La magnétite est une espèce minérale composée d'oxyde de fer(II,III), de formule (parfois écrit ), 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.
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 vivantesLowenstam HA (1962) Magnetite in denticle capping in recent chitons (Polyplacophora). Bull. Geol. Soc. Am. 13, 435-438, qui semblent pouvoir les utiliser pour s'orienter dans l'espace.
Historique de la description et appellations
Étymologie 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, sur la côte nord-est de la Grèce, riche en magnétite.
Topotype Magnésia, Thessalie (Grèce).
Synonymie aimantine diamagnétite (Shepard 1852)Shepard (1852), American Journal of Science: 13: 392. ferroferrite (le)Colloques internationaux du Centre national de la recherche, Numéro 27 Par Centre national de la recherche scientifique (France) 1950 fer oxydé magnétique fer oxydulé (Dufrénoy 1845)Traité de minéralogie, Volume 2 Par Ours Pierre Armand Petit Dufrénoy 1845 héraclion : la magnétite était abondante à Héraclée en LydieEncyclopédie, ou dictionnaire raisonné des sciences, des arts, Volume 17 Par Denis Diderot,Jean Le Rond d'Alembert 1778 morpholite pierre d'aimant pierre du nord
Caractéristiques physico-chimiques Propriétés physiques Habitus Elle forme des cristaux typiquement octaédriques, plus rarement dodécaédriques, exceptionnellement cubiques, qui peuvent atteindre près de 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.
Magnétisme À une température de (point de Curie), le magnétisme disparaît pour réapparaître ensuite en refroidissant. La rémanence est de l'ordre de . Ce minéral est un conducteur électrique.
Cristallochimie Elle forme une série avec la magnésioferrite et la jacobsite. Elle fait partie du groupe du spinelle Le groupe du spinelle Rassemble des espèces de structure similaire. Il existe plus de . 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). Chromite Franklinite Gahnite Magnésiochromite Minium Spinelle Magnétite et Maghémite
Structures de la magnétite (a) et de la maghémite (b)
Cristallographie thumb|upright 1.0|Structure cristalline de la Magnétite. Paramètres de la maille conventionnelle : = , ; Z = 8 ; V = Densité calculée =
Gîtes et gisements Gîtologie et minéraux associés 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 Apatite, chromite, ilménite, rutile, et les silicates dans les roches intrusives. chalcopyrite, hématite pentlandite, pyrite, pyrrhotite, sphalérite, et les silicates dans les roches hydrothermales et métamorphiques hématite, quartz dans les roche sédimentaires.
Gisements producteurs de spécimens remarquables 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 d'arêtes.
Des cristaux mal formés de ont été trouvés à Faraday en Ontario au Canada et dans les pegmatites de Teete au Mozambique.
Exploitation des gisements 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 où le champ magnétique peut s'inverser en . 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 humainKirschvink, J.L. and Gould, J.L., "Biogenic magnetite as a basis for magnetic field sensitivity in animals ," Bio Systems 13 (1981) 181-201.. 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 volMarianne 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. Ces affirmations ont cependant été réfutées. Élimination de l'arsenic dans l'eauCafer T. Yavuz, J. T. Mayo, Carmen Suchecki, Jennifer Wang, Adam Z. Ellsworth, Helen D’Couto, Elizabeth Quevedo, Arjun Prakash, Laura Gonzalez and Christina Nguyen, , "Pollution magnet: nano-magnetite for arsenic removal from drinking water", Environmental Geochemistry and Health, Volume 32, Number 4, 327-334
La magnétite et le vivant 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'orientationKirschvink J (1992) "Magnetite biomineralization in the human brain". Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. 89 (16): 7683–7687. . . 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.". 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. 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 ferZecca, 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. L'hippocampe (zone du traitement de l'information, de l'apprentissage et de la mémoire) en contient aussi.
Une hypothèse (biomagnétisme), est que, comme de nombreux animaux, l'être humain a ou aurait conservé un sens magnétique relictuelEric Hand (June 23, 2016). "Maverick scientist thinks he has discovered a magnetic sixth sense in humans". Science. , 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)Baker, R R (1988). "Human magnetoreception for navigation". Progress in Clinical and Biological Research. 257 : 63–80. . Les fonctions de la magnétite dans le cerveau sont encore incomprisesKirschvink, 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. . librement accessible. ..
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 ; 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 cerveauMagnetite Nano-Particles in Information Processing: From the Bacteria to the Human Brain Neocortex - .
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)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. . . Freely accessible. .. 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 casBBC Environment:Pollution particles 'get into brain' (Environnement : des particules issues de la pollution de l'air pénètrent dans le cerveau. 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'AlzheimerWilson, Clare (5 September 2016). "Air pollution is sending tiny magnetic particles into your brain". New Scientist. 231 (3090). consulté le 6 septembre 2016.