1. UNIVERSITE DE
LIEGE
FACULTE DES SCIENCES
Département de Géologie
Laboratoire de Minéralogie
Les phosphates de fer et manganèse de la pegmatite
No.1 de Palermo, New Hampshire (Etats-Unis)
Mémoire présenté par
Ibrahim HAJDARI
ingénieur de géologie
Pour l’obtention du
Année Académique Diplôme d’études approfondies en Sciences
2003-2004 (Option Sciences géologiques)
Octobre, 2004

2. UNIVERSITE DE
LIEGE
FACULTE DES SCIENCES
Département de Géologie
Laboratoire de Minéralogie
Les phosphates de fer et manganèse de la pegmatite
No.1 de Palermo, New Hampshire (Etats-Unis)
Mémoire présenté par
Ibrahim HAJDARI
ingénieur de géologie
Pour l’obtention du
Année Académique Diplôme d’études approfondies en Sciences
2003-2004 (Option Sciences géologiques)
Liège, octobre 2004

3. Qu’il me soit permis d’ouvrir ce travail de mémoire en
remerciant tous ceux qui m’ont aidé dans sa réalisation.
Mes remerciements vont tout d’abord à Monsieur le
Professeur A.-M. Fransolet, pour la confiance qu’il m’a
accordée en me proposant ce sujet. Je le remercie
également pour sa disponibilité et ses conseils avisés.
Je voudrais encore remercier vivement Monsieur Anthony
R. Kampf, du Musée National d’Histoire de la Nature à
Los Angeles, Californie, qui m’a fourni avec des
informations très utiles, publiées par lui-même durant son
travail scientifique à Palermo, New Hampshire.
J’exprime toute ma gratitude à F. Hatert, chercheur et à
P. Lefèvre, assistant au Laboratoire de Minéralogie, pour
leurs judicieux conseils et l’aide à la sélection de
littérature concernant le sujet.
Je tiens à remercier très chaleureusement ma famille pour
son soutient permanent. Mes plus vifs remerciements
s’adressent à mon épouse Valdete, pour son aide à taper
le texte et surtout pour ses nombreux encouragements.
Enfin, merci à toutes les autres personnes qui, d’une
manière ou d’une autre, ont contribué à l’aboutissement
de ce travail.

4. Résumé
Relativement inaperçus et rarement d'importance économique, les minéraux de
phosphates, malgré leur beauté, n’ont pas été un objet de recherches systématiques. Ils sont
présents dans trois grands types d’environnements : (1) les roches ignées, qui comprennent les
pegmatites granitiques, (2) les métaquartzites et les roches volcaniques qui ont subi une
influence hydrothermale, et (3) les roches sédimentaires, riches en phosphates, qui ont subi un
métamorphisme de degré variable. Les phosphates de fer et manganèse provenant des
pegmatites granitiques, comme c’est le cas de la pegmatite No.1 de Palermo, sont les plus
beaux et plus caractéristiques.
Malgré que la columbite n’est pas abondante dans le champ pegmatitique de Grafton,
New Hampshire, la pegmatite No.1 de Palermo fait partie du type béryl, sous-type béryl-
columbite-phosphates de la famille pétrogénétique LCT (lithium, césium, tantale) de la classe
des pegmatites à éléments rares, selon classification de Černý (1990, 1991a, b et c).
Jusqu’aujourd’hui, cette pegmatite a produit la plus grande variété d'espèces minérales de
phosphate que n'importe quelle autre pegmatite dans le monde. On a pu vérifié un total de 69
minéraux de phosphates, parmi lesquelles, dix nouvelles espèces, découvertes pour la
première fois ici :
1. La bjarebyite: (Ba,Sr)(Mn,Fe,Mg)2Al2(PO4)3(OH)2
2. La foggite: CaAlPO4(OH)2 ● H2O
3. La goedkenite: (Sr,Ca)2Al(PO4)2(OH)
4. La palermoïte: (Li,Na)2(Sr,Ca)Al4(PO4)4(OH)4
5. La samuelsonite: (Ca,Ba)9(Mn,Fe)4Al2(PO4)10(OH)2
6. La schoonerite: ZnMnFe3(PO4)3(OH)2 ● 9H2O
7. La whitlockite: Ca18(Mg,Fe)2(H2,Ca)(PO4)14
8. La whitmoreite: (Fe,Mn)Fe2(PO4)2(OH)2 ● 4H2O
9. La wolfeite: (Fe,Mn)2PO4(OH)
10. La xanthoxénite: Ca4Fe2(PO4)4(OH)2 ● 3H2O
Les phosphates sont concentrés aux bordures entre la zone intermédiaire et le noyau de
la pegmatite où les phases primaires de phosphates ont apparu durant la cristallisation
séquentielle de la pegmatite. On a identifié quatre phosphates primaires de Fe-Mn : la
triphylite, la wolfeite, le sarcopside et la graftonite, et deux phosphates primaires d’Al:
l'augelite et la montebrasite. La triphylite est, volumétriquement et selon son abondance, la
plus importante.
L'attaque des solutions pegmatitiques dérivées du noyau sur les phosphates primaires,
principalement sur la triphylite, lors de la phase tardive, a résulté à toute une série de
substitutions qui conduisent à une large gamme de variétés, tout en dépendant de la
composition chimique des solutions.
La pegmatite No.2 de Palermo, la deuxième plus grande pegmatite (après la pegmatite
No.1), parmi les 60 pegmatites connues dans le champ pegmatitique de Grafton, se caractérise
par une gamme riche en phosphates de Fe-Mn et d’Aluminium.

5. Abstract
Relatively inconspicuous to the casual observer and rarely of economic importance,
systematic investigations on the phosphate minerals, which sometimes fascinate with their
beauty, have been few, but still not enough. Meanwhile, they occur in three large geological
environments: (1) igneous rocks, comprising granitic pegmatites, (2) metaquartzites and
volcanic rocks which underwent a hydrothermal influence and (3) sedimentary rocks which
are rich in phosphates and underwent a variable grade of metamorphism. The Fe-Mn
phosphates of granitic pegmatites, as indicates Palermo No1 pegmatite, are very beautiful and
most characteristic.
Černý (1990, 1991a, b et c) has subdivided the beryl type of rare element pegmatites
into beryl-columbite-phosphate subtypes, but columbite is so sparse in this field that its use to
denote a subtype seems inappropriate here. Accordingly, the Palermo No.1 is classed as a
beryl-phosphate subtype of the LCT (lithium, cesium, tantalum) petrogenetic family. Until
today, no other pegmatite somewhere in the world has yielded a greater number of phosphate
species. 69 phosphate minerals have been reported and Palermo is the type locality for ten of
these:
1. La bjarebyite: (Ba,Sr)(Mn,Fe,Mg)2Al2(PO4)3(OH)2
2. La foggite: CaAlPO4(OH)2 ● H2O
3. La goedkenite: (Sr,Ca)2Al(PO4)2(OH)
4. La palermoïte: (Li,Na)2(Sr,Ca)Al4(PO4)4(OH)4
5. La samuelsonite: (Ca,Ba)9(Mn,Fe)4Al2(PO4)10(OH)2
6. La schoonerite: ZnMnFe3(PO4)3(OH)2 ● 9H2O
7. La whitlockite: Ca18(Mg,Fe)2(H2,Ca)(PO4)14
8. La whitmoreite: (Fe,Mn)Fe2(PO4)2(OH)2 ● 4H2O
9. La wolfeite: (Fe,Mn)2PO4(OH)
10. La xanthoxénite: Ca4Fe2(PO4)4(OH)2 ● 3H2O
The phosphates are concentrated near the boundary between the intermediate zone and
core of the pegmatite where primary phosphate phases crystallized during the sequential
crystallization of the pegmatite. Four Fe-Mn bearing primary phosphates: triphylite, wolfeite,
sarcopside and graftonite, and two Al bearing primary phosphates: augelite and montebrasite
are observed. Triphylite is volumetrically and after his abundance, most important.
Attack on the primary phosphates, principally triphylite, by late-stage, core-derived
solutions was pronounced and resulted in a variety of replacements depending upon the
chemistry of the solutions.
Palermo No.2 pegmatite, the second great pegmatite (after Palermo No.1) of about
sixty pegmatites on the Rice-Palermo property, in the Grafton pegmatite field, is characteristic
for the aluminum phosphates which dominate the phosphate mineral assemblages.

6. Table des matières
Introduction____________________________________________________________1
CHAPITRE 1
1. Pegmatites granitiques_________________________________________________2
1.1. Généralités 2
1.2. Composition chimique et minéralisation 2
1.3. Classification des pegmatites granitiques 3
1.3.1. Les pegmatites de la famille pétrogénétique LCT de la classe des
pegmatites à éléments rares 7
1.4. Genèse 7
1.4.1. Séparation des bains pegmatitiques du granite parental 7
CHAPITRE 2
2. Phosphates des pegmatites______________________________________________ 9
2.1. Description minéralogique 9
2.2. Paragenèses des phosphates de pegmatite 10
2.3. Phosphates primaires 11
2.3.1. Composition et distribution 11
2.4. Phosphates secondaires 15
2.5. Structure et cristallochimie des phosphates des pegmatites 19
CHAPITRE 3
3. La pegmatite No1 de Palermo, New Hampshire, Etats-Unis__________________ 22
3.1. Les pegmatites granitiques au nord de New England 22
3.1.1. Géologie et zonation 22
3.2. Mine de Palermo 27
3.2.1. Généralités 27
3.2.2. Accès 28
3.2.3. Brève histoire de la mine 28
3.3. Les caractéristiques géologiques et minéralogiques de la pegmatite No.1 de
Palermo 30
3.3.1. Description géologique 30
3.3.2. Description minéralogique 33
CHAPITRE 4
4. Les phosphates de pegmatite No.1 de Palermo _____________________________ 36
4.1. Paragenèses des phosphates 36
4.1.1. La cristallisation primaire (700°C-600°C) 36
4.1.2. L’altération métasomatique (600°C-350°C) 37
4.1.3. L’attaque hydrothermale et rémobilisation (350°C-50°C) 37
4.2. Description minéralogique des phosphates 40
4.3. Quelques mots sur les phosphates uranifères 42

7. 4.4. Phosphates non Fe-Mn 43
4.4.1. Phosphates d’aluminium 43
Augelite 43
Bjarebyite 43
Brazilianite 44
Childrenite/eosphorite 44
Ernstite 45
Foggite 46
Gatumbaite 47
Goedkenite 48
Goyazite 49
Montebrasite 49
Palermoïte 49
Paravauxite/gordonite 50
Scorzalite 50
Wardite 50
4.4.2. Phosphates de calcium 51
Anapaite 51
Carbonate-hydroxyl apatite 51
Fluoroapatite 51
Samuelsonite 51
Whitlockite 54
4.4.3. Phosphates de béryllium 55
Hydroxyl-herderite 55
Moraesite 55
Roscherite 55
4.4.4. Phosphates de zinc 55
Hopeite 55
Phosphophyllite 56
4.4.5. Phosphates d’uranium 56
Autunite/meta-autunite 56
Torbernite/metatorbernite 56
CHAPITRE 5
5. Phosphates de Fe-Mn de la pegmatite No.1 de Palermo_______________________57
5.1. Cristallochimie des phosphates de Fe-Mn 57
5.1.1. Pléochroïsme, couleur et arrangement des polyèdres ("bouquet-h") 59
5.2. Phosphates de Fe-Mn : 62
Arrojadite 62
Barbosalite 62
Beraunite 62
Bermanite 62
Cacoxenite 63
Diadochite 63
Dufrenite 64
Ferrisicklerite/Heterosite 65
Graftonite/Sarcopside 65
Hagendorfite 66
Hereaulite 67

8. Jahnsite 67
Kryzhanovskite 68
Laueite 68
Leucophosphite 69
Ludlamite 69
Messelite/fairfieldite 69
Metavivianite 69
Mitridatite 70
Phosphoferrite 70
Phosphosidérite 70
Pseudolaueite 70
Rockbridgeite 71
Schoonerite 72
Stewartite 73
Strengite 73
Strunzite 74
Tavorite 74
Triphylite 74
Vivianite 75
Whitmoreite 75
Wolfeite 76
Xanthoxenite 77
CHAPITRE 6
6. La Pegmatite No.2 de Palermo___________________________________________78
6.1. Généralités 78
6.2. Quelques études récentes sur la pegmatite No2 78
7. Conclusions__________________________________________________________ 83
8. Bibliographie_________________________________________________________ 87

9. Introduction
Environ 440 est le nombre des minéraux de phosphates connus, ce qui fait un peu plus
d’un dixième de la totalité des minéraux décrits à ce jour (Gaines et al., 1997). Cependant, les
phosphates ne représentent qu’une quantité mineure par rapport à l’ensemble des silicates.
Les pegmatites granitiques de la classe à éléments rares constituent l’environnement
géologique le plus commun de minéraux phosphatés où ils cristallisent à tous les stades de la
genèse pegmatitique. Ils tendent à se concentrer à proximité ou à l’intérieur quartzique des
pegmatites zonées. Les pegmatites granitiques sont connues pour la présence des phosphates
primaires et secondaires: la région de New England, les Black Hills de Dakota du sud,
quelques pegmatites en Californie méridionale (Etats-Unis), nombreuses pegmatites
brésiliennes, les pegmatites au Portugal, les occurrences en Bavière (les pegmatites de
Hagendorf Süd et Hühnerkobel), à la Suède nordique, à Viitaniemi en Finlande, la pegmatite
de Buranga au Rwanda (Afrique centrale), etc... Les Etats-Unis sont particulièrement bénis
avec des pegmatites granitiques : environ 100 pegmatites aux Black Hills, par exemple,
presque toutes y contiennent quelques phosphates primaires tandis que la majorité des
assemblages sont des phases secondaires. Dans ces pegmatites, la triphylite plus au moins
altérée est très abondante.
La pegmatite No.1 de Palermo, près de North Groton, New Hampshire, est
caractéristique pour ses nombreux phosphates de fer et manganèse et a été pendant longtemps
objet des recherches permanentes. Une collection de milliers d’échantillons dans cette
pegmatite assemblés par G. Bjareby, J. V. Smith, A. R. Kampf, R. W. Whitmore et
actuellement par J. Nizamoff, A. U. Falster et W. B. Simmons, dans la pegmatite No2, ainsi
que de nombreux échantillons de Palermo présents au Laboratoire de Minéralogie de
l’Université de Liège, procurent une occasion unique à l'étude plus détaillée.
Ce travail comprend l’état de connaissances actuelles sur la célèbre pegmatite No.1 de
Palermo, avec une description détaillée des phosphates de Fe-Mn et, dans le dernier chapitre,
quelques mots sur la pegmatite No.2, en vue de nouvelles recherches.