synonymes pour ce minéral« Index alphabétique de nomenclature minéralogique » BRGM : androdamas An index of mineral species & varieties, 1955 ; aphrite (Robert Jameson )Robert Jameson 1832, The Edinburgh encyclopaedia - Volume 13 - Page 520 ; chaux carbonatée (René Just Haüy 1801)Haüy, R.J. (1801) Traité de minéralogie. édition: en 4 volumes avec atlas in fol.;(1801), Paris: 1: 23. ; drewite (Field 1919) ; focobonite ; helmintholite nom donné à la calcite venant remplacer les Belemnites ou tiges d'encrine au Dictionnaire des sciences naturelles, par Andrée Jean François Marie Brochant de Villers, Alexandre Brongniart, Frédéric Georges Cuvier, Paris, 1821 ; spath calcaire (Jean-Baptiste Romé de L'Isle 1783) ; cristalHuygens est sans doute le premier à utiliser cette expression puisqu'il la justifie au début du chapitre 5 de son « Traité de la Lumière », en convenant de son caractère arbitraire. ou spathLe terme de spath d'Islande apparaît à la (article III) de l’Essai d'une théorie sur la structure des crystaux (1784) de René-Just Haüy. d'Islande (désigne une calcite transparente, souvent clivée en rhomboèdre et à la biréfringence très apparente) ; spath satinéCours de minéralogie, par Albert Auguste Cochon de Lapparent, , 1890 ; vaterite-A.
Propriétés Propriétés mécaniques La calcite pure est incolore et blanchâtre. Sa masse volumique est de . Elle est classée de dureté 3 dans l'échelle de Mohs. Sa solubilité dans l'eau pure est de l'ordre de . Sa capacité thermique molaire est de l'ordre de () à .
Propriétés chimiques La calcite, sous ses formes issues de l'industrie extractive (calcaire, carbonate de calcium) a de très grandes applications industrielles : dans la construction (ciment, chaux, pierres d’ornement...), comme fondant dans la verrerie et dans la métallurgie; elle sert de matière première pour l'industrie chimique, pour la fabrication d'engrais et pour beaucoup d'autres usages.
La calcite fait effervescence à l'acide chlorhydrique dilué à froid selon une réaction qui donne des sels de calcium, de l'eau et du dioxyde de carbone, qui est à la pression atmosphérique et à température ambiante, gazeux et volatil :
De par sa facilité, sa rapidité, et son très faible coût, cette réaction à l'HCL constitue un test de base en pétrologie et minéralogie.
Propriétés optiques La calcite est un cristal biréfringent. Les nicols, spaths sciés en deux et recollés avec du baume du Canada, ont longtemps constitué les seuls filtres polariseurs à disposition des physiciens et des minéralogistes.
La calcite pure est incolore ou blanche. La présence de cations autres que le calcium, et notamment de métaux de transition, lui donne une coloration allochromatique jaune, orange, rouge, vert, bleu, brun, gris. Elle peut, selon les impuretés qu'elle contient, présenter les phénomènes de fluorescence, phosphorescence, thermoluminescence, triboluminescence.
Luminescence : Mn active tandis que Fe supprime la cathodoluminescence de la calcite.
La calcite est un minéral au clivage net. Elle est incolore ou faiblement colorée en brun en lumière polarisée non analysée (ou lumière dite « naturelle ») avec des irisations au niveau des clivages. Elle possède un pléochroïsme de relief très marqué. En lumière polarisée analysée, la calcite polarise dans les teintes pastel d'ordre trois, principalement dans des couleurs rose et verte. Cette propriété pourrait être à la base de la pierre de soleil, qui aurait permis aux navigateurs danois de s'orienter sans boussoleDes physiciens percent le secret des Vikings.
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Variétés et mélanges Variétés anthraconite, (synonyme : anthracolite, antrakonite) variété bitumineuse de calcite, trouvée essentiellement à Brodten, Travemünde, Lübeck, Schleswig-Holstein, AllemagneRef/A. Wittern: "Mineralfundorte in Deutschland", Schweizerbart (Stuttgart), 2001. argentine, variété lamellaire au lustre argenté, trouvée dans des nombreuses occurrences aux États-UnisRef/Kirwan, R. (1794) Elements of Mineralogy, second edition: 1: 104.. baricalcite (synonyme néotypeCours de minéralogie Par Albert Auguste Cochon de Lapparent Tome 4 P739 1908), de formule (Ca, Ba)CO3, est une variété de calcite riche en baryumEdward Salisbury Dana (1892) The System of Mineralogy of James Dwight Dana, 1837–1868, John Wiley & Sons, New York (NY), 6 éd., 1134 p., p. 269. bruyérite (Tacnet 1956)Guy Tacnet, « La « Bruyérite » », in Revue, Fédération française des sociétés d’histoire naturelle, n°5, 1956, p. 121–127, calcite noire concrétionnée. capreite, variété de calcite décrite par le minéralogiste italien Bellini (1921)Bellini (1921) Società geologica italiana, Rome, Bollettino: 40: 228.. cobaltocalcite, variété cobaltifère de calcite de formule (Ca, Co)CO3. Décrite unitalement à Vallone stope, Cape Calamita Mine (Calamita Mine), Capoliveri, Île d'Elbe, Toscane, Italie par le minéralogiste italien Millosevich en 1910Millosevich (1910) Rendus, Reale accademia nazionale dei Lincei, Rome: 19: 92.. Il existe de nombreuses occurrences dans le monde, Espagne, Italie, Maroc, Zaire...mais aussi en France : Beyrède-Jumet, Vallée d'Aure, Hautes-Pyrénées- Gourault, C. (1998). "Indice de Beyrède-Jumet (Hautes-Pyrénées)." Le Cahier des Micromonteurs,(2),pp:5-9. calcite colloïdale variété de calcite rencontrée dans les tests de foraminifères, qui trouve un intérêt nouveau grâce aux nanotechnologiesProcessus de cristallisation de plaquettes rhomboédriques à la surface d'un test porcelané de foraminifère actuel. Jean-Pierre Debenay & All.... calcite optique ou spath d'Islande, variété de calcite transparente présentant une forme de biréfringence, la double réfraction. ferrocalcite (synonyme de ferroan calcite des anglo-saxons), calcite ferrugineuse de formule 2[(Ca, Fe)Co3]. Plusieurs occurrences mondiales, Australie, Brésil Chine, Italie, États-Unis mais également très bien représentée en France en Auvergne par plus de 30 gisementsRoland , Paul , Jean-Jacques , Inventaire minéralogique de la France n°1 - Cantal, BRGM et Éditions G. de Bussac, 1971. hématoconite, (synonyme Haematoconite) variété rouge vif de calcite colorée par des inclusions microscopiques d'hématite, décrite par Johann Friedrich Ludwig HausmannManuel de minéralogie, Volume 2 Par Alfred Des Cloizeaux 1874. hislopite Haughton (1859), variété vert vif de calcite, dédiée au missionnaire écossais Stephen Hislop (1816-1873)Haughton (1859) Philosophical Magazine and Journal of Science: 17: 16.. lublinite, variété de calcite efflorescente, souple, avec une consistance fibreuse, et généralement humide. Décrite par le minéralogiste et pétrographe polonais Józef Marian Morozewicz (1865-1941) en 1907. Le nom dérive de la localité type : Lublin en PologneMorozewicz (1907) Kosmos: 32: 487.. Elle est connue en Autriche, en Hongrie et en France notamment dans l'Ain et la Drôme G. Demarcq, 1973, "Guides Géologiques Régionaux : Lyonnais, Vallée du Rhône" , p. 62, Masson.. Synonymes de lublinite agaricus mineralis (Waller) chaux carbonatée spongieuse (René Just Haüy 1801) craie spongieuse (Ignaz von Born) moelle de pierre (Edme-Louis Daubenton) manganocalcite, variété manganésifère de calcite de formule (Ca, Mn)CO3. Décrite initialement à Banská Štiavnica (Selmecbánya; Schemnitz), Štiavnica, Banská Bystrica, Slovaquie. Elle a de très nombreuses occurrences dans le monde notamment en France : Carrière du Rivet, Peyrebrune, Réalmont, TarnLe Cahier des Micromonteurs 2004(4), 13-18. Synonymes de manganocalcite calcimangite Shepard (1865)/Shepard (1865) American Journal of Science: 39: 175