Le fer tellurique ou fer natif est l'espèce minérale naturelle, un corps métallique légèrement nickelé, très rare, correspondant à l'élément chimique fer noté Fe, de formule chimique que l'on trouve exclusivement dans la croûte terrestreε représente un pourcentage faible ou une valeur numérique très inférieure à l'unité. Contrairement aux généralisations, le fer natif peut être à l'état quasi-pur avec seulement des traces de nickel. Il comporte aussi parfois d'autres traces. Lire infra le chapitre analyse..
Les minéralogistes d'autrefois, par l'emploi explicite des adjectifs, ont proposé de facto une opposition avec le fer météorique qui constitue les météorites de fer, une bonne partie des pallasites et des mésosidérites, ou bien existe sous forme répartie en petites pépites (souvent moins d'1/10 mm de diamètre) dans les chondrites, toutes roches extraterrestres tombées sur la planète Terre, paradoxalement plus courantes que les roches contenant du fer tellurique (sur Terre, l'élément fer est bien plus communément répandu sous forme de combinaisons chimiques, notamment dans des minerais, que sous forme métallique). Une des caractéristiques des fers de météorites est leur relative richesse (variable) en nickel. Quand la phase métallique est abondante, l'alliage ferro-nickel s'exprime, selon la teneur en nickel, sous l'une ou l'autre forme minéralogique, la taénite (teneur élevée) ou la kamacite (teneur faible). Les concrescences plus ou moins régulières de ces phases peuvent être mises en évidence sur une coupe polie, par attaque chimique, donnant à voir les figures de Widmanstätten.
gauche|vignette|300x300px|Fer natif mis en évidence par polissage dans le trapp basaltique sur le plateau Putoran, Sibérie (âge de la limite permien-trias), détail. Le fer tellurique est selon les terrains géologiques extrêmement à très rare : il est bien plus rare que les alliages de fer observés dans les météorites tombées sur Terre. Il peut être à l'état de traces ou de petits fragments dans les basaltes qui ont englobé des sédiments carbonés, parfois en grains irréguliers, ou en masses plates et lamellaires. Il provient de la réduction des oxydes de fer contenus dans les basaltes en contact avec les roches carbonées, potentiellement réductrices, selon le principe même des bas- et hauts-fourneaux. À l'exception d'un petit gisement aujourd'hui épuisé dans la région de Cassel en Allemagne, on n'en connaît sur Terre qu'un seul gisement d'importance, au Groenland aux environs de la baie de Disko à Ovifak (Uivfaq) où la masse plate avoisinait . Le fer tellurique a tout comme le fer météorique été utilisé par les Inuits pour fabriquer des lames de couteaux ou d'ulus. Les Inuits sont ainsi le seul peuple de toute l'histoire de l'humanité à avoir fait usage du fer tellurique.
La prégnance géologique et culturelle, la sidérurgie primitive étant largement tributaire du fer météorique, l'argument recevable de la fusion partielle parfois jusqu'au cœur des météorites, par friction lors de l'entrée dans l'atmosphère ou lors de la collision finale si elles sont massives, ont conduit les minéralogistes de l'IMA à rassembler ces deux espèces en une seule, le minéral fer en distinguant les structures spécifiques, la kamacite devenant une variété de fer à forte teneur en nickel et les taenites (taénite, tétrataénite, antitaénite) ou l'awaruite comme autres espèces minérales. Il n'en reste pas moins que le fer natif a pris une acception plus vaste, englobant l'origine météoritique.
Historique de la description et de l'appellation Le nom est hérité du terme latin ferrum. Ce dernier pourrait provenir de la Méditerranée orientale il y a , par l'adoption d'une expression sumérienne signifiant feu du ciel et relative à la matière des météorites, originaire des étoiles. D'où le rapport avec le mot sidérurgie, signifiant le travail de cette matière venues des étoiles mythiques.
Le forgeron européen avait une grande connaissance mécanique et thermique de ce matériau, bien supérieure à sa détermination chimique qu'il ne définissait que par sa provenance, sa première mise en forme en (bas ou haut) fourneau et son parcours (transport). La limite élastique du fer est grandement fonction du traitement du métal, l'écrouissage permettant la création de dislocations. La carltonite, la martensite ou la kamacite sont des variétés de fer natif, selon la classification minéralogique officielle actuelle.
Généralités, Propriétés physique et chimique du fer natif Propriétés physiques et chimiques Le fer est le plus dur des métaux usuels tout en étant malléable et ductile. On peut le vérifier avec une pointe de couteau en fer. Ses cristaux sont bons conducteurs électriques et thermiques. Sa dureté n'est pas négligeable, de l'ordre de 4 et ½ sur l'échelle de Mohs.
Le fer natif est infusible au chalumeau. Il est fusible vers et au-dessus de La température d'ébullition se situe dans les hautes températures, entre et .. Au chalumeau, il laisse avec le fondant borax une perle boratée, vert bouteille au feu réducteur (flamme carbonée ou jaune brillante) ou jaune au feu d'oxydation (flamme bleue). C'est une réaction test spécifique du fer.
Les réactions avec les corps oxydants, comme l'oxygène ou le soufre, sont faciles. Les combinaisons minérales obtenues s'incorporent facilement dans de nombreux silicates.
Le fer métal pur, le plus souvent de couleur gris acier à noir de fer, possède une surface brillante. Il est plus terne si elle est revêtue d'une couche d'oxydes.
A l'air humide, il s'altère en rouille, laissant des oxydes de fer hydratés et notamment de la limonite. D'une manière générale, le fer natif très pur s'altère rapidement à l'air en se couvrant d'une croûte de limonite plus ou moins caverneuses.
Un pourcentage parfois infime de Ni inséré dans sa structure freine l'altération. Il n'est pas étonnant que les échantillons naturels contiennent du Ni en quantité parfois non négligeables, voire forte.
Le fer est insoluble dans l'eau. Il est soluble dans les acides dilués, avec un dégagement caractéristique de gaz hydrogène. Il est soluble dans l'acide chlorhydrique , la matière laisse une liqueur jaune à base d'ion ferrique Fe. L'attaque par l'acide nitrique HNO) concentrée peut s'arrêter après avoir généré une couche de passivation, c'est un revêtement continu d'oxydes protecteurs.
Il est insoluble dans l'alcool (éthanol) ou l'éther.
Mis à l'état ferreux ou Fe, la matière fer est très soluble. Elle l'est moins à l'état ferrique, l'ion Fe étant relativement oxydant et spécifique des milieux très acides.
Il s'agit du principal métal magnétique. Le fer est très magnétique.
Cristallographie et cristallochimie Le clivage est parfait suivant (100). Les structures lamellaires sont fréquentes suivant (111) et (110). Le maclage sur (111) avec pénétration est commun. Les groupes polysynthétiques forment des lames minces parallèle à (221).
Dans la classification de Dana, le fer est le premier membre du groupe fer-nickel. Les autres minéraux sont la kamacite alpha, la taénite gamma, la tétrataénite, l'awaruite, le nickel natif (rangés selon la teneur en Ni) et enfin la waïrauite à base d'alliage Fe et Co.
Selon la classification de Strunz, il fait partie du groupe du chrome-fer, privilégiant un raisonnement cristallochimique. Ainsi le chrome natif, la kamacite alpha et en dernier, le fer natif.
Les cristaux artificielles de fer peuvent être obtenus sous forme de dendrites, ce sont des chapelets d'octaèdres allongés suivant un axe quaternaire.
La kamacite, une des variétés de fer, et la waïrauite, ont des propriétés optiques similaires au fer minéral.
Analyse, critère de distinction vignette|300x300px|Fer natif ou tellurique de Virginie, avec une couche d'oxydation non continue, échantillon du Musée Carnegie d'histoire naturelle Pittsburgh, Pennsylvanie. Le fer natif peut être du fer très pur renfermant des traces de nickel Ni et de cobalt Co, mais aussi parfois du cuivre Cu, du soufre S, du carbone C, du phosphore P, de silicium Si.
Les inclusions de fer dans les échantillons de basaltes sont dévoilées souvent par le polissage de la roche. Il se distingue du platine natif par une densité plus faible et sa solubilité au acides.
La magnétite, minéral de semblable cohésion qui l'accompagne dans les basaltes, est plus dure.
Description du fer nickelé et/ou cobalté Selon Alfred Lacroix, le fer nickelé peut être présent en masse principale "toute en fer" dite masse holosidère. C'est le cas à Ovifak au Groenland, dans le canyon Diablo, contrée de Casa Diablo en Californie, ou à Sainte Catherine, au Brésil, dont les échantillons types ont été étudiés en 1877 par Gabriel Auguste DaubréeGabriel Auguste Daubrée, "Observations sur le fer natif de Sainte-Catherine", sur le pyrrhotine et la magnétite qui lui sont associées, Comptes rendus de l'académie des sciences, Tome 84, 1877, page 482. G.A. Daubrée, "Observations sur la structure intérieure d’une des masses de fer natif d’Ovifak", Comptes rendus de l'académie des sciences, Tome 84, 1877, page 66. G.A. Daubrée, "Sur le fer nickelé de Sainte-Catherine au Brésil. Extrait d’une lettre de M. Guignet", Comptes rendus de l'académie des sciences, Tome 84, 1877, page 1507.. Il existe aussi, mais plus rarement, des phases ou réseaux métalliques englobant des globules pierreux, dites formations syssidères. Moins abondant que la masse holosidère, s'observe une phase rocheuse majoritaire, une sorte de gangue pierreuse silicatée, emprisonnant des grenailles de fer nickelé : cette structure à dispersion sporadique de métal est nommée sporadosidère.
Du point de vue de l'observation, il existe dans les premières masses holosidères, les plus importantes pour le minéralogiste, qu'elles soient d'origine tellurique ou météoritique, du : fer sans structure cristalline distincte au microscope, à composition homogène fer cubique, à clivage net et à composition homogène : l'expérience montre qu'il s'agit souvent de kamacite presque pure ou d'alliage (Fe,Ni) très voisins. L'attaque par l'acide de coupe montre des figures de Neumann. fer octaédrique, dévoilant de véritables lignes et plans de séparation : ce sont des groupements irréguliers d'alliages de nickel.
Le polissage d'un fragment de fer octaédrique, puis son chauffage et son attaque par l'acide nitrique, dévoile une structure complexe, dénommée les figures de Widmanstätten, composée de bandes de gris de fer, avec des lignes argentée ou intervalles blanc argent, remplis par une troisième matière. La taille des bandes, entrecroisées, est de l'ordre de à .
Les trois matières différentes du fer octaédrique ont été dénommées par Reichenbach : kamacite ou en allemand Balkeneisen (fer cubique centré de la masse). taénite ou Bandeisen (fer cubique à face centré, littéralement fer des bandes) plessite ou Fulleisen (littéralement fer de remplissage, sous-entendu des intervalles, donc de la trame des deux minéraux précédents)
Le fer octaédrique attaqué par un acide, puis chauffé met en évidence : La kamacite est à la fois attaquée plus facilement par l'acide et oxydée ensuite par chauffage. Il se forme logiquement un creux profond. La taénite est plus résistante à l'action de l'acide employé, et l'oxydation est également plus difficile. Elle reste en relief, formant de fines saillies rectilignes. La plessite a une résistance intermédiaire autant à l'acide et à l'oxydation thermique. D'où son rôle de remplissage apparent à mi-niveau.
Gîtologie Il a été observé dans les couches de sédiments carbonées autrefois envahies par des basaltes en fusion et les météorites, mais aussi fumaroles au-dessus des plutons granitiques ou encore le bois pétrifié content des reliquats de matière carbonée originelle.
Il forme des associations régulières, parallèles aux axes de l'octaèdres, avec des alliages à faible teneur de nickel (type bamacite foncée) comme avec d'autres à hautes teneurs (taenite, awaruite claire)