Rutile

Le rutile est une espèce minérale composée de dioxyde de titane de formule TiO₂. Il contient des traces de fer (près de 10 % parfois), de tantale, de niobium, de chrome, de vanadium et d'étain. Il est trimorphe avec la brookite et l'anatase. Il est la forme la plus stable du dioxyde de titane et il est produit à haute température, la brookite se formant à des températures plus basses et l'anatase formée à des températures encore plus basses.

Rutile Catégorie IV : oxydes et hydroxydes[1]
Rutile sur chlorite - Carrière de Trimouns, Ariège, France
Général
Nom IUPAC	Dioxyde de titane
Numéro CAS	1317-80-2
Classe de Strunz	4.DB.05 4 OXYDES et HYDROXYDES  4.D Métal:Oxygène = 1:2 et apparentés   4.DB avec cations moyens ; chaînes d'octaèdres à arrêtes partagées    4.DB.05 Tripuhyite Fe++Sb+++++O4 groupe d'espace P 41/mnm groupe ponctuel 4/m 2/m 2/m    4.DB.05 Tugarinovite MoO2 groupe d'espace P 21/n groupe ponctuel 2/m    4.DB.05 Varlamoffite (Sn,Fe)(O,OH)2 groupe d'espace P 41/mnm groupe ponctuel 4/m 2/m 2/m    4.DB.05 Argutite GeO2 groupe d'espace P 4/mnm groupe ponctuel 4/m 2/m 2/m    4.DB.05 Cassiterite SnO2 groupe d'espace P 4/mnm groupe ponctuel 4/m 2/m 2/m    4.DB.05 Rutile TiO2 groupe d'espace P 4/mnm groupe ponctuel 4/m 2/m 2/m    4.DB.05 Pyrolusite MnO2 groupe d'espace P 4/mnm groupe ponctuel 4/m 2/m 2/m    4.DB.05 Plattnerite PbO2 groupe d'espace P 4/mnm groupe ponctuel 4/m 2/m 2/m    4.DB.05 Squawcreekite? (Fe+++,Sb+++++,W++++++)O4•(H2O) groupe d'espace P 4/mnm groupe ponctuel 4/m 2/m 2/m
Classe de Dana	4.4.1.1 Oxydes 4. Oxydes simples 4.4.1/ Groupe du rutile 4.4.1.1 Rutile TiO2
Formule chimique	O2Ti TiO2
Identification
Masse formulaire[2]	79,866 ± 0,002 uma O 40,07 %, Ti 59,93 %,
Couleur	Noir, Rouge sombre, Jaune vif
Système cristallin	tétragonal
Réseau de Bravais	Primitif P
Classe cristalline et groupe d'espace	ditétragonale dipyramidale ; 4/mmm P42/mnm (no 136) tétragonal Hermann-Mauguin : ${\displaystyle P\ 4_{2}/m\ 2_{1}/n\ 2/m\,}$ Hermann-Mauguin court : ${\displaystyle P4_{2}/mnm\,}$ Schoenflies : ${\displaystyle D_{4h}^{14}\,}$
Macle	sur {101} (macle en genou), sur {321} (macle en cœur)
Clivage	bon sur {110}, peu net sur {100}
Cassure	Irrégulière, conchoïdale
Habitus	octaédrique
Échelle de Mohs	6 - 6,5
Trait	brun jaune ; rouge ; gris verdâtre ; jaune ; brun clair
Éclat	adamantin, brillant, submétallique, gras
Propriétés optiques
Indice de réfraction	nω = 2,605 - 2,613 nε = 2,899 - 2,901
Biréfringence	Uniaxe (+) ; 0,2870-0,2940.
Fluorescence ultraviolet	aucune
Transparence	Transparent à translucide, ou opaque
Propriétés chimiques
Densité	4,2 - 4,3
Température de fusion	1843 °C
Propriétés physiques
Magnétisme	aucun
Radioactivité	aucune
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
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Historique de la description et appellations

Inventeur et étymologie

Décrit par Abraham Gottlob Werner en 1803, le rutile tire son nom du latin rutilus (rouge), à cause de sa couleur rouge profond observable dans quelques spécimens par lumière transmise.

Topotype

• Cajuelo, Vuitrago, Burgos, Castille et Leon, Espagne.

Synonymie

De nombreux synonymes existent pour ce minéral^[3] :

• cajuélite (en référence au topotype de l'espèce)^[4] ;
• crispite : d'après le Crispalt, massif du Saint-Gothard, Suisse (Delametherie, 1795)^[5],[6] ;
• dicksbergite (Igelström, 1896), d'après la localité de Dicksberg, Värmland, Suède^[7] ;
• édisonite (Hidden, 1888) : trouvé à la mine d'or Whistnant, comté de Polk, Caroline du Nord, par Hidden en 1879^[8] ;
• gallitzinite ;
• naumannite^[a] (Kokcharov (en), 1854) ;
• paraedrite^[9] ;
• rutilite^[10] ;
• titane oxydé (Haüy, 1801)^[11] ;
• titanite (Richard Kirwan, 1796).

Caractéristiques physico-chimiques

Critères de détermination

• Habitus

En cristaux rouge sombre à opaque pouvant atteindre 25 cm provenant des roches fortement métamorphiques^[12].

En groupes de cristaux aciculaires en inclusion dans le quartz (les « flèches d'amour » venant des Grisons, Suisse ou « cheveux de Vénus »). Agrégats aciculaires rayonnants en 6 faisceaux à partir d’un noyau d’hématite.

Cristaux microscopiques orientés dans des pierres précieuses expliquant la présence d'étoiles dans les saphirs « étoilés », les rubis « étoilés » et autres pierres « étoilées ». Ce phénomène optique connu sous le nom d'astérisme se retrouve également dans d'autres minéraux, comme la biotite ou les feldspaths.

Variétés

• Ilménorutile : variété de rutile riche en niobium de formule Fe_x(Nb,Ta)·4Ti_1-xO₂. Décrite initialement dans les monts Ilmen, Chelyabinsk Oblast', Urals Russie, qui ont inspiré le nom.
  Occurrences :
  • Canada ;
    • Francon quarry, Montréal, Québec^[13],
  • France ;
    • Col d’Urdach, Aramits, Pyrénées-Atlantiques, Aquitaine^[14],
    • Gwernavalou, Trémargat, Plounévez-Quintin, Côtes-d'Armor^[15],
• Isérite (Janovsky) (synonyme : isérine^[16]) : variété douteuse riche en fer en passe d'être déclassée^[17].
• Nigrine : variété de rutile riche en fer, dénommée pour sa couleur très sombre ; le genre est masculin^[18].
• Sagénite (Saussure 1796) : c'est une variété d'habitus qui désigne des formes polymaclées en réseaux. « Ces petits crystaux se croisent ordinairement sous les mêmes angles, de manière à former des réseaux dont les mailles sont des parallélogrammes; cette singulaire propriété m’a paru propre à déterminer le nom de la pierre; je l’ai nommée Sagenite, du mot grec & latin sagena, qui signifie un filet^[19]. »
• Strüverite (Zambonini 1907) : variété de rutile de formule (Ti,Ta,Fe)O₂ dédiée au minéralogiste Italien Giovanni Strüver (1842-1915), professeur à l'université de Rome^[20]. Présente en France dans la mine du Cap Garonne, Le Pradet, Var, Provence-Alpes-Côte d'Azur.

Cristallochimie

Le rutile est le chef de file d'un groupe, le groupe du rutile, dont la formule générique est M⁴⁺O₂. Toutes ces espèces cristallisent dans le système tétragonal, de classe ditétragonale dipyramidale et de groupe d'espace P4₂/mnm. Elles présentent un habitus similaire allongé sur {001} et strié, avec des macles sur {101} et {301}.

Groupe du rutile

Minéral	Formule	Groupe ponctuel	Groupe d'espace
Argutite	GeO2	4/mmm	P42/mnm
Cassitérite	SnO2	4/mmm	P42/mnm
Ilménorutile	(Ti,Nb,Fe)O2	4/mmm	P42/mnm
Strüverite	(Ti,Ta,Fe)O2	4/mmm	P42/mnm
Paratellurite	TeO2	4/mmm	P42/mnm
Pyrolusite	MnO2	4/mmm	P42/mnm
Plattnérite	PbO2	4/mmm	P42/mnm
Rutile	TiO2	4/mmm	P42/mnm
Stishovite	SiO2	4/mmm	P42/mnm

Cristallographie

Structure cristalline du rutile. Gris : titane, rouge : oxygène.

Le rutile est un minéral quadratique (ou tétragonal), qui cristallise dans le groupe d'espace P4₂/mnm (n^o 136) avec Z = 2. Sa notation Strukturbericht est C4. Les paramètres de la maille conventionnelle sont a = 4,593 3 Å et c = 2,959 2 Å (V = 62,43 Å³)^[21],[22].

Le rutile a une densité théorique de 4,250 g cm⁻³ mais la densité généralement mesurée est de 4,230 g cm⁻³.

Les cations Ti⁴⁺ sont entourés par 6 anions O²⁻ en coordination octaédrique allongée. Les anions O²⁻ sont en coordination triangulaire de Ti⁴⁺. La longueur de liaison Ti-O moyenne est de 1,955 Å.

Les octaèdres TiO₆ sont reliés entre eux par leurs arêtes et forment des chaînes le long de la direction [0${\displaystyle \,}$0${\displaystyle \,}$1] ; ces chaînes sont reliées entre elles par les sommets des octaèdres dans les directions [1${\displaystyle \,}$1${\displaystyle \,}$0] et [1${\displaystyle \,}$1${\displaystyle \,}$0].

Le rutile peut présenter plusieurs types de macles :

• fréquentes sur {101} (macle en genou), souvent multiples, cycliques (huit sous-individus forment un anneau) ;
• macles sur {321} (macle en cœur) ;
• réseau en sagénite, combinaison, répétée dans l’espace, des deux lois de macle précédentes.

Gîtes et gisements

Gîtologie et minéraux associés

Gîtologie

• Minéral accessoire courant dans de nombreuses roches métamorphiques (gneiss, micaschistes, granulites, éclogites, etc.)
• Dans les roches magmatiques (granites, syénites, etc.) et des pegmatites et filons de quartz
• Dans des sables alluvionnaires
• Présent dans les roches lunaires
• Présent dans des météorites

Minéraux associés

Adulaire, albite, anatase, apatite, brookite, calcite, chlorite, hématite, ilménite, pyrophyllite, quartz, titanite.

Gisements producteurs de spécimens remarquables

• Canada

Kimmirut (Lake Harbour), île de Baffin, Territoire du Nunavut

• Espagne
  • Cajuelo, Vuitrago, Burgos, Castille et Leon (Topotype)
• France

Carrière de Trimouns, Luzenac, Ariège, en région Occitanie^[23]

Croissance des minéraux

Synthèse

Du rutile synthétique a été produit pour la première fois en 1948. Il est vendu sous plusieurs noms (lustérite, titania, etc.). Il réfracte fortement la lumière. Il peut être fabriqué dans une diversité de couleurs, mais pas dans un blanc transparent pur, étant toujours légèrement jaune. En raison de son apparence étrange, il est rarement utilisé en bijouterie. Il n'est pas très dur, à peu près 6 sur l'échelle de Mohs. Le substitut du diamant presque sans couleur est vendu sous le nom Titania.

Galerie

• 
  Sagénite - Dolina Shigar, Skardu Pakistan
• 
  Rutile - Kimmirut ,Territoire Nunavut, Canada - 6,7×3,5 cm
• 
  Inclusions de rutile dans le quartz - Minas Gerais - Brésil (3,5×2,5 cm)
• 
  Rutile taillé Minas Gerais - Brésil 3,79 Ctd

Exploitation des gisements

Le rutile est un minerai de titane et, dans une moindre mesure, peut donner des pierres gemmes après taille.

Les gisements de rutile contenant de 90 à 95 % de TiO₂ sont exploités pour la production de dioxyde de titane. Pour obtenir cet oxyde à l'état pur, le minerai est directement traité par le procédé au chlore (de). En 2014, l'extraction du rutile correspond à plus de 500 kilo-tonnes de dioxyde de titane, sur les 7 millions de tonnes de dioxyde de titane extraites (sachant que 5,5 millions de tonnes ont été consommées cette année-là)^[24].