Pyrochlore

Les pyrochlores sont une famille de minéraux qui ont la même structure cristalline mais différentes compositions chimiques :

• le groupe des pyrochlores regroupe des minéraux de formule générale A₂Nb₂(O,OH)₆Z, où A peut être Na, Ca, Sn^II, Sr, Pb^II, Sb^III, Y, U^IV, H₂O ou ◻, et Z : OH, F, O, H₂O ou ◻^[1] ;
• le supergroupe des pyrochlores, plus large, rassemble des minéraux de formule générale A_2-mD₂X_6-wZ_1-n, où A (octocoordonné) peut être Na, Ca, Sn^II, Pb^II, Sb^III, Y, U^IV, H₂O ou ◻ ; D (hexacoordonné) : Ta, Nb, Ti, Sb^V ou W ; X : O (partiellement substitué par OH et F) ; Z (anion ou cation) : OH, F, O, ◻, H₂O, K, Cs ou Rb^[2].

Cristaux octaédriques de pyrochlore. Échantillon provenant de Vichnovogorsk (monts Oural, Russie).

Le réseau cristallin prend la forme d'une maille cubique à faces centrées, et leur composition chimique est ${\displaystyle {\ce {A_2B_2O_7}}}$ (avec A et B des métaux). De par leur grande diversité chimique, ils ont de nombreuses applications technologiques, comme la conduction ionique, la neutralisation des déchets nucléaires, les recouvrements de protection à haute température, les batteries d'oxyde solides, les conducteurs ioniques et électriques^[3],[4].

Découverte et étymologie

Ces composés ont été découverts en 1826 dans les mines de Stavern (comté de Vestfold et Telemark) et Larvik (comté de Vestfold), en Norvège^[5]. Leur nom, construit sur les mots grecs πῦρ / pûr (« feu ») et χλωρός / khlōrós (« vert »), a d'abord été donné à un minéral unique qui présente la particularité de verdir quand on le chauffe à la flamme^[5],[1].

Structure cristalline

Les pyrochlores ont comme structure cristalline la structure (Fd3m). Il s'agit d'un réseau cristallin ayant comme maille élémentaire une maille cubique à faces centrées. Leur formule chimique prend normalement la forme ${\displaystyle {\ce {A_2B_2O_7}}}$, mais on les retrouve également sous la forme ${\displaystyle {\ce {A_2B_2O_6}}}$. Leur structure est un dérivé de la structure fluorite (${\displaystyle {\ce {AO_2}}}$ = ${\displaystyle {\ce {A_4O_8}}}$, avec les cations A et B qui s'interchangent le long du plan cristallin [110]). Le manque d'oxygène par rapport à la structure flurorite est comblé par l'interstice tétraédrique entre deux cations B voisins. Ces systèmes sont sujets de par leur structure à une frustration géométrique, menant à des phénomènes magnétiques intéressants.

De par leur structure, les pyrochlores peuvent avoir différentes propriétés physiques, pouvant aller des isolants électriques (${\displaystyle {\ce {La_2Zr_2O_7}}}$) aux conducteurs ioniques (${\displaystyle {\ce {Gd_{1,9}Ca_{0,1}Ti_2O_{6,9}}}}$), aux conducteurs métalliques (${\displaystyle {\ce {Bi_2Ru_2O_{7-y}}}}$), aux systèmes mixtes ioniques et métalliques (${\displaystyle {\ce {Dy_2Ti_2O_7}}}$), aux systèmes de glace de spin (${\displaystyle {\ce {Y_2Mo_2O_7}}}$) et aux matériaux supraconducteurs (${\displaystyle {\ce {Cd_2Re_2O_7}}}$)^[6].