Thaumasite

La thaumasite est un minéral silicate de calcium, contenant des atomes de silicium dans une configuration octaédrique inhabituelle, de formule chimique Ca₃Si(OH)₆(C O₃)(SO₄)·12H₂O, parfois également écrite plus simplement CaSiO₃·CaCO₃·CaSO₄·15H₂O.

Général
Thaumasite Catégorie VII : sulfates, sélénates, tellurates, chromates, molybdates, tungstates[1]
Thaumasite (blanc) avec de la prehnite (vert) de la Fairfax Quarry, Virginie
Classe de Strunz	7.DG.15 7 SULFATES (SELENATES, TELLURATES) 7.D Sulfates (selenates, etc.) with additional anions, with H2O 7.DG With large and medium sized cations; with NO3, CO3, B(OH)4, SiO4 or IO3 7.DG.15 Bentorite Ca6(Cr,Al)2(SO4)3(OH)12•26(H2O) Space Group P 6₃/mmc Point Group 6/m 2/m 2/m 7.DG.15 Charlesite Ca6(Al,Si)2(SO4)2B(OH)4(OH,O)12•26(H2O) Space Group P 3₁c Point Group 3m 7.DG.15 Ettringite Ca6Al2(SO4)3(OH)12•26(H2O) Space Group P 6₃/mmc Point Group 6/m 2/m 2/m 7.DG.15 Jouravskite Ca3Mn++++(SO4,CO3)2(OH)6•12(H2O) Space Group P 6₃/m Point Group 6/m 7.DG.15 Sturmanite Ca6(Fe+++,Al,Mn++)2(SO4)2[B(OH)4](OH)12•25(H2O) Space Group P 3₁c Point Group 3m 7.DG.15 Thaumasite Ca3Si(CO3)(SO4)(OH)6•12(H2O) Space Group P 6₃/m Point Group 6/m 7.DG.15 Carraraite Ca3Ge(OH)6(SO4)(CO3 )•12H2 O Space Group P 6₃/m, or P 6₃ Point Group Hex 7.DG.15 Buryatite Ca3(Si,Fe+++,Al)[SO4][B(OH)4](OH,O)6•12(H2O) Space Group P 3₁c Point Group 3m
Classe de Dana	32.04.04. Sulfates 32. Sulfates composés
Formule chimique	Ca₃Si(OH)₆(CO₃)(SO₄)·12H₂O CaSi(OH)₆·CaCO₃·CaSO₄·12H₂O CaSiO₃·CaCO₃·CaSO₄·15H₂O
Identification
Masse formulaire	622,62 uma
Couleur	Incolore, blanc, jaune pale
Classe cristalline et groupe d'espace	Pyramidal (6) symboles H-M : (6) P6₃
Système cristallin	Hexagonal
Réseau de Bravais	a = 11,030(7), c = 10,396(6) [Å] ; Z = 2
Clivage	Indistinct
Cassure	Subconchoïdal
Habitus	Prismatique, fibreux, massif, radial
Échelle de Mohs	3,5
Trait	Blanc
Éclat	Vitreux à soyeux
Propriétés optiques
Indice de réfraction	n_ω = 1.498–1.507 n_ε = 1.458–1.470
Biréfringence	Uniaxial (-) ; δ = 0,039
Transparence	Transparent à translucide
Propriétés chimiques
Densité	1,877

Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Il se présente sous forme de cristaux hexagonaux prismatiques incolores à blancs, typiquement sous forme de groupes rayonnants aciculaires. On le trouve également en masses fibreuses. Sa dureté est de 3,5 et il a une densité de 1,88 à 1,90. Optiquement, il est uniaxial négatif avec des indices de réfraction nω = 1,507 et nε = 1,468.

Groupe de prismes de thaumasite de Kuruman, dépôts de manganèse du Kalahari, province Cap-Nord, Afrique du Sud (taille : 4,2 x 3,1 x 1,2 cm)

Il apparaît comme minéral d'altération hydrothermale dans les gisements de sulfure et d'altération géothermale du basalte et du tuf volcanique. On le trouve avec les zéolites, l'apophyllite, l'analcime, la calcite, le gypse et la pyrite[2].

La thaumasite peut également se former en même temps que d'autres silicates de calcium hydratés (CSH) lors de l'altération du ciment, particulièrement lors d'une réaction sulfatique. La réaction peut conduire à l'affaiblissement, à l'expansion et à la fissuration du béton. Contrairement à l'attaque sulfatique conventionnelle, dans laquelle l'hydroxyde de calcium et les aluminates de calcium hydratés réagissent avec les sulfates pour former du gypse et de l'ettringite, dans le cas de la formation de thaumasite, les hydrates de calcium de la pâte de ciment peuvent aussi être attaqués. Par conséquent, même du béton contenant du ciment Portland résistant aux sulfates peut être affecté[3].

Elle fut décrite pour la première fois en 1878 en Suède et nommé d'après le terme grec, "thaumazein", être surpris, en référence à sa composition inhabituelle avec des anions carbonate, sulfate et hydroxysilicate[4].

La structure silicate de la thaumasite est inhabituelle du fait de la présence d'un atome de silicium non-tétraédrique dans son réseau cristallin[5]^,[6]. Par ailleurs, une configuration octaédrique atypique est observée pour l'atome de silicium présent dans la thaumasite sous forme d'hexahydroxysilicate : [Si(OH)₆]²⁻, un groupement ayant une géométrie similaire à celle de l'ion hexafluorosilicate [SiF₆]²⁻.

Voir aussi

Autres minéraux silicates de calcium hydratés (C-S-H) :

Afwillite
Acide hexafluorosilicique, un composé chimique avec un atome de silicium octaédrique hexa-coordonné
Gyrolite
Jennite
Stishovite, un minéral rare haute pression ayant également un atome de silicium octaédrique hexa-coordonné
Tobermorite

Références

La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.
« thaumasite », sur Mineral Handbook
(en) D. E. Wimpeny, D. Slater, Ravindra K. Dhir, M. Roderick Jones et Li Zheng, « Thaumasite in concrete structures: Some UK case studies », Challenges of Concrete Construction: Volume 3,‎ 7 juillet 2015, p. 127–137 (DOI 10.1680/rraeoc.31753.0014)
(en) « Thaumasite », sur Mindat.org
(en) J. A. Duffy et D. E. Macphee, « The coordination number of silicon in silicon−oxygen compounds: The special case of 6-fold coordination in thaumasite », The Journal of Physical Chemistry B, vol. 111, n^o 30,‎ 2007, p. 8740–8745 (PMID 17608517, DOI 10.1021/jp071343n)
(en) S. D. Jacobsen, J. R. Smyth et R. J. Swope, « Thermal expansion of hydrated six-coordinate silicon in thaumasite, Ca₃Si(OH)₆(CO₃)(SO₄)·12H₂O », Physics and Chemistry of Minerals, vol. 30, n^o 6,‎ 1^er juillet 2003, p. 321–329 (DOI 10.1007/s00269-003-0328-0, Bibcode 2003PCM....30..321J)

Bibliographie

(en) J. Aguilera, S. Martínez-Ramírez, I. Pajares-Colomo et M. T. Blanco-Varela, « Formation of thaumasite in carbonated mortars », Cement and Concrete Composites, vol. 25, n^o 8,‎ décembre 2003, p. 991–996 (ISSN 0958-9465, DOI 10.1016/S0958-9465(03)00121-5)

(en) S. J. Barnett, C. D. Adam et A. R. W. Jackson, « Solid solutions between ettringite, Ca₆Al₂(SO₄)₃(OH)₁₂·26H₂O, and thaumasite, Ca₃SiSO₄CO₃(OH)₆·12H₂O », Journal of Materials Science, vol. 35, n^o 16,‎ 2000, p. 4109–4114 (DOI 10.1023/A:1004898623884, Bibcode 2000JMatS..35.4109B)

(en) S. J. Barnett, D. E. Macphee, E. E. Lachowski et N. J. Crammond, « XRD, EDX and IR analysis of solid solutions between thaumasite and ettringite », Cement and Concrete Research, vol. 32, n^o 5,‎ mai 2002, p. 719–730 (ISSN 0008-8846, DOI 10.1016/S0008-8846(01)00750-5)

(en) Thomas Matschei et Fredrik P. Glasser, « Thermal stability of thaumasite », Materials and Structures, vol. 48, n^o 7,‎ 2014, p. 2277–2289 (ISSN 1359-5997, DOI 10.1617/s11527-014-0309-4)

(en) M.M. Rahman et M.T. Bassuoni, « Thaumasite sulfate attack on concrete: Mechanisms, influential factors and mitigation », Construction and Building Materials, vol. 73,‎ 2014, p. 652–662 (ISSN 0950-0618, DOI 10.1016/j.conbuildmat.2014.09.034)

Liens externes

(en) Thaumasite form of sulfate attack (TSA)
(en) Webmineral data

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[1] La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.

[Handbook-2] « thaumasite », sur Mineral Handbook

[3] (en) D. E. Wimpeny, D. Slater, Ravindra K. Dhir, M. Roderick Jones et Li Zheng, « Thaumasite in concrete structures: Some UK case studies », Challenges of Concrete Construction: Volume 3,‎ 7 juillet 2015, p. 127–137 (DOI 10.1680/rraeoc.31753.0014)

[Mindat-4] (en) « Thaumasite », sur Mindat.org

[5] (en) J. A. Duffy et D. E. Macphee, « The coordination number of silicon in silicon−oxygen compounds: The special case of 6-fold coordination in thaumasite », The Journal of Physical Chemistry B, vol. 111, n^o 30,‎ 2007, p. 8740–8745 (PMID 17608517, DOI 10.1021/jp071343n)

[6] (en) S. D. Jacobsen, J. R. Smyth et R. J. Swope, « Thermal expansion of hydrated six-coordinate silicon in thaumasite, Ca₃Si(OH)₆(CO₃)(SO₄)·12H₂O », Physics and Chemistry of Minerals, vol. 30, n^o 6,‎ 1^er juillet 2003, p. 321–329 (DOI 10.1007/s00269-003-0328-0, Bibcode 2003PCM....30..321J)