Cours de Pétrologie

Université CADI AYYAD Faculté des Sciences Semlalia Marrakech UNIVERSITE CADI AYYAD

COURS DE PÉTROLOGIE Filière STU S3 Cristallographie et minéralogie Roches magmatiques Roches métamorphiques 2012/2013

Minéralogie

► Éléments de cristallochimie ► Éléments de cristallographie ► Optique cristalline ► Classification des minéraux ► Critères de reconnaissance des minéraux ► Minéraux non silicatés ► Minéraux silicatés

2 [email protected]

Cristallochimie

Etude minéralogique : La Minéralogie : c‟est l‟étude des minéraux principaux constituants des roches. Un

minéral c‟est un solide naturel cristallisé caractérisé par une composition chimique bien définie et une structure atomique ordonné.

I. Notion de cristallochimie C‟est l‟étude de la relation entre la composition chimique, la structure interne et les propriétés physiques de la matière cristallisé. Les minéraux sont des solides cristallisés formés d‟éléments chimiques (atomes-ions-molécules) réunis selon des motifs géométriques dans un espace tridimensionnel, les éléments chimiques sont reliés entre eux par des liaisons interatomiques.

I-1 Rappels : I-1-1 Atomes : L‟atome se compose d‟un noyau entouré d‟une enveloppe d‟électrons. Le noyau comporte des éléments de masse qui sont les protons chargés positivement (+) et les neutrons chargés négativement (-). L‟enveloppe électronique à une masse négligeable comporte autant d‟électrons chargés négativement (-) que de protons chargés positivement (+) du noyau, donc l‟atome est un élément chimique neutre que l‟on définit par 2 nombres M et Z. M : nombre de masse = nombre de protons + nombre de neutrons. Z : nombre atomique correspond au nombre de protons.

3 [email protected]

Cristallochimie

Particule

Symbole

Masse

Charge

atomique Électron

e

0,000548

-1

Proton

p

1,007276

+1

Neutron

n

1,008665

0

Les éléments chimiques existent sous forme d‟ions (cations ou anions) caractérisé par leur rayon atomique ionique. Pour tous les éléments chimiques le rayon ionique croit ↑ avec le nombre atomique Z↑, pour un même élément chimique le rayon ionique décroit ↓ avec la charge ↓.

Représentation à l’échelle des rayons ioniques des ions du soufre

4 [email protected]

Cristallochimie

Représentation à l'échelle des rayons ioniques des principaux cations Les éléments les plus abondants dans la nature sont O2 et Si par conséquent les minéraux silicatés (99% des minéraux). Les éléments chimiques peuvent exister sous forme des isotopes qui sont des éléments qui ont le même nombre de protons et donc d‟électrons mais de nombre différent de neutrons. Les isotopes ont des propriétés chimiques identiques mais des masses atomiques différentes, exemple : (16O, 17O, 18O). En géologie les isotopes sont utilisés pour les datations absolues (exactes) des roches, et dans la détermination de l‟origine des magmas.

5 [email protected]

Cristallochimie

I-1-2 Les liaisons interatomiques : Dans les minéraux les éléments chimiques peuvent être liés par plusieurs types de liaisons : La liaison ionique (liaison forte) : corresponds à la force d‟attraction électronique entre les cations chargés positivement (+) et les anions chargés négativement (-). Exemple :

Na+ + Cl-

NaCl

La liaison covalente (liaison forte) : c‟est l‟union entre 2 atomes qui complètent leurs couches externes par la mise en commun d‟électrons. Exemple : le méthane CH4. La liaison métallique (liaison forte) : réalisé dans les métaux, elle est due à la libération d‟électrons formant un nuage très mobile où baignent les noyaux de plusieurs atomes. Ce nuage électronique tendre en compte de la conductivité électrique et thermique des métaux et aussi de leur malléabilité. La liaison résiduelle de Van der Waals (liaison faible) : union d‟atomes neutres ou d‟ensembles neutres d'atomes situés à des distances très importantes. (Édifices fragiles et peu cohérents).

I-1-3 Les liaisons dans les minéraux : Il existe 4 classes d‟éléments chimiques selon Goldschmidt (1923) : - Éléments amophiles, chimiquement indifférents; He, H, Ne, A, Xe, ... - Éléments lithophiles, tendance à se lier à l'oxygène; Si, Al, ... - Éléments chacophiles, se combinent au soufre; Zn, Cd, Hg, ... - Éléments sidérophiles, tendance à s'associer au fer ; Au, Pt, Ni, ... Éléments lithophiles dominance des liaisons ioniques, Éléments chacophiles dominance des liaisons covalentes et les Éléments sidérophiles dominance des liaisons métalliques.

6 [email protected]

Cristallochimie

Minéral homodésmique : il ne possède qu‟un seul type de liaison interatomique

(liaison ionique du sel gemme, liaison covalente du

diamant, liaison métallique du cuivre). Minéraux hétérogamétique : possèdent plusieurs sortes de liaisons. Les différences d‟associations (liaisons) traduisent le plus souvent les propriétés physiques du cristal. C‟est le cas par exemple du graphite. Le graphite est formé de carbones, il se compose d‟une superposition de plusieurs feuillets au niveau des feuillettes, les atomes de carbone sont liés entre eux par des liaisons covalentes des éléments motifs hexagonales. Les différentes feuillettes sont réunies les uns aux autres par des liaisons faibles de Van der waals. La présence des liaisons fortes au niveau des feuillets et des liaisons faibles entre les feuillettes se traduit par l‟excellent clivage que possède le graphite.

Structure du graphite : la distance importante entre deux feuillets est de 3,35 A°

I-2 Les édifices ioniques :

7 [email protected]

Cristallochimie

Les anions se regroupent toujours de façon géométrique autour des cations selon des édifices élémentaires bien déterminés appelés polyèdres de coordination, qui sont définis par Pauling en 1929.

I-2-1 Travaux de Pauling : Selon Pauling la formation des cristaux à partir d‟ions simples ou complexes suit à des règles empiriques : *Règle 1 : chaque cation est entouré par des anions qui occupent les sommets d‟un polyèdre. La nature du polyèdre est définie par rayons ioniques des anions et des cations. Il existe 6 principaux polyèdres de coordination. Le nombre d‟anions dans le polyèdre correspond au nombre de coordination. -Polyèdre linaire : 2 anions sont sur une ligne et ils sont séparés par un cation. rC/rA < 0,155

-Polyèdre triangle : les centres des 3 anions entourant le cation sont dans un plan.

Oxygène,

Carbone

0,155 < rC/rA < 0,225; nombre de coordination = 3. Exemple, (CO3)2-

-Polyèdre tétraèdre : 3 anions dans le même plan et le 4éme l‟extérieur du plan.

8 [email protected]

est à

Cristallochimie

(SiO2)4- + 2 Mg2+

2 Mg(SiO4) « Olivine magnésienne “Forstérite” »

(SiO2)4- + 2 Fe2+

2 Fe (SiO4)

(SiO2)4- + Zr 4+

Zr (SiO4)

« Olivine ferrifère “Fayalite” » «Zircon»

-Polyèdre octaèdre : 4 anions sont dans un plan et il existe un anion de part et d'autre de ce plan.

0,414 < rC/rA < 0,732 nombre de coordination=6

+

Exemple, (Na 5Cl)

5-

-Polyèdre cube : lorsque les anions se trouvent aux sommets du cube et le cation en son centre.

9 [email protected]

Cristallochimie

-Polyèdre cuboctaèdre : 8 anions occupent les sommets du cube et 4 à la face. Nombre de coordination : 12

rC/rA = 1

*Règle 2 ou règle de parcimonie : dans polyèdre de coordination, le nombre d‟ions de natures différentes qui s‟associent est faible. * Règle 3 : l‟association des polyèdres de coordination se fait par les sommets et rarement par les arêtes. L‟association par 2 faces est impossible. Exemple : les tétraèdres (SiO4)4- ne mettent en commun que leurs sommets. Aucun exemple de mise en commun de faces n‟est connu.

I-2-2 Loi de substitution ou règle de Diadochie : C‟est l‟ensemble de lois permettant de préciser les conditions dans lesquels les ions peuvent se substituer les uns aux autres dans les édifices ioniques. Loi 1 : pour que 2 ions puissent se substituer l‟un à l‟autre dans un édifice ionique cristallin leurs rayons ioniques ne doit pas différer de plus de 15%. Exemple : Fe2+ (rC = 0,74 Ao) ; Mg2+ (rC = 0,66 Ao) Ils se substituent aisément dans beaucoup de minéraux particuliers, les silicates ferromagnésienne (Olivine, Pyroxène, Amphibole, Biotite). Mg2+

10 [email protected]

Cristallochimie

2 Mg (SiO4) Fayalite

2 Fe (SiO4) Fe2+

Forstérite

Dans le cas du pyroxène : 2Mg2+ 2 Fe (SiO6)

2 Mg (SiO6) 2Fe2+

Ferrosilite

Enstatite

Loi 2 : quand 2 ions possèdent la même charge mais des rayons différent à moins de 15 %, l‟ion qui va être incorporé de préférence est celui qui le rayon plus petit. Exemple : l‟Olivine de Mg se cristallise avant l‟Olivine de Fe. Loi 3 : Quand deux ions possèdent le même rayon ionique, mais diffèrent par leurs charges, celui qui a la plus forte charge est incorporé de préférence. La substitution peut se faire entre deux ions de charges différentes. Comme le cristal doit rester neutre, il y a une autre substitution qui se fait en même temps entre deux autres ions de charges différentes. Au fait il y a un couple de substitution. Exemple : Dans les plagioclases lorsque Na+ se substitue à Ca2+, il y a conjointement remplacement de Si4+ par Al3+. Le couple de substitution s'écrit dans ce cas : Na+ + Si4+

Ca2+ + Al3+

On passe de [Si3AlO8] Na+ à [Si2Al2O8] Ca+ par double substitution; Si se substitut à Al3+ et Na+ et remplacé par Ca2+. [Si3AlO8] Na+

[Si2Al2O8] Ca2+

Loi 4 : Quand deux ions possèdent les mêmes charges et des rayons voisins, c'est celui qui a la plus petite électronégativité qui va être incorporé de préférence.

11 [email protected]

Cristallochimie

On appelle électronégativité, le pouvoir d'un atome d'attirer un électron a lui.

Exemples :

12 [email protected]

Cristallochimie

II. Eléments de cristallographie Les minéraux sont des solides cristallisés, homogènes caractérisés chacun par une composition chimique bien défini et une structure atomique ordonnée. La matière existe sous forme de deux états, à savoir l'état amorphe et l'état cristallisé. L'état amorphe se réalise dans les gaz, les liquides et les verres. L'état cristallisé concerne les solides à l'exception des verres. Dans l'état amorphe distribution anarchique (quelconque) des atomes. L‟état

cristallisé :

arrangement

des

atomes

selon

un

réseau

tridimensionnel formé d'un empilement de petits volumes tous identiques qui se répètent indéfiniment. Ce petit volume se qualifie de maille élémentaire. La maille élémentaire caractérise un minéral donné et possède toutes ces propriétés physique et chimique. Exemple : La maille élémentaire de la halite est un cube dont l'arête mesure 5,63 A° (1 A° = 10-10 mètres). Ne pas confondre maille élémentaire et polyèdre de coordination. Le polyèdre de coordination de l‟halite et un octaèdre.

13 [email protected]

Cristallographie

II-1 Les systèmes cristallins : Aux différentes mailles élémentaires on fait correspondre des systèmes cristallins. Un système cristallin regroupe l'ensemble des formes dérivées d'un prisme

de

base

par

troncatures.

On

appelle

troncature

le

développement d'une face à l'emplacement d'un sommet ou d'une arête. Il existe 7 systèmes cristallins ; chacun d'eux se caractérise par ces éléments de symétrie, ces dimensions (a, b, c) et ces angles aux sommets (α, β, γ).

14 [email protected]

Cristallographie

Exemple : le système cubique regroupe 13 formes toutes dérivant d‟un prisme de base qui est le cube.

15

Les 13 formes du système cubique. Le prisme de base est le cube

[email protected]

Cristallographie

Principaux éléments géométriques des prismes de bases des sept système cristallins

Système cubique

a=b=c a = b = g = 90°

prisme à faces carrées.

Système rhomboédrique

a=b=c a = b = g ≠ 90°

prisme à faces losangiques.

Système quadratique.

a=b≠c a = b = g = 90°

prisme droit à bases carrées

Système orthorhombique

a≠b≠c a = b = g = 90°

prisme droit à bases rectangles.

Système hexagonal.

a=b≠c a = b = 90°, g = 120°

prisme droit à bases hexagonales.

Système monoclinique.

a≠b≠c a ≠ 90°; b = g = 90°

prisme oblique à bases rectangles.

Système triclinique.

a≠b≠c a ≠ b ≠ g ≠ 90°

prisme quelconque.

II-2 Éléments de symétrie : - Axe de symétrie : On dit qu'un axe est d'ordre n, si après une rotation de 2π/n, le système (cristal) se retrouve dans une position équivalente à la position initiale.

16 [email protected]

Cristallographie

Ordre des axes de symétrie passant par les centres de différentes formes géométriques. N.B. Il n’existe pas de symétrie d’ordre 5 dans les cristaux.

Le tableau ci-dessous donne la valeur de la rotation correspondant aux différents axes de symétrie : Axes A2 A3 A4 A6

Rotation Rotation de 180° Rotation de 120° Rotation de 90° Rotation de 60°

- Plan de symétrie ou miroir : Le plan de symétrie divise le système en deux moitiés qui sont l'image l'une de l'autre. - Centre de symétrie : C'est un point, par rapport auquel, tout point du système à son symétrique. Remarques : ► Tout axe d'ordre pair est perpendiculaire à un plan de symétrie passant par le centre de symétrie. ► Un système qui possède deux axes d'ordre 2 ou 4, en admet un troisième, de même ordre (2 ou 4), normal au plan définit par les deux premiers; c'est le cas par exemple des 3A4 du système cubique et des 3A2 des systèmes orthorhombique et rhomboédrique.

II-3 Application aux systèmes cristallins : Formules de symétries des systèmes cristallins : Systèmes cristallins Système cubique Système rhomboédrique Système quadratique Système orthorhombique Système hexagonale Système monoclinique

Formule de symétrie 3A4/3M, 4A3, 6A’2/6M’, C A3, 3A’2/3M’, C A4/M, 2A’2/2M’, 2A’’/M’’, C A2/M, A’2/M’, A’’2/M’’, C ou 3A2/3M A6/M, 3A’’2/3M’, 3A’’2/3M’’, C A2/M, C

17 [email protected]

Cristallographie Système triclinique

C

III. Elément de minéralogie III-1 Propriétés fondamentales des minéraux : Ces propriétés correspondent aux caractères morphologiques, chimiques, physiques qui nous permettent la détermination des minéraux. (Voir TP S2 et S3). Les caractères morphologiques des minéraux : Concernent la forme, le faciès, les macles, le clivage, les cassures,…etc. Un minéral peut être automorphe, xénomorphe ou subautomorphe. Les macles : c‟est l‟association de 2 ou plusieurs individus identiques d‟un même minéral orienté selon les lois cristallographiques strictes. Exemple : Macle simple, accolement de 2 individus, macle simple de Carlsbad retrouvé à l‟Orthose. Macle polysynthétique, accolement de plusieurs individus, cas du plagioclase.

18 [email protected]

Minéralogie

Clivage : c‟est un plan selon lequel le minéral se casse ou se brise lorsqu‟il soumit à une contrainte. Ce sont des plans de moins grande densité atomique. Clivage facile : Biotite, Muscovite. Clivage difficile : cas des Amphiboles. Le nombre de clivage peut varier d‟un minéral à l‟autre par un même minéral le nombre de clivage varie selon la section, aussi l‟angle entre les 2 clivages peut être spécifique pour certains minéraux.

Une seule direction de clivage : cas des micas

Deux directions de clivage à 60° : Cas des amphiboles

Deux directions de clivage à 90°: Cas des pyroxènes

19 [email protected]

Minéralogie

Les caractères physicochimiques : La couleur, la transparence, couleur de la trace, l‟éclat, la dureté, la radioactivité, le magnétisme, la saveur, la solubilité, la réaction avec certains solutions chimiques (HCL avec les carbonates). La couleur : mauvais critère, un minéral peut avoir une seul couleur. Exemple : la citrine Andésite

jaune bleu

Quartz peut être blanc ou incolore La densité : c‟est la quantité de matière dans un volume donné de la substance (kg/m3). Elle dépend de la composition chimique et de l‟organisation atomique. La dureté : c'est la résistance des minéraux à la rayure. Il existe une échelle de dureté relative dite échelle de Mohs, constituée par une liste de dix minéraux de référence. Certains matériaux sont utiliser pour tester la dureté de minéraux, on utilise l'ongle, la lame de couteau, le verre. Ne pas confondre la dureté avec ténacité.

La ténacité : résistance à la cassure la plus dure le diamant. L’éclat : c'est l'expression du pouvoir réflecteur du minéral.

20 [email protected]

Minéralogie

Métallique : fort pouvoir réflecteur (faible absorption de la lumière). Pierreux : faible pouvoir réflecteur (forte absorption de la lumière). Type d’éclat vitreux (hyalin) adamantin gras résineux soyeux nacré

Exemple Quartz (comme le verre) diamant (aspect gras et huileux) impression d'une couche d'huile comme la résine d'un minéral finement fibreux (amiante) mica blanc (irisations)

III-2 Comportement des minéraux vis-à-vis de la lumière : On distingue 2 types de minéraux :  Minéraux isotropes.  Minéraux anisotropes. Ils se distinguent grâce à leurs surfaces des indices.

III-2-1 Ellipsoïdes des indices :  Cas des minéraux isotropes : Les minéraux isotropes ont un seul indice de réfraction, on dit qu‟ils sont monoréfringents, de se faite la propagation de la lumière se fait avec la même vitesse dans toutes les directions du cristal. V = C/n C= Célérité de la lumière dans le vide (n=1). n= indice de réfraction d'un milieu donné. Plus n est grand, plus la vitesse est petite.

n

n n 21 [email protected]

Minéralogie

► Les ellipsoïdes des indices des milieux isotropes est une sphère de rayon n. ► Les milieux de l‟état amorphe (verre, gaz, liquide) sont isotropes. ► Dans l‟état cristallisé seul les solides ou les cristaux des systèmes cubiques sont isotropes. Exemple : Grenat, Haüyne.

 Cas des minéraux anisotropes : Les minéraux portent plus qu‟un seul indice réfraction (2 ou 3) on dit qu‟ils sont biréfringents, leurs ellipsoïdes des se sont des ellipsoïdes de révolution ou quelconques. Ellipsoïdes de révolution : Ils se caractérisent par une symétrie de révolution autour d‟un axe de symétrie de révolution, il possède 2 indices de réfraction principaux (ng et np) et une seule section monoréfringente (section circulaire). Les ellipsoïdes de révolution ont un seul axe optique perpendiculaire à la section monoréfringente, on dit qu‟ils sont uniaxes (U). Il existe 2 types d‟ellipsoïdes uniaxes : Uniaxe positif noté (U+) : l‟axe optique est confondu avec ng, np rayon de la section monoréfringente. Uniaxe négatif noté (U-) : l‟axe optique est confondu avec np, ng rayon de la section monoréfringente.

22 [email protected]

Minéralogie

Chaque minéral anisotrope se caractérise par sa biréfringence qui correspond à la différence des indices Δmax = (ng-np) > Δ = (ng’-np’). Les cristaux uniaxes sont ceux qui cristallise dans les systèmes : quadratiques, hexagonales, rhomboédriques. Exemple : le Quartz cristallise dans le système hexagonal mais il est (U+). La Néphéline cristallise dans le système hexagonal mais il est (U-). La Tourmaline cristallise dans le système et il est (U-).

Ellipsoïdes quelconques : Ils ne possèdent pas de symétrie de révolution, ils possèdent 3 axes de symétrie d‟ordre 2 et 3 plan de symétrie (3 A3/3 M, C). Ils ont 3 indices principaux (ng, np, nm), 2 sections monoréfringentes, 2 axes optiques, de ce fait on dit qu‟ils sont biaxes. nm : indice de section monoréfringente et nm ≠ (ng+np)/2 Il existe 2 types d‟ellipsoïdes biaxes :

23 [email protected]

Minéralogie

 Biaxe positif noté (B+) : ng bissectrice de l‟angle (2V).  Biaxe négatif noté (B-) : np bissectrice de l‟angle (2V).

Les cristaux biaxes cristallisent dans le système orthorhombique, monoclinique, triclinique. Exemple : Olivine (orthorhombique) Augite (monoclinique) Disthène (triclinique)

III-2-2 Position des ellipsoïdes dans les cristaux : Système cubique : riche en éléments de symétrie, et possède plusieurs axes d‟ordre supérieur à 2 (3A4), les cristaux du système cubique sont optiquement isotropes quelque soit la section, ils ont un seul indice et l‟ellipsoïde est une sphère. Exemple : le Grenat. Les cristaux des systèmes quadratiques, hexagonaux et rhomboédriques ont un seul axe d‟ordre supérieur à 2, quadratique(A4) ; rhomboédrique

24 [email protected]

Minéralogie

(A3) ; hexagonal (A6) cet axe est confondu avec l‟axe optique de l‟ellipsoïde de révolution. Les cristaux des systèmes orthorhombiques, monocliniques, tricliniques sont biaxes et possèdent ou pas que des éléments de symétrie d‟ordre binaire (A2). Les sections biréfringentes sont très courantes dans ces cristaux, il est rare de rencontrer une section monoréfringente. Il existe 6 positions possibles de l‟ellipsoïde dans le cristal : Pour le système monoclinique l‟un des indices est confondu avec l‟axe (A2) du système, les 2 autres indices sont dans un plan perpendiculaire à l‟axe (A2). Pour le système triclinique qui ne possède qu‟un seul élément de symétrie qui est le centre de symétrie (C), la position de l‟ellipsoïde est quelconque, le centre de l‟ellipsoïde est confondu avec le centre du système.

Position virtuelle de la surface sphérique des indices dans le système cubique

Position virtuelle de l’ellipsoïde uniaxe dans un cristal de quartz U+ (a) et dans un cristal de calcite U- (b).

25 [email protected]

Minéralogie

Les différentes orientations possibles des indices dans les cristaux orthorhombiques

Exemple de position des indices dans un cristal monoclinique.

III-3 La classification des minéraux : Il existe 2 grandes familles de minéraux :  Minéraux non silicatés  Minéraux silicatés

III-3-1 Minéraux non silicatés : Ces minéraux ne contiennent pas de silicium dans leur composition chimique et par conséquent pas de (SiO2), ils sont présents en faibles teneures dans les roches (moins de 1% de la croute terrestre), ils peuvent réaliser des concentrations importantes et former des gisements de minerais recherchés par leur importance économique. Les minéraux non silicatés se subdivisent en 7 classes qui sont : Les éléments natifs, les halogénures, les sulfures, les oxydes, les sulfates, les carbonates, les phosphates.

26 [email protected]

Minéralogie

 Les éléments natifs : Existent à l‟état pur dans la nature c‟est le cas des métaux et des métalloïdes. Les métaux sont très recherchés dans l‟industrie et la bijouterie. Exemple : l‟Or (Au), Ag, Cu, le platine (Pt), Fe, cristallisent dans le système cubique et possèdent des liaisons métalliques. L‟Or métal précieux inaltérable, élément dense (d=19,3). L‟Or se rencontre dans les filons de Quartz aurifère au niveau des grandes failles cisaillements anciennes profondes (failles qui jouent le rôle hori/ver) dans les veilles chaines de montagnes, régions qui ont subi un fort métamorphisme, il peut aussi exister, dans plusieurs alluvions à Or que l‟on qualifie. Le platine : avec (d=21,46) altérable, précieux se rencontre associé aux roches magmatiques ultrabasiques (dans les péridotites et les serpentines), provient de la transformation de la péridotite. Le fer : très sensible au phénomène de l‟oxydation, de ce fait il ne se rencontre dans la croute terrestre qu‟a l‟état oxydé sous forme de FeO ou Fe2O3 dans la magnétite et l‟hématite, le fer natif se rencontre dans les météorites. Le cuivre : (d=8,95) on le rencontre à l‟état natif associé à d‟autres éléments comme la cuprite, malachite, l‟azurite, le cuivre est associé aux roches volcaniques ou volcanosédimentaires. L‟argent : (d=10,5) se rencontre à l‟état natif associé à d‟autres métaux comme l‟or et le cuivre. A la différence de l‟or, l‟argent et le cuivre sont relativement altérables.  Les metalloïdes : Le soufre et le carbone, le soufre est un produit de sublimation des fumeroles volcaniques on le rencontre aussi associé à d‟autres éléments dans les sulfures et les sulfates (substance inflammable pour produire de la chaleur „les fours‟).

27 [email protected]

Minéralogie

Le carbone : présent un dimorphisme avec le diamant cubique et le graphite hexagonal. Le diamant : dont le poids s‟exprime en carat (1carat = 200 mg = 0,2 g) c‟est un cristal gemme qui se trouve en inclusions dans les cheminés cylindriques verticales (pipes) faites des péridotites micacés = kimberlites qui sont d‟origine mantellique, Localisées dans veilles plateformes terrestres en Afrique du sud, en Inde, au Brésil, Sibérie. Le diamant cristallise sous des pressions fortes et d‟autant plus fortes quand la température est élevée. Le diamant est le minéral le plus dure de tous les minéraux dans lequel les atomes de carbones sont liés par des liaisons covalentes en charpente tétra technique. Le diamant est utilisé en joaillerie et comme abrasif et taillant de forage et découpage. Le graphite : se compose de carbones à la différence du diamant, les atomes de carbones se disposent aux sommets d‟hexagone jointif formant des feuillets parallèles dans chaque feuillet les liaisons sont covalentes et entre les feuillets les liaisons sont faibles de type Van der waals, minéral tendre de densité (d=2,2) et de dureté D=1,5. Le graphite se rencontre dans les roches métamorphiques telles que Skarns, micaschistes, gneiss. Le graphite provient de la décomposition de la matière organique lors du métamorphisme, sa formation nécessite une cristallisation au milieu très peut oxydant (pauvre en O2), la présence éventuelle d‟oxygène (O2) dans le milieu favorise la formation de (CO2) qui empêche la cristallisation du graphite avec dureté D= 5, (minéral noir) qui tache les doigts, exemple : min de crayon il est utilisé comme lubrifiant des huiles des moteurs.

28 [email protected]

Minéralogie

 Les sulfures : Minéraux minerais qui concentrent plusieurs éléments métalliques utiles (Ag, Zn, Cu, Hg, Ni, Sb, Fe,..). 4 groupes en fonction du nombre des éléments métalliques et d‟atomes de soufre : 

Groupe A2S:

-

Argentite: Ag2S

-

Chalcosite: Cu2S



Groupe A3 S2

-

Bornite: Cu5 FeS



Groupe AS

-

Galène : Pb

-

Covéllite : CuS

-

Cinabre : HgS

-

Blende : ZnS

-

Chalcopyrite : CuFeS2



Groupe AS2

-

Pyrite : FeS2

-

Molybdénite : MoS2

29 [email protected]

Minéralogie

 Les halogénures : Dans cette classe l‟anion n‟est pas l‟oxygène, comme dans le cas général, mais c‟est un halogène : Cl-, F-, B-, I-. Exemple : Le sel gemme (sel de cuisine) ou halite de formule chimique NaCl. La sylvite de formule chimique KCl. La fluorine de formule chimique CaF2. Ils cristallisent tous dans le système cubique et possèdent des liaisons ioniques, l‟halite est un minéral des roches sédimentaires de types évaporites, on peut l‟obtenir par l‟évaporation des eaux salés marins ou continentales, dont NaCl peut avoir substitution du (Cl-) par l‟iode I- on obtient alors un sel iodé qui est NaI sel recommandé par L‟OMS contre la maladie du goitre qui atteint spécialement les gens des zones continentales internes loin des cotes marines, en particulier les gens des montagnes. La sylvite moins commune que l‟halite avec laquelle elle est souvent associée, c‟est une source de K+ (potassium) et du potasse KOH, elle est utilisé dans les produits des engrais en agriculture, à ne pas confondre la sylvite et la sylvanite (AuAgTe4) qui est un tellure d‟Argent et d‟Or. La fluorine minéral de collection utilisé dans l‟extraction du fluore, utilisé dans la fabrication des dentifrices, elle se rencontre en faibles quantités dans les roches magmatiques alcalins et dans les géodes (cavités) de certains calcaires métamorphiques (skarns à fluorine) cristallise dans le système cubique, elle est de couleur vert.  Les oxydes : Minéraux présentent en faibles quantités dans les roches, les minerais de certains oxydes ont un intérêt d‟ordre économique, c‟est le cas d‟oxyde de fer, de chrome, oxyde de manganèse (Mn), oxyde d‟étain (Sn), oxyde de cuivre (Cu), oxyde d‟aluminium (Al), oxyde d‟uranium (U).

30 [email protected]

Minéralogie

Exemple : Oxydes de titane (TiO2) sont le rutile et l‟anatase, ils cristallisent dans le système quadratique, le rutile est stable à haute température, l‟anatase se cristallise à basse température c‟est un minéral accessoire des roches magmatiques, il provient de la transformation des rutiles (métamorphisme). Oxydes de manganèse (MnO2) on l‟appel Pyrolusite c‟est le principal minerai de manganèse minéral associé aux roches magmatiques basiques et ultrabasiques. Oxydes d‟aluminium, il y a se qu‟on appel la diaspora (Al2O3, Al2O), la gibbsite (Al (OH3)), corindon (Al2O3) c‟est un minéral rencontré dans les roches magmatiques déficitaires en silice (sous saturé en silice), le corindon à D=9, il peut former des placers à corindon, les meilleures corindons ont été trouvés dans les alluvions, il est utilisé comme abrasif, se sont des pierres précieuses utilisés en bijouterie qui se distinguent par leur couleur : ► Le saphir : corindon blanc. ► Le rambin : corindon rouge. ► L‟Émeraude : corindon vert. ► Topaze : corindon jaune. Oxydes d‟étain (SnO2) cassitérites, minéraux du système quadratique, c‟est le seul minéral d‟étain exploité, l‟étain se rencontre en association avec certaines roches magmatiques acides «riches en silice» (granite à muscovite leucogranite), microgranite à muscovite (leucomicrogranite) dont la greisen (75 %de Quartz, 23% Muscovite et 2% Tourmaline). Oxydes de fer possèdent, associés ou non, dans leurs structures des ions Fe2+,Fe3+,Ti4+.on citera parmi ces oxydes : ► Des oxydes du système cubique, la magnétite de formule Fe2+2Fe3+O4, l‟ulvospinelle de composition 2Fe2+TiO4.la magnétite se range aussi avec les spinelles.

31 [email protected]

Minéralogie

► Des oxydes du système hexagonal, l‟ilménite de composition FeOTiO2 et l‟hématite de formule 2Fe2+O3. Les spinelles : minéraux du système cubique, cristallisent en octaèdre. Formule générale : XY2O4 X est un ion bivalent = Mg2+ ou Fe2+. Y est un ion trivalent = Al3+, Fe3+ ou Cr3+. Donnent les formules des spinelles = combinaisons entre ions bivalents et trivalents. Y

X 3+

Al Fe3+ Cr3+

Mg2+ Spinelle MgAl2O4 Magnésio ferrite MgFe2O4 Magnésio chromite MgCr2O4

Fe2+ Hercynite FeAl2O4 Magnétite FeFe2O4 Chromite FeCr2O4

Spinelle : minéral vert, brun. Les spinelles à l‟exception de la magnétite sont instables, à la présence de la silice ils se transforment en grenat, sillimanite ou en cordiérite. Oxydes d‟uranium existent sous forme d‟uraninite et pechblende, ces minéraux on les trouve associés au granite ou un sable qui provient l‟érosion du granite.  Les carbonates : Le groupement de base des carbonates est (CO3)2-. Carbonates communs = carbonates de calcium de formule CaCO3. Les polymorphes de CaCO3 = calcite rhomboédrique et l‟aragonite orthorhombique, font effervescences avec HCL dilué à 10% selon la réaction destructive : CaCO3 + 2HCL

CaCl2 + CO2 + H2O

L‟aragonite se colore en violet par une solution de nitrate de cobalt. La

dolomite

(rhomboédrique)

carbonate

de

calcium

magnésien

CaMg(CO2)2. Carbonate peu abondant d‟intérêt économique pour l‟extraction de métaux :

32 [email protected]

Minéralogie

-Magnésite MgCO3, sidérite Fe2+CO3, cérusite PbCO3, smithsonite ZnCO3, cristallisent dans le système rhomboédrique. -l‟Azurite Cu3(OH)2(CO3)2 et la Malachite Cu2(OH)2CO3 du système monoclinique, recherchés pour l‟extraction du cuivre.  Les sulfates : Les sulfates ont en commun le tétraèdre (SiO4)2- . Exemple : la barytine (BaSO4) et l‟anhydrite (CaSO4), les 2 cristallisent dans le système orthorhombique, ne contient pas d‟eau contrairement au gypse (CaSO4, 2H2O). Le gypse sulfate hydraté dans le système monoclinique, le gypse et l‟anhydrite sont des roches sédimentaires de type évaporites. Le gypse se transforme en plâtre quand il est chauffé d‟une température de 60oCà 200oC. Le gypse fait pâte avec l‟eau.  Les phosphates : Construits à partir du tétraèdre (PO4)3-. L‟apatite de formule Ca5(PO4) 3(OH-, F-, Cl- ) est le plus commun des phosphates, cristallise dans le système hexagonal. L‟apatite est un minéral accessoire des roches magmatiques et des génisses. Le phosphate des roches sédimentaires phosphatées est une apatite cryptocristalline mal cristallisée nommée colophane. Vanadanates et des arsénates forment des solutions solides parfaites avec les phosphates. S‟obtiennent par substitution du phosphore par le vanadium et l'arsenic. Exemple : L‟érythrite CO2(AsO4)2,8H2O minerais de cobalt (Bou Azzer, Anti-Atlas). Vanadinite Pb5(VO4)4Cl minerais de Pb (Malade, Midelt).

III-3-2 Minéraux silicatés:

33 [email protected]

Minéralogie

L‟élément commun à tous les silicates le tétraèdre (SiO4)4- avec un petit cation Si4+ de rayon Si4+ = 0,40 A° logé entre 4 gros anions O2- de rayon O2- = 1,40 A°. Les liaisons entre les tétraèdres se font par les sommets, pas de liaison de type Si-Si dans les silicates. Les tétraèdres s‟unissent par mise en commun 1, 2, 3 ou 4 sommets les possibles, Al3+ peut se substituer à Si4+ dans les tétraèdres, quand Al3+ occupe

le

centre

d‟un

polyèdre

tétraèdre

on

le

note

AlIV

„tétracoordonné‟ , si Al3+ occupe le centre de polyèdre octaèdre on dit qu‟il est hexacoordonné on parle de AlVI . L'enchaînement des tétraèdres (SiO4)4- est à la base de la classification des minéraux silicatés.  Silicates à tétraèdre isolé nésosilicates :

Tétraèdres (SiO4)4- indépendants et isolés les uns des autres par des cations.

L'unité de base est un tétraèdre. La composition se note entre crochets; sa configuration structurale est représentée par tétraèdre (Voir ci dessous).

34 [email protected]

Minéralogie

Les nésosilicates regroupent plusieurs minéraux importants péridots, les silicates d‟alumine, le zircon Zr [SiO4], le grenat, la sphéne,… Les Péridots ou olivines : nésosilicates ferromagnésiens constituent une série isomorphe avec miscibilité à toute température entre deux pôles principaux : - Pôle magnésien = forstérite de formule structurale Mg2[SiO4], - Pôle ferreux = fayalite de formule structurale Fe2[SiO4]. L‟olivine est un mélange parfait, en toutes proportions des deux pôles, forstérite (notée Fo) et fayalite (notée Fa). (Mg, Fe2+) Mg2[SiO4] Fe2[SiO4] (100% Fo ; 0% Fa) (100% Fa ; 0% Fo)

35 [email protected]

Minéralogie

La formule structurale générale d‟une olivine s'écrit [SiO4] 2(Fe, Mg). La formule moléculaire d‟un minéral correspond au nombre d‟oxydes majeures présent dans sa composition, les principaux oxydes majeurs (éléments majeurs) sont : SiO2, Al2O3, FeO, Fe2O3, MgO, CaO, TiO2, MnO, Na2O, K2O, P2O5. Les pourcentages en poids d'oxydes majeurs peuvent se calculent sur la base de la formule moléculaire. Les teneurs en poids d‟oxydes se donnent en pourcentages. La somme des pourcentages doit être égale à 100%. Exemple : de la forstérite : la formule structurale est Mg2[SiO4], la formule moléculaire est 2MgO SiO2. Les oxydes dans se cas sont SiO2 et MgO. Calcul des pourcentages en oxydes de la forstérite : 2MgOSiO2. Les oxydes dans se cas sont SiO2 et MgO. Les poids moléculaires de ses oxydes sont: SiO2 = 60 et 2MgO = 80 ;

36 [email protected]

Minéralogie

SiO2 + 2MgO = 140. Pourcentage de SiO2 = (60 /140) x 100 = 42,85%. Pourcentage de MgO = (80 /140) x 100 = 57,15%. La somme des pourcentages en poids des différents oxydes d'un minéral doit être égale à 100%. Dans l'exemple précédent : 42,85% + 57,15% = 100%. D‟habitude on ne connait pas les formules moléculaires des minéraux. L‟analyse chimique d‟un minéral se donne en pourcentages (%) de poids d‟oxydes. Connaissant les pourcentages(%) de ses derniers on détermine les rapports atomiques. Les rapports atomiques sont obtenus en divisant les pourcentages(%) en poids d'oxydes majeurs par les poids moléculaires.

Eléments majeurs

% en poids d’oxydes (obtenus par analyse chimique)

Poids moléculaire

Rapports atomiques

SiO2

42.85

60

0,714

MgO

57 ,15

80

1,428

Les valeurs des rapports atomiques du tableau ci-dessous, montrent qu'il y a deux fois plus de MgO que de SiO2 dans la forstérite. Donc La formule est [SiO2]2MgO. Si Al Na

SiO2 Al2O3 Na2O

2[(SiO3AlO8)Na]

6 Si2 Al2O3 Na2O

L’olivine magnésienne ne coexiste jamais avec le Quartz dans une même roche. La cristallisation de Quartz (SiO4) nécessite un excès de silice dans la roche, or en présence d‟olivine à forstérite l‟excès du Quartz réagit avec celle-ci pour former de l'Orthopyroxène selon la réaction : 2(Mg,Fe)[SiO4] + SiO2

2(Fe,Mg)[Si2O6]

37 [email protected]

Minéralogie

Olivine

Silice

Orthopyroxène

L‟olivine est le minéral des roches ultrabasiques péridotites mantelliques et cumulat ultrabasiques. Les olivines constituent moins de 10% certaines roches basiques (basalte à olivine et gabbro à olivine), l‟olivine existe dans certaines roches métamorphiques

dans les

calcaires métamorphiques à olivine (skarns à olivine). Dans la nature Il existe d‟autres formes d‟olivines, mais peu fréquentes dans la nature, c‟est le cas par exemple de : Ca2SiO4

: Larnite (olivine calcique)

CaMgSiO4 : Monticellite  Les silicates d’alumines Al2O3 : Sont la sillimanite, l‟andalousite et le disthène (cyanite), sont des minéraux polymorphes de composition [SiO4]Al2O , ils différent par le système cristallin et le signe d‟ellipsoïde, se sont des minéraux métamorphiques formés dans les conditions physiques différentes. C‟est des minéraux index de métamorphisme, indicateurs de l‟intensité du métamorphisme.  L‟andalousite cristallise à moyenne température.  La sllimanite est stable à haute température.  Le disthène indique les hautes pressions. On peut passer d‟un minéral à l‟autre par le changement des conditions de cristallisation :  Le disthène est triclinique biaxe négatif (U-).  La sillimanite est orthorhombique biaxe positif (U+).  L‟andalousite est orthorhombique biaxe négatif (U-).

38 [email protected]

Minéralogie

 Les grenats : Sont des nésosilicates de formule chimique générale Y2X3 [SiO4]. Y : cation bivalent et X : cation trivalent. Les grenats cristallisent dans le système cubique ; on les subdivise en deux principaux groupes qui sont : - Les grenats almandins avec Y = Al3+ Almandin

X = Fe2+

Pyrope

X = Mg2+

Grossulaire

X = Ca2+

Spessartite

X = Mn2+

- Les grenats ferrifères avec Y = Fe3+ Andradite

X = Ca2+

Les grenats se rencontrent dans les roches métamorphiques, micaschiste, gneiss, granite et skarn à grenats, on peut trouver les grenats dans les granites d‟anatexies crustales (granite provient de la fusion de la croute

39 [email protected]

Minéralogie

terrestre), on les rencontre aussi dans certaines péridotites du manteau (péridotite à grenat).  Silicates à deux tétraèdres ou sorosilicates : Ils sont formés sur la base de deux tétraèdres qui mettent en commun un seul oxygène. L'unité structurale de base s'écrit [Si2O7]6-, sa configuration structurale se compose de deux tétraèdre réunis par un sommet.

Configuration structurale de l'unité de base des sorosilicates.

On connaît peu de sorosilicates dans la nature. Exemple : La lawsonite CaAl2(OH)2[Si2O7]H2O, minéral de métamorphisme de haute pression. Les mélilites Ca2Mg[Si2O7] et Ca2 Al[(Al,Si)2O7]. Minéraux rares de certaines roches basiques et ultrabasiques.  Silicates à tétraèdres en anneau cyclosilicates : Les tétraèdres se regroupent par 3 ; 4 ou 6 pour former des chaînes fermées. L'unité structurale de base s'écrit [SinO3n]2n-; n=3,4 ou 6. Pas de symétrie d'ordre 5 dans les minéraux, n n‟est jamais être égale 5.

40 [email protected]

Minéralogie

Configurations des unités de bases des cyclosilicates Les minéraux de cette classe sont rares on citera comme exemples : - Le béryl de formule 3Be2+2Al3+ [SiO6O18]; système hexagonal. - La cordiérite de formule Al3(Mg,Fe)2[Si5AlO18]. Minéral du système orthorhombique, se rencontre dans les roches métamorphiques de la séquence pélitique.  Silicates à tétraèdres en chaînes inosilicates : Ils se composent de plusieurs tétraèdres disposés d‟une manière linéaire, chaque tétraèdre est lié à ses voisins par 2 oxygènes. Association de tétraèdres formant des chaînes simples ou des chaînes doubles. En subdivision : inosilicates en chaînes simples et inosilicates en chaînes doubles : * inosilicates en chaînes simples : Les tétraèdres en chaîne linéaire sont liés par deux oxygènes et conserve donc deux valences libres. L'unité de base des chaînes dépend de la période de la chaîne.

Chaîne simple à période double. Unité de base = [Si2O6]4-.

41 [email protected]

Minéralogie

Chaîne simple à période triple. Unité de base = [Si3O9]6-. Exemple d´inosilicates en chaînes simples à double période : les Pyroxènes Les pyroxènes sont des minéraux courants des roches magmatiques ultrabasiques et basiques. Ils se rencontrent aussi dans les granulites et les éclogites qui sont des faciès métamorphiques de la séquence basique. Les

pyroxènes

se

subdivisent

en

Orthopyroxènes

(Opx)

et

en

Clinopyroxènes (Cpx). Les

Orthopyroxènes

(Opx)

sont

appelés

aussi

pyroxènes

orthorhombiques à cause leur système de cristallisation qui est orthorhombique (extinction droite en L.P.A). Ils se composent d'un mélange de deux pôles, l'un magnésien 2Mg[Si2O6] appelé enstatite et l'autre ferreux 2Fe[Si2O6] nommé orthoferrosilite. La formule générale s'écrit, 2(Fe, Mg)[Si2O6]. Les Clinopyroxènes (Cpx) ou pyroxènes monocliniques cristallisent dans le système monoclinique, ils ont une extinction oblique en L.P.A au microscope et ont comme formule générale Ca (Mg, Fe)[Si2O6]. Les quantités de Ca permettent de subdiviser les Clinopyroxènes en plusieurs séries : -La série du diopside contient 45% à 50% de Ca. Elle s'étale entre le pôle magnésien calcique qui est le diopside de formule (Ca, Mg)[Si2O6] et le pôle ferreux calcique correspondant à l'hedenbergite de formule (Ca,Fe)[Si2O6]. -La série de l'augite contient 15% à 45% de Ca. -La série de la pigeonite se compose de 5% à 15% de Ca.

42 [email protected]

Minéralogie

-La série de la clinoenstatite contient moins de 5% de Ca. Elle s'étale entre deux pôles; le pôle magnésien de composition 2Mg [Si2O6] qui est la clinoenstatite est le pôle ferreux de formule 2Fe [Si2O6] correspondant à la ferrosilite. Pour les inosilicates chaine simple à période triple : On site la wollastonite Ca3 [SiO9], ou pyroxène calcique du système triclinique, il se rencontre dans les roches métamorphique carbonatés et siliceuses, cas des skarns à wollastonites. 3CaCO3 + 3SiO2

3(CaSiO3) Wollastonite

*Inosilicates en chaîne double : Deux chaînes simples se soudent en une structure en ruban. L'unité de base se compose de 4 tétraèdres; elle s'écrit [Si4O11]6-.

43 [email protected]

Minéralogie

Structure et configuration structurale de l'unité de base. Les structures en hexagone dans le ruban permettent l‟insertion de radicaux (OH)- qui accroît la valence de l'ensemble. L'unité de base sera donc [Si4O11(OH)]7-. Ce sont des minéraux des minéraux hydratés (présence de H2O) leur cristallisation nécessite la présence de l‟eau (H2O). Exemple d‟inosilicates en chaîne double : Les Amphiboles, elles possèdent le plus souvent des formules chimiques très complexes à cause des phénomènes de substitution. On citera comme exemples : L'anthophyllite

Mg7 ([Si4O11 (OH)])2

La trémolite

Ca2 Mg5([Si4O11 (OH)])2

L'actinote La hornblende Le glaucophane

Ca2(Fe,Mg) ([Si4O11 (OH)])2 Na Ca (Mg,Fe,Al)5 ([(Si,Al)4O11 (OH)])2 Na2(Mg,Fe)3 Al2 ([(Si,Al)4O11 (OH)])2

Les amphiboles sont des minéraux essentiels des roches magmatiques intermédiaires et acides, on peut les trouver dans les diorites, Quartziques et granites. Dans les roches métamorphiques les amphiboles caractérisent les faciès de schiste vert, les amphibolites à hornblende et des schistes bleus (glaucophane).  Silicates à tétraèdres en feuillets phyllosilicates : Les tétraèdres des phyllosilicates soudés les uns aux autres par trois de leurs sommets forment un réseau plan (feuillet) à maille hexagonale.

44 [email protected]

Minéralogie

Les espaces en hexagone permettent l'incorporation des radicaux (OH)-. Les feuillets s‟empilent les uns sur les autres et sont solidaires par des feuillets intermédiaires où s'associent (OH)- et cations.

Configuration structurale et composition de l’unité de base des phyllosilicates. Exemples de phyllosilicates : Le talc

[Si4O10(OH)2] Mg3

La muscovite

[Si3 AlIVO10(OH, F)2] 2AlVIK

La biotite

[Si3 AlIVO10(OH, F)2] K(Fe, Mg)3

 Les tectosilicates: Dans la structure des tectosilicates chaque tétraèdre est lié à ses voisins par quatre oxygènes. Il n y a pas de valence libre. L'unité de base est [SiO2].

45 [email protected]

Minéralogie

Les minéraux de tectosilicate sont : le Quartz, les feldspaths et les feldspathoïdes. Le Quartz tectosilicate composé à 100% de silice SiO2, il existe 6 polymorphes de silice dont la cristallisation dépend de la température et de la pression.

Relations de stabilité des polymorphes de la silice, SiO2. (La pression est exprimée en kilobars = 1000 bars où 1 bar = 0,987 atmosphère (Klein et Hurlbut, 1993).

La coésite et la stishovite stables à très hautes pressions. La stishovite se rencontre uniquement dans les cratères d'impacts engendrés par des météorites. La coésite se rencontre dans le manteau. Le Quartz cristallise dans le système rhomboédrique à des températures T < 573oC, on l‟appel Quartz α d‟origine diagénétique ou métamorphique. Le Quartz β cristallise dans le système hexagonal à des températures comprises entre 573oC et 870oC, 573oC < T < 870oC.il est d‟origine magmatique, on le rencontre dans les roches magmatiques sursaturés en silice ou excédentaire en silice (SiO2) comme les diorites Quartzique, granite, rhyolite.

46 [email protected]

Minéralogie

Le passage du quartz α au quartz β se fait par distorsion de la structure impliquant une rotation des tétraèdres et une diminution de symétrie ; passage de la symétrie hexagonale à la symétrie rhomboédrique.

Passage du quartz α au quartz β se fait par distorsion de la structure. Les substitutions en proportions variables de Si4+ par Al3+ dans les édifices tétraédriques créent des valences libres. ([SiO2]) x 4 s‟écrit [Si4O8] Une substitution de Si par Al crée une valence libre, l‟unité de base et [Si3AlO8]1-. Une substitution de 2 Si par 2Al crée deux valences libres, l‟unité de base et [Si2Al2O8]2-. ([SiO2]) x 3 s‟écrit [Si3O6], Après substitution de Si par Al On obtient [Si2AlO6]1-. ([SiO2]) x 2 s‟écrit [Si2O4], Après substitution de Si par Al On obtient [SiAlO4]1-.  Les feldspaths : Il existe 3 principaux types de feldspaths : Le pôle sodique = albite (ab) [Si3AlO8]Na. Formule moléculaire : 6SiO2Al2O3Na2O. Le pôle potassique [Si3AlO8]K (neutralisation se fait par K), il existe sous forme d‟orthose, sanidine et microcline. Le pôle calcique = anorthite (an) [Si2Al2O8]Ca2+.

47 [email protected]

Minéralogie

En général la composition d‟un feldspath se donne en pourcentage d‟albite(%), d‟anorthite(%), et d‟orthose(%). Les feldspaths se subdivisent en feldspath alcalin et en plagioclase : Les feldspaths alcalins sont l‟albite et les feldspaths potassiques. Les plagioclases sont des mélanges solides (solution solide) composé d‟albite et d‟anorthite miscibles (ne se mélange pas) à toute température car Ca2+ et Na+ se substituent facilement et à toutes les températures. Le plagioclase se compose de X% d‟anorthite et (1-X)% d‟albite. Les feldspaths alcalins sont pauvres en composant anorthite (-5% anorthite). Les feldspaths potassiques et l‟Albite ne forment de solutions solides miscibles qu‟a haute température, à moyennes et à basses températures, les composants sodiques et potassiques sont miscibles à moyenne et à basse température, il se forme 1 cristal appelé perthite dans lequel l‟albite forme des exolutions dans la partie potassique (FK). Le mélange de l‟albite et le feldspath potassique à haute température est parfait ce qui donne un minéral appelé la sanidine homogène à un simple macle, mais à moyenne et à basse température on obtient la perthite, l‟albite se sépare avec l‟anorthite et à basse température on obtient le microcline.

Haute température Moyenne température

Basse température

Exolution D’albite FK

Macle simple

Orthose pérthetique à macle simple

Sanidine

Orthose

48

Macle en quadrillage fin

microcline

Macles des feldspaths potassiques [email protected] (vues microscopiques en lumière polarisée et analysée)

Minéralogie

Les plagioclases sont des feldspaths calcosodiques très pauvre en composants potassiques (moins de 5% d‟or) ils se composent d‟un mélange parfait d‟albite et d‟anorthite en toute proportion. [Si3AlO8] Na (Ab)

[Si2Al2O8] Ca (An)

Ils ont une formule général XAn(100-X)Ab. Il existe 6 types de plagioclases, ils sont subdivisés en fonction de leurs teneures d‟anorthite (An) : Na+ Albite contient 0% à 10% An. Oligoclase contient 10% à 30% An. Andésine contient 30% à 50% An. Labrador contient 50% à 70% An. Bytownite contient 70% à 90% An. Anorthite contient 90% à 100% An.

Roches magmatiques acides

Roches magmatiques intermédiaires Roches magmatiques basiques Roches magmatiques ultrabasique Ca+

49 [email protected]

Minéralogie

Composition des feldspaths à différentes température

Les feldspaths se reconnaissent grâce à leurs macles en microscope (L.P.A). Les plagioclases montrent des macles polysynthétiques.

50 [email protected]

Minéralogie

Macle polysynthétique (a) et zoning des plagioclases vus au microscope (L.P.A).

Les plagioclases se trouvent au niveau des roches magmatiques basiques et intermédiaires et acides, et son basicité varie selon la teneur en silice de la roche. Dans les roches magmatiques on peut trouver le gneiss, l‟Amphibole et les granulites.

Diagramme d’équilibre de phases des plagioclases  Les feldspathoïdes : Sont des tectosilicates de structure et de composition voisine de celle des feldspaths, les feldspathoïdes se différent d ces derniers par un déficit relative en silice et par un système cristallin plus riche en éléments des symétrie.ils se rencontrent dans les roches magmatiques sous saturés

51 [email protected]

Minéralogie

en silice (déficitaire en silice) leur cristallisation nécessite pour neutralisé un cation (Na+, K+) moins de silice que les feldspaths. Exemple de feldspathoïdes : La néphéline ([Si4AlO4])4Na3K cristallise dans le système hexagonal il est uniaxe négatif (U-) au microscope, il a les même caractères que le Quartz dans le microscope en L.P. ou en L.P.A., on les distinguent par le signe de l‟ellipsoïde, le Quartz est (U+) et la néphéline est (U-). La neutralisation d‟un Na+ ou K+ nécessite dans la cas de la néphéline la participation d‟un seul cation Si4+ alors qu‟il nécessite dans le cas de l‟albite ou l‟orthose [Si3AlO8]Na+ ou [Si3AlO8]K l‟intervention de 3 Si4+. La

leucite

[Si2AlO6]K

cristallise

dans

le

système

quadratique

pseudocubique et qui présente en L.P.A. des macles polysynthétiques complexes.

Section de leucite vue au microscope en lumière polarisée analysée

Remarque : Le Quartz et les feldspathoïdes ne coexistent jamais dans une même roche magmatique.

52 [email protected]

Minéralogie

Silicates

ferromagnésiens :

Olivine,

Pyroxène,

Amphibole,

Biotite,

Feldspath alcalin et Plagioclase. ►Ordre de cristallisation des minéraux dans une roche magmatique :

53 [email protected]