Sulfures de fer

Ben Valsler

Tout ce qui brille n’est pas de l’or,
vous l’avez souvent entendu dire.
Brian Clegg montre une autre facette,
de l’or des fous – le sulfure de fer.

Brian Clegg

‘Il y a de l’or dans ces collines! » Ou bien y en a-t-il ? Comme son surnom d’or des fous le suggère, la forme minérale pyrite du disulfure de fer II a plus qu’une ressemblance passagère avec le métal précieux. Avec la formule simple FeS2, la structure cubique du composé peut donner lieu à la production de formes platoniques d’aspect remarquablement efficace, à la fois en cubes aux bords nets et en dodécaèdres qui semblent avoir été fabriqués, bien que plus souvent la formation naturelle donne lieu à une structure moins clairement démarquée.

Dans les cristaux de disulfure de fer, les atomes de soufre viennent par paires, l’une des quatre liaisons du soufre étant liée à un autre atome de soufre. Ces liaisons sont rompues par chauffage pour produire du sulfure de fer II – FeS – et du soufre. Ce processus est utilisé dans la production de dioxyde de soufre, à la fois pour utiliser le gaz, par exemple comme agent de blanchiment pour le papier, et comme première étape de la production d’acide sulfurique. Plus récemment, le composé, qui est un semi-conducteur, a trouvé une utilisation dans les batteries lithium-fer, où la cathode est constituée de disulfure de fer : ces batteries sont compatibles en tension avec les piles traditionnelles de 1,5 volt, mais durent beaucoup plus longtemps que les équivalents alcalins.

La première application du disulfure de fer a peut-être été de remplacer le silex pour faire des étincelles – d’où le nom de pyrite – et a souvent été utilisé de cette manière dans les premiers pistolets. Il a également été utilisé pendant longtemps dans la production de sulfate de fer, traditionnellement connu sous le nom de vitriol vert. Le disulfure de fer est encore parfois utilisé de cette manière, bien qu’avec des mécanismes plus sophistiqués que l’approche traditionnelle consistant à laisser un tas de pyrite sous la pluie et à recueillir le liquide qui s’en écoule.

En s’oxydant, le minéral dégage une assez grande quantité de chaleur, ce qui peut entraîner des explosions dans les mines de charbon à forte teneur en soufre. Cette tendance à l’oxydation ne signifie pas pour autant que le disulfure de fer II est toujours enfermé. La pyrite polie est utilisée en joaillerie depuis l’Antiquité et ses cristaux plutôt sombres (ils ont rarement l’éclat de l’or) étaient particulièrement à la mode entre la fin des années 1700 et le début du XXe siècle.

Parfois, les bijoux en pyrite sont appelés bijoux en marcassite – ce qui prête à confusion car il existe un autre minéral disulfure de fer II appelé marcassite, où la structure cubique est étirée vers ce que l’on appelle une forme orthorhombique. Cette forme est moins adaptée à la fabrication de pierres précieuses car elle est plus fragile et susceptible de s’effriter. Le nom du bijou (souvent prononcé « marca-seet » au Royaume-Uni) remonte à une époque où toutes les formes du minéral étaient connues sous le nom de marcassite.

Cependant, le disulfure de fer II n’est en aucun cas la seule façon de combiner le fer et le soufre. Le sulfure de fer II, d’apparence beaucoup moins attrayante, est une substance tachetée de noir dont la structure est octaédrique autour du fer. Ce composé se forme assez fréquemment à partir de la décomposition de matières organiques, que ce soit sous forme de boue noire dans les marécages ou de décoloration sombre d’un jaune d’œuf trop cuit.